生物柴油廢水的處理技術研究

田秀英，高欣欠，祁海龍

（石家莊慕田峪環境工程有限公司，河北 石家莊 050091）

1 引言

生物柴油是清潔的可再生能源，是優質的石油柴油代用品。大力發展生物柴油對經濟可持續發展，推進能源替代，減輕環境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰略意義。

然而在生物柴油的生產過程中一些高濃度甚至是超高濃度的廢水隨之而產生，從污水處理的角度上說這種廢水處理起來相當困難，廢水中的主要污染物為油類、COD、硫化物、醇、SS、氨氮和烴類等，尤其是COD可以達到幾萬甚至是幾十萬mg／L。對于國內企業來說一些生物柴油的生產企業會興起在縣市級以外的郊區甚至是在遠離市區的工業區內，由于附近沒有污水處理廠，因此本文處理的標準參照《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中表4的一級A標準。

2 生物柴油廢水概況

2.1 廢水的來源

生物柴油的生產主要包括原料油脫水、催化反應、產品精制以及沖洗設備等過程。廢水主要來自原料油脫水過程中的含油廢水，以及催化和精制過程中產生的鹽類和懸浮物等。這些混合物主要是一些分子量大的有機物，幾乎包括所有種類的含氧有機物。

2.2 廢水特點

（1）COD和BOD5含量高。廢水的COD一般都在150000～200000mg／L之間，BOD5一般都在60000～70000mg／L之間。

（2）廢水中SS濃度高，廢水中SS主要為原料油脫水中原有的有機物和沖洗設備廢水中的不容物。

（3）成分復雜。廢水中含有中間反應的副產物，并且殘留有反應過程中的催化劑以及反應產物等。成分復雜，易引起pH值波動，影響生化效果。

（4）此外，廢水還有色度高、pH值波動大、間歇排放等特點，是處理成本高、治理難度大的有毒有機廢水之一（表1、表2）。

表1 污水水質水量參數

表2 《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）中的一級A標準

3 污水處理工藝

本技術的核心工藝是:預處理、UASB反應器、接觸氧化，回用工藝采用MBR技術。集水井中的生產廢水經過油水分離器去除水中大部分的浮油后調節pH值，廢水在調節池中加藥（PAM和PAC）后由提升泵進入溶氣氣浮器中去除絮凝沉淀物，出水進入水解酸化池去除大分子有機物為后續廢水進入UASB反應器做準備，然后水解酸化池的出水由提升泵提升到UASB反應器中進行厭氧處理。通過厭氧菌分解水中的有機物，為接觸氧化的處理提供了有利的條件，然后在接觸氧化池里進行好氧處理，出水經沉淀池通過MBR技術，消毒后即可達標排放（圖1）。

4 主要處理系統介紹

4.1 預處理系統——溶氣氣浮器

預處理系統包括:隔油器和氣浮器，其主要作用就是去除污水中大量有脂類物質。

4.2 厭氧處理系統——UASB厭氧反應器

4.2.1 UASB反應器的原理

UASB由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉淀區）和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，污水中的污泥在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區內，污水從沉淀區溢流堰上部溢出，然后排出反應器（圖2）。

圖1 廢水處理工藝流程圖

圖2 厭氧處理系統

4.2.2 進水pH 值調節

本工程的pH值調節系統是由在線儀表監測，以人工控制堿溶液投加量的方式進行。控制UASB總進水pH值在6.8以上，不要大于7.5為好，具體控制方式為:通過設在水解酸化池附近的堿箱投加溶堿，使進水上儀表顯示為6.80～7.50左右，可通過UASB厭氧出水循環因此通過外循環系統可以節約用堿，并最終保證進入厭氧的廢水的pH值在6.8左右。

當采用結晶堿宜設兩個藥箱，一個用于溶藥，一個用于加藥。這樣溶完的堿液打入加藥箱中再進行廢水pH值的調節，不會存在一個藥箱時因加藥時濃度的變化對UASB造成沖擊。

4.2.3 進水溫度控制

本工程UASB反應器按中溫設計，適宜的運行溫度為35～38℃，在IC進料池底設置蒸氣加熱。通過蒸汽管道上閥門的開啟度來控制進水的溫度為35～38℃，需要指出的是受蒸汽壓力不穩定和來水溫度以及進水量變化等因素的影響，進水溫度會經常變化，因此需要經常監控，以便對蒸汽閥門做出及時調整。

4.2.4 進水流量控制

UASB設進水泵兩臺，分別為Q＝10m3／h污水泵兩臺。運行方式為，一用一備。每臺進水泵出口設有止回閥。手動流量控制系統由電磁流量計和手動蝶閥組成。調節手動蝶閥開度即可控制進入UASB的水量大小。

UASB反應器設計流量為4m3／h，裝備的進水泵總流量為10m3／h（實際上因為揚程的關系運行能達到最大流量還要大于此數），其目的是為了產生內回流，增加進水的堿度，以節約用堿。

內回流的主要目的都是提高UASB反應器中下部的上升流速，較高的上升流速可使底部的污泥“懸浮”起來，使生物和污水充分混合。

啟動階段上升流速從0.01m／h開始緩步提升，當污泥經過馴化，狀態變好，能耐受高的流速了，逐步開大內回流的流量。過程的長短與污泥種類，加入污泥的數量，原水水質，溫度等諸多因素有關，需在實踐中慢慢積累經驗參數。

根據化驗水質發現，經過預處理后UASB進水COD一般在15000×10－6左右（表3）。

表3 水量與上升流速的關系

4.2.5 UASB反應器的注意事項

顆粒污泥是大多數UASB反應器啟動的目標和啟動成功的標志，絮狀污泥UASB負荷在10kgCOD／（m3·d）以下，而顆粒污泥UASB反應器負荷甚至高達30～50kgCOD／（m3·d）。目標要明確，不要追求處理效率、產氣率、出水質量，這個啟動階段反應器活化過程存在停滯期，需要經歷相對較長的時間。反應器啟動的若干注意事項:洗出的污泥不返回反應器；進水COD＞5000mg／L出水循環或稀釋，最小COD濃度1000mg／L；COD去除率達到80%時逐步增加負荷，并防止乙酸濃度低于1000mg／L；高的離子濃度（Ca＋Mg＋）能引起化學沉淀形成灰分含量高的顆粒污泥；中溫38～40℃，高溫50～60℃，厭氧消化對溫度的突變十分敏感，要求每日的變化溫度不小于2℃。pH值始終保持6.2以上，營養，微量元素滿足污泥的生長；檢查VFA濃度，VFA濃度過高，使甲烷菌活力下降而導致VFA利用不充分，出水VFA高于8mmol／L時停止進水直至低于3mmol／L或再繼續以原濃度原負荷進水，VFA低于3mmol／時運轉良好；增加負荷可以通過增大進液量或降低進水稀釋比，盡量維持HRT（水力停留時間）負荷每次可增加30%。短時間內VFA上升，當VFA高于8mmol／L時，不停止進水，但要觀察反應器內pH值的變化，防止“酸化”的發生。

4.3 好氧處理系統——二級接觸氧化

接觸氧化法是一種兼有活性污泥法和生物膜法特點的一種新的廢水生化處理法。由池底、填料、布水裝置和曝氣系統等幾部分組成。填料被水浸沒，用鼓風機在填料底部曝氣充氧，這種方式稱為鼓風曝氣；活性污泥附在填料表面，不隨水流動，因生物膜直接受到上升氣流的強烈攪動，不斷更新，從而提高了凈化效果。處理生物柴油廢水采用的是框架式填料架的纖維狀的軟性填料，生物接觸氧化法具有處理時間短、體積小、凈化效果好、出水水質好而穩定、污泥不需回流也不膨脹、耗電小等優點。同時具有容積負荷高，耐沖擊負荷能力強；具有膜法的優點，剩余污泥量少；具有活性污泥法的優點，輔以機械設備供氧，生物活性高，泥齡短；能分解其他生物處理難分離的物質，容易管理，消除污泥上浮和膨脹等弊端。

4.4 回用處理系統——MBR技術

4.4.1 MBR反應器技介紹

MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio－Reactor），是膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢水處理技術，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物質截留住，省掉二沉池（圖3）。活性污泥濃度因此大大提高，水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質在反應器中不斷反應、降解。因此，膜－生物反應器工藝通過膜分離技術大大強化了生物反應器的功能，與傳統的生物處理方法相比，具有生化效率高，抗負荷沖擊能力強，出水水質穩定，占地面積小，排泥周期長，易實現自動控制等優點，是目前最有前途的廢水處理新技術之一。

圖3 MBR反應器

4.4.2 MBR反應器的特點

（1）出水水質優質穩定。由于膜的高效分離作用，分離效果遠好于傳統沉淀池，處理出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除，可以直接作為非飲用市政雜用水進行回用。

（2）剩余污泥產量少。該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低（理論上可以實現零污泥排放），降低了污泥處理費用。

（3）占地面積小，不受設置場合限制。生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，占地面積大大節省；該工藝流程簡單、結構緊湊、占地面積省，不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。

（4）可去除氨氮及難降解有機物。由于微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。操作管理方便。

5 結語

在生物柴油處理中該技術運用了好氧工藝與厭氧工藝結合的方法在處理高濃度廢水中去的了良好的處理效果，預處理階段去除率達到75%左右，厭氧處理階段去除率達到85%以上，好氧處理達到70%再加上MBR膜生物反應器，出水達到一級A排放標準。在實際運行的操作中特別注意前期的處理效果，前期處理的效果直接影響后期的正常運行和處理效果，預處理、厭氧處理、好氧處理三者缺一不可。

［1］譚萬春.UASB工藝及工程實例［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［2］黃琳琳，康家偉，楊永義.氣浮／UASB／SBR／MBR工藝處理生物柴油［J］.中國給排水，2009，25（8）.

［3］顧國偉，何義亮.膜生物反應器——在污水處理中的研究和應用［M］.北京:化學工業出版社，2002.