檸檬酸又名枸櫞酸，是一種三羧酸類化合物，易溶于水，無毒，無臭，具有很強(qiáng)的酸味，是目前世界上需求量大的一種有機(jī)酸。檸檬酸生產(chǎn)主要采用液體深層發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)固液分離鈣鹽法或色譜提取、蒸發(fā)、結(jié)晶等工藝獲得檸檬酸成品。檸檬酸在提取過程會(huì)產(chǎn)生大量廢水，廢水中含有糖、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、膠體、礦物質(zhì)等，有機(jī)污染物濃度高、酸性強(qiáng)、處理難度大。
工藝流程
檸檬酸廢水處理主要采用生物處理法、fenton試劑法、光合細(xì)菌法、乳化液膜法等，其中生物處理法的應(yīng)用為廣泛，但單獨(dú)采用厭氧生物法或者好氧生物法處理高濃度檸檬酸廢水，往往不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需結(jié)合其他處理技術(shù)進(jìn)行深度處理。
本廢水工程處理采用的工藝如下:首先采用厭氧生物處理，盡可能的將有機(jī)物厭氧降解，產(chǎn)生沼氣以回收能源；好氧工藝采用表面曝氣方式的氧化溝；二沉池出水采用臭氧脫色和曝氣生物濾池聯(lián)合的深度處理工藝。egsb由于出水再循環(huán)，具有較大的循環(huán)比，因此可能會(huì)出現(xiàn)短流造成厭氧處理不完全，而uasb具有較高的有機(jī)物降解效率，且運(yùn)行成本低，因此采用egsb后串聯(lián)uasb，利用uasb的高降解效率來降低厭氧系統(tǒng)出水cod，確保厭氧效果；由于廢水經(jīng)過egsb后，水溫會(huì)有2～3℃的下降，為確保uasb能在佳厭氧溫度下運(yùn)行，采用部分溫度較高的原水超越egsb直接進(jìn)入uasb來實(shí)現(xiàn)溫度的平衡，提高uasb的處理效率同時(shí)減少uasb的二次加熱費(fèi)用。
成本低，因此采用egsb后串聯(lián)uasb，利用uasb的高降解效率來降低厭氧系統(tǒng)出水cod，確保厭氧效果；由于廢水經(jīng)過egsb后，水溫會(huì)有2～3℃的下降，為確保uasb能在佳厭氧溫度下運(yùn)行，采用部分溫度較高的原水超越egsb直接進(jìn)入uasb來實(shí)現(xiàn)溫度的平衡，提高uasb的處理效率
同時(shí)減少uasb的二次加熱費(fèi)用。檸檬酸廢水處理工藝流程見圖1。
主要處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)
調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)10m、寬11m、深5.5m，容積為605m3，調(diào)節(jié)時(shí)間為7.2h。調(diào)節(jié)池設(shè)2臺(tái)耐酸潛污泵(1用1備)，單臺(tái)泵q=85m3/h，h=28m，n=15kw。泵出口安裝2個(gè)支路，分別安裝電磁流量計(jì)，通過閥門控制將80%的廢水去egsb，其余的20%的廢水進(jìn)入uasb。調(diào)節(jié)池設(shè)ph自動(dòng)加堿系統(tǒng)1套，液堿儲(chǔ)罐尺寸為3.8m×h5.0m，碳鋼材質(zhì)，采用機(jī)械隔膜式計(jì)量泵。廢水溫度不低于35 ℃，不需加熱升溫。 設(shè)冷卻塔1套q=85m3/h，當(dāng)排水溫超過40℃ 時(shí)開啟冷卻塔，控制提升泵出口廢水的溫度為36～38℃。
egsb
egsb采用圓柱型，直徑9.5m、高19.5m，有效容積1350m3，1座。反應(yīng)器外殼用碳鋼現(xiàn)場(chǎng)制作，配件部分為不銹鋼成套設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)安裝。
67m3/h的廢水直接由此處理，設(shè)計(jì)有機(jī)負(fù)荷為14.2kgcod/(m3·d)，hrt=20.2h，沼氣產(chǎn)率為0.4m3沼氣/kgcod去除 ，大滿負(fù)荷產(chǎn)生沼氣量為7000m3/d，沼氣容積產(chǎn)率為5.2m3沼氣/(m3·d)，
egsb運(yùn)行溫度35～37℃。反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)管設(shè)置高度為16m，設(shè)2臺(tái)無堵塞排污外循環(huán)泵(1用1備)，單臺(tái)泵q=150m3/h，h=10m，n=18.5kw。大循環(huán)比為1.8∶1，廢水上升流速為1.2～3.4m/h。
uasb
uasb為長(zhǎng)方形,長(zhǎng)12m、寬10m、深9.5m，
有效容積1000m3,1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu).17m3/h的廢水和egsb出水混合后由此處理，設(shè)計(jì)有機(jī)負(fù)荷為7.0kgcod/(m3·d),hrt=12.0h，沼氣產(chǎn)率為0.35m3沼氣/kgcod去除 ，大滿負(fù)荷產(chǎn)生沼氣量為840m3/d,沼氣容積產(chǎn)率為2.1m3沼氣/(m3·d),uasb運(yùn)行溫度為34～36℃。
厭氧沉淀池
厭氧沉淀池為圓柱型，直徑9.5m、高5m，1座，碳鋼防腐。設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為1.2m3/(m2·d)，沉淀時(shí)間為3.4h，主要是將egsb出水?dāng)y帶的絮狀、小顆粒、破碎的顆粒污泥在厭氧沉淀池沉淀，然后通過污泥回流泵補(bǔ)充到egsb和uasb。設(shè)3臺(tái)無堵塞污泥回流泵(2用2備)，單臺(tái)泵q=25m3/h，h=28m，n=5.5kw。
表面曝氣氧化溝
表面曝氣氧化溝為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)38m、寬11m、深6.5m，有效容積2500m3，1座。設(shè)計(jì)有機(jī)負(fù)荷為0.52kgcod/(m3·d)，hrt=30h，mlss=3000mg/ml，污泥負(fù)荷為fw=0.12kgcod/(kgmlss·d)，設(shè)2臺(tái)倒傘型表曝機(jī)，型號(hào)為ds225b，葉輪直徑2250mm、葉輪高度h=650mm、葉輪升降行程±140mm和充氧量44kg/h，n=22kw。設(shè)2臺(tái)低速推流器，葉輪直徑1800mm、n=4kw。
二沉池
二沉池為圓形，直徑為14.6m，池邊深4m，表面負(fù)荷為0.5m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間為4.5h。1臺(tái)周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)，轉(zhuǎn)速2rad/min，n=0.22kw。污泥回流泵2臺(tái)(1用1備)，單臺(tái)泵q=200m3/h，h=15m，n=7.5kw。
深度處理池
深度處理池為合建池，包括臭氧氧化池、曝氣生物濾池和清水池。臭氧氧化池長(zhǎng)4.5m、寬4.5m、深5m，hrt=65min，池底布置dn250鈦板微孔曝氣器，數(shù)量30只，設(shè)1臺(tái)空氣源的臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生量為1.5kg/h。
曝氣生物濾池長(zhǎng)4.5m、寬4.5m、深5m，設(shè)計(jì)過濾面積為20m2，過濾速度為4.2m/h，hrt=50min。濾料層厚1.5m，火山巖濾料，濾料規(guī)格10～20mm，數(shù)量30m3。反沖洗方式：先氣反沖洗，氣反沖洗強(qiáng)度q氣=10l/(m2·s)，反沖洗時(shí)間t1=3min；再氣、水聯(lián)合反沖洗，氣反沖洗強(qiáng)度不變，水反沖洗強(qiáng)度q水=4l/(m2·s)，反沖洗時(shí)間t2=7min，采用清水池的水作為反沖洗水，反沖洗出水通過管道自流至調(diào)節(jié)池；停止氣反沖洗后，后水反沖洗，水反沖洗強(qiáng)度不變，反沖洗時(shí)間t3=3min?？諝夤懿捎么┛坠?，反沖洗配水采用大阻力配水系統(tǒng)，設(shè)在池底。
采用plc控制，反沖洗周期為24h，設(shè)置反沖洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)q=12m3/min，h=6m，n=18.5kw。清水池長(zhǎng)9m、寬3.5m、深5m，設(shè)2臺(tái)反沖洗水泵 (1 用 1備)，單臺(tái)泵 q=300m3/h，h=12m，n=22kw。
污泥處理系統(tǒng)
egsb污泥的表觀產(chǎn)率yobs=0.05kgvss/kgcod去除 ，vss/ss=0.8，產(chǎn)生含水率p0=90%的顆粒污泥量為q0=8.1m3/d。uasb污泥的表觀產(chǎn)率yobs=0.04kgvss/kgcod去除 ，vss/ss=0.8，產(chǎn)生含水率p0=90%的顆粒污泥量q0=0.88m3/d。合計(jì)產(chǎn)生污泥量為8.98m3/d，厭氧顆粒污泥不定期作為厭氧菌種外售。
氧化溝污泥的表觀產(chǎn)率yobs為0.2kgvss/kgcod去除，產(chǎn)生含水率p2=99%的污泥混合液量q2=40m3/d，通過二沉池的排泥泵送至污泥濃縮池。
污泥濃縮池采用豎流式，固體通量m=25kg/(m2·d)，進(jìn)水污泥濃度為ci=10000mg/l，出水污泥濃度為ce=500mg/l，污泥濃縮池出水至氧化溝進(jìn)水端，污泥濃縮池構(gòu)筑物長(zhǎng)5m、寬5m、深5m，2座交替運(yùn)行。設(shè)2臺(tái)污泥壓濾泵(1用1備)，單臺(tái)泵q=5m3/h，h=60m，n=7.5kw，泵送至壓濾面積為100m2壓濾機(jī)壓濾處理，泥餅外運(yùn)到固體處置場(chǎng)處置。
egsb和uasb運(yùn)行效果分析
egsb及uasb采用同類檸檬酸生產(chǎn)廠家厭氧顆粒污泥啟動(dòng)，egsb和uasb投加的含水率94%的顆粒污泥量分別是600m3和300m3，占各自反應(yīng)器容積的45%和30%。egsb、uasb進(jìn)水水量、cod及厭氧系統(tǒng)處理水量變化見圖2。
厭氧系統(tǒng)調(diào)試總計(jì)80d分2個(gè)階段，階段用時(shí)30d，egsb與uasb并聯(lián)處理廢水，厭氧系統(tǒng)處理水量為egsb與uasb處理水量之和，從開始的400m3/d逐漸上升到1100m3/d，egsb和uasb進(jìn)水濃度在調(diào)試期間進(jìn)水濃度與調(diào)節(jié)池濃度一致，進(jìn)水濃度在1100～14000mg/l波動(dòng)。
egsb和uasb出水進(jìn)入?yún)捬醭恋沓?；第二階段uasb接收egsb出水，所有處理廢水均經(jīng)過uasb，uasb處理水量與厭氧處理系統(tǒng)的處理水量相同，處理量由1100m3/d逐漸提高至2000m3/d并穩(wěn)定運(yùn)行20d，由于將egsb出水引入到uasb，從而uasb的進(jìn)水濃度從11000～14000mg/l降至3000～5000mg/l，uasb出水進(jìn)入?yún)捬醭恋沓亍?br>egsb、uasb及厭氧系統(tǒng)出水cod、有機(jī)負(fù)荷和去除率變化見圖3。egsb進(jìn)水cod在11000～14000mg/l時(shí)，進(jìn)原水量從200mg/d上升到1600mg/d，有機(jī)負(fù)荷從2.1kgcod/(m3·d)上升到14.3kgcod/(m3·d)，egsb出水cod從950mg/l逐漸上升，終穩(wěn)定在1500mg/l，cod去除率為86%。
uasb調(diào)試前30d的進(jìn)水為原水，當(dāng)進(jìn)原水量從120mg/d上升到380mg/d，有機(jī)負(fù)荷達(dá)到4.4kgcod/(m3·d)，uasb出水cod在758±200mg/l，cod去除率在93%±2%，在調(diào)試的第二階段，uasb的進(jìn)水量從380mg/d上升到2000mg/d，有機(jī)負(fù)荷從4.4kgcod/(m3·d)上升到7.2kgcod/(m3·d)，出水cod在改變進(jìn)水模式的5d內(nèi)有突然的升高，從635mg/l上升到1005mg/l，后又迅速下降，并維持在600～800mg/l。
厭氧系統(tǒng)調(diào)試的階段，厭氧系統(tǒng)處理原水量從400mg/d上升到1400mg/d，厭氧沉淀池出cod在從649mg/l逐漸上升到1236mg/l，cod去除率由94%下降至91%，調(diào)試后50d，由于改變運(yùn)行模式，厭氧沉淀池出水cod由開始逐漸下降，隨著厭氧處理水量從1400mg/d上升到2000mg/d，厭氧沉淀池出水cod穩(wěn)定在590～690mg/l，厭氧系統(tǒng)cod去除率由91%上升至94%。從以上的數(shù)據(jù)分析可知，采用egsb與uasb串聯(lián)，并將少量原水直接配送至uasb，可以將厭氧系統(tǒng)出水的cod降低到較低的水平。
vfa是厭氧過程中重要的中間產(chǎn)物，有機(jī)物需先經(jīng)過產(chǎn)酸形成vfa，才能轉(zhuǎn)化為沼氣。厭氧反應(yīng)器是否穩(wěn)定，可以通過是否出現(xiàn)vfa的積累 進(jìn)行判斷。大部分細(xì)菌，例如水解細(xì)菌和酸化細(xì)菌，適合它們生產(chǎn)的ph在5～8.5。甲烷菌對(duì)ph的變化非常敏感，合適穩(wěn)定生長(zhǎng)的ph為6.5～7.8.
因而vfa及ph是厭氧系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)。egsb和uasb進(jìn)水、出水ph和vfa變化見圖4。從圖4可知，egsb出水ph為7±0.2；uasb出水ph為7.2±0.2，uasb的出水ph高出egsb0.2。
egsb出水的vfa濃度在130±60mg/l；而uasb出水的vfa在50±25mg/l，uasb出水vfa低于egsb出水vfa50%。上述egsb和uasb的ph是適合甲烷菌生長(zhǎng)的，反應(yīng)器也沒有vfa的積累。同時(shí)uasb出水的vfa比egsb出水的vfa低，也說明uasb中有機(jī)物降解的更加徹底。
氧化溝的運(yùn)行效果分析
氧化溝采用當(dāng)?shù)爻鞘形鬯幚韽S經(jīng)過帶式壓濾機(jī)壓濾后的好氧剩余污泥進(jìn)行啟動(dòng)，污泥含水率80.3%～86.2%，污泥vss/tss為0.62，接種污泥量為100m3，占氧化溝的容積為4%。開始調(diào)試*d內(nèi)，由于有機(jī)負(fù)荷低，表曝機(jī)持續(xù)曝氣，污泥被打碎，污泥的沉降性差，sv30為70%～80%，二沉池的出水cod在80～100mg/l。隨著進(jìn)水量不斷加大，2臺(tái)表曝機(jī)間歇并交替運(yùn)行2臺(tái)表曝機(jī)均運(yùn)行3h停止1h，且2臺(tái)表曝機(jī)的錯(cuò) 峰1h)，持續(xù)此種交替方式15d，污泥的沉降性明顯好轉(zhuǎn)，sv30穩(wěn)定在30%～40%，二沉池的出水cod在60～75mg/l。之后逐漸增加表曝機(jī)開機(jī)時(shí)間，待調(diào)試結(jié)束，氧化溝污泥sv30穩(wěn)定在30%～35%，氧化溝有機(jī) 負(fù)荷為0.52kgcod/(m3·d)，二沉池的出水cod在55～65mg/l，cod去除率為90.8%。
度處理的運(yùn)行效果分析
深度處理的主要目的是解決經(jīng)前序工藝處理后水中殘余的污染物，同時(shí)還應(yīng)有脫色、消毒功能。臭氧氧化可以提高二級(jí)生物處理出水中難降解有機(jī)物的可生化性，臭氧接觸氧化池主要是去除色度和強(qiáng)氧化難降解有機(jī)物，二沉池出水的色度為50～70，經(jīng)過臭氧接觸脫色后，色度小于20，說明經(jīng)生化處理后的檸檬酸廢水剩余色度，采用臭氧氧化可以去除的，同時(shí)臭氧接觸氧化池出水的cod在50～60mg/l，cod去除率在8%～9%。曝氣生物濾池(baf)過濾臭氧接觸池出水的ss和吸附難生物降解的污染物，去除出水的溶解性微生物產(chǎn)物(smp)，為后出水把關(guān)。調(diào)試階段填料層厚度為1m時(shí)，baf出水的cod在45～55mg/l；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)補(bǔ)充填料，厚度達(dá)到設(shè)計(jì)厚度為1.5m，baf出水的cod在40～50mg/l，cod去除率達(dá)到16.6%～20%，這也證明了增加填料層的厚度可以提高cod的去除效果，使baf出水的cod更低。
系統(tǒng)運(yùn)行分析
該廢水處理工藝中egsb和uasb組成厭氧系統(tǒng)cod去除率為94%，氧化溝系統(tǒng)的cod去除率為90.8%，深度處理系統(tǒng)的cod去除率為23.0%，整個(gè)廢水系統(tǒng)的cod總?cè)コ蕿?9.6%，去除cod為23.3tcod/d。
結(jié) 語
(1)采用egsb和uasb串聯(lián)、表面曝氣方式的氧化溝、臭氧脫色和曝氣生物濾池為主的生物處理工藝處理檸檬酸廢水，系統(tǒng)出水cod小于50mg/l
(2)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，egsb、uasb和氧化溝的有機(jī)負(fù)荷分別為14.3kgcod/(m3·d)、7.2kgcod/(m3·d)和0.52kgcod/(m3·d)時(shí)，cod去除率分別為87%、80%和90.8%。
(3)采用egsb和uasb串聯(lián)，并將原廢水配到第二級(jí)的uasb，可以將厭氧系統(tǒng)出水的cod降低到較低的水平。egsb和uasb出水cod分別為1500mg/l和650mg/l，vfa分別為130±50mg/l和50±25mg/l，uasb出水的vfa比egsb出水的vfa更低，說明uasb中有機(jī)物降解的更加徹底。
原標(biāo)題：【工業(yè)給排水】?jī)杉?jí)厭氧-好氧-深度處理工藝處理檸檬酸廢水