UASB-生物接觸氧化-BAF工藝處理植物色素廢水

摘要：采用ＵＡＳＢ－生物接觸氧化－ＢＡＦ工藝處理植物色素提取產生的廢水，對處理工藝及主要工藝參數作了簡要的介紹，對ＵＡＳＢ厭氧培菌和接觸氧化池運行過程中經常出現的污泥膨脹、泡沫等問題及解決辦法作了有益的探討。

關鍵詞：可生化性；水力停留時間；內循環；污泥膨脹；泡沫

中國分類號：Ｘ７９２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）23－4809-03

ＵＡＳＢ－Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ－ＢＡＦ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐｌａｎｔ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ

ＬONG Ｘｕｅ-jｕｎ1，ＰENG Ｊｉ-wｅｉ２

（１． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ａｎｄ Ｄｙｅｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

Ｗｕｈａｎ ４３００７３， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｗｕｈａｎ Ｗａｔｅｒ Ｓｋｙ Ｓｐｒｉｎｇ Ａｕｔｕｍｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． Ｗｕｈａｎ ４３００７３， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＵＡＳＢ （Ｕｐ－ｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｅｄ）－ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ－ＢＡＦ（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｅｒａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ） ｔｒｅａｔｅｄ ｔｈｅ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｙ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｎｇ ｏｆ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａ ｉｎ ＵＡＳＢ ｒｅａｃｔｏｒ， ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｌｕｄｇｅ ｂｕｌｋｉｎｇ ａｎｄ ｆｏａｍ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｈａd ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄs： ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ； ＨＲＴ （Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）； ｉｎｎｅｒ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ； ｓｌｕｄｇｅ ｂｕｌｋｉｎｇ； ｆｏａｍ

１９世紀中葉以前，人們應用比較粗制的天然色素作為食用色素。１８５６年，英國的Ｐｅｒｋｉｎｓ第一個合成苯胺紫，隨后許多色素相繼被合成。由于其具有色澤鮮艷、穩定性好、著色力強、適于調色、價格便宜等優點，很快取代了食用天然色素在食品中的應用。隨著毒理學的發展，人們認識到合成色素主要以苯、甲苯、萘等為原料經化學合成，多屬苯胺類色素，不僅無任何營養價值，而且對人體健康有害［１］。因此，各國允許使用的合成色素，無論是品種還是數量都越來越少。自２０世紀中葉以來，天然色素的研究與開發又重新受到世界各國的重視。天然植物色素提取的生產工藝主要有溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、吸附精制法［2］。

關于處理植物色素生產廢水的工程實例還不多見，生產過程中產生大量高濃度有機廢水，如不能得到及時的處理，將給環境帶來嚴重的危害。某生物制品廠是一家以紫甘藍、紫甘薯、梔子果、紅花為原料提取植物色素的生產企業，生產工藝為吸附精制法，具體如下：原料備料（原料去雜、粉碎或切絲）→酒精或鹽酸浸提→除渣→過濾→吸附精制→濃縮→混糊精噴干→過篩→檢測→分裝。廢水中含有清洗原料的泥沙和殘渣，提取色素后殘留的料液和提取溶劑鹽酸、乙醇等污染物、有機物和懸浮物較高，ｐＨ呈酸性。針對其廢水水質情況及達標要求，我們選取了“初沉池＋ＵＡＳＢ＋中沉池＋生物接觸氧化＋二沉池＋ＢＡＦ”的工藝路線，獲得了良好的處理效果，出水達到了《污水綜合排放標準》（ＧＢ８９７８－１９９６）一級標準的要求。

１ 水質水量情況及排放標準

設計處理水量為１ ０００ ｍ３／ｄ，前期實際排水量約為６００ ｍ３／ｄ，要求處理后水質達到《污水綜合排放標準》（ＧＢ８９７８－１９９６）的一級排放標準。由于生產所用原料均為天然生長或人工種植的植物，具有明顯的季節性，隨所用原料的不同，排放水質具有明顯差異，其中以紫甘藍、紫甘薯為生產原料時所排水質濃度較低，生化性較好；而以梔子果、紅花為原料時，有機物濃度很高，所排廢水中含有大量果膠、木質素、皂甙、單寧酸等難降解的物質。

２ 處理工藝

２．１ 工藝的確定

分析生產中所用原料及生產過程可知，該廢水具有以下特性：①有機物和ＳＳ濃度高，ＣＯＤ高達

８ ０００ ｍｇ／Ｌ以上；②隨所用原料不同，水質呈季節性變化，冬季ＣＯＤ濃度較低，夏季ＣＯＤ濃度較高；③廢水呈弱酸性，ｐＨ ５～６；④水質成分復雜。其中，單寧酸對微生物有抑制作用，果膠、纖維素、木質素等難以生物降解，皂甙屬表面活性物質，極易產生泡沫；⑤具有一定的色度。色素提取過程中一些殘留植物色素進入污水中使廢水具有色度。針對上述特點，我們采取了先加石灰乳調節ｐＨ并加絮凝劑沉淀去除懸浮物，再通過高效厭氧反應器來降低有機負荷并提高生化性，然后通過生物接觸氧化工藝來去除有機物，最后通過曝氣生物濾池進行深度處理并達標排放，系統所產生物化污泥和生化剩余污泥通過板框壓濾機脫水后衛生填埋處理。工藝流程見圖１。

２．２ 工藝及技術特點

廢水處理工藝由預處理系統（包括格柵、調節池、初沉池）、厭氧處理系統（包括ＵＡＳＢ厭氧反應器和中沉池）和好氧處理系統（接觸氧化池、二沉池、ＢＡＦ）３個主要部分組成。①格柵，采用機械回轉格柵，柵寬為６００ ｍｍ，柵隙為５ ｍｍ，可以去除水中的顆粒雜質和植物殘渣，防止后續管道和水泵堵塞。②調節池，由于來水水質和水量的波動性較大，通過調節池調節水量，均化水質，為后續生化處理穩定運行創造有利條件。采用地下磚混結構，ＨＲＴ＝１２ ｈ。提升泵采用自吸泵，方便維護檢修。③初沉池，地面鋼結構防腐，池內加斜管。由于來水偏酸性，在此加堿石灰乳調節ｐＨ并加絮凝劑ＰＡＣ形成絮體去除水中的懸浮物，采用廉價的石灰乳調節ｐＨ既能幫助絮凝，又能節省運行費用。④ＵＡＳＢ厭氧反應器，鋼砼結構２座，并聯運行。工藝尺寸：１２．０ ｍ×８．０ ｍ×７．５ ｍ，有效池容（Ｖ）＝１ ３００ ｍ３，ＨＲＴ＝３０ ｈ，容積負荷為３．２ ｋｇ（ＣＯＤ）／（ｍ３·ｄ）。通過水泵加壓并采用穿孔管進行布水，以保證布水的均勻性并防止穿孔管堵塞。三相分離器采用耐腐蝕性好的ＰＰ材質，產生的沼氣點火炬燃燒。采用大流量回流攪拌，回流比為４００％，強化泥水混合攪拌效果，防止污泥沉積，同時對穩定系統酸堿度，提高系統耐沖擊負荷能力有重要作用。⑤中沉池１座，表面負荷為１．５ ｍ３／（ｍ２·ｈ），地面鋼結構防腐。ＵＡＳＢ出水常常攜帶少量細小厭氧污泥，進入好氧處理系統會增加系統耗氧量，因此增加此中沉池并可根據水質情況投加適量絮凝劑，可以減少后續好氧發酵負荷，增加運行的靈活性。⑥接觸氧化池１座，鋼砼結構，推流式，二廊道串聯運行，ＨＲＴ＝２１ ｈ。池內掛組合填料，為微生物生長棲息提供載體，生物量高。采用鼓風機充氧和微孔曝氣，氧轉移效率高。⑦二沉池１座，鋼砼結構，表面負荷為１．０ ｍ３／（ｍ２·ｈ）。二沉池污泥大部分回流至接觸氧化池，補充好氧池生物量，同時可以對進水進行稀釋，抑制污泥膨脹，污泥回流比為８０％。⑧ＢＡＦ（曝氣生物濾池）１座，鋼砼結構，ＨＲＴ＝１．０ ｈ。作為接觸氧化池的補充，能夠進一步去除水中殘留的低濃度有機物。氣水為上行同向流，濾料采用多孔輕質陶粒濾料，曝氣采用單孔膜曝氣器，氣水聯合反沖洗。

３ ＵＡＳＢ調試培菌

由于原水有機物濃度很高，ＣＯＤｃｒ＝４ ０００～

８ ０００ ｍｇ／Ｌ，因此ＵＡＳＢ厭氧反應器運行情況的好壞直接關系到整個生化系統的成敗，整個調試過程歷經５個多月。ＵＡＳＢ啟動要點如下：①接種污泥的質和量。ＵＡＳＢ接種污泥最好使用厭氧顆粒污泥或厭氧消化污泥，污泥接種量宜在２０ ｇ／Ｌ以上。本工程前期采用牛糞作為接種污泥，因為量不夠（約１５ ｔ），后期又補充了約５０ ｔ污水處理廠脫水后的好氧污泥，因為好氧污泥含厭氧菌很少，厭氧菌增殖速度慢，因此培菌時間相對較長。②水溫。采用中溫厭氧，最適宜的水溫為３５～３８ ℃［2］。當水溫較低時，一般采用蒸汽或熱水進行加熱。本工程沒有熱源，無法對原水進行加熱，水溫常常低于２０ ℃，冬季甚至低于１０ ℃，厭氧去除效率一直較低，ＣＯＤ去除率不到３０％，進入夏天后，水溫上升至３０ ℃以上，處理效率顯著提高，ＣＯＤ去除率達到７０％以上。③負荷的控制。啟動負荷為０．３ ｋｇ（ＣＯＤ）／（ｍ３·ｄ），通過提升泵開啟時間控制進水量逐步提高負荷。每隔１０ ｄ左右當ＣＯＤ去除率達到約７０％時水量增加約１０％，直至滿負荷運行。④ｐＨ控制。控制出水ｐＨ為７．０～７．５，堿度約５００～１ ０００ ｍｇ／Ｌ［3］。⑤營養比例的控制。該廢水碳素營養豐富，而氮磷營養相對貧乏，因此，每天向水中補充尿素和磷酸三鈉，使營養比例基本保持ＣＯＤ∶Ｎ∶Ｐ＝２００∶５∶１［2］。⑥內循環。ＵＡＳＢ出水一般含有一定的堿度，而調節池出水呈弱酸性，出水再循環可以中和進水中的酸；出水循環可保證形成足夠的水量“洗出”絮狀污泥，加快顆粒污泥的形成；可以稀釋突然增高的ＣＯＤ濃度，緩沖沖擊；當ＵＡＳＢ工作不正常或需要關閉時，可以通過內循環盡可能地降低厭氧池內的ＶＦＡ。故本工程設計采用了較大的內回流比（４００％），運行時每天連續開啟污泥內回流泵，加強混合攪拌作用，增加泥水接觸機會，對防止污泥沉積和穩定酸堿度、調節沖擊負荷起到了良好的作用。

４ 處理效果及運行成本

該工程自建成投產，調試運行近半年，系統培菌結束并進入穩定運行階段。運行期間一個月運行數據的平均值見表１。

本工程處理１ ｔ污水的耗電量為０．８５ ｋＷ·ｈ，電價按０．６０元／ｋＷ·ｈ計，折合電費為０．５１元；污水站定員４名，人均月工資１２００元，折合處理１ ｔ污水的人工費為０．１６元；生化系統補充氮、磷營養費用為０．１２元/t；絮凝沉淀池投加石灰、ＰＡＣ和ＰＡＭ三項費用共計０．５２元/t，故處理１ ｔ污水的實際運行成本為１．31元。

５ 問題與討論

５．１ 污泥膨脹問題

一般認為，接觸氧化工藝不容易產生污泥膨脹，但對于色素提取廢水而言，污泥膨脹仍然是經常遇到的問題。廢水由于碳水化合物含量高，而氮磷營養相對缺乏，有利于絲狀菌的生長繁殖。高濃度的有機物耗氧量大，易造成接觸氧化池溶解氧不足，產生絲狀菌。在運行過程中，可以通過控制進水量、提高充氧量、增加污泥回流、補充適量氮素營養等措施來防止污泥膨脹的發生。

５．２ 泡沫問題

采用生物曝氣法處理色素提取產生的廢水，泡沫問題是不容忽視的問題。因梔子果及紅花等原料中含有大量表面活性物質如皂甙，因此曝氣過程中會有大量泡沫產生，泡沫堆積高度有時達到２ ｍ以上。泡沫不僅影響操作的環境衛生，引起污泥流失，而且影響沉淀效果，使出水帶泥。起泡存在如下規律：夜晚多，白天少；陰雨天多，晴天少；冬天多，夏天少；充氧量大泡沫多；進水濃度高，負荷大則泡沫多，污泥濃度高，負荷低則泡沫少。泡沫不僅與發泡物質多少有關，而且與水的粘度、表面張力、酸堿度、氣溫、水溫以及充氧量大小等因素有關。通常采用噴水和加消泡劑消泡［3］，二者均有較好的消泡效果，但消泡劑需連續投加，運行成本較高且增加水中有機物含量。

６ 結語

實際運行情況表明，采用ＵＡＳＢ－生物接觸氧化－ＢＡＦ工藝處理植物色素提取產生的廢水技術上是可行的，經濟上是合理的。為了達到預期的處理效果，需要對ＵＡＳＢ運行條件尤其是溫度、營養比、ｐＨ和回流攪拌等進行控制，為了縮短培菌時間，最好使用厭氧顆粒污泥或消化污泥，同時應對好氧運行過程中容易出現的污泥膨脹和泡沫問題引起足夠的重視。

參考文獻：

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