EGSB厭氧反應器處理小麥淀粉廢水以及副產沼氣的應用實例

[摘 要] 河南浚縣某小麥淀粉廠采用EGSB厭氧反應器和A/O活性污泥工藝處理高濃度小麥淀粉廢水并對沼氣進行凈化提純。在中溫條件下，污水處理整體工藝對廢水中COD、BOD5和SS去除率分別達98.7%、99.2%、和94.3%，出水水質滿足當地排放要求。沼氣經過凈化提純后，甲烷含量達到95%以上、硫化氫含量小于20mg.m-3，實現了沼氣的高值利用。

[關鍵詞] 小麥淀粉廢水；EGSB厭氧反應器；A/O活性污泥；沼氣

[中圖分類號] X703.1 [文獻標識碼] A

淀粉作為一種重要的化工原料，目前已經廣泛應用于食品、化工、紡織、造紙等行業[1-2]。淀粉工業是以小麥、玉米、馬鈴薯、大米等農產品為原料生產淀粉或淀粉深加工產品行業[3]。小麥作為世界上最重要的農作物之一，在中國無論是栽培面積還是總產量加工技術。隨著小麥深加工產業加工技術的發展，雖然，小麥淀粉在生產過程中單位產品耗水量不斷降低，但與此相應的是小麥淀粉生產廢水的有機物濃度也逐漸增加，其主要成分為淀粉、糖類和蛋白質。若直接排放，這些高濃度廢水不僅會造成資源的嚴重浪費，而且也會造成嚴重的環境污染。厭氧反應過程中，將產生大量的沼氣。這部分沼氣經調壓、脫硫和脫碳等工藝處理后，可能夠滿足天然氣GB17820-1999二類氣指標，具備較高的可利用價值。

河南浚縣某小麥淀粉廠年產小麥淀粉30萬噸，廢水經“EGSB厭氧反應器+A/O活性污泥池”工藝處理后，取得了較好地處理效果。EGSB厭氧反應器產生的沼氣經凈化處理后全部用于燃氣發電機組，為解決當地電力資源短缺提供了一條有效途徑。

1 廢水水量、水質

該淀粉廠在淀粉加工過程中，高濃度廢水主要包括A淀粉、B淀粉、谷朊粉脫水工段的工藝廢水和蛋白飼料干燥過程的產生的污冷凝水。廢水經收集后首先經初沉池沉淀，對廢水中的大塊濾渣進行了回收。需要進行處理的廢水量約為1 500 m3/d。該廠廢水經自建污水處理站處理后送城市集中污水處理廠進行處理。經實際監測，該廠廢水產生水質詳見表1。

2 廢水處理工藝

2.1 工藝流程

由表1可見，淀粉廠廢水中COD和BOD5含量較高，B/C達到了0.5，可生化性相對較好，廢水中總氮含量也較高。結合廢水特點，該廠自建污水處理站一座，采用“厭氧膨脹顆粒污泥床工藝（EGSB）+A/O活性污泥池”為主體處理工藝。通過厭氧工藝產生的沼氣，經脫硫化氫經調溫、調壓、脫硫等凈化處理后，得到甲烷含量大于90%的生物天然氣。廢水處理工藝流程見圖1，沼氣處理工藝流程見圖2。

2.2 工藝說明

淀粉廢水首先進入初沉池，經沉淀大塊濾渣后，再送入調節池預酸化池。在調節池內調節水質、水量。經調節過的廢水由水泵輸送至配水井，根據工藝需要對pH值和溫度進行調節：通過pH調節系統控制廢水酸堿度，通過向套管中通入蒸汽加溫控制水溫為34 ℃～36 ℃。再由泵送至EGSB厭氧反應器進行厭氧處理。EGSB厭氧反應器出水由泵送往A/O活性污泥池，首先在缺氧池中進行反硝化將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為氮氣，再在好氧池中利用好氧微生物進一步降解水中的有機物，同時經硝化反應去除廢水中的氨氮。二沉池出水最后再送砂濾池通過物理作用進一步降低污染物濃度，保證出水達標排放。

厭氧反應產生的沼氣含有硫化氫和二氧化碳等氣體，同時含有少量水分。經氣柜收集后，首先經過調溫和調壓，然后經脫硫反應器去除硫化氫，再經變壓吸附器去除二氧化碳，最后經脫水成為甲烷含量大于90%的生物天然氣。

3 污水處理站主要構筑物參數

3. 調節池

1座，鋼砼機構，容積1 650 m3，停留時間12 h，提升泵3臺（125FMZG-18B），2用1備。

3.2 配水井

2座，鋼砼結構，每座容積120 m3，池內設提升泵3臺，（125 FMZG-18B），2用1備。加熱套管2套，PH調節系統2套。

3.3 EGSB厭氧反應器

2座，鋼砼結構，設計COD容積負荷為20 kg.m-3.d-1，總容積2 140 m3。EGSB反應器布水系統（SF-BS）8套，三相分離器（SF-FL）32套，汽水分離器（SF-GF）4套，泥水分離器（SF-NF）2套，水封器（SF-SF）2套。循環水泵（CVD57.5-200A）4臺。

3.4 A/O活性污泥池

2座，鋼砼結構，總容積8 000 m3。曝氣系統面積10 80 m2。配備鼓風機（D60-1.6）三臺，2用1備；混合液回流泵（CT55.5-150）2臺，2用1備。

3.5 二沉池

1座，鋼砼結構，輻流式沉淀池，總容積760 m3。配備刮吸泥機（CG-16C）1臺；污泥回流泵（CT53.7-100）3臺，2用1備。設計停留時間2小時。表面負荷0.8 m3.m-2.d-1。

3.6 脫硫塔

2座，總容積30 m3，設計溫度50 ℃，設計壓力0.1 MPa。

3.7 變壓吸附脫碳塔

2座，總容積130 m3，吸附劑為氧化鋁，設計壓力1.5 MPa。

3.8 燃氣發電機組

2座，612V190ZLDZ-2型燃氣發電機組。

4 運行情況

根據該淀粉廠污水處理站的實際運行經驗，EGSB厭氧反應器啟動采用的接種污泥為河南省內某淀粉廠處理小麥淀粉廢水的UASB反應器排放的顆粒污泥，其VSS/TSS=0.69。對EGSB厭氧反應器首先進行啟動調試，首先采用間歇進水，進水COD控制在4000～5 000 mg.L-I左右，pH為6.5～7.5，水溫35 ℃，反應器內上流速度1.5 m.h-1，回流周期72 h，控制反應器有機負荷4.0 kg.m-3.d-l。同時監測EGSB反應器的出水水質，當反應器對廢水COD的去除率達到90%以后，可再逐漸提高進水有機負荷。

在提高負荷同時，需要通過調整循環泵流量控制反應器內上升流速，防止污泥的不必要流失。當滿負荷穩定運行后，反應器COD容積負荷達到20 kg.m-3.d-1左右，此時進水COD為8 000～10 000 mg.L-1，COD去除率可達到90%。此時，反應器底部污泥顆粒分布范圍大部分直徑為1.0～3.0 mm。

A/O活性污泥池工藝采取投加河南某小麥淀粉廠污水站好氧污泥的啟動方式，穩定運行混合液回流比為250%，污泥回流比一般控制在50%～100%運行。EGSB厭氧反應器和A/O活性污泥池工藝經過半年調試后進入穩定運行狀態，目前已穩定運行2年，穩定運行后污水處理站處理效果見表2。

根據表2的實際運行效果可知，采用 EGSB厭氧反應器和A/O活性污泥池組合工藝處理小麥淀粉廢水，運行較為穩定，處理效果良好，該工藝處理后的出水能夠滿足當地排放要求，可以送當地城市污水處理廠進行深度治理。

此外，通過了解，當每天廢水產生量為1 500 m3.d-1時，生物天然氣產生量約為6 000 m3.d-1，其中硫化氫含量小于 20 mg.m-3，甲烷含量大于 95%，能夠滿足天然氣GB17820-1999二類氣指標。企業自建兩臺燃氣發電機組，利用副產天然氣進行發電，發電量為每天15 000度。

5顆粒污泥粒徑的分布

從EGSB反應器底部取少量污泥樣品按顆粒粒徑進行分類，經烘干后稱重，計算不同粒徑范圍顆粒污泥所占比例。可以發現：EGSB底部顆粒污泥粒徑較大，粒徑大于2.0 mm的約占25%，粒徑在1.0～2.0 mm的占到了70%，小粒徑顆粒污泥約占10%。這表明該小麥淀粉廠廢水處理站的EGSB反應器在穩定運行后，反應器底部基質濃度較高，顆粒污泥形成情況較好，能夠保證EGSB反應器持續穩定的運行，沼氣產生量也較為穩定。

6 效益分析

該淀粉廠采用EGSB厭氧反應器和A/O活性污泥工藝處理高濃度的淀粉廢水并對沼氣進行凈化和回用，每年減少 COD排放量約3 500 t。在運行過程中，EGSB工程沼氣經提純后，最大日產生物天然氣6 000 m-3，每天發電量15 000度。廢水處理的運行費用包括廢水處理站總裝機的運轉電費、人工費和藥劑費等，其中總裝機的實際工作功率240.0 kW，電費0.60 元.kWh-1計，則電費為 1.2 元.m-3水；勞動定員 6 人，按每人每月2000 元計，人工費為 0.27元.m-3水；藥劑費按 2 000 元.t-1，當投加質量濃度為 200 mg.L-1時，處理藥劑費約 0.10 元.m-3水。噸水直接費用為1.57元.m-3。

7 結論

EGSB厭氧反應器和A/O活性污泥工藝處理高濃度的淀粉廢水是可行的。當廢水COD為8 000～12000 mg.L-1時，小麥淀粉廢水經該工藝處理后的出水可以穩定滿足當地排放要求。厭氧反應器產生的沼氣經凈化提純處理后，也能夠滿足用于燃氣發電機組的使用要求，能夠產生較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]李善平，甘海南.淀粉生產廢水處理的運行與管理[M].北京：中國環境科學出版社，2000.

[2]張連凱，張仁志，宋述瑞.淀粉廢水處理方法研究進展[J].污染防治技術，2008，21（3）：61-64.

[3]唐受印，戴友芝，劉忠義等.食品工業廢水處理[M].北京：化學工業出版社，2001.