以玉米为原料生产淀粉的中型企业UASB调试

------------------------------------------------------------------------以玉米为原料生产淀粉的中型企业UASB调试北京红星淀粉厂是一家以玉米为原料生产淀粉的中型企业，年产淀粉为６０００～７０００ｔ，满足着北京市近７０％的淀粉需求。该厂采用亚硫酸法生产玉米淀粉，生产流程主要为：在亚硫酸溶液中浸泡玉米籽粒，然后将其破碎，从中分离胚芽，剩余物细磨碎成玉米糊，而后筛分，使粉渣与淀粉、蛋白浆分开，将淀粉、蛋白浆悬浮物分离成淀粉和麸质，最后洗涤淀粉。经过上述各道工序，从玉米籽粒中得到的玉米湿淀粉用作生产干淀粉，胚芽用作生产玉米油，渣用于生产干玉米饲料或用作牲畜的饲料，麸质即可用作饲料，又能用作配制蛋白膏(粉)和谷氨酸的原料。生产过程中废水主要产生于气浮槽排水，淀粉洗涤水和玉米浸泡水，除此之外，还有少量地面冲洗水。１水量与水质设计水量为５００ｍ３／ｄ。原水水质为：ＣＯＤｃｒ：７０００ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５：４０００ｍｇ／Ｌ；ＳＳ：５００～１０００ｍｇ／Ｌ；总氮：３０～１２０ｍｇ／Ｌ；ｐＨ：４～５；温度：２０～２５℃。处理要求：采用北京市颁布的污水综合排放二级标准，其主要排放指标如下：ＣＯＤｃｒ：≤８０ｍｇ／Ｌ；ＢＯＤ５：≤４０ｍｇ／Ｌ；ＳＳ：≤７０ｍｇ／Ｌ；氨氮：≤２５ｍｇ／Ｌ；ｐＨ：６.５～８.５。２废水处理工艺根据同行业废水治理现状、技术水平，我们推荐该厂废水采用厌氧—好氧相结合的处理工艺，厌氧是该工艺的主体，选择何种厌氧工艺又是关系到治理效果好坏的关键。在众多的厌氧处理工艺中上流式厌氧污泥床(ＵＡＳＢ)具有投资较低，容积负荷高，处理效率高的特点。因此我们选用上流式厌氧反应器作为工艺主体构筑物。处理工艺流程为：

３ＵＡＳＢ反应器

３１ＵＡＳＢ反应器的主要工艺参数为：

停留时间：２０ｈ

容积负荷：８.４ｋｇＣＯＤ／(ｍ３·ｄ)

有效容积：４２０ｍ３(１４０００×６０００×５５００)

产沼气量：７００ｍ３／ｄ(沼气纯度：５０％～６０％ＣＨ４)

ＣＯＤ去除率＞７５％

３２ＵＡＳＢ反应器的主要尺寸如图１所示。

３３ＵＡＳＢ的生产性调试

３３１接种污泥

ＵＡＳＢ反应器的接种污泥取自北京高碑店污水处理厂脱水后的好氧活性污泥，污泥接种量６.０～８.０ｋｇＶＳＳ／ｍ３，体积

２０ｍ３。污泥用水化开并经筛网过滤后，泵入ＵＡＳＢ反应器。

３３２ＵＡＳＢ反应器的调试

①污泥驯化期：投泥完毕后立即投配淀粉废水进行浸泡。污泥驯化期内采用间歇进水。待出水ＣＯＤ值降至进水ＣＯＤ值的７５％时，再增加进水时间和频率，并逐步缩短进料的间隔时间，直至连续运行。

②逐步提高负荷：逐步提高进水量，进水量分别为总水量的２０％、３０％、４０％、……９０％、１００％九个阶段进行，以出水ＣＯＤ为主要监控指标，当出水ＣＯＤ在１０００ｍｇ／Ｌ以下并能稳定运行１０ｄ后，方可进入下一阶段提高水量。

连续运行一段时间后，从反应器底部取泥样观察，发现了紧密球状颗粒污泥。主要由甲烷八叠球菌组成。粒径为０.１～０.５ｍｍ，颜色墨黑，边缘光滑，在清水中有较好的沉降性能。此时有机物容积负荷３.０ｋｇＣＯＤ／(ｍ３·ｄ)左右。

③满负荷运行期(１９９６年３月１６日～４月３０日)：在这个阶段，越来越大的水力负荷把大量的沉降性能差的絮状污泥冲出反应器，形成一层颗粒污泥层。虽然颗粒污泥层厚度开始较小，但颗粒污泥却因最先得到充足的营养，而能够迅速地生长，致使厚度不断增加，最终反应器有机负荷稳定在８.０ｋｇＣＯＤ／(ｍ３·ｄ)以上，ＣＯＤ去除率达到８４.３％～９１.５％。颗粒污泥多为黑色，部分为灰色，颗粒较为均匀，属丝菌颗粒，大部分直径为１.０～５.０ｍｍ。由此可见，培养和保持高浓度、高活性的足够数量的颗粒污泥是ＵＡＳＢ反应器发挥作用的关键所在。

３３３调试期间的监测和控制

①ｐＨ值：ｐＨ值显示了有机酸浓度，碱度和ＣＯ２的综合效果，是一个重要的、不太敏感的指标。在启动过程中，反应器内ｐＨ值控制在６.８～７.２之间，偶尔ｐＨ值达到６.６，对处理效果没有明显地影响。进水ｐＨ值在６.０～１０.０的范围内都可以接受的，因为反应器内具有较大的缓冲能力，只要酸性和碱性水不是大量、连续地进入反应器，就不会影响厌氧消化过程。生产过程中，事故排放时酸性增强，此时应加ＣａＣＯ３调节。

②碱度：ＵＡＳＢ反应器之所以能使ｐＨ值维持在一个近似中性的条件下，应归结于碱度的缓冲作用，由于在调试过程中，ＵＡＳＢ反应器缓冲能力小，所以加Ｎａ２ＣＯ３或ＣａＣＯ３进行调节考虑到价格问题，采用ＣａＣＯ３，进水碱度维持在７５０

ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以上，反应器便可有足够的缓冲能力。

③出水ＣＯＤ和ＣＯＤ去除率：调试初期用溶解性ＣＯＤ作为监控指标，以避免污泥流失时对去除效果的干扰，而在满负荷运行期转而用混合ＣＯＤ控制出水水质。ＣＯＤ去除率是作为提高负荷的依据，只有去除率达到８０％以上，并能稳定在这个水平时，提高负荷才是安全的。

④运行后：因水力冲刷和沼气搅拌，使污泥床很快膨胀而造成污泥流失，这种流失形式称为“膨胀流失”。因接种污泥中那些沉降性能不良的污泥被冲出反应器，而此时污泥床仍存留在反应器内，这种流失形式被称为“冲刷流失”。

膨胀流失对污泥的沉降性能并没有选择性，流失持续时间短，往往是高浓度，大流量地流失。流失的污泥和在反应器内的污泥在理化性能、微生物组成方面没有明显的差异。冲刷流失的污泥结构松散，有机成分高、产甲烷活性差，和反应器内的污泥有显著区别，没有必要回流到反应器。冲刷流失是一种有选择性的污泥流失，能够保留住沉降性能好的污泥，以承受高负荷的冲击，这实际上是一个选优汰劣的主动过程。

膨胀流失和冲刷流失在提高有机负荷时表现尤为突出，所以在调试初期提高有机负荷应该慎重，以免造成过多的厌氧菌流失。在调试后期，则有意采取高的水力负荷和产气负荷运转，以期去除絮状污泥，为颗粒污泥争夺营养提供条件，从而更有利于颗粒污泥的生长。

３４影响ＵＡＳＢ处理效果的因素

①悬浮固体物：淀粉废水中有时含有大量的玉米粒等固体悬浮物，一些不能生物降解的ＳＳ进入ＵＡＳＢ反应器会形成浮渣或占据一部分有效容积，并会导致颗粒污泥的解体，使悬浮物质与厌氧微生物混合，将厌氧微生物挤出厌氧反应器，从而降低了厌氧污泥的活性与反应器中的活性厌氧污泥含量。严重时浮渣还会结成硬壳，在三相分离器内阻碍沼气的释放和收集，甚至会阻塞沼气管路。由此可见，废水中悬浮固体物的含量对整个厌氧过程会有很大影响。所以废水中的ＳＳ应先经预沉池去除。

②营养：良好的营养条件是产甲烷菌和有关菌群代谢、生长的前提，淀粉废水中含有丰富的营养物质，在整个调试和正常运行的一年多来，基本上不需加营养物质。

③温度：该工程在调试期间正值冬天，ＵＡＳＢ反应器的抗缓冲能力比较弱，废水在调节池中加热至３０℃左右，再进入ＵＡＳＢ反应器，确保反应器的温度维持在２０～２５℃；在正常运行时，温度的变化对ＵＡＳＢ的运行影响不大，产气量的变化也比较小。

４结论与建议

该工程成功地运用常温ＵＡＳＢ生产工艺处理淀粉废水，并在常温条件下实现了ＵＡＳＢ反应器接种活性污泥的颗粒化，在国内淀粉行业尚属首次。厌氧处理提供的沼气使整个污水处理厂能做到能量自给有余。

①调试完成之后的满负荷运行，ＵＡＳＢ单池反应器的有机物容积负荷满足甚至超过设计负荷，ＣＯＤ的去除率大于７５％，加上后续工艺的处理，可满足废水排放标准。

②采用好氧活性污泥接种在ＵＡＳＢ反应器内培养出厌氧颗粒污泥。

③当ＵＡＳＢ反应器缓冲能力比较弱时，污泥流失比较严重，这对ＵＡＳＢ反应器和后续的好氧处理工艺都会带来不良的影响，建议在ＵＡＳＢ反应器后加一沉淀池，以防反应器污泥的过分流失和加重后续工艺的负担，并去除出水悬浮物，提高出水水质。另外，污泥返回反应器作进一步分解后，还可减少污泥排放量，加速反应器的污泥积累。特别是在反应器启动初期，能进行污泥回流，缩短启动时间。

④从沉淀池排出、部分回流至调节罐的污泥，随废水再进入ＵＡＳＢ反应器时，容易造成ＵＡＳＢ反应器进水管的堵塞，建议污泥回流直接至ＵＡＳＢ反应器，这样既可减少进水管的堵塞，又可减少为解决堵塞从进水管放泥的做法，保持污泥床的稳定。

作者简介：

胡威夷(１９７１－)男，工程师，学士。UASB1.1UASB厌氧反应罐UASB厌氧反应罐从启动到正常运行(满负荷)需要较长时间，特别是生产性装置由于一些不可预见因素及管理不善(如难于取得较好的、足量的种泥，原水的冲击负荷、反应器身的某些缺陷等)，污泥培养及驯化所需的时间往往比计划时间要长一些。一般分成几个阶段控制不同的运行条件，以达到尽快培养高浓度污泥(颗粒污泥最佳)的目的，各阶段并无严格界线，所需检测项目基本相同，但对运行参数有不同的侧重和要求，关键是根据反应器在启动阶段的实际情况随时进行调整以保证其正常工作。1.2接种污泥活性恢复阶段(2—3周)接种污泥量为10gVss／L。种泥最好取其他污水厂的厌氧污泥，若无厌氧污泥或污泥量严重不足，则根据现场情况从下水道或污水塘等处取污泥(气泡多的地方)经筛网过滤后使用。运行条件控制容积负荷为0.5～1.0kgCOD／(m3.d)；将进水稀释至COD为4000mg／L左右(可用其他废水稀释)，若进反应器的流量为160m3／d(单池稀释后水量)，则需COD为21，980mg／L的原水量为30m3／d(单池)左右；出水pH=7.2～7.8。④操作a．种泥投入反应器前应先测定其pH值，并用石灰(或工业Na2CO3)调至pH=7.2～7.8；b．种泥投入反应器后，用稀释后的柠檬酸废水(COD≤3000mg／L)浸泡(静置)1～2d(在浸泡前应先将污泥静沉1d左右并排出部分上清液)，此时反应器的低压沼气管均与大气相通；c．连续进水，同时开启内部回流泵(回流比为1:4)，此时高压沼气管接水封；d．应注意池内的温度变化，升温不能过快；e．防止反应器酸化，当反应器出水pH<6.5时应增加进水中的碱量；f．对pH的检测要及时，用精密pH试纸即可；g．在运行中少量污泥随出水流失是正常现象，但当大量污泥流失时应采取措施，如停止进水、向水中加入聚铁混凝剂(投加比例为0.1kg／m3)并增大内循环流量等，若污泥流失较多则应补充种泥。在此阶段去除COD不是主要目的，应使污泥尽快适应柠檬酸废水并提高污泥活性，因此进、出水COD浓度的测定不必太频繁，可安装沼气流量计通过产气量来辅助判断反应器的运行情况；h．污泥活性的测定：测定接种前及培养一定时间后的污泥活性(利用最大比产CH4速率法)掌握污泥性质，最好能分析沼气成分。1.3逐步提高负荷阶段(低负荷)①运行条件a．进水COD为5000mg／L左右；b．容积负荷从1.0kgCOD／(m3.d)逐步提高到3.0kgCOD／(m3.d)。②操作提高容积负荷的操作应逐步进行[每次提高0.5kgC01]／(m3.d)左右，运行时间为10d)，当运行稳定后(COD去除率稳定或提高、不出现酸化等异常现象)再提高负荷，若提高负荷后造成运行不好(如C0D去除率大幅下降等)则放缓提高负荷的速度。pH值及出水悬浮物的变化应严格检测，若异常应采取措施。当处理效率达85％以上时可加快提高负荷；应定期取泥观察，测定VSS／TSS比值(TSS指混合液中总悬浮固体的浓度)。1.4提高进水浓度及负荷阶段(较高负荷)①运行条件容积负荷从3.0kgCOD／(m3.d)逐步提高到满负荷[按单池进水量为160m3／d左右、进水COD为21,980mg／L算，则负荷为8.0kgC0D／(m3.d)。②操作a．将容积负荷从3.0kgCOD／(m3.d)提高到4.0kgCOD/(m3.d)，进水COD为11,250mg／L，进水量为160m3／d，内循环量为640m3／d，稳定运行10d；b．容积负荷从4.0kgCOD／(m3.d)提高到5．5kgCOD／(m3.d)，进水COD为15,469mg／I，进水量为160m3／d，内循环量为640m3／d，稳定运行10d；c．容积负荷从5.5kgCOD／(m3.d)提高到7.0kgCOD／(m3.d)，进水COD为19,688mg／L，进水量为160m3／d，内循环量为640m3／d，稳定运行10d；d．若出水pH降低，应加大投碱量，并保证碱度为1,500mg／L；e．若调整负荷后反应器发生异常应采取降低负荷或暂时停止进水等措施；f．定期取污泥观察，若已形成颗粒污泥则可加快负荷的提高，同时加大内循环量。1.5满负荷运行阶段①运行条件a．进水COD从19688mg／L逐渐提高至原水浓度，直接进反应器；b．容积负荷按满负荷运行。②操作a．在满负荷下进水浓度提高至原水浓度，直接进水，稳定运行10d，内循环量可以保持在400m3／d左右；b．原水直接进池后，内循环量