啤酒廢水工藝

第一章前言1.1啤酒廢水污染現(xiàn)狀及其危害性啤酒是當(dāng)今風(fēng)行世界最流行的飲料之一，早在4500年前，啤酒就在古埃及問(wèn)世，它略含苦味，富含營(yíng)養(yǎng)，素有液體面包之稱，已被國(guó)際營(yíng)養(yǎng)會(huì)議推薦為營(yíng)養(yǎng)食品之一[1]。近年來(lái),隨著人民生活水平的提高,我國(guó)啤酒消費(fèi)量急劇增大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，20年來(lái)，全國(guó)啤酒產(chǎn)量增長(zhǎng)30倍。200205?06?年全國(guó)啤酒產(chǎn)量2400多萬(wàn)噸，首次超過(guò)美國(guó)躍居世界第一位，成為世界第一的啤酒生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，啤酒行業(yè)開展也隨之進(jìn)入成熟期。但是，中國(guó)啤酒廠的噸酒耗水量較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般為〔10～30〕t/t啤酒〔因不同企業(yè)不同酒類而有所不同〕[2]，廢水排放量接近于耗水量的90%[3]。假設(shè)單以2002年啤酒產(chǎn)量,每噸酒耗水20噸計(jì)算,當(dāng)年共排放廢水量約4.3億噸，可見啤酒行業(yè)排放廢水量之巨大。啤酒廢水含有較高濃度的有機(jī)物，如未經(jīng)處理直接排入自然水體后，在自然降解的過(guò)程中使水中的微生物大量繁殖，從而消耗了自然水體中的溶解氧，造成水體缺氧，最終導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)黑變臭，嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來(lái)，環(huán)境與開展的關(guān)系日益為國(guó)人所重視，環(huán)境保護(hù)工作作為我國(guó)的一項(xiàng)根本國(guó)策，已經(jīng)為越來(lái)越多的企業(yè)和人們所接受。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展，環(huán)境保護(hù)工作必須引起政府和企業(yè)高度重視。為了解決好這一矛盾，科研管理和工程技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到：開展啤酒廢水處理技術(shù)是貫徹科學(xué)開展觀的必然要求。1.2啤酒廢水來(lái)源及性質(zhì)特點(diǎn)分析啤酒釀造過(guò)程，啤酒廠工業(yè)廢水主要來(lái)源于：麥芽生產(chǎn)過(guò)程中的沖洗水，浸泡水，降溫水；糖化過(guò)程中的糖化、過(guò)濾洗滌水；發(fā)酵過(guò)程中的洗滌、過(guò)濾水；包裝過(guò)程中的洗罐水、洗瓶水、冷卻用水，以及工人生活污水等等。除了包裝工序的廢水連續(xù)排放以外，其它廢水均以間歇方式排放[4]〔見表1-1〕啤酒生產(chǎn)的主要原料為麥芽、大米和酒花等，在生產(chǎn)過(guò)程中不參加任何有毒有害難降解的物質(zhì)，因此廢水中主要是糧食釀酒后的殘留物，其主要成分是麥槽、酒花殘?jiān)?、酵母菌殘?bào)w、粗蛋白、糖類、多種氨基酸、醇、維生素、剩余啤酒、淀粉、少量洗滌用堿及少量生活污水，屬于有害無(wú)毒的有機(jī)廢水〔成分見表1-2〕，但易于腐敗，排入水體表1-1啤酒工業(yè)廢水的來(lái)源與濃度工序排放方式廢水中CODcr濃度〔mg/L〕浸麥工序間歇排放500～800糖化工序間歇排放2000～4000發(fā)酵工序間歇排放2000～3000包裝工序連續(xù)排放400～800要消耗大量的溶解氧，對(duì)水體環(huán)境造成嚴(yán)重危害。表1-2重慶某啤酒廠原水成分碳水化合物(%)脂肪(%)灰分(%)蛋白質(zhì)(%)纖維素(%)氨氮(mg/L)色55.36.43.027.36.730淡褐啤酒工業(yè)廢水有如下的特點(diǎn)和性質(zhì)：〔1〕啤酒工業(yè)在生產(chǎn)啤酒過(guò)程中耗水量相當(dāng)大，噸酒耗水量約為10～30t，隨著生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)水平和管理方式而異；〔2〕廢水來(lái)源復(fù)雜、多樣。其來(lái)源有冷卻水、清洗廢水、沖渣廢水、灌裝廢水、洗瓶洗缸廢水、清潔、生活廢水；〔3〕廢水中主要污染物成分是：糖類、醇類、氨基酸、果膠、啤酒花、維生素、蛋白化合物及包裝車間的有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)鹽類等。其BOD5/CODcr較高，為0.4～0.6[5],并有大量懸浮物，如麥渣等，也常有在消毒清潔過(guò)程中投入的堿性清洗劑、殺菌劑；有毒物質(zhì)少，營(yíng)養(yǎng)配比適中，適合進(jìn)行生物降解；〔4〕廢水水量水質(zhì)常依賴生產(chǎn)周期，水量水質(zhì)波動(dòng)很大。生產(chǎn)期廢水量巨大，CODcr較高，可達(dá)數(shù)千，pH值以微堿至中堿性為主；生產(chǎn)間歇期廢水量少，以生活污水為主，CODcr僅幾百，pH值為微酸性〔現(xiàn)代啤酒廠常年生產(chǎn)不存在間歇期〕。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，CODcr大約在幾百到幾千之間，pH大約在5—12之間，要求處理系統(tǒng)必須有一定的可調(diào)性和抗沖擊能力。同時(shí)，污水中氮、磷含量較高，要求處理系統(tǒng)具有較好的脫氮除磷能力。出水水質(zhì)因各廠工藝不同而各異，重慶某啤酒廠廢水混合出水水質(zhì)見表1-3?！?〕廢水中含有一定量的硅藻土，容易引起處理系統(tǒng)的堵塞。表1-3重慶某啤酒廠廢水混合出水水質(zhì)項(xiàng)目CODcrBOD5SSNH3—NTP含量〔mg/L〕1000~5000800~2500200~100015~301~4第二章啤酒廢水處理工藝概況2.1啤酒廢水的主要處理工藝由于啤酒廢水的水量較大,水中污染物濃度高,性質(zhì)接近于生活污水,可生化性良好,所以目前國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)均主要采用生化法處理啤酒廢水,其又可以大致分為好氧生物處理法及厭氧生物處理法。2.1.1好氧生物處理好氧生物處理是指在氧氣充足的條件下,利用好氧微生物的生命活動(dòng)氧化啤酒廢水中的有機(jī)物,其產(chǎn)物有二氧化碳、水及能量。但由于此法沒有考慮到廢水中有機(jī)物的利用問(wèn)題,因此處理本錢較高。2.1.1.1活性污泥法活性污泥法于1914年由英國(guó)人Ardernh和Lockett實(shí)驗(yàn)成功，在中、低濃度污染物有機(jī)廢水處理中，其技術(shù)分支較為廣泛,也是使用最多，運(yùn)行可靠,最為成熟的方法。具有處理效果好、投資較少等優(yōu)點(diǎn)，適用于大中城市啤酒廠采用。但是此法在用空氣曝氣時(shí)容易產(chǎn)生泡沫，造成難以充氧，管理不好那么易產(chǎn)生污泥膨脹，此外還因動(dòng)力消耗高、占地面積較大等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)有廣州啤酒廠、珠江啤酒廠、無(wú)錫啤酒廠、華都啤酒廠、珠江啤酒廠[6]等采用活性污泥法處理啤酒廢水，廢水COD的進(jìn)水濃度為1000~1500mg/L，出水為40～100mg/L，去除率90%～96%。其中珠江啤酒廠從比利時(shí)引進(jìn)TSU〔Two-StageUnitank〕兩階段單一槽活性污泥工藝[7]，其特點(diǎn)是曝氣與沉淀反復(fù)循環(huán)，廢水經(jīng)第一段高負(fù)載混合曝氣沉淀去除80%以上的BOD5，進(jìn)入第二階段低負(fù)載混合曝氣沉淀槽，將剩余的BOD5進(jìn)—步降低,最終BOD5去除率到達(dá)95%，出水到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)錫啤酒廠也采用與之類似的兩段曝氣(Z-A法)+氧化塘處理啤酒廢水，COD去除率為90%～95%，處理后的水可用于養(yǎng)魚[8]?？梢娀钚晕勰喾ㄌ幚砥【茝U水具有運(yùn)行可靠、處理效果較好的優(yōu)點(diǎn)，但啤酒廢水氮磷含量低，碳氮比例失調(diào)，運(yùn)行中容易產(chǎn)生污泥膨脹，因此，啤酒廢水處理過(guò)程中需添加一定量的氮磷。此外，活性污泥法對(duì)啤酒廢水水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性也較差，且因污泥產(chǎn)量高，處置麻煩，不耐沖擊負(fù)荷，還需要大量充氧，增加了基建運(yùn)行費(fèi)用。2.1.1.2生物膜法生物膜法是人們模仿土壤的自凈過(guò)程而創(chuàng)造出來(lái)的，并很早被人們應(yīng)用于廢水生物處理。早在十九世紀(jì)，1893年英國(guó)科貝特〔Corbett〕在索爾福德城〔Salford〕創(chuàng)立了具有噴嘴布水裝置的生物濾池〔灑滴濾池〕，這也就是廢水生物處理工程中最早出現(xiàn)的生物膜法濾池[9]?，F(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的開展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，生物膜法也經(jīng)歷了一個(gè)開展過(guò)程，使用的處理設(shè)施〔生物濾池〕及其運(yùn)行方式，已從原來(lái)的灑滴濾池〔普通生物濾池〕開展到現(xiàn)在的各種高負(fù)荷率型的生物濾池。其運(yùn)行原理是，生物濾池內(nèi)填有某種附著粘菌的介質(zhì)，廢水流過(guò)濾池時(shí)與粘菌相接觸，其中的污染物將被這層生物膜去除。以塑料為填料的池深可達(dá)12.2米,水力負(fù)荷高達(dá)0.16米3/分·米2。在適當(dāng)?shù)某厣钆c流量條件下處理啤酒廢水，BOD5去除率可高達(dá)90%。生物膜法主要為生物接觸氧化法和生物轉(zhuǎn)盤，該法主要用于去除水中的BOD5。國(guó)內(nèi)采用生物接觸氧化法處理啤酒廢水的啤酒廠有青島啤酒廠、撫順啤酒廠、房山啤酒廠[6]等，廢水COD為1000～1200mg/L，處理后出水COD為100mg/L，去除率達(dá)90%～92%。生物接觸氧化法在國(guó)內(nèi)應(yīng)用很廣，其主要優(yōu)點(diǎn)是處理能力大，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，占地面積少，污泥生成量少，無(wú)污泥膨脹，運(yùn)行管理方便等，但處理效果一股不及活性污泥法，建筑費(fèi)用亦較高。采用生物轉(zhuǎn)盤的工廠有杭州啤酒廠、上海華光啤酒廠等,進(jìn)水COD為1500mg/L，處理后出水COD為30～150mg/L，去除率90%～98%。生物轉(zhuǎn)盤法是較早用來(lái)處理啤酒廢水的方法，它具有的優(yōu)點(diǎn)有處理效果比擬穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低，動(dòng)力消耗，耐沖擊負(fù)荷，無(wú)污泥膨脹等，但前期基建投資高，受氣溫變化影響大，不適合于氣溫偏低的地區(qū)使用。綜上所述，生物膜法不同于活性污泥法的最大優(yōu)點(diǎn)是不存在污泥膨脹問(wèn)題。因?yàn)樯锬な歉街诠腆w濾料外表上，微生物固著于外表生長(zhǎng)，而在活性污泥法中，微生物懸浮于液體之中生長(zhǎng)。因此對(duì)生物膜法來(lái)講，不會(huì)引起污泥膨脹問(wèn)題?？傊?，生物膜法和活性污泥法相比，具有運(yùn)轉(zhuǎn)管理相對(duì)方便，而且剩余污泥量亦較少等優(yōu)點(diǎn)。因而，生物膜法在啤酒廢水生物處理工程中，尤其在處理一般規(guī)模的場(chǎng)合下，已受到很多廠家歡送并予以采用。2.1.1.3氧化塘法氧化塘工藝一般可分為四種：兼性塘、厭氧塘、好氧塘和曝氣塘[10]。一般來(lái)說(shuō)，厭氧塘、兼性塘和好氧塘串聯(lián)使用，從工藝設(shè)施構(gòu)造和運(yùn)行管理來(lái)看，這是較經(jīng)濟(jì)的一種處理方法，而且處理效果也令人滿意，只是有些氣味。經(jīng)氧化塘法工藝處理后的啤酒工業(yè)廢水，出水CODCr濃度為100～150mg/L，BOD5濃度為30～90mg/L，SS濃度為30～90mg/L，出水水質(zhì)到達(dá)國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。氧化塘工藝具有前期基建投資少及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但是氧化塘工藝要實(shí)施必須占用有較大面積，這也就成為了它基建費(fèi)用的主要內(nèi)容。因而選擇此類工藝主要取決于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。2.1.1.4膜—生物反響器膜—生物反響器〔MBR〕是20世紀(jì)90年代興起的一種廢水生化處理的新技術(shù)，它是用膜組件替代傳統(tǒng)二沉池進(jìn)行固液別離的一種新型高效廢水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，膜—生物反響器具有污染物去除效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、裝置容積負(fù)荷大、設(shè)備占地面積小、傳氧效率高、污泥產(chǎn)量低、操作運(yùn)行簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目前,國(guó)內(nèi)由于對(duì)膜—生物反響器的研究起步較晚，尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用的例子，但據(jù)近年來(lái)的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，膜—生物反響器對(duì)啤酒廢水的COD和NH3-N具有良好的處理效果，去除率分別為96.13%和99.33%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同試驗(yàn)條件下的普通活性污泥法[11,12]。它已成為一項(xiàng)值得研究和推廣的新型生物反響器處理技術(shù)。2.1.2厭氧生物處理傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵工藝需要較高的溫度、較長(zhǎng)的停留時(shí)間，且處理效能低。20世紀(jì)60年代末以來(lái)世界上先后出現(xiàn)了厭氧濾池〔AF〕、升流式厭氧污泥床反響器〔UASB〕，兩相厭氧消化〔TPAD〕等工藝，以其較高的容積負(fù)荷率和較短的水力停留時(shí)間受到人們的關(guān)注，被稱為第二代厭氧反響器。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這類反響器完全適用于處理啤酒廢水，而且厭氧消化工藝相似于啤酒釀造、發(fā)酵生產(chǎn)工藝，很容易被啤酒廠家所掌握。與好氧生物處理相比，厭氧生物處理的優(yōu)點(diǎn)有:動(dòng)力消耗低、剩余污泥量少、處理設(shè)備較廉價(jià)、能降解某些好氧處理難于降解的物質(zhì)。其缺點(diǎn)分別是：厭氧污泥增殖緩慢、出水水質(zhì)差、操作控制復(fù)雜以及廢水濃度較低時(shí)產(chǎn)生的CH4回收價(jià)值小等。厭氧生物處理是在無(wú)氧條件下，靠厭氧細(xì)菌的作用分解有機(jī)物。它適用于高濃度有機(jī)廢水〔CODCr>2000mg/L,BOD5>1000mg/L〕。在這一過(guò)程中，參加生物降解的有機(jī)基質(zhì)有50%～90%轉(zhuǎn)化為沼氣,而發(fā)酵后的剩余物還可回收作為優(yōu)質(zhì)肥料和飼料。因此，厭氧生物處理啤酒廢水已經(jīng)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。2.1.2.1升流式厭氧污泥床升流式厭氧污泥床〔USAB〕是由荷蘭Wageninger農(nóng)業(yè)大學(xué)Lettinga教授提出。它利用厭氧微生物降解廢水中的有機(jī)物，其主體分為配水系統(tǒng)，反響區(qū)，氣、液、固三相別離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個(gè)局部，具有效能高，處理費(fèi)用低，電耗省，投資少，占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，完全適用于高濃度啤酒廢水的治理[13]。沈陽(yáng)啤酒廠[14]采用回收固形物及厭氧消化綜合治理工藝，實(shí)行清污分流，集中收集CODCr大于5000mg/L的高濃度有機(jī)廢水送入U(xiǎn)ASB進(jìn)行厭氧處理，廢水中CODCr的質(zhì)能利用率可達(dá)91.93%。但其缺乏之處是出水CODcr的濃度仍有500mg/L左右，需進(jìn)行再處理或與好氧處理串聯(lián)才能達(dá)標(biāo)排放。2.1.2.2內(nèi)循環(huán)厭氧反響器內(nèi)循環(huán)〔InternalCirculation，IC〕厭氧反響器于20世紀(jì)80年代中期由荷蘭PAQUES公司開發(fā)研制成功[15]，它是在UASB反響器的根底上開展而來(lái)的，和UASB反響器一樣，可以形成高生物活性的厭氧顆粒污泥，但不同的是這種反響器內(nèi)部還能夠形成流體循環(huán)。此類反響器高度約為16～25米，容積負(fù)荷為普通升流式厭氧污泥床〔UASB〕的4倍左右，占地面積少，基建投資省，有機(jī)負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性好。沈陽(yáng)華潤(rùn)雪花啤酒[16]1996年從荷蘭PAQUES公司引進(jìn)IC技術(shù)處理啤酒生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)日處理高濃度有機(jī)廢水400立方米、CODCr負(fù)荷2000kg/d、CODCr去除率達(dá)80%，包括配套設(shè)施在內(nèi)全部設(shè)施僅占地245平方米。上海富仕達(dá)啤酒廠采用IC厭氧反響器后接好氧處理系統(tǒng)，總出水CODCr為75mg/L，CODCr的去除率為96.3%。2.2國(guó)內(nèi)外研究開展趨勢(shì)啤酒廢水處理技術(shù)正朝著綜合治理方向開展。啤酒廢水綜合治理可考慮從以下幾方面著手：〔1〕要減少生產(chǎn)用水、降低排放量；〔2〕實(shí)行清潔生產(chǎn)，降低廢水排放負(fù)荷，同時(shí)做到清濁分流和循環(huán)使用，減輕處理壓力，控制洗糟水量，加強(qiáng)冷、熱凝固蛋白及酵母的回收，減少酒損等降低污染負(fù)荷的措施;〔3〕還要合理利用，變廢為寶，以降低廢水處理本錢〔4〕實(shí)現(xiàn)啤酒廢水治理的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)二，一種或兩種以上技術(shù)結(jié)合使用，如生化與物化相結(jié)合、厭氧與好氧相結(jié)合、水解酸化與SBR相組合工藝等，這是解決啤酒廢水污染問(wèn)題的根本出路；〔5〕加強(qiáng)啤酒廢水的利用技術(shù)研究，如啤酒廢水的土地利用和植物凈化技術(shù)等；〔6〕人們借助細(xì)胞工程、基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)，創(chuàng)造出有特殊功能的新型生物品種。將來(lái)一定會(huì)創(chuàng)造出專門適合處理啤酒廢水的“啤酒菌〞；〔7〕利用生態(tài)工程學(xué)原理，通過(guò)多級(jí)模擬生物凈化系統(tǒng)及相伴隨的物理、化學(xué)多種過(guò)程，使啤酒廢水中有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)元素和其它污染物進(jìn)行多級(jí)轉(zhuǎn)換、利用和去除，實(shí)現(xiàn)啤酒廢水無(wú)害化，資源化與再利用，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用前景，已引起了廣泛的關(guān)注。第三章CASS工藝概述CASS(CyclicActiavatedSludgeSystem簡(jiǎn)稱CASS)也稱CAST(-Technaoloy)或CASP(-Process)工藝是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的污水處理先進(jìn)工藝，已廣泛應(yīng)用于歐美許多國(guó)家的城市污水和各種工業(yè)廢水的處理。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)CASS的研究也日益深化、不斷完善[17]。由于其具有投資少、運(yùn)行管理方便、可分期建設(shè)等特點(diǎn)，適合中國(guó)國(guó)情，近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)已得到推廣應(yīng)用。3.1SBR工藝由于CASS工藝是SBR工藝的一種改良型，所以首先要對(duì)SBR工藝做一下簡(jiǎn)要介紹。序批式活性污泥法〔SequencingBatchReactor，縮寫為SBR〕是由原始的間歇式污泥法開展而來(lái)，是對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法的改良。20世紀(jì)80年代，國(guó)外對(duì)其研究進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段[18]，我國(guó)于20世紀(jì)80年代中期開始對(duì)SBR進(jìn)行系統(tǒng)研究與應(yīng)用。目前，SBR工藝在我國(guó)工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用比擬廣泛，已經(jīng)建立的SBR工藝處理的污水包括：屠宰廢水、苯胺廢水、繅絲廢水、含酚廢水、啤酒廢水、化工廢水、淀粉廢水等。北京、上海、廣州、無(wú)錫、氧化走、山西、福州、昆明等地已有多座SBR處理設(shè)施投入運(yùn)行。SBR是一種高效、經(jīng)濟(jì)、管理簡(jiǎn)便，適用于中、小水量污水處理的工藝，具有廣闊的應(yīng)用前景[19]。3.1.1SBR工藝的工作原理活性污泥法利用微生物去除有機(jī)物。首先需要微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水以及微生物菌體，反響后需要將微生物保存下來(lái)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間通過(guò)排除剩余污泥從系統(tǒng)中除去新增的微生物[20]。連續(xù)流工藝是從空間上進(jìn)行這一過(guò)程的，污水首先進(jìn)入反響池〔曝氣池〕，然后進(jìn)入沉淀池對(duì)混合液進(jìn)行沉淀，與微生物別離后的上清液外排。而SBR那么是通過(guò)在時(shí)間上的交替實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，它在流程上只設(shè)一個(gè)池子，將曝氣池和二沉池的功能集中在該池子上，兼行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解和固液別離等功能[21]。SBR在時(shí)間上的交替運(yùn)行就是它的工作方式。SBR是按周期運(yùn)行的，每個(gè)周期的循環(huán)過(guò)程包括進(jìn)水、反響〔曝氣〕、沉淀、排放和閑置等五個(gè)工序。它是傳統(tǒng)活性污泥法的一種變形，它的反響機(jī)制以及污染物質(zhì)的去除機(jī)制和傳統(tǒng)活性污泥法根本相同，僅運(yùn)行操作不一樣。圖3-1為SBR的根本操作運(yùn)行模式。進(jìn)水反響〔曝氣〕沉淀出水閑置圖3-1SBR工藝的根本工序第一階段，進(jìn)水期〔Fill〕。指從向反響器開始進(jìn)水至到達(dá)反響器最大容積運(yùn)行容積時(shí)的一段時(shí)間。在此期間可將池子設(shè)置為三種狀態(tài)：曝氣〔好氧反響〕、攪拌〔厭氧反響〕及靜置。在曝氣的情況下有機(jī)物在進(jìn)水過(guò)程中已經(jīng)開始被大量氧化，在攪拌情況下那么抑制好氧反響。運(yùn)行時(shí)可根據(jù)不同微生物的生長(zhǎng)特性、廢水的特性和要到達(dá)的處理目標(biāo)，分別采用非限制曝氣、半限制曝氣和限制曝氣方式進(jìn)水。通過(guò)控制進(jìn)水階段的環(huán)境，就實(shí)現(xiàn)了在反響器不變的情況下完成多種處理功能。充分利用了SBR裝置固定、穩(wěn)定、能自由改變運(yùn)行管理的優(yōu)點(diǎn)。第二階段，反響期〔React〕。目的是在反響器內(nèi)最大水量的情況下完成進(jìn)水期已開始的反響。在反響階段通過(guò)改變反響條件，不僅可以到達(dá)有機(jī)物降解的目的，而且可以取得脫氮除磷的效果。反響開始時(shí)曝氣，使廢水中溶解氧到達(dá)最大值，有利于池中微生物充分吸收氧氣，通過(guò)好氧反響，到達(dá)去除BOD、硝化和吸收磷的目的，然后通過(guò)厭氧反響〔攪拌〕脫氮。第三階段，靜置期〔Settle〕。目的是固液別離，本工序相當(dāng)于傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池。停止曝氣和攪拌，利于污泥絮體和上清液別離。此時(shí)COD值最小，隨著水中溶解氧的餓不斷降低，厭氧反響也在進(jìn)行。沉淀過(guò)程一般由時(shí)間控制，沉淀時(shí)間在0.5~1.0h之間，甚至可能到達(dá)2.0h，以便于下一個(gè)排水工序。第四階段，排水期〔Draw/Decant〕。目的是從反響器中排出上清液，一直恢復(fù)到循環(huán)開始時(shí)的最低水位，該水位離污泥層還要有一定的保護(hù)高度。SBR排水一般采用潷水器。反響器底部沉淀下來(lái)的污泥大局部作為下一個(gè)處理周期的回流污泥使用，過(guò)剩的污泥可在排水階段排除，也可在閑置階段排除。第五階段，閑置期〔Idle〕。處理水排放后，反響器處于停滯狀態(tài)，等待下一個(gè)運(yùn)行周期開始，活性污泥中的微生物充分恢復(fù)活性。此間，為保證污泥的活性，防止出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，還須定期排出剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生育繁殖，必要時(shí)，可進(jìn)行輕微或間歇曝氣[22]。3.1.2SBR工藝特點(diǎn)與其他活性污泥法相比，SBR法沒有設(shè)置二沉池和污泥回流設(shè)備，布置更為緊湊，占地面積少，基建及運(yùn)行費(fèi)用較低，不易發(fā)生污泥膨脹問(wèn)題，耐沖擊負(fù)荷，處理效果穩(wěn)定。采用此法處理啤酒廢水，COD的去除率可達(dá)90%,出水COD<100mg/L，符合國(guó)家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)。SBR法處理啤酒廢水運(yùn)行費(fèi)用主要來(lái)自電耗,耗電量大致為0.6kwh/噸水,而從國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)廢水生化處理其電耗為1.02～1.4kwh/噸水來(lái)看，采用SBR法其電耗降低30%左右，具有明顯的優(yōu)越性[8]。3.2CASS工藝3.2.1CASS工藝的開展循環(huán)式活性污泥法〔CASS〕CASS工藝是循環(huán)活性污泥技術(shù)的一種形式，是一種改良型SBR工藝。該工藝將變?nèi)莘e活性污泥法和生物選擇器原理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，設(shè)有一個(gè)分建或合建式生物選擇器，以序批曝氣一非曝氣方式運(yùn)行的充一放式間歇活性污泥處理工藝，是在其它的循環(huán)活性污泥技術(shù)如間歇排水延時(shí)曝氣工藝IDEA〔IntermittentlyDecantedExtendedAeration〕、間歇排水曝氣塘工藝IDAL〔IntermittentlyDecantedAeratedLagoons〕和間歇式循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法ICEAS〔IntermittentlyCyclicExtendedAerationSystem〕等的根底上開展起來(lái)的[23]、[24]。1969年Goronszy教授，從連續(xù)進(jìn)水間歇運(yùn)行的氧化溝工藝入手，從事可變?nèi)莘e活性污泥法的研究和開發(fā)工作，并于1975年將連續(xù)進(jìn)水間歇運(yùn)行的工藝方法應(yīng)用于矩形鼓風(fēng)曝氣池，1978年又利用活性污泥基質(zhì)積累再生理論，根據(jù)基質(zhì)去除與污泥負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果以及污泥活性組成和污泥呼吸速率之間的關(guān)系，將生物選擇器與SBR工藝有機(jī)結(jié)合，成功地開發(fā)出CASS工藝。1984年和1989年分別在美國(guó)和加拿大取得循環(huán)式活性污泥法工藝(CASS)的專利。其根本結(jié)構(gòu)是：在序批式活性污泥法(SBR)的根底上，反響池沿池長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)為兩局部，前部為生物選擇區(qū)也稱預(yù)反響區(qū)，后部為主反響區(qū)，其主反響區(qū)后部安裝了可升降的自動(dòng)撇水裝置。整個(gè)工藝的充水一曝氣、充水一泥水別離、上清液l除和充水一閑置等過(guò)程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)；同時(shí)可連續(xù)進(jìn)水，間斷排水[25]。3.2.2CASS工藝組成與原理3.2.2.1CASS工藝降解原理CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)是在SBR的根底上開展起來(lái)的，即在SBR池內(nèi)進(jìn)水端增加了一個(gè)生物選擇器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連續(xù)進(jìn)水)、間歇排水。典型的CASS反響器由生物選擇器、缺氧區(qū)和好氧區(qū)三局部構(gòu)成〔見圖3-2〕，這些區(qū)域的容積比通常為1∶5∶30。反響池前部設(shè)置為預(yù)反響區(qū)〔生物選擇區(qū)〕，后部為主反響區(qū)，后部安裝了可升降的自動(dòng)潷水器，曝氣、沉淀、排水均在同一池子內(nèi)周期性循環(huán)進(jìn)行。生物選擇區(qū)和主反響區(qū)之間由隔墻隔開，污水由生物選擇區(qū)通過(guò)隔墻下部進(jìn)入主反響區(qū)，托動(dòng)水層緩慢上升。圖3-2CASS反響池構(gòu)造簡(jiǎn)圖生物選擇區(qū)設(shè)置在CASS前端的進(jìn)水區(qū)，有利于通過(guò)酶的快速轉(zhuǎn)移和迅速吸收以去除局部易降解的溶解性有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生基質(zhì)積累和再生過(guò)程，促進(jìn)了系統(tǒng)選擇出絮凝性細(xì)菌。其容積約為反響器總?cè)莘e的10%，水力停留時(shí)間為0.5~1小時(shí)，通常在厭氧條件下運(yùn)行。進(jìn)入反響器的污水和從主反響區(qū)內(nèi)回流的活性污泥〔回流量約為日平均流量的20%〕在此互相混合接觸。生物選擇器是按照活性污泥種群的生物反響動(dòng)力學(xué)原理而設(shè)置的，可有效地抑制污泥的膨脹，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在生物選擇器中不僅可充分利用活性污泥的快速吸附作用，而且可加速對(duì)溶解性底物的去除和對(duì)難降解有機(jī)物起到良好的水解作用，同時(shí)可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。由于回流污泥中存在約2mg/L的硝態(tài)氮，可發(fā)生比擬明顯的反硝化作用，其反硝化量可達(dá)整個(gè)系統(tǒng)反硝化量的20%左右。選擇器可定容運(yùn)行，也可變?nèi)葸\(yùn)行，多池系統(tǒng)中的進(jìn)水配水池也可用作選擇器。兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運(yùn)行的生物選擇區(qū)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量變化的緩沖作用，同時(shí)還具有促進(jìn)磷的進(jìn)一步釋放和強(qiáng)化氮的反硝化作用。好氧區(qū)為主反響區(qū)，是最終去除有機(jī)底物的主場(chǎng)所。運(yùn)行過(guò)程中，通常將主反響區(qū)的曝氣強(qiáng)度以及曝氣池中溶解氧濃度加以控制，以使主反響區(qū)內(nèi)主體溶液處于好氧狀態(tài)，而活性污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部那么根本上處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體內(nèi)的傳遞受到限制，而硝態(tài)氮由污泥內(nèi)向主體溶液的傳遞不受限制，從而使主反響區(qū)中同時(shí)發(fā)生有機(jī)污染物的降解以及同步硝化和反硝化作用[26]。CASS工藝集反響、沉淀、排水、功能于一體，污染物的降解在時(shí)間上是一個(gè)推流過(guò)程，而微生物那么處于好氧、缺氧、厭氧周期性變化之中，從而到達(dá)對(duì)污染物去除作用,同時(shí)還具有較好的脫氮、除磷功能。3.2.2.2CASS工藝運(yùn)行CASS生物池一般分為兩池，各池之間不連通，每池獨(dú)立連續(xù)工作。CASS工藝運(yùn)行過(guò)程包括充水一曝氣、沉淀(泥水別離)、外表潷水和閑置等4個(gè)階段組成其運(yùn)行一個(gè)周期。圖3-3所示為CASS工的循環(huán)操作過(guò)程，具體運(yùn)行過(guò)程為：〔1〕進(jìn)水一曝氣階段。邊進(jìn)水邊曝氣，同時(shí)將主反響器區(qū)的污泥回流至生物選擇器，一般污泥回流比約為20%。在此階段，曝氣系統(tǒng)向反響池內(nèi)供氧，一方面滿足好氧微生物對(duì)氧的需要，另一方面有利于活性污泥與有機(jī)物的混合與接觸，從而有利于有機(jī)污染物被微生物氧化分解。同時(shí)，污水中的NH3-N通過(guò)微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。〔2〕沉淀階段。停止曝氣，微生物繼續(xù)利用水中剩余的溶解氧進(jìn)行氧化分解。隨著反響池溶解氧的進(jìn)一步降低，微生物由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并發(fā)生一定的反硝化作用。與此同時(shí)，活性污泥在幾乎靜止的條件下進(jìn)行沉淀別離，活性污泥沉至池底，下一個(gè)周期繼續(xù)發(fā)揮作用，處理后的水位于污泥層上部，靜置沉淀使泥水別離?！?〕外表潷水。沉淀階段完成后，置于反響池末端的潷水器在程序控制下開始工作，自上而下逐層排出上清液，排水結(jié)束后潷水器自動(dòng)復(fù)位。潷水期間，污泥回流系統(tǒng)圖3-3CASS反響池工作時(shí)序圖照常工作。污泥回流的目的是提高缺氧區(qū)的污泥濃度，隨污泥回流至該區(qū)內(nèi)的污泥中的硝態(tài)氮進(jìn)一步進(jìn)行反硝化，并進(jìn)行磷的釋放而促進(jìn)在好氧區(qū)內(nèi)對(duì)磷的吸收。由于CASS反響器在運(yùn)行過(guò)程中的最高水位和潷水時(shí)的最低水位是設(shè)計(jì)確定的，因而在潷水期間進(jìn)行污泥回流不會(huì)影響出水水質(zhì)?！?〕閑置階段。閑置階段的時(shí)間一般較短，主要保證潷水器在此階段內(nèi)上升到原始位置，防止污泥流失。如果此階段進(jìn)行曝氣，那么有利于恢復(fù)污泥的活性。實(shí)際潷水時(shí)間往往比設(shè)計(jì)時(shí)間短，其剩余時(shí)間用于反響器內(nèi)污泥的閑置以及恢復(fù)污泥的吸附能力。潷水和閑置期間，污泥回流正常進(jìn)行。由上可見，CASS工藝在進(jìn)水階段，不設(shè)單純的充水過(guò)程或缺氧進(jìn)水混合過(guò)程。在操作循環(huán)的曝氣階段〔同時(shí)進(jìn)水〕完成生物降解過(guò)程；在非曝氣階段完成泥水別離和排水；排水裝置是移動(dòng)式自動(dòng)潷水器，借此將每一循環(huán)操作中所處理的污水經(jīng)沉淀后排出系統(tǒng)[27]、[28]。CASS工藝的運(yùn)行就是上述4個(gè)階段〔1個(gè)周期〕依次進(jìn)行，并不斷循環(huán)重復(fù)的過(guò)程。每個(gè)運(yùn)行周期中曝氣和停止曝氣的時(shí)間根本相等，一個(gè)典型的運(yùn)行周期時(shí)間為4h，其中曝氣2h、沉淀和潷水各lh。3.2.2.3CASS工藝主要技術(shù)特征及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題由于國(guó)外CASS技術(shù)的擁有廠家對(duì)其技術(shù)進(jìn)行保密，所以有關(guān)CASS工藝的資料十分有限，大多數(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)均是半經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。一般情況下，CASS反響器的污泥負(fù)荷為0.1～0.2〔kgBOD5/kgMLSS·d〕，污泥齡為15～30d，最大設(shè)計(jì)水深為5～6m，MLSS為3500～4000mg/L，反響區(qū)的充水比為30%～40%，單池循環(huán)周期為4.0h〔進(jìn)水、曝氣2h，沉淀1h，潷水、排泥1h)，潷水器〔旋轉(zhuǎn)式〕的堰口負(fù)荷為20～30L/〔m·s〕[29]。1、CASS工藝主要技術(shù)特征〔1〕連續(xù)進(jìn)水，間斷排水污水排放大都是連續(xù)或半連續(xù)的，CASS工藝比擬適合這樣的排水特點(diǎn)。雖然CASS工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是連續(xù)進(jìn)水，但在實(shí)際運(yùn)行中，即使有時(shí)沒有進(jìn)水，也不影響處理系統(tǒng)的運(yùn)行，只是會(huì)增加一些能耗。CASS工藝設(shè)計(jì)時(shí)可采用一個(gè)或兩個(gè)以上池子并聯(lián)運(yùn)行。〔2〕同時(shí)具有完全混合式和推流式反響器的特點(diǎn)。由CASS反響器中污染物的降解過(guò)程可知，污水一進(jìn)入反響池，就被幾十倍甚至幾百倍的混合液所稀釋，使各點(diǎn)的混合液濃度幾乎相同，在空間上看，是一種完全混合式反響器;而在運(yùn)行中，CASS反響池通常按曝氣、沉淀、排水和閑置四個(gè)階段根據(jù)時(shí)間依次進(jìn)行。由于時(shí)間的不可逆行，不存在返混現(xiàn)象，所以CASS系統(tǒng)又是一種推流式反響器?！?〕運(yùn)行過(guò)程的非穩(wěn)態(tài)性CASS工藝在反響階段，基質(zhì)濃度隨時(shí)間由高到低變化，微生物經(jīng)歷了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、減速生長(zhǎng)期和衰減期，其降解有機(jī)物的速率也相應(yīng)地由零級(jí)反響向一級(jí)反響過(guò)渡；而每個(gè)工作周期內(nèi)排水開始時(shí)CASS池內(nèi)液位最高，排水結(jié)束時(shí)，液位最低，液位的變化幅度取決于排水比，而排水比與處理廢水的濃度、排放標(biāo)準(zhǔn)及生物降解的難易程度等有關(guān)。反響池混合液的體積和基質(zhì)濃度均是變化的，基質(zhì)的降解是非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的?！?〕溶解氧周期性變化，濃度梯度高CASS在反響階段是曝氣的，微生物處于好氧狀態(tài)，在沉淀和排水階段不曝氣，微生物處于缺氧甚至厭氧狀態(tài)。因此，反響池中溶解氧是周期性變化的，氧濃度梯度大、轉(zhuǎn)移效率高，這對(duì)于提高脫氮除磷效率、防止污泥膨脹及節(jié)約能耗都是有利的。實(shí)踐證明，對(duì)同樣的曝氣設(shè)備而言，CASS工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比有較高的氧利用率[30]。2、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題〔1〕水量平衡工業(yè)廢水和生活污水的排放通常是不均勻的，為了充分發(fā)揮CASS反響池的作用，在選擇設(shè)計(jì)流量時(shí)應(yīng)充分考慮，防止進(jìn)水量缺乏和進(jìn)水量過(guò)多引起的反響器不正常運(yùn)行。當(dāng)水量波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置調(diào)節(jié)池。〔2〕控制方式的選擇CASS工藝的日益廣泛應(yīng)用，得益于自動(dòng)化控制技術(shù)的開展及在污水處理工程中的應(yīng)用。CASS工藝的特點(diǎn)是程序工作制，可根據(jù)進(jìn)水及出水水質(zhì)變化來(lái)調(diào)整工作程序，保證出水效果。整套控制系統(tǒng)可采用現(xiàn)場(chǎng)可編程控制〔PLC〕與微機(jī)集中控制相結(jié)合，同時(shí)為了保證CASS工藝的正常運(yùn)行，所有設(shè)備應(yīng)設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)操作兩種方式，以防在一種操作方式發(fā)生故障時(shí)可以采用另一操作方式進(jìn)行控制[31]?！?〕曝氣方式的選擇CASS工藝在沉淀階段污泥容易進(jìn)入曝氣頭內(nèi)部，增大再次曝氣的管道阻力，還會(huì)造成曝氣微孔的堵塞，所以在選擇曝氣頭時(shí)盡量采用不堵塞的曝氣形式。此外，由于CASS工藝自身的特點(diǎn)，選用水下曝氣機(jī)還可根據(jù)其運(yùn)行周期和DO濃度等情況適當(dāng)開啟不同的臺(tái)數(shù)，到達(dá)在滿足廢水處理水質(zhì)要求的前提下節(jié)約能耗的目的?！?〕排水方式的選擇CASS工藝沉淀結(jié)束需及時(shí)將上清液排出，排水時(shí)應(yīng)盡可能均勻排出，不能擾動(dòng)沉淀在池底的污泥層。同時(shí)，還應(yīng)防止水面的漂浮物隨水排出，影響出水水質(zhì)。目前，常見的排水方式有：固定式排水裝置，如沿水池不同深度設(shè)置出水管，從上到下依次開啟，優(yōu)點(diǎn)是排水設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，缺點(diǎn)是開啟閥門多、排水管中會(huì)積存局部污泥，造成初期出水水質(zhì)變差;浮動(dòng)式排水裝置和旋轉(zhuǎn)式排水裝置雖然價(jià)格高，但排水均勻，排水量可調(diào)，對(duì)底部污泥干擾小，又能防止水面漂浮物隨出水排出。因此，這兩種排水裝置目前應(yīng)用較多，尤其旋轉(zhuǎn)式排水裝置，又稱潷水器，因操作靈活、運(yùn)行穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)受到設(shè)計(jì)人員和用戶的青睞?！?〕在處理有毒有害或難降解廢水時(shí)，應(yīng)根據(jù)一定的條件選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行方式，最好與其他物理化學(xué)方法串聯(lián)使用。除了上述的問(wèn)題外，在設(shè)計(jì)時(shí)我們還應(yīng)考慮冬季或低溫對(duì)CASS工藝的影響及控制；排水比確實(shí)定；雨季對(duì)池內(nèi)水位的影響及控制；排泥時(shí)間及泥齡的控制；預(yù)反響區(qū)的大小及反響池的長(zhǎng)寬比；間斷排水與后續(xù)處理構(gòu)筑物的高程及水量匹配問(wèn)題等方面的問(wèn)題。3.2.2.4CASS工藝的優(yōu)缺點(diǎn)1、CASS工藝的優(yōu)點(diǎn)〔1〕工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積小，投資較低從CASS工藝投入運(yùn)行的實(shí)例分析，該工藝與其他工藝相比具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。CASS工藝的核心構(gòu)筑物為CASS反響池，不設(shè)獨(dú)立的二沉池、刮泥系統(tǒng)和較大規(guī)模的污泥回流泵站，建設(shè)費(fèi)用低，比普通曝氣法可節(jié)省25%；采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，布置緊湊，占地省，占地面積可減少35%；自動(dòng)化程度高，管理方便，脫氮除磷不需要另加藥劑，運(yùn)行費(fèi)用省25%左右?！?〕具有較好的脫氮除磷效果廢水的脫氮除磷要求經(jīng)歷厭氧一缺氧一好氧這樣一個(gè)過(guò)程，而CASS工藝能根據(jù)不同的凈化目的，通過(guò)不同的控制手段，靈活的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧相互交替的各種運(yùn)行環(huán)境。首先生物選擇器的設(shè)置為脫氮除磷創(chuàng)造了有利條件。來(lái)自主反響區(qū)高濃度污泥和廢水充分混合，污泥中的反硝化菌以污水中的有機(jī)物為碳源，使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，以減少?gòu)U水中氮的含量，實(shí)現(xiàn)脫氮。聚磷菌在厭氧條件下進(jìn)行釋放，獲得一定的能量吸收廢水中的有機(jī)酸并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，為好氧條件下攝磷創(chuàng)造條件。其次，可以對(duì)主反響的曝氣強(qiáng)度進(jìn)行控制，使溶液處于好氧而活性污泥內(nèi)部那么根本處于缺氧狀態(tài)，從而可以實(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化。最后還可通過(guò)控制適宜的曝氣量和曝氣時(shí)間、沉淀時(shí)間、污泥齡以及提高污泥濃度等措施，為硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌創(chuàng)造適宜的條件，提高脫氮除磷的效率。因此，CASS工藝具有較好的脫氮效果。〔3〕運(yùn)行靈活，抗沖擊能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)不同的處理目標(biāo)CASS工藝的變?nèi)葸\(yùn)行提高了系統(tǒng)對(duì)水量水質(zhì)變化的適應(yīng)性;另外，可根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)及污水水量的變化靈活調(diào)整各階段長(zhǎng)短，達(dá)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。當(dāng)進(jìn)水濃度較高時(shí)，也可通過(guò)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。在暴雨時(shí)，可經(jīng)受平常平均流量6倍的頂峰流量沖擊，而不需要獨(dú)立的調(diào)節(jié)池。多年運(yùn)行資料說(shuō)明，在流量沖擊和有機(jī)負(fù)荷沖擊超過(guò)設(shè)計(jì)值2-3倍，CASS工藝的處理效果仍然令人滿意?！?〕剩余污泥量少，處理方便CASS工藝產(chǎn)生的剩余污泥量少，污泥穩(wěn)定性好，脫水性能良好。一般情況下，去除1kgBOD5可產(chǎn)生0.2－0.3kg剩余污泥，為傳統(tǒng)活性污泥法的60%左右。由于污泥在CASS反響池中已得到一定程度的消化，剩余污泥的耗氧速率一般在l0mgO2/(gMLSS·h)以下，一般不需要再經(jīng)穩(wěn)定化處理，可直接脫水后處置?！?〕不易發(fā)生污泥膨脹CASS系統(tǒng)在時(shí)間上存在著有機(jī)物的濃度梯度。在進(jìn)水期，系統(tǒng)的有機(jī)物濃度高，有利于菌膠團(tuán)形成菌的生長(zhǎng)，使耐低基質(zhì)濃度的絲狀菌的生長(zhǎng)處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)。而在生化反響期后，雖然基質(zhì)濃度低，但可以通過(guò)調(diào)整供氧量使溶解氧維持較低水平，從而抑制絲狀菌的生長(zhǎng)。另外由于CASS系統(tǒng)周期運(yùn)行，使微生物處于缺氧/好氧交替變化之中，有利于曝氣池中菌膠團(tuán)菌屬的培養(yǎng)，抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)和繁殖，防止污泥膨脹?！?〕操作管理及維修簡(jiǎn)單CASS工藝流程簡(jiǎn)單，大大減少了設(shè)備的管理和維修的工作量。工藝操作利用微機(jī)使處理過(guò)程按自動(dòng)化方式運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)不但能按照工藝條件開啟或關(guān)閉各臺(tái)設(shè)備，使各反響池交替完成曝氣、沉淀及進(jìn)水處理階段，還能執(zhí)行必要的邏輯運(yùn)算和判斷功能:當(dāng)系統(tǒng)受到大流量沖擊時(shí)，處理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入非常周期運(yùn)行，及時(shí)地將處理水排出反響池，保證出水水質(zhì)。與傳統(tǒng)工藝相比，CASS工藝污水處理廠的操作人員可減少40%左右，維修和管理費(fèi)用也顯著降低?！?〕適用范圍廣，適合分期建設(shè)CASS工藝可應(yīng)用于大型、中型及小型污水處理工程，比SBR工藝適用范圍更廣泛;連續(xù)進(jìn)水的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式，一方面便于與前處理構(gòu)筑物相匹配，另一方面控制系統(tǒng)比SBR工藝簡(jiǎn)單。對(duì)大型污水處理廠而言，CASS反響池設(shè)計(jì)成多池模塊組合式，單池可獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)處理水量小于設(shè)計(jì)值時(shí)，可以采用在反響池的低水位運(yùn)行或投入局部反響池運(yùn)行等多種靈活的操作方式；由于CASS系統(tǒng)的主要核心構(gòu)筑物是CASS反響池，如果處理水量增加，超過(guò)設(shè)計(jì)水量不能滿足處理要求時(shí)，可同樣復(fù)制CASS反響池。因此CASS法污水處理廠的建設(shè)可隨企業(yè)的開展而開展，它的階段建造和擴(kuò)建，較傳統(tǒng)活性污泥法簡(jiǎn)單得多。2、CASS工藝的缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)：CASS采用間歇周期運(yùn)行，使曝氣、攪拌、排水、排泥等設(shè)備閑置率較高，增加了設(shè)備費(fèi)用和裝機(jī)容量；因采用降堰排水，水頭損失大。由于自動(dòng)化程度高，故對(duì)操作人員的素質(zhì)要求也高。3.2.2.5CASS工藝在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀在CASS工藝開展初期，為減少投資風(fēng)險(xiǎn)，大局部為中小型規(guī)模水廠應(yīng)用，1996年隨著曼谷市污水處理廠二期工程的建設(shè)，標(biāo)志著CASS工藝的應(yīng)用取得了重要的進(jìn)展。目前該方法在美國(guó)、加拿大、澳大利亞己有270多家，其中城鎮(zhèn)污水處理廠有200多家，工業(yè)廢水處理廠有70多家〔表3-1列出了國(guó)外主要的CASS工藝處理城市污水的應(yīng)用情況〕[32]。表3-1國(guó)外主要的CASS工藝處理城市污水的應(yīng)用情況國(guó)家(地名)處理規(guī)模CASS平面尺寸澳大利亞〔悉尼〕120000/人口當(dāng)量113m×77m(5座)澳大利亞(基隆)245000/人口當(dāng)量62.4m×62.4m(6座)英國(guó)600000/人口當(dāng)量84m×28m法國(guó)600000/人口當(dāng)量84m×28m德國(guó)600000/人口當(dāng)量84m×28m奧地利600000/人口當(dāng)量84m×28m加拿大(Bradford)12166m3/d72m×23m(2座)泰國(guó)(曼谷)1000000/人口當(dāng)量3600m2(8座)澳大利亞(QuartersHill)200000/人口當(dāng)量131m×76m(2座)澳大利亞(BlackRock)21000m3/d120m×60m(4座)澳大利亞(悉尼)60000m3/d112m×28m(4座)美國(guó)(PortageCatawba)15500m3/d目前，CASS工藝在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于需脫氮除磷的城市污水、小區(qū)生活污水及啤酒、屠宰、印染、制藥等行業(yè)廢水的處理。我國(guó)上海、昆明、北京等地也相繼應(yīng)用工藝處理生活污水及工業(yè)廢水。如表3-2中所列的多家污水處理廠及廢水處理站的實(shí)際運(yùn)行情況。表3-2CASS工藝在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例工程名稱處理規(guī)模(m3/d)備注北京經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水廠2×104通過(guò)驗(yàn)收湖州市碧浪污水處理廠1×104通過(guò)驗(yàn)收遵義市污水處理廠30×104通過(guò)驗(yàn)收清鎮(zhèn)朱家河污水處理廠25×104正在建設(shè)揚(yáng)州市污水處理廠10×104正在建設(shè)宜賓市南岸污水處理廠5×104正在建設(shè)攀枝花污水處理廠(炳昔崗分廠)2×104正在建設(shè)南充市污水處理廠12×104正在建設(shè)阜陽(yáng)市污水處理廠10×104正在建設(shè)佳木斯污水處理廠10×104完成環(huán)評(píng)安徽天井啤酒廠5000通過(guò)驗(yàn)收浙江銀燕生化集團(tuán)2000通過(guò)驗(yàn)收魯抗集團(tuán)千噸青霉素工程2.1×104通過(guò)驗(yàn)收海拉爾市啤酒廢水處理站5000通過(guò)驗(yàn)收北京航天城污水處理站7200通過(guò)驗(yàn)收洛陽(yáng)石化總廠1×104通過(guò)驗(yàn)收張家界揚(yáng)家溪8×104完成環(huán)評(píng)3.2.2.6CASS工藝的經(jīng)濟(jì)性[33]從CASS工藝投入運(yùn)行的實(shí)例分析，該工藝日處理水量小那么幾百立方米，大那么幾十立方米，只要設(shè)計(jì)合理，與其他方法相比具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。首先，建設(shè)費(fèi)用低，比普通曝氣法省25%，無(wú)初沉淀池、二沉淀池；其次，占地面積少，比普通曝氣法省20%-30%；另外，曝氣是間斷的，曝氣時(shí)間還可根據(jù)水質(zhì)、水量變化靈活調(diào)整，自動(dòng)化程度高，管理方便，脫氮除磷不需要另加藥劑。這些均為降低運(yùn)行本錢創(chuàng)造了條件，所以其運(yùn)行費(fèi)用一般比普通曝氣法省25%?？傮w而言，CASS工藝與普通曝氣法相比具有絕對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。表3-3列出了不同工藝處理規(guī)模為6萬(wàn)人口當(dāng)量的城市污水時(shí)的各種費(fèi)用等數(shù)據(jù)的比擬。表3-3不同工藝處理城市污水廠的費(fèi)用比擬〔相對(duì)數(shù)據(jù)/%〕處理工藝類型土建費(fèi)設(shè)備費(fèi)總投資年運(yùn)行費(fèi)占地面積傳統(tǒng)活性污泥100100100100100深井曝氣11112411619198生物曝氣濾池10016712521659CASS〔微孔曝氣〕80747813364從表6中所列的多家污水處理廠及廢水處理站的實(shí)際運(yùn)行情況說(shuō)明，CASS工藝運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好。以遵義市污水處理廠為例,其運(yùn)行費(fèi)用僅為0.28元/m3〔不含折舊〕,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求〔見表3-4〕。表3-4CASS工藝進(jìn)、出水水質(zhì)比照mg/L項(xiàng)目BOD5CODSSNH3-NTP進(jìn)水6001800130203.5出水401301850.5第四章工程研究概述4.1某啤酒廠廢水水質(zhì)、水量及處理現(xiàn)狀湖北某啤酒，年產(chǎn)啤酒10萬(wàn)噸，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生約8t廢水/t啤酒，污染物(主要是有機(jī)物)濃度高。4.1.1廢水來(lái)源、水量、水質(zhì)分析該廠在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水主要包括：糖化車間的糖化鍋、煮沸鍋、過(guò)濾槽等設(shè)備的洗滌廢水；發(fā)酵車間發(fā)酵罐、清酒罐及管道洗滌廢水；包裝車間洗滌廢水；鍋爐煙塵處理廢水等。具體來(lái)源、水量和水質(zhì)特點(diǎn)詳見表4-1。表4-1廢水來(lái)源、水量、水質(zhì)特點(diǎn)一覽表指標(biāo)來(lái)源水量〔L〕COD〔mg/L〕水質(zhì)特點(diǎn)糖化車間的糖化鍋、煮沸鍋、過(guò)濾槽等設(shè)備的洗滌廢水占廢水總量的15%~20%5000-6000高濃度有機(jī)廢水,排水量相對(duì)較小,且非連續(xù)排放,時(shí)變化性大,水質(zhì)非常不穩(wěn)定。但是其污染負(fù)荷高,其主要成分包括糖類、果膠、糖化麥槽、啤酒花、酵母殘?jiān)⒌鞍踪|(zhì)、纖維素等有機(jī)物和少量無(wú)機(jī)物。發(fā)酵車間發(fā)酵罐、清酒罐及管道洗滌廢水占廢水總量的5%2500-3000廢水排放濃度相對(duì)較低,排放大而且連續(xù),水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。包裝車間洗滌廢水占廢水總量的60%~75%500-800廢水排放濃度較低,排放大而且連續(xù),水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。鍋爐煙塵處理廢水占廢水總量的1%-含浮塵顆粒物較多4.1.2廢水CASS處理系統(tǒng)2001年11月份開始采用4200m3/d處理能力的CASS工藝系統(tǒng)對(duì)啤酒廢水和廠區(qū)生活污水進(jìn)行治理。CASS系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行近五年來(lái)，取得了一定的效果，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)可到達(dá)《啤酒工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。4.1.2.1CASS處理系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置根據(jù)該廠出廠廢水情況及相應(yīng)的處理標(biāo)準(zhǔn)，該廠CASS處理系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下：表4-2CASS系統(tǒng)參數(shù)工程進(jìn)水水質(zhì)(mg/L)設(shè)計(jì)水質(zhì)(mg/L)出水水質(zhì)(mg/L)CODcr200~50003000≤150BOD5150~25001200≤60SS200~1000550≤200pH5~115~116~94.1.2.2工藝流程根據(jù)CASS工藝特點(diǎn)及該廠啤酒廢水的實(shí)際情況，具體工藝流程如下：圖4-1CASS工藝流程圖圖4-2CASS工藝建筑結(jié)構(gòu)圖4.1.2.3運(yùn)行過(guò)程正如圖4-1、圖4-2所示，廢水進(jìn)入CASS池后，先在選擇吸附池中停留時(shí)間1.5小時(shí)，同時(shí)通過(guò)污泥回流，使得活性污泥在高負(fù)荷條件下強(qiáng)化了生物吸附作用，對(duì)基質(zhì)實(shí)現(xiàn)了快速積累；然后進(jìn)入兼氧反響池，實(shí)行半限制性曝氣；最后進(jìn)入好氧主反響區(qū)。4.1.2.4運(yùn)行程序CASS池中廢水以4小時(shí)一個(gè)周期進(jìn)行循環(huán)處理，分為四個(gè)階段：進(jìn)水、無(wú)進(jìn)水曝氣〔2小時(shí)〕、沉淀〔1小時(shí)〕、潷水、閑置〔1小時(shí)〕。循環(huán)開始時(shí)，由于充水，池中水位開始上升，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的曝氣和混合后再停止曝氣〔使用管式微孔曝氣器〕，以使活性污泥進(jìn)行絮凝并在一個(gè)靜止的環(huán)境中沉淀，在完成沉淀階段后，用移動(dòng)潷水器潷除上層清液，使水位下降至設(shè)定水位，然后重復(fù)上述過(guò)程〔見表4-3、表4-4〕。4.1.3存在的問(wèn)題在系統(tǒng)運(yùn)行中，仍然存在諸多缺乏，給企業(yè)順利運(yùn)行CASS系統(tǒng)造成了許多障礙。1、淡旺季污水處理工藝不變，造成生產(chǎn)本錢增高由于啤酒廢水量是隨啤酒的產(chǎn)量而變化，存在淡季相對(duì)較少而旺季相對(duì)較多的情況，這就造成旺季廢水有機(jī)負(fù)荷過(guò)高，從而出現(xiàn)了廢水處理達(dá)標(biāo)率相對(duì)下降、氮磷去除率降低等現(xiàn)象，時(shí)常有廢水的COD等指標(biāo)不能到達(dá)指定標(biāo)準(zhǔn)；在淡季廢水量相對(duì)少時(shí)卻按照常滿負(fù)荷率開機(jī)運(yùn)行，造成廢水單位處理本錢相對(duì)過(guò)高的狀況。2、處理負(fù)荷高，運(yùn)行吃力雖然從總體上來(lái)看，該廠采用CASS工藝來(lái)處理啤酒廢水，取得了相對(duì)較滿意的效果，但從實(shí)際運(yùn)行效果以及其中存在的諸多問(wèn)題來(lái)看，該CASS系統(tǒng)面臨處理負(fù)荷高、運(yùn)行吃力的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。3、出水SS偏高，處理困難由于該啤酒廠廢水中含有較多的懸浮物，主要為細(xì)小的麥糟和酵母。如麥渣，SS可高達(dá)1000mg/L以上。所以估計(jì)這些懸浮物占去了大量的CODcr。這些顆粒很難用自然沉淀法從水中別離出去，導(dǎo)致出水中SS指標(biāo)會(huì)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。4、對(duì)池子容積和形狀有一定限制表4-3CASS池運(yùn)行周期表運(yùn)行周期1h2h3h4h5h6h7h8hCASSⅠ進(jìn)水曝氣沉淀潷水CASSⅡ進(jìn)水曝氣沉淀潷水表4-4CASS池設(shè)備周期表設(shè)備周期表1h2h3h4h5h6h7h8hCASSⅠ提升泵回流泵風(fēng)機(jī)潷水器排泥泵CASSⅡ提升泵回流泵風(fēng)機(jī)潷水器排泥泵CASS工藝實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水，于是在沉淀過(guò)程中進(jìn)水水流必定對(duì)污泥沉淀造成干擾，對(duì)沉淀效果有一定的影響。同時(shí)為了防止進(jìn)水短路，周期排水量較小。為了防止在排水的時(shí)候排出未處理的污水，所以反響池要有一定的長(zhǎng)度，反響池的形狀有一定的限制。由于間歇運(yùn)行，所以在排水以后，有效池容得不到充分利用。5、除磷效率低雖然CASS工藝相對(duì)于其他廢水處理工藝而言，氮磷的去除率是較高的。但筆者發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中，由于CASS工藝沒有專門的厭氧區(qū)，使得在旺季時(shí)，廢水中的磷去除率不是很高，而磷又是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子，因此改良相應(yīng)工藝提高磷的去除率很有必要。6、活性污泥中毒由于啤酒生產(chǎn)車間同時(shí)排放出各類廢水，其中的某些化學(xué)成分及重金屬物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致活性污泥發(fā)生污泥中毒現(xiàn)象，從而失去降解功能，出現(xiàn)CASS池大面積“泛紅〞、活性污泥處理效果降低的現(xiàn)象。7、剩余污泥處理效果不佳在滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，該CASS系統(tǒng)的排泥量相對(duì)較大，但經(jīng)框架壓濾機(jī)處理后卻效果不佳，表現(xiàn)為污泥不能壓制成型、聚集性差、脫水率低等。8、污水治理要求更加嚴(yán)格隨著建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)的步伐加快，省、市政府相繼要求企業(yè)加強(qiáng)污染治理，減少排污。企業(yè)不得已將按照GB8978-96《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)甚至一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)改建污水處理裝置。4.2工程的研究目的與研究?jī)?nèi)容該啤酒廠廢水是一種中高CODcr〔包括BOD5〕的、含較大量溶解性糖類、懸浮物〔主要指麥渣〕和少量清洗劑的廢水。其BOD5/CODcr為0.4-0.5，水量水質(zhì)波動(dòng)極大，水量為200-3000噸/日，PH值為5~11,CODcr為200~5000mg/L,SS為200~1000mg/L。廢水處理難度大。本研究試圖采用混凝—UASB—CASS聯(lián)合處理，同時(shí)提高污泥濃度，增大曝氣量，提高生化反響速度，消除污泥膨脹，處理廢水達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)考慮對(duì)CASS工藝反響池的外形或運(yùn)行方式作一些改變。目的是在保持出水水質(zhì)的前提下，可以提高反響池的容積利用率，即提高處理污水的效率，減少工程造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用，使反響池的形狀可以根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地的實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)。鑒于以上論述的廢水的根本性質(zhì)和特點(diǎn)，結(jié)合研究目的作考慮，本工程的研究主要內(nèi)容為以下各點(diǎn)。1、啤酒廢水混凝處理試驗(yàn)：①進(jìn)水〔原廢水〕混凝試驗(yàn)。②出水混凝試驗(yàn)。2、啤酒廢水厭氧〔缺氧〕處理試驗(yàn)。①厭氧處理與停留時(shí)間的變化關(guān)系；②pH值對(duì)UASB反響器去除效果的影響；③溫度對(duì)UASB反響器去除效果的影響；3、反響池的改良研究第五章實(shí)驗(yàn)概述、材料和方法理論5.1主要的實(shí)驗(yàn)器材及處理工藝的概述5.1.1實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備、儀器和藥品1、燒杯，量筒，容量瓶，溶解氧瓶，滴定管，錐形瓶等。2、CASS反響器〔60升/個(gè)，2個(gè)〕，厭氧柱〔6升/根，2根〕，曝氣機(jī)〔170L/min，6曝氣頭〕等。3、pH計(jì)，顯微鏡等。4、NaOH，HCl，NH4C1，KH2PO4，K2Cr207，AgSO4，H2SO4；等。5、實(shí)驗(yàn)用水：采用之廢水樣本均為每日取自于該廠的廢水，廢水樣本水質(zhì)根本隨廠方廢水變化而變化。但在啤酒廢水有機(jī)物濃度很高時(shí)，為了使試驗(yàn)順利進(jìn)行，對(duì)其作了適當(dāng)比例的稀釋。6、水質(zhì)分析方法全部按照國(guó)家環(huán)保局公布的水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析方法進(jìn)行[34]。分析工程包括CODcr、BOD5、SS、pH5.1.2處理概述實(shí)驗(yàn)所用廢水，取自集水井。該池除了具有聚集廠內(nèi)所有生產(chǎn)廢水和工業(yè)廢水地作用之外，還用于作曝氣池入水的pH調(diào)節(jié)，其頂部蓋有鋼鐵支架和鐵板，還有一臺(tái)自動(dòng)的pH實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的廢水皆取目這個(gè)裝置的污水泵出水。對(duì)于實(shí)驗(yàn)用水所含懸浮物較多的這種情況，考慮采用混凝的方法作預(yù)處理，除去大局部麥渣，紙屑等有機(jī)懸浮物，隨后，考慮將廢水作缺氧處理，該處理在一定程度上降低了CODcr的負(fù)荷，且大大提高了廢水的可生化性，使得后續(xù)的好氧處理迅速而且較為徹底，由于廢水經(jīng)過(guò)缺氧處理后，CODcr去除率不高，出水水質(zhì)較差，需作進(jìn)一步的好氧處理，應(yīng)選用集混凝、缺氧消化(或缺氧)、好氧分解和沉降等設(shè)施于一體的方法處理廢水，對(duì)于該啤酒廢水，首先了解其水量水質(zhì)特點(diǎn)，然后分別應(yīng)用混凝、UASB、CASS等方法，分別從定量角度獲得處理數(shù)據(jù)，最后提出一套較為可行的處理方案。5.2啤酒廢水混凝處理試驗(yàn)5.2.1混凝的原理、特點(diǎn)及目的對(duì)混凝過(guò)程作用原理有兩種說(shuō)法，一種是雙電層作用，另一種是化學(xué)架橋作用[35]?；炷ㄊ菑U水處理中常常采用的方法，可以用來(lái)降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)。此外，混凝法還能改善污泥的脫水性能?；炷ㄅc廢水的其它處理方法比擬，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運(yùn)行均可以。缺點(diǎn)是由于不斷向廢水中投藥，經(jīng)常性運(yùn)行費(fèi)用高，沉渣量大，且脫水較困難。混凝的主要對(duì)象是廢水中的細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒，這些顆粒很難用自然沉淀法從水中別離出去，混凝是通過(guò)向廢水中投加混凝劑，使細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒而沉淀，得以與水別離，使水得到凈化[36]。由于該啤酒廠廢水中含有較多的懸浮物，如麥渣，SS可高達(dá)1000mg/L。所以估計(jì)這些懸浮物占去了大量CODcr。而通過(guò)混凝，那么可在短時(shí)間內(nèi)使得廢水中的懸浮物凝聚沉淀而得以去除，使CODcr大幅降低，減輕了后續(xù)處理的負(fù)荷，有利于后續(xù)工藝的運(yùn)行，并且降低了總體運(yùn)行的本錢。對(duì)于該廠出水，其CODcr過(guò)高可能與污泥在進(jìn)水的沖擊下懸浮上升有關(guān)，懸浮上升的污泥構(gòu)成一定數(shù)量的CODcr和BOD5，這些污泥混合在出水里面一起排出，從而使得該廠出水有時(shí)超標(biāo)。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)出水的混凝試驗(yàn)，試驗(yàn)出水在作混凝的情況下可否令其CODcr進(jìn)一步降低，而到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。5.2.2影響混凝效果的因素和條件在廢水的混凝沉淀處理中，影響混凝效果的因素和條件很多，一般說(shuō)來(lái)，影響混凝效果的最主要因素和條件有[37]：〔1〕pH值：各種藥劑產(chǎn)生混凝作用時(shí)都有一個(gè)適宜的pH范圍，例如硫酸鋁作為混凝劑時(shí)，適宜的pH范圍是5.7-7.8，不能高于8.2，再如鐵鹽那么要求pH值大于9.5。〔2〕水溫：水溫對(duì)混凝效果影響很大，水溫高時(shí)效果好，水溫低時(shí)效果差?！?〕混凝劑的種類和投加量;由于工業(yè)廢水的水質(zhì)比擬復(fù)雜，因此對(duì)藥劑的種類具有選擇性，在廢水中存在一些親液膠體，它的微粒與水分子發(fā)生強(qiáng)烈的水化作用，對(duì)參加的混凝劑非常遲鈍，要加大量電解質(zhì)才能破壞膠體的穩(wěn)定，使之凝聚。一般通過(guò)混凝試驗(yàn)確定投加量。〔4〕攪拌的強(qiáng)度：攪拌的目的是幫助混合反響，凝聚和絮凝，對(duì)于劇烈地?cái)嚢钑?huì)打碎已經(jīng)凝聚和絮凝地絮狀沉淀物，反而不利于混凝沉淀，因此攪拌一定要適當(dāng)。還有廢水的特點(diǎn)等也是影響的因素。本文只對(duì)混凝劑的種類、混凝劑的最正確投加量、混凝的最正確pH作了簡(jiǎn)單研究。5.3啤酒廢水厭氧〔缺氧〕處理試驗(yàn)5.3.1厭氧〔缺氧〕試驗(yàn)的目的與作用由于該啤酒廠廢水的BOD5/CODcr=0.6左右，可生化性比擬高。因此厭氧〔缺氧〕處理的目的在于進(jìn)一步提高廢水的可生化性，使后續(xù)好氧工藝的處理時(shí)間大大縮短，同時(shí)去除一局部的CODcr，適當(dāng)降低后續(xù)工藝的負(fù)荷，為后續(xù)工藝的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件。5.3.2厭氧〔缺氧〕處理的機(jī)理簡(jiǎn)述在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解的過(guò)程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。對(duì)于自然界中高分子不溶性難生物降解的有機(jī)物，厭氧菌對(duì)其利用的降解的方式多種多樣。但按照厭氧〔缺氧〕處理過(guò)程的程度分，一般地可分為酸化和氣化兩個(gè)階段[38]。第一階段：酸化階段。不溶性大分子有機(jī)物，如蛋白質(zhì)，高分子糖類，脂類經(jīng)厭氧微生物體外酶的作用下發(fā)生水解，分別轉(zhuǎn)化成氨基酸，葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有機(jī)物。這些小分子有機(jī)物有可分為兩類:一類是可被甲烷菌直接利用的有機(jī)物，如甲酸，甲醇，甲胺和乙酸等。一類是不可被甲烷菌直接利用的有機(jī)物，如丙酸，丁酸，乳酸和乙醇等。此類有機(jī)物需要進(jìn)一步水解酸化，最終轉(zhuǎn)化為可供甲烷菌直接利用的有機(jī)物。由于高分子有機(jī)物在酸化過(guò)程中常經(jīng)歷水解和酸化過(guò)程，因此酸化階段亦稱為水解酸化階段。此階段CODcr一局部轉(zhuǎn)BOD5，使得BOD5/CODcr提高；一局部被微生物吸收，轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞物質(zhì)。在此階段，廢水CODcr的去除率很小。第二階段：氣化階段。有機(jī)高分子物質(zhì)在經(jīng)歷水解酸化后，轉(zhuǎn)變成如甲酸，甲醇，甲胺和乙酸等基質(zhì)，這些基質(zhì)在甲烷菌的作用下，通過(guò)不同的、復(fù)雜的和一系列的途徑，最后轉(zhuǎn)化成以甲烷為主，伴有氫氣和二氧化碳的氣體物質(zhì)。所以此階段稱為氣化階段。此階段CODcr一局部轉(zhuǎn)化為微生物的細(xì)胞物質(zhì)，一局部轉(zhuǎn)化為氣體物質(zhì)從廢水中逸出，廢水的CODcr的去除率急劇上升。5.3.3影響厭氧〔缺氧〕處理作用的因素有機(jī)物厭氧(缺氧)水解酸化，氣化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生化反響，影響其進(jìn)行的因素很多，但從工程上看，較為直觀和較為易于控制的影響因素有以下幾個(gè)：1、氧化復(fù)原電位。廢水中含有過(guò)多的氧化劑和復(fù)原劑對(duì)厭氧微生物有危害作用，據(jù)報(bào)道:產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)氧化復(fù)原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100~-l00mV的兼性條件下生長(zhǎng)繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化復(fù)原電位為-350mV或更低。究其原因，主要是由于氧化復(fù)原電位受氧分壓的影響，氧分壓高，氧化復(fù)原電位高；氧分壓低，氧化復(fù)原電位低。由此可知，甲烷細(xì)菌要求低氧化復(fù)原電位，即要求近乎無(wú)氧的環(huán)境。2、溫度。溫度的上下直接影響微生物酶體系的活性，因而也影響生化反響的速度。據(jù)報(bào)道：厭氧消化過(guò)程在35℃和60℃附近可出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)氣〔CH4和CO2等〕高的最適溫度區(qū)。3、pH值及酸堿度。由于厭氧〔缺氧〕處理過(guò)程大體可分為酸化與氣化兩個(gè)階段，而且酸化階段的反響速率比氣化階段的速率要快得多，因而極易引起酸累積，造成系統(tǒng)PH值下降〔可降至6.5〕，使得穩(wěn)定的氣化過(guò)程收到破壞。因此，為了使得酸化后系統(tǒng)的PH值保持在正常的范圍內(nèi)，在進(jìn)水時(shí)就要適當(dāng)提高系統(tǒng)的PH值〔一般調(diào)到8.0〕，以利于酸化和氣化階段生化反響的協(xié)調(diào)進(jìn)行。此外，還與廢水的水質(zhì)〔有機(jī)物種類，BOD5，CODcr，BOD5/CODcr，顆粒大小〕，毒物種類和數(shù)量等因素有關(guān)[39]、[40]。5.3.4厭氧柱的掛膜、馴化和監(jiān)控指標(biāo)本試驗(yàn)的菌種取自于某污水處理廠厭氧段〔主要含專性厭氧微生物和兼性厭氧微生物〕。置于一密封的小桶內(nèi)，浸入填料。一天后，填料上出現(xiàn)淺黑色薄膜，外表細(xì)菌掛膜成功。將掛膜好的填料放進(jìn)厭氧柱，頂部用一層塑料薄膜密封，保證厭氧狀態(tài)。厭氧細(xì)菌在馴化開始時(shí)，進(jìn)水CODcr設(shè)為200—300mg/L。在馴化初期，每次換水的CODcr增加值按200—300mg/L計(jì)算。由于馴化初期厭氧菌對(duì)處理該廢水有一個(gè)適應(yīng)期，故每次換水的間隔時(shí)間為2-3天。在馴化中期，厭氧菌對(duì)于處理該類廢水已經(jīng)有較好的適應(yīng)能力，故可把每次換水的CODcr增加值調(diào)高至300—500mg/L，每次換水的間隔時(shí)間也可縮短到1-2天。在馴化約十多天后，處理CODcr值己增加至2000mg/L左右，根本處于全負(fù)荷運(yùn)行。而且厭氧柱廢水在經(jīng)歷一天的處理后即有較大量氣泡集結(jié)并逸出，說(shuō)明厭氧菌活性良好。馴化階段根本完成。在每次換水時(shí)，皆按CODcr∶N∶P=200∶5∶1的比例投加NH4Cl和KH2PO4，同時(shí)將系統(tǒng)的PH值調(diào)至8左右，以保證厭氧菌在最正確的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件下進(jìn)行馴化。對(duì)于厭氧處理的監(jiān)控指標(biāo)有多個(gè)，包括VSS〔可溶性有機(jī)物〕，VFA〔有機(jī)酸〕，PH,CODcr,BOD5及BOD5/CODcr等。由于本試驗(yàn)屬于初級(jí)研究性試驗(yàn)，有受到實(shí)驗(yàn)條件所限，故只采取CODcr作為監(jiān)控的指標(biāo)。第六章實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論6.1混凝處理的實(shí)驗(yàn)6.1.1進(jìn)水〔原廢水〕混凝實(shí)驗(yàn)1、將進(jìn)水〔原廢水〕分別投加12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液，20%的聚鐵溶液，10%的氯化鐵〔FeCl3〕溶液進(jìn)行混凝試驗(yàn)?；炷椒闊囼?yàn)，單杯容積為100mL,pH值為9.0，在快速攪拌一分鐘，再慢速攪拌半分鐘后，觀察混凝效果。試驗(yàn)一：12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液混凝試驗(yàn)?！矡璙=100mL；1滴=0.05mL；pH=9.0,CODcr=3307.52mg/L，SS=370mg/L；沉淀時(shí)間t=2min。下同〕表6-1混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕124816現(xiàn)象少量磯花水質(zhì)混濁沉淀最多少量懸浮物磯花較多水質(zhì)清澈最正確水最正確水礬花量〔%〕510285080〔說(shuō)明混凝劑最正確用量在2-5滴之間〕表6-2混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕12345現(xiàn)象最清、最正確礬花量〔%〕1015202530〔說(shuō)明混凝劑最正確用量在3-4滴之間〕試驗(yàn)二：20%的聚鐵溶液混凝試驗(yàn)。表6-3混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕124816現(xiàn)象混濁混濁較混濁清澈最清撤礬花量〔%〕無(wú)無(wú)少量〔約〕1822〔說(shuō)明混凝劑最正確用量在8-16滴之間〕表6-4混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕68101214現(xiàn)象較混濁較清澈最清澈最清澈最清撤〔說(shuō)明混凝劑最正確用量在10-12滴之間〕試驗(yàn)三：10%的氯化鐵〔FeCl3〕溶液混凝試驗(yàn)。表6-5混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕2481632現(xiàn)象混濁混濁較清澈清澈最清澈礬花量〔%〕無(wú)無(wú)〔極少〕82835(說(shuō)明混凝劑最正確用量在16-32滴之間)表6-6混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕1220283644現(xiàn)象較清澈最清澈最清澈最清澈最清澈礬花量〔%〕2030303025〔反溶〕〔說(shuō)明混凝劑最正確用量在16-20滴之間〕比擬12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液，20%的聚鐵溶液，10%的氯化鐵〔FeCl3〕溶液在pH=9的條件下的混凝效果和結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素，可得：獲得最正確混凝效果的應(yīng)為12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液，最正確用量在3-4滴/100mL之間，現(xiàn)取為3.5滴/100mL，按1滴=0.05mL計(jì)，那么1L廢水作混凝處理需要1.75mL12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液，此時(shí)混凝效果最好。2、將進(jìn)水〔原廢水〕按1.75mL/L計(jì)投加12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液。投加1mol/LNaOH作為pH調(diào)節(jié)劑，在不同pH值條件下試驗(yàn)混凝效果?！矡璙=100mL；1滴=0.05mL；廢水CODcr=2704.38mg/L，SS=1360mg/L〕。表6-7混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕15101520現(xiàn)象較混濁較清澈清澈最清澈最清澈實(shí)測(cè)pH值56789〔說(shuō)明廢水的pH值對(duì)混凝效果有大的影響，廢水pH值在7-9之間混凝效果最為理想〕3、將進(jìn)水〔原廢水〕按1.75ml/L計(jì)投加12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液。投加1mol/LNaOH作為pH調(diào)節(jié)劑，將pH值調(diào)至9。試驗(yàn)混凝效果。表6-8混凝試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)象CODcr〔mg/L〕SS〔mg/L〕混凝前混濁，很多懸浮物，帶有較濃糖味2704.381360混凝后清澈，光亮，幾乎沒有懸浮物，但仍然帶有較濃糖味2062.34〔說(shuō)明混凝處理雖然可以快速改善原廢水的外觀特征，但對(duì)于去除CODcr的效果就并不好〕小結(jié)：將原廢水〔進(jìn)水〕按1.75mL/L計(jì)投加12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液，在pH=9條件下作混凝處理，混凝效果最正確；但廢水在混凝后CODcr仍然很高，CODcr去除量為642.04mg/L，而去除率僅為23.7%；而且混凝后水質(zhì)清澈，但仍然有較濃的糖味，說(shuō)明原廢水〔進(jìn)水〕CODcr主要以溶解性的糖類為主；使用單純混凝處理，雖然可以較好地改善廢水外觀特征〔指去除懸浮顆粒物〕，但對(duì)于以去除廢水中CODcr為目的的處理，效果較差。6.1.2出水混凝實(shí)驗(yàn)取啤酒廠處理出水投加不同量的12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)?！矡璙=100mL；pH=7；1滴=0.05mL；水樣CODcr=68.10mg/L，沉淀時(shí)間t=0.5h〕表6-9出水混凝試驗(yàn)結(jié)果用量〔滴〕01248現(xiàn)象有朦朧感光亮清澈光亮清澈光亮清澈光亮清澈礬花量〔%〕012182137CODcr〔mg/L〕68.1050.5962.28由本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：啤酒廠處理后的出水在經(jīng)混凝后CODcr仍有所下降，按1滴/100mL投加混凝劑的由原來(lái)的68.10mg/L下降到50.59mg/L，有26%的降幅；而按2滴/100mL投加混凝劑的那么只下降到62.28mg/L，比投加1滴/100mL的反而高。這說(shuō)明了對(duì)于啤酒廠處理后的出水而言，應(yīng)用混凝方法仍可使CODcr得到進(jìn)一步的降低，從而提高出水水質(zhì)。但混凝劑的投加量不可過(guò)量，否那么會(huì)有反溶現(xiàn)象發(fā)生，出水CODcr的降幅反而會(huì)修窄。所以12%的氯化鋁〔AlCl3〕溶液作為混凝劑的投加量應(yīng)以1滴/100mL〔即0.5mL/L〕為宜。6.2厭氧處理實(shí)驗(yàn)啤酒廢水有較好的可生化性，僅采用好氧法處理，存在能耗高、費(fèi)用大等問(wèn)題，假設(shè)結(jié)合先進(jìn)的厭氧處理技術(shù)，將提高效率、降低處理費(fèi)用。本研究針對(duì)啤酒廢水特點(diǎn)，采取了厭氧和好氧相結(jié)合的處理新工藝，將UASB反響器和CASS反響器結(jié)合起來(lái)對(duì)啤酒廢水進(jìn)行處理。UASB反響器是目前應(yīng)用較為廣泛的高速厭氧反響器，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、不易堵塞、耐沖擊負(fù)荷、便于操作運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)[41]。6.2.1厭氧處理與停留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)本試驗(yàn)用的廢水為啤酒廠發(fā)酵車間廢水，其CODcr較高。由前章混凝試驗(yàn)可知，該廢水CODcr以溶解性糖類為主。不同性質(zhì)的有機(jī)物水解、酸化、氣化的速度不同，其需要的時(shí)間也就不同。對(duì)該啤酒廠廢水厭氧處理效果與停留時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下所示：表6-10厭氧處理效果與停留時(shí)間的關(guān)系數(shù)據(jù)表停留時(shí)間〔h〕進(jìn)水CODcr(mg/L)出水CODcr(mg/L)CODcr去除率〔%〕21092.86978.5112.2331092.86816.7413.7541092.86901.3617.5251092.86874.2920.0061092.86827.5124.2871092.86683.9137.42圖6-1厭氧處理效果與停留時(shí)間的關(guān)系如圖6-1所示，該曲線大體可劃分為3個(gè)階段。第一階段〔a〕：從進(jìn)水到反響2小時(shí)內(nèi)，CODcr的去除率升高得較快，由0升高到12.23%。原因可能為在進(jìn)水成份中，小分子或者單分子有機(jī)物占有一定的比例。在進(jìn)水后到反響初期的極短時(shí)間內(nèi)，厭氧菌對(duì)這類可以直接利用的小分子有機(jī)物進(jìn)行快速吸附和利用，以致于這局部CODcr迅速轉(zhuǎn)移到厭氧菌的體表或體內(nèi)，從而在廢水中得以別離。所以廢水的CODcr迅速減小，CODcr去除率得到較快的升高。同時(shí)，在此階段中，大分子有機(jī)物亦在厭氧菌體外酶的作用下開始水解。對(duì)于在2小時(shí)去除率大約有10%后上升趨勢(shì)便有所減緩，可能的原因有以下兩個(gè)：一是污泥量偏少，這些污泥的吸附能力在反響2小時(shí)后，在吸附約廢水10%的CODcr后便根本到達(dá)飽和；二是廢水中大約有10%左右的極易被厭氧菌吸附利用的小分子CODcr[42]。由于這局部小分子有機(jī)物含量不多，在此階段后期，該類小分子有機(jī)物在廢水中游離態(tài)的含量己很少，吸附作用受到抑制。無(wú)論原因是屬于這兩個(gè)可能的哪一個(gè)，在此階段中后期，均會(huì)使CODcr的去除率的上升趨勢(shì)有所減緩，曲線進(jìn)入第二階段。第二階段〔b〕：從反響2小時(shí)到反響6小時(shí)內(nèi)。CODcr的去除率上升較慢，只由12.23%增加到24.28%。說(shuō)明厭氧處理進(jìn)入穩(wěn)定的水解酸化階段。由于本階段大分子有機(jī)物在厭氧菌體外酶的作用下需要經(jīng)過(guò)一系列的水解酸化途徑，最終轉(zhuǎn)化為可被厭氧菌直接利用的小分子有機(jī)物，而此完全水解后的小分子有機(jī)產(chǎn)物極易被厭氧菌吸附和利用。因此本階段是CODcr大量轉(zhuǎn)化成BOD5的階段。又由于水解酸化過(guò)程的速度要比吸附過(guò)程的速度慢，因此水解酸化過(guò)程成為本階段的控制過(guò)程，本階段的生化反響速度也就由水解酸化的速度決定[43]。在水解酸化過(guò)程的速度要比吸附過(guò)程的速度慢的情況下，本階段廢水中的CODcr除了一局部以小分子有機(jī)物形態(tài)被厭氧菌快速吸附利用外，大局部CODcr仍以水解酸化前或水解酸化中間產(chǎn)物的不能被厭氧菌直接利用的大分子有機(jī)物形態(tài)游離于廢水中，而形成酸累積，導(dǎo)致在本階段初期的CODcr去除率上升趨勢(shì)仍然緩慢。此階段直到水解酸化最終產(chǎn)物大量生成，氣化作用開始增強(qiáng)，厭氧菌在吸附和利用的根底上，將其轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳?xì)怏w，從而使廢水中CODcr轉(zhuǎn)變成氣態(tài)而得以去除，導(dǎo)致在本階段后期的CODcr去除率上升趨勢(shì)有所加強(qiáng)。曲線進(jìn)入第三階段。第三階段〔c〕：反響6小時(shí)以后。在本階段的首1小時(shí)內(nèi)CODcr去除率便從24.28%升高到37.42%，可能的原因?yàn)椋河捎跉饣饔玫牟粩嘣鰪?qiáng)，廢水中的CODcr大量地從液態(tài)轉(zhuǎn)入氣態(tài)，致使酸化與氣化之間的平衡迅速向氣化方向移動(dòng)，導(dǎo)致廢水中的CODcr迅速下降，CODcr去除率迅速升高。而在本階段中，也可以觀察到菌膜外表有微小氣泡集結(jié)和逸出，說(shuō)明氣化作用強(qiáng)烈。綜合分析該曲線可知：在反響開始后大約經(jīng)歷6-7個(gè)小時(shí)的水解酸化階段后反響進(jìn)入強(qiáng)烈氣化階段。反響過(guò)程中CODcr去除率為40%左右的時(shí)刻為反響開始后的7-8小時(shí)。在綜合考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和厭氧處理作為以提高BOD5/CODcr比值和去除一定CODcr為目的的因素后，可得以下結(jié)論：在利用厭氧工藝作為好氧工藝的預(yù)處理時(shí)，應(yīng)使厭氧工藝的處理時(shí)間保持在7小時(shí)左右，這樣可使厭氧生化反響保持在水解酸化階段后期至氣化階段的前期，從而使啤酒廢水的堿性得到適當(dāng)?shù)闹泻?，又可以使廢水BOD5/CODcr比值得到一定的提高，更可以獲得大約40%的CODcr去除率，以到達(dá)有利于后續(xù)好氧工藝的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和減輕運(yùn)行負(fù)荷的目的。6.2.2pH值對(duì)UASB反響器去除效果的影響在厭氧污泥為完全顆?；椅勰酀舛炔桓叩那闆r下，UASB反響器耐沖擊負(fù)荷能力不強(qiáng)，尤其是對(duì)pH值的變化較為敏感。在運(yùn)行過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，UASB反響器對(duì)堿性廢水的耐沖擊負(fù)荷能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耐酸性廢水的沖擊能力。圖6-2為不同pH值