UASB+CASS工艺在处理乳业废水中的应用

史学峰　向　怡　刘　辉

(中国辐射防护研究院，太原　030006)

UASB+CASS工艺在处理乳业废水中的应用

史学峰向怡刘辉

(中国辐射防护研究院，太原030006)

【摘要】本文从厌氧和好氧反应机理出发，结合项目实例，对于乳业废水采用UASB+CASS工艺的处理效率、稳定性、可靠性、经济性等方面进行论证，最终得出结论为此工艺是治理乳业废水较为先进、成熟、可靠的方法。

【关键词】乳业废水；厌氧和好氧；UASB+CASS

中图分类号：X21

文献标识码：码：A

文章编号：号：1673-288X(2015)05-0106-04

Abstract：This paper from the anaerobic and anaerobic-aerobic reaction mechanism，combined with project example，embarks the treatment of dairy industry wastewater by UASB+CASS process efficiency，stability，reliability，economy and so on，finally has the conclusion that dairy wastewater process is advanced，mature and reliable method.

Keywords：dairy industry wastewater；anaerobic and anaerobic-aerobic；UASB+CASS

作者简介：王建芳，硕士，矿建工程师，主要研究方向为采矿和矿建

1引言

据统计我国年人均牛奶消耗量为6.6公斤，现在每年仍以3%的速度在增长。目前处理乳业废水多采用水解酸化+好氧工艺，多存在处理流程长、基建及运行费用过高或处理效果不稳定等问题1。而UASB+CASS处理乳业废水工艺是在普通厌氧+好氧生化基础上改良而来的治理工艺，UASB为高负荷的厌氧反应处理工艺，而后衔接改良型SBR工艺，一池多用，减少了基建及运行成本和污泥产出量，该工艺的对乳业废水处理具有出水水质良好，处理效果稳定的特点3。本文经过查阅大量资料和调研，确定处理工艺为UASB+CASS，并主要针对UASB+CASS工艺在处理乳业废水中的应用进行论述。

2乳业废水来源及组成

某乳业(太原)有限公司是一家生产液体奶的乳饮品企业。其生产工艺过程中产生的废水主要来源于容器、管道、设备清洗所产生的高浓度废水，生产车间与场地清洗产生低浓度废水。

根据其生产规模确定废水排放量为3000m3/d。由于某乳业(太原)有限公司还在建设中，所以无废水监测资料。但根据同样生产液体奶的某乳业(宝鸡)公司和山西某乳业公司废水的监测结果，确定某乳业(太原)公司的生产废水设计水质参数见表1。

表1　乳业废水水质参数情况表　mg/L

3厌氧、好氧反应机理

3.1　厌氧反应机理

有机物的厌氧降解主要分以下四个阶段：①水解阶段：复杂的颗粒物被转变为低分子量的溶解性化合物。②酸化阶段：在水解阶段产生的溶解性化合物被发酵菌所吸收，经过酸化被分解成简单有机物。③乙酸化阶段：酸化的产物将被转化为供产生甲烷的最终产物：乙酸和氢气。污水中70%的COD转化为乙酸。④甲烷化阶段：产甲烷菌将乙酸转化为CH4和CO2，利用H2还原CO2成CH4。

3.2　好氧反应机理

好氧生物处理是在有游离氧(O2)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代谢。

4UASB、CASS工艺简述

4.1　UASB工艺简述

升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，广泛应用于高浓度有机废水的处理。

4.1.1UASB工作原理

UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和集气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床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，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入集气室，集中在气室的沼气用导管导出，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。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，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。

4.1.2UASB高负荷率的原因

UASB具有高的容积有机负荷率，其主要原因是设备内，特别是污泥层内保有大量的厌氧污泥。工艺的稳定性和高效性很大程度上取决于生成具有优良沉降性能和很高甲烷活性的污泥，尤其是颗粒状污泥。

4.1.3UASB的设计

UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产气量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。UASB的池形状有圆形、方形、矩形。污泥床高度一般为3～8m，多用钢筋混凝土建造。当污水有机物浓度比较高时，需要的沉淀区与反应区的容积比值小，反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池形。当污水有机物浓度低时，需要的沉淀面积大，为了保证反应区的一定高度，反应区的面积不能太大时，则可采用反应区的面积小于沉淀区，即污泥床上部面积大于下部的池形。三相分离器是污水厌氧处理装置UASB的关键设备，设计合理的三相分离器能大大提高污染物的去除效率。

4.1.4UASB工艺的优点

①UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20～40gVSS/L；②有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3·d左右；③无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；④污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题；⑤UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。

4.2　CASS工艺简述

循环式活性污泥系统CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。该工艺是在序批式活性污泥法(SBR)和氧化沟技术的基础上发展而来的先进技术，剩余污泥量比传统活性污泥法和普通的SBR少得多；运行稳定，操作管理简便；可只针对含碳有机质，也可实现脱氮除磷；占地省，能耗低。

4.2.1CASS工作原理

CASS池分预反应区和主反应区，在预反应区中废水中溶解性有机物质能通过酶反应机理而迅速去除。预反应区可以恒定容积，也可以变容积运行，回流污泥中的硝酸盐可在此进行生物脱氮，预反应区还可以防止产生污泥膨胀。

CASS池主反应区后部安装撇水装置，进水、曝气、沉淀、撇水、闲置在同一池子内周期循环运行，开始时，由于进水，池中的水位由某一最低水位开始上升，在经过一定时间的曝气和混合后，停止曝气，以使活性污泥进行絮凝并在一个静止的环境中沉淀，在完成沉淀后，由一个移动式撇水装置排出已处理的上清液，使水位下降至池子设定最低水位，然后再重复上述全过程。为了保持CASS池一个合理的污泥浓度，需要根据产生的污泥量来排出剩余污泥，排出剩余污泥一般在沉淀阶段结束后进行，排出污泥浓度可达10g/L。因此与其它活性污泥法相比，CASS池排出剩余污泥体积最小。

4.2.2CASS工艺的优点

①工艺流程简单，占地面积小，投资较低。②生化反应推动力大。③沉淀效果好。④运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标。⑤不易发生污泥膨胀。⑥剩余污泥量小，性质稳定。

4.2.3CASS的设计

①曝气方式的选择：CASS工艺可选择多种曝气方式，但在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、螺旋曝气器等。采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管，当停止曝气时，微孔闭合，曝气时开启，不易造成微孔堵塞。此外，由于CASS工艺自身的特点，选用水下曝气机还可根据其运行周期和DO等情况适当开启不同的台数，达到在满足废水要求的前提下节约能耗的目的。②排水方式的选择：CASS工艺的排水要求与SBR相同，目前，常用的设备为旋转式撇水机，其优点是排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随水排出。

5UASB+CASS组合工艺流程

根据乳制品废水可生化性高的特点，采用厌氧+好氧流程。在厌氧阶段采用上流式厌氧污泥床(UASB)工艺，利用UASB反应器高微生物浓度、高容积负荷等特点，使经过预处理的废水中的大部分有机污染物在此阶段被分解去除。

好氧系统采用循环式活性污泥系统(CASS)工艺。CASS工艺系统的前置装置——生物选择器正好符合UASB厌氧系统出水的厌氧条件，在厌氧或缺氧条件下，生物选择器抑制丝状菌的过度增长，防止产生污泥膨胀。通过控制曝气强度以使反应器中主体溶液处于好氧阶段，最终完成降解有机物的过程，达到去除有机物的目的。在CASS工艺中，一池多用，能同时进行有机物的降解、硝化，反硝化过程，从而达到深度处理的效果。

5.1　工艺流程

废水通过粗、细格栅后进入调节池均质均量，调节池中充氧预曝气，防止污泥沉淀并对进水进行预处理。然后经过气浮池去除水中的悬浮物和油类后进入UASB反应器，进行厌氧处理，为后续工艺提供可靠保证，可大幅度缩短处理时间，减轻后续处理构筑物负荷，废水从UASB反应器自流至CASS反应器进行缺氧、好氧处理，处理后的废水可达标排放。UASB反应器产生的CH4气体经过火炬燃烧器燃烧(有条件情况下可作为清洁能源回收利用)。UASB反应器和CASS反应器产生的污泥进入污泥浓缩池，然后经过压滤机制成泥饼外运。

5.2　UASB+CASS组合工艺的特点

①有机负荷高，COD去除率高；②布水均匀，能保证微生物与基质的充分接触；③抗冲击负荷能力强；④容积产气率高，能耗很低；⑤整个系统完全自控，设置全自动防酸化保护系统，不会出现酸化现象；⑥系统占地小，为其它厌氧系统的60%左右；⑦运行稳定，处理效果好，管理简单；⑧由于采用静止沉淀，出水水质较其它处理好；⑨好氧微生物富集简单，系统启动容易；⑩系统除对有机物有很好去除外，对N、P的去除也较高；系统氧的利用率高，能耗较其它处理低15%左右；系统不易出现污泥膨胀现象。

6各工艺单元处理效果

以表1中某乳业(太原)公司的生产废水设计水质参数作为污水处理站进水参数，出水要求达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准浓度限值的要求进行计算分析。各工艺单元主要污染物去除效果见表2。

表2　各工艺单元主要污染物去除效果一览表

7结论

①采用本工艺技术路线，突出了两类生化处理技术的优势，具有运行费用低，厌氧阶段和好氧阶段几乎无需人工操作，操作管理方便等优点。②在预处理阶段采用气浮工艺，可预先去除废水中的大部分油脂、胶状物以及固体悬浮物，较大幅度地降低废水中的BOD5和COD的浓度，从而减轻后续生化处理的负荷，提高处理效率。③CASS工艺的每一个周期的不同阶段均得到优势菌种的净化作用，出水水质优于一般二沉池。④从实际运行看，采用UASB+CASS处理工艺处理乳制品废水，处理效果稳定，CODcr、BOD5、SS、NH3-N和动植物油去除率高。平均出水水质能满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准浓度限值的要求。综上所述，UASB+CASS工艺处理乳业废水是目前较为先进、成熟、可靠的方法。

参考文献：

[1]王凯军，秦人伟.发酵工业废水处理.化学工业出版社.

[2]张统.间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例.化学工业出版社.

[3]王凯军.城市污水生物处理新技术开发与应用.化学工业出版社.

[4]高廷耀，顾国维.水污染控制工程(第二版).高等育出版社.

[5]张自杰.排水工程(第四版).中国建筑工业出版社.

Application of UASB+CASS Technology in the Treatment of Dairy

Industry Wastewater

SHI XuefengXIANG Yi LIU Hui

(China Institute for Radiation Protection，Taiyuan，030006，China)

《环境与可持续发展》简介

环境保护部主管和环境保护部环境与经济政策研究中心主办的《环境与可持续发展》(原《环境科学动态》，CCSCI来源期刊，全国中文核心期刊)于1976年创刊，现已加入“中国学术期刊(光盘版)全文收录期刊”、“中国期刊全文数据库(CJFD)全文收录期刊”、“万方数据-数字化期刊群全文收录期刊”、“中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)统计源期刊”、“中文科技期刊数据库(全文版)收录期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位为“国家级政策指导性学术期刊”，依据从环境保护的视角报道可持续发展理论与实践办刊宗旨，创新设置“理论战略探索”、“政策专题研究”、“法律法规研讨”、“典型案例解析”、“研究动态瞭望”、“研究成果报道”、“生态文明之窗”等栏目。本刊底蕴深厚尤其自2011年改版以来一直发挥集中选题的宣传优势，提前发布选题，开展征稿组稿，期刊学术质量显著提高。据知网《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术(2014版)》，我刊学术影响因子显著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大关，为1.971，名列环境保护部主管期刊第一名。在全国收录环境科学类66种期刊中排位第6名，其中2012年位列全国第18名，2011年第29名，2010年第33名。

2015年本刊紧紧围绕中共中央国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》要求，以全面建成小康社会、全面深化改革、全面依法治国、全面从严治党的战略布局为统领，重点以深化生态文明体制改革和加快建立生态文明制度体系，建设美丽中国为议题，策划选题。2015年拟重点选题：生态文明制度体系、大气环境质量管理、机动车污染防治、水污染防治、土壤污染与修复、环境外交、环境与健康、农村环境保护、环境风险防范与应急管理、固体废弃物环境管理、环境产业、污染减排重点以及环境与贫困等。请各界人士能予以关注并不吝赐稿，同时欢迎相关单位及课题组协办专栏或者专刊。

《环境与可持续发展》学术影响因子逼近2.000

位列环境保护部主管期刊第一名

在全国收录环境科学类66种期刊中排位第六名

据知网2014年12月16日发布的《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术(2014版)》，我刊学术影响因子显著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大关，为1.971，名列环境保护部主管期刊第一名。在全国收录环境科学类66种期刊中排位第6名，其中2012年位列全国第18名，2011年第29名，2010年第33名。

引用文献格式：王建芳.煤矿井下采矿技术存在问题及优化措施探讨[J].环境与可持续发展，2015，40(5)：110-112.