某味精厂生产味精15000t/a，在生产过程中产生的废水具有SO42-高、COD高、氨氮高和pH值低等特点。如采用厌氧+好氧工艺(如UASB+SBR等)处理，因废水中SO42-的大量存在，工艺将变得相当复杂，一次性投资很大。为此，作者采用好氧生物处理新工艺进行了处理味精废水的试验研究。
1 试验方法及基本条件
1.1 工艺选择
为避免原水中SO42-的影响采用好氧生物处理工艺，并以德国Claushtal工科大学物相传递研究所研制开发的HCR(High Performance Compact Reactor)为核心工艺，其流程如图1所示。
中和絮凝沉淀池、HCR、脱气池、二沉池、接触氧化池的有效容积分别为50、15、5、40、50L，HCR、接触氧化池的水力停留时间分别为(3～5)、(12～16)h，污泥停留时间为6～8h。
HCR反应器为两端封闭的圆柱形容器，顶部安装射流器并开有一排气孔。反应器的部分出水、絮凝沉淀池出水及回流污泥通过循环泵加压经管道混合后进入HCR顶部的射流器，形成高速射流，同时由于负压作用而吸入大量空气。射流器的两相喷头将吸入的空气切割成微小气泡，从而在其下方形成高速泵流剪切区。富含溶解氧的污水经导流桶流到反应器底部后又沿外桶壁向上反流，从而形成环流。在此过程中微气泡和活性污泥充分接触，获得了很好的传 质效果(氧传输利用率高达50%)。
首先用石灰乳将废水pH值中和至6.5～8，然后加入PAFC(聚合氯化铝铁)，絮凝沉淀0.5h(COD去除率为20%～30%)后上清液进入HCR。HCR出水经脱气池(主要脱去附着在活性污泥表面的CO2、空气等)脱气后进入沉淀池进行泥水分离，HCR可去除70%～80%的COD。沉淀池出水经接触氧化池处理后出水达到进入城市管网的排放要求。
1.2 操作条件
1.2.1 分析项目及方法
分析项目及方法如表1所示。
表1 分析项目及方法
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项 目 |
分析方法 |
项 目 |
分析方法 |
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COD |
重铬酸钾快速测定法 |
BOD5 |
标准稀释倍数法 |
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DO和水温 |
便携式溶氧仪测定 |
生物相 |
显微镜观察 |
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NH3-N |
滴定法 |
MLSS |
重量法 |
|
SO42- |
重量法 |
pH |
pH试纸 |
1.2.2 试验用水
试验用水为南宁味精厂的生产废水，先用该厂离交工段中产生的高浓度有机废水进行试验，后再直接用各工段实际排放水量按比例配水进行试验。其中，高浓度废水的水质如下：COD为25000mg/L，NH3-N为10000mg/L，BOD5为13000mg/L，SO42-为45000mg/L，pH=1.5～3。
2 结果及讨论
以桂林市第四污水厂的活性污泥作为种泥，经过培养驯化后投入HCR并启动处理系统。仅7dHCR系统的容积负荷就从4 kgCOD/(m3·d)升至15kgCOD(m3·d)；18d以后容积负荷达到28.74kgCOD/(m3·d)，且系统运行稳定。
2.1 絮凝去除效果
试验把PAFC作为絮凝剂，进水COD浓度对其去除率的影响及絮凝前后COD的变化分别 见图2、3。由图2知，絮凝对COD的去除率相对稳定，其值稳定在25%～35%。絮凝前后的COD浓度相关直线斜率为0.6，相关系数＞0.9(图3)。
2.2 HCR对COD的去除
2.2.1 容积负荷与去除率
试验表明，当容积负荷为 9.7～72.4kgCOD/(m3·d)时HCR出水并没有随进水COD值的升高而上升，其对COD的去除率一直为75%～80%。这说明HCR去除COD的性能很稳定、耐冲击负荷能力强、COD负荷率高(最后阶段高达72.4kgCOD/(m[FS:PAGE]3·d)且运行稳定，出水水质有保证。
2.2.2 SO42-对COD去除率的影响
当进水COD维持在8000～10000mg/L、SO42-为16000～26118mg/L时，HCR对COD去除率始终为76.98%～82.34%，说明 SO42-的存在并不影响系统对COD的去除。
2.3 其他因素影响分析
2.3.1 溶解氧
当HCR中溶解氧浓度为2～3.3mg/L时，COD去除率较低(60%)，随着溶解氧(DO)浓度的上升，COD去除率也上升，当溶解氧浓度＞6mg/L时，COD去除率可达到85%。由试验也知，当溶解氧浓度＞4mg/L后，COD去除率的增长趋势不十分明显。因此，HCR中溶解氧浓度维持在3.3～4.5mg/L即可，进水COD浓度高，溶解氧浓度可适当高一点。
2.3.2 污泥浓度
污泥浓度与COD去除率关系见表2。
由表2可知，当HCR进水COD在5710～13800mg/L、活性污泥浓度在13～20g/L时，污泥浓度与容积负荷呈一定的正相关关系。此时微生物降解COD速度较快，对COD去除率较高。当污泥浓度＜13g/L时，如果进水COD浓度高，由于微生物量太少，水中的COD不能被有效降解，使HCR去除COD的能力降低；而当污泥浓度＞20g/L时，由于微生物量多，消耗氧气量大，此时要防止溶氧量不足而导致好氧生物死亡。因此，反应器内活性污泥浓度保持在13～20g/L为宜。
表2 污泥浓度与COD去除率的关系
|
样 号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
HCR进水COD浓度(mg/L) |
2800 |
4800 |
5710 |
6384 |
6793 |
7517 |
8387 |
9357 |
8452 |
|
污泥浓度(g/L) |
10.23 |
4800 |
12.12 |
14.65 |
15.47 |
16.63 |
16.94 |
17.01 |
17.22 |
|
COD去除率(%) |
85.26 |
81.66 |
83.68 |
81.39 |
79.39 |
77.48 |
75.37 |
73.13 |
76.17 |
|
样号 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
HCR进水COD浓度(mg/L) |
99.80 |
99.59 |
10244 |
8374 |
11054 |
13054 |
11624 |
12000 |
13800 |
|
污泥浓度(g/L) |
17.45 |
17.84 |
18.1 |
18.71 |
20.1 |
21.01 |
21.5 |
23.83 |
24.3 |
|
COD去除率(%) |
79.23 |
78.13 |
76.98 |
70.77 |
73.38 |
73.24 |
70.37 |
67.39 |
66.2 |
2.4 接触氧化池处理效果
试验结果表明，经HCR处理后的废水可生化性仍较好，接触氧化池对COD的去除率达65%～80%，平均为71.46%。一般出水COD＜450mg/L能满足进入城市管网的排放要求。
2.5 整个系统对COD的去除
经整个工艺处理后味精废水中的COD可降至400mg/L左右，总去除率为93%～98%(平均为95%以上)，具有良好的去除效果。对于中浓度的味精废水可以直接处理达标排放，对10000mg/L以上的高浓度味精废水经处理后也可达到进入南宁城市管网的排放要求。
3 结论
① 味精厂废水可采用以HCR为核心的好氧生物方法进行处理。该工艺不需对其中的SO42-进行预处理，且容积负荷和污泥负荷都很高，COD去除率达93%以上，出水能达到进入城市管网的排放要求。
② HCR处理南宁味精厂废水所产生的剩余污泥中蛋白质含量较高，可回收作饲料蛋白，在治理污染的同时获得了显著的经济效益。
③ 该工艺技术上可行、设计紧凑、结构合理、占地面积少、水力停留时间较短。