UASB－A／O－曝气生物滤池工艺处理聚丙烯酰胺废水＊

2013-08-29李本勇

河南工学院学报 2013年3期

李本勇

（新乡市环境保护局，河南新乡 453002）

聚丙烯酰胺生产废水属于难处理的生物化工废水［1］，含大量的高浓度有机物及氨氮，如果该废水直接排放到水体中，会造成严重的水体污染。在本工程应用中，采用UASB－A／O－曝气生物滤池组合工艺处理聚丙烯酰胺高浓度有机废水，运行实践证明，UASB启动速度较快，运行稳定，UASB出水再经A／O－曝气生物滤池系统处理后，水质达到污水综合排放标准（GB 8978－1996）二级标准。

1 废水来源及水质

河南某净水剂生产公司以微生物法生产聚丙烯酰胺，生产能力20000吨／年，生产过程中的废水为催化水合系统废水（包括发酵液过滤废水、水合液过滤废水、发酵罐清洗废水）、丙烯酰胺精制柱反冲洗废水、反渗透废水、循环系统排污水及生活污水。各环节废水水质水量见表1。

表1 生产废水水质水量情况表

本工程废水处理站设计处理水量120m3／d，根据当地环保部门要求，其排水水质达到《污水综合排放标准》（GB 8978－1996）二级标准。

2 处理工艺及主要构筑物参数

废水处理工艺流程如图1所示。将生产废水与生活污水混合后先采用UASB厌氧反应器提高废水的可生化性，去除大部分有机污染物，再通过氨氮去除效果较好的A－O 法处理工艺进行处理，为保证出水达标，增加一级曝气生物滤池进行后处理，处理后的废水达标排放。

图1 工艺流程

废水处理工程主要构筑物为调节池、UASB反应器、A－O 池、曝气生物滤池、沉淀池、污泥浓缩池等。其设计参数见表2。

表2 主要构筑物及设计参数

3 工程运行效果

经运行调试，确定UASB 反应器水力停留时间为33小时，A－O 池硝化液回流比为200%，曝气生物滤池停留时间为20小时，本工艺出水水质较好，在建设项目环境保护竣工验收期间进行了每天6次连续3 天的监测，工程运行监测结果见表3。2012年5月至2012年10月本废水处理系统各单元的运行效果见图2、图3和图4。

表3 废水处理工程运行效果（mg／L）

由表3监测数据可知，污水处理系统对COD的总去除率为97.3%，BOD5的总去除率为98.8%，SS的去除率为94.8%，氨氮的去除率为85.3%，最终出水水质为COD：112mg／l、BOD5：17mg／l、SS：60mg／l、氨氮：11 mg／l。各项污染因子均达到了《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准的要求。

图2 处理单元COD运行效果

图3 处理单元SS运行效果

图4 处理单元氨氮运行效果

4 工艺单元运行分析

4.1 UASB厌氧反应器的启动与运行

UASB反应器由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成［2］。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，污水从反应器底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，产生大量的沼气微小气泡。微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，带动污水污泥一起上升进入三相分离器，沼气集中在气室，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

本工程UASB 反应器共1 座，配水量为5m3／h，24小时全天运行。启动时投加污水处理厂消化污泥，污泥的接种质量浓度为12kgVSS／m3反应器容积，初始进水量为设计水量的30%，随着污泥浓度增加逐渐提高试运行负荷。运行2个月后，反应器有持续厌氧气体产生，反应器污泥平均浓度MLSS 达到15000mg／L，运行负荷达1～3 kgCOD／（m3·d），处理效果基本稳定，COD 与SS的去除率分别达到52%～66%和33%～42%。运行至4 个月时，运行负荷达2～5kgCOD／（m3·d），处理效果比较稳定，COD 与SS的去除率维持在71%～73%和44%～50%。

与厌氧接触法、厌氧生物滤池相比，UASB 具有运行费用低、投资省、效果好、耐冲击负荷、适应pH 和温度变化、结构简单及便于操作等优点，应用日益广泛。

4.2 A／O 反应池的运行

A／O 法是活性污泥法的一种，由A 池和O 池构成。A 池以从沉淀池连续回流的活性污泥作为接种污泥，收纳UASB 出水，与此同时，O 池中混合液回流至A 池，利用硝化反硝化作用达到脱氮的目的。压缩空气通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入O 池中，使曝气池内的污水、活性污泥处于剧烈搅动的状态，互相混合、充分接触，使活性污泥反应正常进行。

本工程A／O 池体积比1：3。UASB 反应器出水稳定后，本系统控制A 段DO 0.2mg／L 以下，O段DO 控制在2～4mg／L之间，混合液回流比控制为200%，出水水质较好，COD 与氨氮去除效率稳定在70%左右。A／O 池混合液出水进入沉淀池进行固液分离，澄清后的污水进入曝气生物滤池，经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中一部分污泥回流A 池，多余的一部分则作为剩余污泥排出系统。

4.3 曝气生物滤池的启动与运行

曝气生物滤池底部设承托层，其上部为填料。在承托层设置曝气用的空气管及空气扩散装置，污水从池上部进入池体，使填料表面形成生物膜。在污水通过滤层的同时，由池下部通过空气管向滤层进行曝气，与下流的污水逆向接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物［3］。在微生物的新陈代谢作用下，有机污染物被降解，污水得到处理。原污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形成的生物污泥，被填料所截留。滤层具有二次沉淀池的功能，当滤层内的截污量达到某种程度时，对滤层进行反冲洗，反冲洗水由反冲洗管排入上级处理池。

本工程曝气生物滤池启动是在UASB与A／O统运行1个月后进行，接种污泥和试验进水分别为原有污水处理系统中的活性污泥和A／O 系统二沉池出水。污泥接种后在不进水的状态下连续闷曝3d，然后开始小流量进水，进水量控制为0.5～1 m3／h，气水体积比控制为3：1～4：1，使填料表面逐渐附着生物膜，待出水变清澈后，逐步增加进水量，挂膜终止时水力负荷为0.15m3／（m2·h）。挂膜期间，曝气生物滤池进水COD 为100～200mg／L，BOD 为30～50mg／L，出水COD 去除率呈上升趋势。调试2～3 周后，COD 去除率稳定在50%以上，出水比较清澈，说明系统挂膜基本完成［4］。由于曝气生物滤池中生物载体的多孔状结构，处于深层的微生物可能处于缺氧或厌氧状态，从而在同一池体中可以同时存在好氧、缺氧、厌氧状态微生物，使硝化、反硝化在同时进行，所以更能有效地去除水中的氨氮类物质，对氨氮具有更高的去除效率。系统运行2个月后，COD 与氨氮的去除率分别稳定在80%与60%以上。

5 工程效益

本工程设计处理水量120m3／d，总造价103万元。投产后，年运行费用为7.812万元，处理成本为2.17元／m3。运行过程中，每天COD 去除量高达483.3kg，大大减轻了周边受纳水体的污染负荷，很大程度上解决了环境污染对企业可持续发展造成的瓶颈制约问题，同时也对区域经济发展和生态环境的改善起到了积极的作用。