1 廢水水質及排放標準
桂林某啤酒有限公司目前生產能力為25×104 t/a，噸啤酒產生廢水量為7～8m3，排放廢水量為6500 m3/d。廢水經處理后，要求達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的一級標準，其主要水質指標見表1。
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表1 廢水水質及排放標準 |
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項目 |
CODCr(mg/L) |
BOD5(mg/L) |
SS(mg/L) |
pH |
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原水 |
1500～3000 |
800～1600 |
250～1200 |
5～11 |
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排放標準 |
≤100 |
≤30 |
≤70 |
6～9 |
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注：該廢水中的酵母、酒糟經過回收和綜合利用，故COD、BOD含量降低。 |
2 主要構筑物及設備
①UASB池：由原有的水解/酸化池改造而成，容積負荷為8.7 kgCOD/(m
3·d)，水力停留時間為7.0 h，設計水量為6500m
3/d，有效容積為1 870m
3。共分12組并聯運行，每組的有效尺寸為13.3 m×8.5 m×5.5 m。三相分離器采用南開大學環境科學與工程學院的專利技術制造。
②SBR池：即原有的SBR池，其進水包括UASB池出水、低濃度廢水以及鍋爐房排水。SBR池的污泥負荷為0.17 kgBOD/(m
3·d)，周期T為12 h。其中，進水時間為4 h，曝氣時間為6 h(曝氣從進水結束前2 h開始)，沉淀時間為2 h，排水時間為1 h，閑置時間為1 h(有時視水量而變化)。SBR池的COD去除率達95%，出水的COD濃度≤20～30 mg/L。SBR池分3組交替進水，每組的有效尺寸為38.4 m×16 m×5.4 m。采用螺旋式曝氣器，每個曝氣器的服務面積為1.5m
2，共297個。構筑物一覽表見表2。
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表2 構筑物一覽表 |
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構筑物 |
結構 |
尺寸(m) |
數量 |
設計運行參數及備注 |
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集水井 |
鋼混 |
￠5×4.6 |
1 |
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集水池 |
鋼混 |
8×3.2×3.4 |
1 |
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污水泵房 |
磚砌 |
6×8×4 |
1 |
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UASB |
鋼混 |
13.3×8.5×5.5 |
12系列 |
停留時間為7 h |
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SBR |
鋼混 |
38.4×16×5.4 |
3系列 |
運行周期為12 h |
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污泥濃縮池 |
鋼混 |
2.8×2.8×3.3 |
3 |
梯形漏斗深為1.5 m |
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鼓風機房 |
磚砌 |
19.5×6×5.5 |
1 |
R363型羅茨鼓風機 |
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污泥脫水機房 |
磚砌 |
16×9×4.3 |
1 |
DYB—XB型帶式壓榨脫水機 |
3 工藝流程
保留原有的SBR工藝，將水解/酸化反應池改造成UASB反應池的過程中，同時實行清污分流，將冷卻水直接排放，高濃度廢水先經過UASB池處理，出水再與低濃度廢水混合進入SBR反應池。整個工藝流程如圖1所示。
4 實際運行效果
4.1 UASB的啟動
啟動過程經歷了污泥活性恢復、提高負荷和滿負荷進水三個階段。啟動于2000年5月開始，從成都污水處理廠運來80 t厭氧消化脫水污泥，采用邊用廢水對泥餅進行溶化、稀釋、攪拌，邊向UASB池內泵入的方式完成接種污泥的投放。緊接著開始進水，直到池子被充滿(三相分離器開始出水為止)。大約靜置1 d以后，UASB開始產氣，說明厭氧污泥的活性開始恢復。此后根據UASB出水的pH值和揮發酸(VFA)濃度的變化，逐步增加進水量，直至達到滿負荷。
啟動過程到2000年11月中旬結束。在此期間，不同進水量下的處理效果見表3。
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表3 不同進水量下的UASB處理效果 |
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進水量(m3/d) |
進水COD(mg/L) |
出水COD(mg/L) |
去除率(%) |
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600 |
1156.0 |
317.4 |
72.0 |
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1000 |
1795.0 |
673.2 |
62.4 |
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2000 |
2448.0 |
832.0 |
66.0 |
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2500 |
1572.9 |
701. |
55.4 |
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3000 |
1739.9 |
613.7 |
64.7 |
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3500 |
1256.4 |
405.9 |
67.7 |
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5000 |
1971.4 |
459.9 |
76.7 |
4.2 運行情況
由于廠區占地有限，UASB之前未設調節池，進水COD濃度、pH值當天之內波動很大。在較強的沖擊負荷下，UASB出水有時帶出一些絮狀污泥，使其COD增高，在一定程度上影響了出水水質，但從總的運行來看，UASB具有較強的抗廢水沖擊能力，處理效果穩定，出水COD(混合液)一般在500 mg/L左右，pH在7左右。2001年6月6日對UASB進行了24 h連續監測，所測數據包括進、出水COD濃度、pH值，其中出水COD分別測混合液和上清液兩種水樣。圖2、3分別為UASB進、出水COD和pH值的24 h變化曲線。
UASB正常運行后，厭氧出水和鍋爐廢水混合后的COD濃度比以前大大降低，但水質波動仍然很大(COD濃度在400～1 200 mg/L之間)。盡管如此，SBR的出水COD濃度始終保持在20～40 mg/L之間。從實際運行來看，該系統經過改造后，SBR反應池運行更加穩定，出水水質較好。圖4為SBR反應池進、出水COD濃度的變化情況，整個系統監測結果見表4。
表4 運行監測COD值(日平均值)mg/L
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表 |
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采樣日期 |
UASB |
SBR |
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進水 |
出水 |
進水 |
出水 |
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5月5日 |
903.2 |
210.5 |
582.3 |
20.0 |
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5月6日 |
1781.1 |
459.1 |
657.4 |
24.3 |
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5月7日 |
1971.4 |
791.8 |
1169.1 |
26.3 |
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5月8日 |
1660.4 |
450.1 |
1178.1 |
25.6 |
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5月9日 |
1832.5 |
521.4 |
1110.3 |
27.2 |
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注：UASB出水有時帶泥，使所測數值過高。 |
由表4可以看出，滿負荷運行期內，UASB的COD去除率為70%～75%，SBR的COD去除率＞95%，排放水各項指標均滿足設計標準。
5 分析及總結
將UASB和SBR兩種處理單元進行組合，所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優點，使處理流程簡潔，節省了運行費用，而把UASB作為整個廢水達標排放的一個預處理單元，在降低廢水濃度的同時，可回收所產沼氣作為能源利用。同時，由于大幅度減少了進入好氧處理階段的有機物量，因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產量，從而使整個廢水處理過程的費用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本，又能產生經濟效益。
5.1 沼氣回收
UASB池正常運行后，每天產生大量的沼氣，將其回收作為熱風爐的燃料，可供飼料烘干使用。UASB去除COD達7 500 kg/d，以沼氣產率為0.5m
3/kgCOD計算，UASB產氣量為3 500m
3/d(甲烷含量為55%～65%)。沼氣的熱值約為22 680kJ/m
3，煤的熱值為21 000 kJ/t計算，則1m
3沼氣的熱值相當于1 kg原煤，這樣可節煤約4 t/d左右，年收益約為39.6萬元。
5.2 減少處理費用
①節約廢水處理費用
SBR池設計能力為6 500m
3/d，原實際處理水量為4 000 m
3/d，由于原工藝(水解酸化+SBR工藝)短路，相當于原水直接進入SBR池，使其運行周期達12 h后出水才得以達標排放。隨著啤酒年生產能力的提高，廢水處理量也相應增加，原工藝的SBR池處理量要達到設計值(6 500m
3/d)并達標排放，必須增加曝氣時間。現工藝經改造后，UASB(取代原水解酸化池)作為整個廢水達標排放的一個預處理單元，削減了全部進水COD的75%，從而降低后續SBR池的處理負荷，使SBR池在廢水處理量增加的情況下，運行周期同樣為12 h，廢水也能達標排放。也可以說，耗電量并沒有隨廢水處理量的增加而增加。同原工藝相比較，每天實際節約1 500～2 500 m
3廢水的處理費用，節約能耗約21.4 萬元/a。
②節約污泥處理費用
該公司廢水經過UASB處理后，75%的有機物被去除，使SBR處理負荷大大降低，產泥量相應減少。按原來的工藝計算，產泥量達17 t/d(產泥率為0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率為80%)，而目前產泥量只有5 t/d(含水率為80%)左右，只有改造前的1/3，污泥處理費用大大減少，節約污泥處理費用約為20元/a。
