01 水質(zhì)參數(shù)

　　本項(xiàng)目主要進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

　　02 厭氧技術(shù)在制醋廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用與改進(jìn)

　　2.1 制醋廢水原有處理工藝及運(yùn)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(shè)計(jì)規(guī)模為1 300 m3/d，待處理廢水中是沒(méi)有引入醋糟壓榨水的，醋糟未經(jīng)壓榨進(jìn)入肥料廠，醋糟水在肥料廠的水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，故進(jìn)水CODCr=2 500 mg/L，TSS=300 mg/L。原系統(tǒng)中AO池設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為70 h，MLSS濃度約2 500 mg/L，經(jīng)原有系統(tǒng)處理后可以滿足污水排放要求。本項(xiàng)目出水排放至市政管網(wǎng)，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(yīng)器及配套的沼氣處理設(shè)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(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水量為2 160 m3/d，進(jìn)水SCOD負(fù)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(shè)備有UASB厭氧反應(yīng)器和IC厭氧反應(yīng)器，對(duì)于厭氧工藝的選擇主要有下述考慮：本項(xiàng)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(xiàn)較大，這兩股廢水的主要成分是醋酸。由醋酸轉(zhuǎn)化成甲烷的化學(xué)反應(yīng)方程[式(1)]可知，該反應(yīng)產(chǎn)生的吉布斯自由能較低，理論上合成的微生物細(xì)胞少，不利于污泥的顆粒化生長(zhǎng)。

　　如果反應(yīng)器內(nèi)為絮狀污泥，則IC厭氧反應(yīng)器并不適用。采用UASB反應(yīng)器，可以控制相對(duì)較低的上升流速，適用于絮狀污泥。本項(xiàng)目UASB反應(yīng)器滿負(fù)荷時(shí)上升流速為0.5 m/h。

　　本項(xiàng)目UASB反應(yīng)器直徑為15 m，高度為17 m，有效容積為2 827 m3，水力停留時(shí)間為31 h，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為3.9 kg SCOD/m3。實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，出于快速啟動(dòng)的目的，UASB反應(yīng)器內(nèi)接種的是造紙廢水項(xiàng)目IC反應(yīng)器內(nèi)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(jīng)過(guò)1年的運(yùn)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(chǎn)氣率高、污泥活性良好。污泥顆粒逐步減小與設(shè)計(jì)前的預(yù)判一致。運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)進(jìn)水施加負(fù)荷過(guò)高的情況，厭氧出水取樣有污泥隨水流出反應(yīng)器。此時(shí)用50 mL量筒取反應(yīng)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(jù)上述情況可知，即使選擇很低的上升流速，高負(fù)荷情況下仍然容易出現(xiàn)污泥流失的情況。

　　厭氧降解過(guò)程中有機(jī)污染物被微生物降解產(chǎn)生甲烷和二氧化碳，即我們通常所說(shuō)的沼氣的主要成分，因此，在工藝流程中設(shè)置了沼氣處理系統(tǒng)。據(jù)報(bào)道，每處理1 kg COD理論上可以產(chǎn)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(shí)際中常用的反應(yīng)器為中溫厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)器的最佳運(yùn)行溫度為35~38 ℃，而制醋廢水無(wú)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(jìn)水要求，因此，需要進(jìn)行蒸汽加熱。本項(xiàng)目利用厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣作為蒸汽鍋爐燃料，制備蒸汽對(duì)反應(yīng)器進(jìn)水進(jìn)行升溫，實(shí)現(xiàn)資源利用，降低運(yùn)行成本。本項(xiàng)目預(yù)計(jì)滿負(fù)荷時(shí)沼氣產(chǎn)量為200 m3/h，設(shè)計(jì)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(duì)蒸汽鍋爐造成腐蝕，設(shè)置沼氣滌氣塔，通過(guò)堿液噴淋吸收沼氣中的硫化氫。考慮到瞬時(shí)沼氣產(chǎn)量的波動(dòng)，沼氣滌氣塔處理能力按照400 m3/h設(shè)計(jì)。凈化后的沼氣進(jìn)入沼氣穩(wěn)壓柜，恒壓輸送至蒸汽鍋爐。考慮鍋爐檢修等特殊情況，設(shè)置沼氣燃燒器，當(dāng)沼氣不能被利用時(shí)輸送至沼氣燃燒器，避免沼氣直接排放產(chǎn)生安全隱患及破壞臭氧層。

　　本項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水量為1 100 m3/d，進(jìn)水SCOD平均值為3 500 mg/L，容積負(fù)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(yùn)行數(shù)據(jù)如圖3所示。

　　由圖3可知，厭氧進(jìn)水SCOD有波動(dòng)，但是厭氧出水SCOD相對(duì)穩(wěn)定，厭氧SCOD去除率>90%。

　　厭氧降解過(guò)程中產(chǎn)生沼氣，較高的COD去除率，意味著較高的沼氣產(chǎn)量，從能源利用角度來(lái)看，增加厭氧系統(tǒng)可以創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣產(chǎn)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(chǎn)量與SCOD去除量成比例，經(jīng)核算比產(chǎn)氣率平均值約0.8 m3沼氣/( kg SCOD)。比產(chǎn)氣率曲線如圖5所示。

　　制醋廢水中很多懸浮物質(zhì)是可被降解的COD，在SCOD的測(cè)定中這部分物質(zhì)沒(méi)有計(jì)入，因此，用SCOD核算的比產(chǎn)氣率非常高。

　　厭氧出水COD濃度較低，因此，好氧單元的污泥負(fù)荷大幅降低，需氧量降低，曝氣設(shè)備的運(yùn)行能耗降低。同時(shí)因好氧進(jìn)水有機(jī)物濃度降低，好氧污泥產(chǎn)量降低，污泥處理成本降低。

　　綜上可見，厭氧技術(shù)應(yīng)用在制醋廢水處理中，具有有機(jī)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(chǎn)生清潔能源的優(yōu)勢(shì)。

　　2.3 厭氧單元運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

　　2.3.1 厭氧供料泵吸入口籃式過(guò)濾器頻繁堵塞

　　本項(xiàng)目原水中有醋糟壓榨水，麩皮、谷糠等難降解的木質(zhì)纖維素形成大量懸浮物，原有預(yù)處理設(shè)備中有1臺(tái)機(jī)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(diào)節(jié)池內(nèi)仍然發(fā)現(xiàn)有麩皮等存留，為了避免懸浮物堵塞厭氧進(jìn)水泵或進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，設(shè)計(jì)時(shí)在厭氧供料泵吸入口管道上增加了籃式過(guò)濾器。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)機(jī)械格柵攔截之后進(jìn)入調(diào)節(jié)池的廢水中仍然含有很多懸浮物，導(dǎo)致籃式過(guò)濾器堵塞頻繁，設(shè)備清理頻率非常高，人工操作強(qiáng)度大。厭氧顆粒污泥取樣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有麩皮存留于底部污泥床。

　　結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為避免麩皮等惰性物質(zhì)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，并在系統(tǒng)內(nèi)累積，影響厭氧污泥活性，工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化：在調(diào)節(jié)池頂增加旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，濾網(wǎng) 采用柵條形不銹鋼網(wǎng)，柵條間隔0.5mm。從優(yōu)化后的運(yùn)行情況看，柵格間距為0.5 mm的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)可以有效的攔截麩皮、谷糠的懸浮物質(zhì)，有 利于后續(xù)厭氧系統(tǒng)運(yùn)行。

　　2.3.2 沼氣滌氣塔填料結(jié)晶

　　厭氧降解過(guò)程中產(chǎn)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(xiàng)目設(shè)計(jì)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(yīng)小于1‰，故設(shè)計(jì)采用沼氣堿洗滌氣塔，通過(guò)堿液噴淋沼氣以去除沼氣中的硫化氫氣體。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中測(cè)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(yùn)行過(guò)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(duì)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(nèi)形成碳酸鈉結(jié)晶，同時(shí)堿的消耗量非常高。

　　結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，結(jié)晶主要在氣溫較低的時(shí)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(jié)晶。從工藝原理角度看，對(duì)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(shè)備，宜采用生物法脫硫設(shè)備，以降低化學(xué)品消耗量和避免填料結(jié)晶。

　　03 結(jié)論

　　厭氧技術(shù)應(yīng)用于制醋廢水處理具有有機(jī)污染物去除效率高、產(chǎn)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(diǎn)，在制醋廢水處理領(lǐng)域推廣應(yīng)用具有較好的節(jié)能減排效益。