01 水質參數(shù)
本項目主要進水水質指標如表1所示。
02 厭氧技術在制醋廢水處理系統(tǒng)中的應用與改進
2.1 制醋廢水原有處理工藝及運行情況
制醋廢水原有工藝流程如圖1所示。
原有廢水處理系統(tǒng)設計規(guī)模為1 300 m3/d，待處理廢水中是沒有引入醋糟壓榨水的，醋糟未經壓榨進入肥料廠，醋糟水在肥料廠的水處理系統(tǒng)進行處理，故進水CODCr=2 500 mg/L，TSS=300 mg/L。原系統(tǒng)中AO池設計水力停留時間為70 h，MLSS濃度約2 500 mg/L，經原有系統(tǒng)處理后可以滿足污水排放要求。本項目出水排放至市政管網，最終出水的排放要求如表2所示。
2.2 制醋廢水改造后的工藝流程
改造后的處理流程主要增加了UASB厭氧反應器及配套的沼氣處理設施，即沼氣滌氣塔、沼氣穩(wěn)壓柜、，沼氣燃燒器、蒸汽鍋爐。UASB厭氧反應器設計進水量為2 160 m3/d，進水SCOD負荷為11 000 kg/d。工藝流程如圖2所示。
目前主流的厭氧工藝設備有UASB厭氧反應器和IC厭氧反應器，對于厭氧工藝的選擇主要有下述考慮：本項目中醋糟壓榨水和醋超濾濃水雖然水量較小，但是在混合廢水的COD濃度中貢獻較大，這兩股廢水的主要成分是醋酸。由醋酸轉化成甲烷的化學反應方程[式(1)]可知，該反應產生的吉布斯自由能較低，理論上合成的微生物細胞少，不利于污泥的顆粒化生長。
如果反應器內為絮狀污泥，則IC厭氧反應器并不適用。采用UASB反應器，可以控制相對較低的上升流速，適用于絮狀污泥。本項目UASB反應器滿負荷時上升流速為0.5 m/h。
本項目UASB反應器直徑為15 m，高度為17 m，有效容積為2 827 m3，水力停留時間為31 h，設計容積負荷為3.9 kg SCOD/m3。實際工程應用過程中，出于快速啟動的目的，UASB反應器內接種的是造紙廢水項目IC反應器內性能良好的顆粒污泥。接種污泥的顆粒粒徑較大，平均直徑為2~5 mm。經過1年的運行后，顆粒污泥的粒徑明顯變小，平均直徑為0.5~1 mm。污泥顆粒完整、表面黑亮光澤、沉降性良好、甲烷比產氣率高、污泥活性良好。污泥顆粒逐步減小與設計前的預判一致。運行過程中出現(xiàn)進水施加負荷過高的情況，厭氧出水取樣有污泥隨水流出反應器。此時用50 mL量筒取反應器底部污泥樣，發(fā)現(xiàn)污泥出現(xiàn)分層現(xiàn)象，上層污泥表面附著微小氣泡，樣品靜置30 min后，污泥全部落至量筒底部。根據上述情況可知，即使選擇很低的上升流速，高負荷情況下仍然容易出現(xiàn)污泥流失的情況。
厭氧降解過程中有機污染物被微生物降解產生甲烷和二氧化碳，即我們通常所說的沼氣的主要成分，因此，在工藝流程中設置了沼氣處理系統(tǒng)。據報道，每處理1 kg COD理論上可以產生0.35 m3的CH4氣體(0 ℃、1.013×105 Pa下)。CH4氣體的燃燒值為3.93×107 J/m3，高于天然氣的燃燒值3.53×107 J/m3。目前工程實際中常用的反應器為中溫厭氧反應器，反應器的最佳運行溫度為35~38 ℃，而制醋廢水無論沖洗水、壓榨水還是醋超濾濃水都是常溫水，特別是在冬天，不能滿足厭氧進水要求，因此，需要進行蒸汽加熱。本項目利用厭氧系統(tǒng)產生的沼氣作為蒸汽鍋爐燃料，制備蒸汽對反應器進水進行升溫，實現(xiàn)資源利用，降低運行成本。本項目預計滿負荷時沼氣產量為200 m3/h，設計選擇2 t/h的蒸汽鍋爐，蒸汽壓力1.0 Mpa。沼氣中含有少量的硫化氫氣體，為了避免硫化氫對蒸汽鍋爐造成腐蝕，設置沼氣滌氣塔，通過堿液噴淋吸收沼氣中的硫化氫�？紤]到瞬時沼氣產量的波動，沼氣滌氣塔處理能力按照400 m3/h設計。凈化后的沼氣進入沼氣穩(wěn)壓柜，恒壓輸送至蒸汽鍋爐�？紤]鍋爐檢修等特殊情況，設置沼氣燃燒器，當沼氣不能被利用時輸送至沼氣燃燒器，避免沼氣直接排放產生安全隱患及破壞臭氧層。
本項目實際運行過程中厭氧反應器的進水量為1 100 m3/d，進水SCOD平均值為3 500 mg/L，容積負荷為1.4 kg SCOD/m3。厭氧單元的COD去除率高，好氧單元主要作用是脫氮除磷。厭氧單元具體運行數(shù)據如圖3所示。
由圖3可知，厭氧進水SCOD有波動，但是厭氧出水SCOD相對穩(wěn)定，厭氧SCOD去除率>90%。
厭氧降解過程中產生沼氣，較高的COD去除率，意味著較高的沼氣產量，從能源利用角度來看，增加厭氧系統(tǒng)可以創(chuàng)造較高的經濟效益。沼氣產量與COD去除量曲線如圖4所示。
由圖4可知，厭氧系統(tǒng)沼氣產量與SCOD去除量成比例，經核算比產氣率平均值約0.8 m3沼氣/( kg SCOD)。比產氣率曲線如圖5所示。
制醋廢水中很多懸浮物質是可被降解的COD，在SCOD的測定中這部分物質沒有計入，因此，用SCOD核算的比產氣率非常高。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.yiban123.com更多相關技術文檔。
厭氧出水COD濃度較低，因此，好氧單元的污泥負荷大幅降低，需氧量降低，曝氣設備的運行能耗降低。同時因好氧進水有機物濃度降低，好氧污泥產量降低，污泥處理成本降低。
綜上可見，厭氧技術應用在制醋廢水處理中，具有有機物去除率高，污水處理系統(tǒng)能耗降低，污泥處理成本降低，產生清潔能源的優(yōu)勢。
2.3 厭氧單元運行過程中存在問題及改進措施
2.3.1 厭氧供料泵吸入口籃式過濾器頻繁堵塞
本項目原水中有醋糟壓榨水，麩皮、谷糠等難降解的木質纖維素形成大量懸浮物，原有預處理設備中有1臺機械格柵，齒耙間隔為5 mm，可以攔截廢水中的部分塑料膠條和麩皮等，但是在調節(jié)池內仍然發(fā)現(xiàn)有麩皮等存留，為了避免懸浮物堵塞厭氧進水泵或進入厭氧反應器，設計時在厭氧供料泵吸入口管道上增加了籃式過濾器。實際運行過程中發(fā)現(xiàn)，經過機械格柵攔截之后進入調節(jié)池的廢水中仍然含有很多懸浮物，導致籃式過濾器堵塞頻繁，設備清理頻率非常高，人工操作強度大。厭氧顆粒污泥取樣過程中發(fā)現(xiàn)有麩皮存留于底部污泥床。
結合現(xiàn)場實際情況，為避免麩皮等惰性物質進入厭氧反應器，并在系統(tǒng)內累積，影響厭氧污泥活性，工藝設計進行了優(yōu)化：在調節(jié)池頂增加旋轉濾網，濾網 采用柵條形不銹鋼網，柵條間隔0.5mm。從優(yōu)化后的運行情況看，柵格間距為0.5 mm的旋轉濾網可以有效的攔截麩皮、谷糠的懸浮物質，有 利于后續(xù)厭氧系統(tǒng)運行。
2.3.2 沼氣滌氣塔填料結晶
厭氧降解過程中產生沼氣，其主要成分是甲烷和二氧化碳，此外還有少量的硫化氫氣體和水蒸氣。本項目設計原水硫酸根濃度小于30 mg/L，由此估算沼氣中的硫化氫濃度應小于1‰，故設計采用沼氣堿洗滌氣塔，通過堿液噴淋沼氣以去除沼氣中的硫化氫氣體。實際運行過程中測試發(fā)現(xiàn)沼氣中硫化氫濃度約為3‰，二氧化碳約為200‰。滌氣塔運行過程中控制較高的pH值以保證出口硫化氫濃度低于0.1‰不對后續(xù)鍋爐造成腐蝕，但較高的pH和二氧化碳濃度使得滌氣塔內形成碳酸鈉結晶，同時堿的消耗量非常高。
結合本項目的實際情況，結晶主要在氣溫較低的時候出現(xiàn)，在沼氣滌氣塔底部增加了盤管式電加熱器，以減緩結晶。從工藝原理角度看，對于二氧化碳濃度較高的沼氣，沼氣脫硫裝置不宜采用堿洗脫硫設備，宜采用生物法脫硫設備，以降低化學品消耗量和避免填料結晶。
03 結論
厭氧技術應用于制醋廢水處理具有有機污染物去除效率高、產生可利用清潔能源、大幅度降低后續(xù)生化處理系統(tǒng)的能耗等優(yōu)點，在制醋廢水處理領域推廣應用具有較好的節(jié)能減排效益。(來源：凈水技術 作者:盛煒)
