UASB-生物接触氧化工艺处理果汁生产废水工程设计*

胡红伟，冯新园，唐 盟

(1.河南城建学院市政与环境工程学院，河南 平顶山 467036；2.河南城建学院化学与材料工程学院，河南 平顶山 467036)

UASB-生物接触氧化工艺处理果汁生产废水工程设计*

胡红伟1，冯新园2，唐 盟2

(1.河南城建学院市政与环境工程学院，河南 平顶山 467036；2.河南城建学院化学与材料工程学院，河南 平顶山 467036)

针对河南某果汁生产厂产生的果汁生产废水，采用UASB-生物接触氧化工艺对之处理，在废水水量为800 m3/d,进水CODcr≤5000 mg/L、BOD5≤2500 mg/L、SS≤1000 mg/L、pH 3～5情况下，经处理后，出水CODcr≤100 mg/L、BOD5≤30 mg/L、SS≤70 mg/L、pH 6～9，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)中一级标准。

果汁废水；UASB；生物接触氧化；高浓度废水

河南省某果汁生产厂主要以苹果为原料生产浓缩果汁。该果汁生产工艺主要包括原料的清洗与预处理、原料破碎和压榨提汁、蒸发干燥等步骤。清洗与预处理过程产生清洗用水，破碎和压榨提汁工艺过程中会产生果渣，澄清、过滤、浓缩以及杀菌工艺和CIP清洗工艺过程产生含有如糖类、有机酸、香精、醇和酯类等大分子有机物废水。因此，该果汁生产废水是由酸、碱、消毒剂和高分子有机物组成的高浓度有机废水，其水质主要特点是水量和水质波动大、废水有一定的温度、N和P含量偏低、废水SS含量较高，多为果品碎屑、泥砂等。为了减轻果汁生产废水对环境的污染，需对该废水进行处理。

1 水质与水量

针对该厂实际情况，该处理工程设计水量为800 m3/d。处理后水质应满足《污水综合排放标准》(GB8978-96)中一级标准。原水水质及处理后水质情况见表1。

表1 原水水质及出水水质情况

2 废水处理工艺流程

2.1 工艺流程确定

该果汁废水有机质多、浓度高且悬浮物含量大，废水BOD5/CODcr>0.45,可生化性较好，同时在本工程中按高要求设计出水水质。考虑到以上因素，能满足本项目要求达到的排放标准，且目前成功应用于处理果汁废水的组合工艺为:生化处理工艺为主体， 配以物化预处理为辅， 结合一定深度处理技术脱色。结合该厂废水实际水质情况及处理要求等情况，在比较分析的基础上，确定以UASB-生物接触氧化为主的处理工艺，具体的工艺流程如图1所示。

图1 果汁废水处理工艺流程图

2.2 工艺流程说明

果汁废水经机械格栅截留大块飘浮物后进入集水池，集水池安装一级提升泵进入转鼓微滤机，去除果肉、果屑、果梗等悬浮物。由于原料中夹带有大量的泥砂，为防止其进入厌氧系统影响厌氧反应过程及增加厌氧系统的有机负荷，在进入厌氧系统前必须给予去除，因此转鼓微滤机自流出水进入平流式初沉池，沉降的泥砂自压排出至污泥池。经机械格栅、转鼓微滤机、初沉池固液分离后的清水自流入调节池对废水均质均量调节及部分水解酸化，以消除清洗剂对厌氧反应的抑制作用。调节酸化池设导流槽和对流廊道，导流槽对来水均匀分布并使之形成溢流跌曝形式，对流廊道使各路废水产生对流，原水混合均质。由于果汁废水呈酸性，会抑制后续厌氧过程，且产甲烷菌不能承受低pH值的环境(UASB反应器运行的最佳pH值为6.8～7.2)。通过向水中加入絮凝剂和石灰经潜水搅拌机机械搅拌，使水中的悬浮物、浊液、胶体(破坏双电层脱稳)形成大的絮体，同时调节了废水的pH在适宜范围，沉淀后调节好的料液采用二级提升泵经脉冲布水器均匀进入UASB厌氧反应器。在产酸菌和产甲烷菌的作用下，将大部分的有机物分解为无机小分子物质和甲烷，剩余污泥进入污泥浓缩池，出水则自流入生物接触氧化池。生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用吸附在填料上的生物膜和充分供应的氧气,通过生物氧化作用,将废水中的有机物氧化分解,达到净化废水的目的。由于对废水出水要求较高，为保证接触氧化池出水达到100 mg/L以下，生物接触氧化池采用两级高、低负荷，中间采用中沉池对高、低负荷接触氧化池进行连接，在二沉池固液分离澄清后，出水自流入清水池达标排放。

污水处理系统产生的污泥(包括沉砂池污泥、UASB厌氧剩余污泥、二沉池污泥)排入污泥浓缩池，经重力浓缩后采用污泥泵提升进入带式压滤机脱水，经脱水后的干泥外运填埋处置。

2.3 主要构筑物及设备参数

主要构筑物及工艺参数见表2。

3 调试运行及处理效果

3.1 调试运行

为缩短调试时间，接种污泥直接取自某污水处理厂脱水消化污泥，经筛网过滤后污泥投放到UASB反应器，注入果汁废水浸泡。启动初期，采用间歇进水方式，同时使用石灰调节pH值在6.5～7.5(因为甲烷菌活性在酸性条件下会受到抑制，UASB反应器内的最佳pH值为6.8～7.2，应避免反应器酸化现象)，随后逐步用出水回流调节pH值，控制出水回流比为1∶0.5，菌种经历休眠、活化、选择、驯化增殖的过程，待出水COD去除率达到75%以上再增加进水量和进水频率，并逐步缩短进料的间隔时间，控制COD容积负荷由2.0 kgCOD/(m3·d)逐渐提高到5.0 kgCOD/(m3·d)。每阶段以COD去除率为指标，当出水COD去除率10 d内稳定在80%左右时，逐渐增加进水负荷。连续运行5个月后，容积负荷和产气量渐渐稳定， COD去除率稳定在90%左右，此时镜检能看到有大量颗粒化污泥，污泥颜色为灰黑色，且颗粒大小均匀。此时可以认为UASB反应器启动完成。

表2 主要构筑物及工艺参数

好氧生物接触氧化段的启动是在接触池内加入一定量的活性污泥(与UASB接种污泥取自同一厂)，初始阶段闷曝使污泥经过筛选、驯化附着在填料上至填料表面有生物膜出现，污泥呈现黄褐色后逐步加大水量，每曝气10 h后静置停留2 h，排出1/3的上清液再补充新污水，经过3个多月的调试，池内填料里面颜色呈灰黑色，池内水清澈，镜检生物膜观察，发现其表面有丝状菌存在，此时可以认为接触氧化池进入稳定运行期。

3.2 最终处理效果

根据监测结果得到该工艺处理效果如表3所示。

表3 各构筑物处理效果

注：进水pH 3～5，经中和处理后出水pH 6～9。

从表3可以看出，果汁废水经该处理工艺处理后，最终出水水质指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准。

4 经济效益分析

废水处理运行成本主要包括动力费、人工费和药剂费。该废水处理站总装机容量186.8 kW，实际运行工作容量150 kW，动力费(废水处理耗电费)为1 980元/d。废水处理站设工作人员4人，每人月工资1 100元，则人工费为146.7元/d。药剂费约为1 000元/d。因此，废水处理运行费用为3.9元/t。同时，该工程UASB池产生的沼气甲烷可回收利用，可产生经济效益每年约20万元。

5 结论

采用UASB+生物接触氧化工艺对果汁废水进行处理，在废水水量为800 m3/d,进水CODcr≤5 000 mg/L、BOD5≤2 500 mg/L、SS≤1 000 mg/L、pH 3～5的情况下，经处理后，出水CODcr≤100 mg/L、BOD5≤30 mg/L、SS≤70 mg/L、pH 6～9，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)中一级标准。该工艺不仅能有效降低废水中的有机物和悬浮物，而且该工艺运行可靠、管理方便、处理效果好。

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UASB-biological contact oxidation processing treated fruit juice wastewater

HU Hong-wei1， FENG Xin-yuan2， TANG Meng2

(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China； 2.SchoolofChemistryandMaterialsEngineering,HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China)

Using the UASB- biological contact oxidation combined process to treat fruit juice production wastewater from a juice production plant in Henan province, the quantity of wastewater is 800 m3/d, the influent CODcr≤5000 mg/L, BOD5≤2500 mg/L, SS≤1000 mg/L, pH 3～5, the effluent CODcr≤100 mg/L, BOD5≤30 mg/L,SS≤70 mg/L, pH 6～9. The effluent quality meets the first grade standard of “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB8978-1996).

fruit juice wastewater; UASB; biological contact oxidation; wastewater treatedment

2013年河南城建学院科学研究基金项目(2013JYB004)。

2013-09-29

胡红伟(1980-)，男，河南平顶山人，硕士，河南城建学院市政与环境工程学院讲师。

1674-7046(2014)01-0038-04

X792

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