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设计案例 | 厌氧技术在制醋废水处理系统中的应用与改进

北极星水处理网  来源:净水技术  作者:盛炜  2019/10/31 8:54:18  我要投稿  

北极星水处理网讯:01 水质参数

头奖彩票本项目主要进水水质指标如表1所示。

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02 厌氧技术制醋废水处理系统中的应用与改进

2.1 制醋废水原有处理工艺及运行情况

制醋废水原有工艺流程如图1所示。

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原有废水处理系统设计规模为1 300 m3/d,待处理废水中是没有引入醋糟压榨水的,醋糟未经压榨进入肥料厂,醋糟水在肥料厂的水处理系统进行处理,故进水CODCr=2 500 mg/L,TSS=300 mg/L。原系统中AO池设计水力停留时间为70 h,MLSS浓度约2 500 mg/L,经原有系统处理后可以满足污水排放要求。本项目出水排放至市政管网,最终出水的排放要求如表2所示。

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2.2 制醋废水改造后的工艺流程

改造后的处理流程主要增加了UASB厌氧反应器及配套的沼气处理设施,即沼气涤气塔、沼气稳压柜、,沼气燃烧器、蒸汽锅炉。UASB厌氧反应器设计进水量为2 160 m3/d,进水SCOD负荷为11 000 kg/d。工艺流程如图2所示。

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目前主流的厌氧工艺设备有UASB厌氧反应器和IC厌氧反应器,对于厌氧工艺的选择主要有下述考虑:本项目中醋糟压榨水和醋超滤浓水虽然水量较小,但是在混合废水的COD浓度中贡献较大,这两股废水的主要成分是醋酸。由醋酸转化成甲烷的化学反应方程[式(1)]可知,该反应产生的吉布斯自由能较低,理论上合成的微生物细胞少,不利于污泥的颗粒化生长。

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如果反应器内为絮状污泥,则IC厌氧反应器并不适用。采用UASB反应器,可以控制相对较低的上升流速,适用于絮状污泥。本项目UASB反应器满负荷时上升流速为0。5 m/h。

本项目UASB反应器直径为15 m,高度为17 m,有效容积为2 827 m3,水力停留时间为31 h,设计容积负荷为3。9 kg SCOD/m3。实际工程应用过程中,出于快速启动的目的,UASB反应器内接种的是造纸废水项目IC反应器内性能良好的颗粒污泥。接种污泥的颗粒粒径较大,平均直径为2~5 mm。经过1年的运行后,颗粒污泥的粒径明显变小,平均直径为0。5~1 mm。污泥颗粒完整、表面黑亮光泽、沉降性良好、甲烷比产气率高、污泥活性良好。污泥颗粒逐步减小与设计前的预判一致。运行过程中出现进水施加负荷过高的情况,厌氧出水取样有污泥随水流出反应器。此时用50 mL量筒取反应器底部污泥样,发现污泥出现分层现象,上层污泥表面附着微小气泡,样品静置30 min后,污泥全部落至量筒底部。根据上述情况可知,即使选择很低的上升流速,高负荷情况下仍然容易出现污泥流失的情况。

厌氧降解过程中有机污染物被微生物降解产生甲烷和二氧化碳,即我们通常所说的沼气的主要成分,因此,在工艺流程中设置了沼气处理系统。据报道,每处理1 kg COD理论上可以产生0。35 m3的CH4气体(0 ℃、1。013×105 Pa下)。CH4气体的燃烧值为3。93×107 J/m3,高于天然气的燃烧值3。53×107 J/m3。目前工程实际中常用的反应器为中温厌氧反应器,反应器的最佳运行温度为35~38 ℃,而制醋废水无论冲洗水、压榨水还是醋超滤浓水都是常温水,特别是在冬天,不能满足厌氧进水要求,因此,需要进行蒸汽加热。本项目利用厌氧系统产生的沼气作为蒸汽锅炉燃料,制备蒸汽对反应器进水进行升温,实现资源利用,降低运行成本。本项目预计满负荷时沼气产量为200 m3/h,设计选择2 t/h的蒸汽锅炉,蒸汽压力1。0 Mpa。沼气中含有少量的硫化氢气体,为了避免硫化氢对蒸汽锅炉造成腐蚀,设置沼气涤气塔,通过碱液喷淋吸收沼气中的硫化氢。考虑到瞬时沼气产量的波动,沼气涤气塔处理能力按照400 m3/h设计。净化后的沼气进入沼气稳压柜,恒压输送至蒸汽锅炉。考虑锅炉检修等特殊情况,设置沼气燃烧器,当沼气不能被利用时输送至沼气燃烧器,避免沼气直接排放产生安全隐患及破坏臭氧层。

本项目实际运行过程中厌氧反应器的进水量为1 100 m3/d,进水SCOD平均值为3 500 mg/L,容积负荷为1。4 kg SCOD/m3。厌氧单元的COD去除率高,好氧单元主要作用是脱氮除磷。厌氧单元具体运行数据如图3所示。

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由图3可知,厌氧进水SCOD有波动,但是厌氧出水SCOD相对稳定,厌氧SCOD去除率>90%。

厌氧降解过程中产生沼气,较高的COD去除率,意味着较高的沼气产量,从能源利用角度来看,增加厌氧系统可以创造较高的经济效益。沼气产量与COD去除量曲线如图4所示。

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由图4可知,厌氧系统沼气产量与SCOD去除量成比例,经核算比产气率平均值约0。8 m3沼气/( kg SCOD)。比产气率曲线如图5所示。

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制醋废水中很多悬浮物质是可被降解的COD,在SCOD的测定中这部分物质没有计入,因此,用SCOD核算的比产气率非常高。

厌氧出水COD浓度较低,因此,好氧单元的污泥负荷大幅降低,需氧量降低,曝气设备的运行能耗降低。同时因好氧进水有机物浓度降低,好氧污泥产量降低,污泥处理成本降低。

综上可见,厌氧技术应用在制醋废水处理中,具有有机物去除率高,污水处理系统能耗降低,污泥处理成本降低,产生清洁能源的优势。

2.3 厌氧单元运行过程中存在问题及改进措施

2.3.1 厌氧供料泵吸入口篮式过滤器频繁堵塞

头奖彩票本项目原水中有醋糟压榨水,麸皮、谷糠等难降解的木质纤维素形成大量悬浮物,原有预处理设备中有1台机械格栅,齿耙间隔为5 mm,可以拦截废水中的部分塑料胶条和麸皮等,但是在调节池内仍然发现有麸皮等存留,为了避免悬浮物堵塞厌氧进水泵或进入厌氧反应器,设计时在厌氧供料泵吸入口管道上增加了篮式过滤器。实际运行过程中发现,经过机械格栅拦截之后进入调节池的废水中仍然含有很多悬浮物,导致篮式过滤器堵塞频繁,设备清理频率非常高,人工操作强度大。厌氧颗粒污泥取样过程中发现有麸皮存留于底部污泥床。

结合现场实际情况,为避免麸皮等惰性物质进入厌氧反应器,并在系统内累积,影响厌氧污泥活性,工艺设计进行了优化:在调节池顶增加旋转滤网,滤网 采用栅条形不锈钢网,栅条间隔0.5mm。从优化后的运行情况看,栅格间距为0.5 mm的旋转滤网可以有效的拦截麸皮、谷糠的悬浮物质,有 利于后续厌氧系统运行。

2.3.2 沼气涤气塔填料结晶

厌氧降解过程中产生沼气,其主要成分是甲烷和二氧化碳,此外还有少量的硫化氢气体和水蒸气。本项目设计原水硫酸根浓度小于30 mg/L,由此估算沼气中的硫化氢浓度应小于1‰,故设计采用沼气碱洗涤气塔,通过碱液喷淋沼气以去除沼气中的硫化氢气体。实际运行过程中测试发现沼气中硫化氢浓度约为3‰,二氧化碳约为200‰。涤气塔运行过程中控制较高的pH值以保证出口硫化氢浓度低于0。1‰不对后续锅炉造成腐蚀,但较高的pH和二氧化碳浓度使得涤气塔内形成碳酸钠结晶,同时碱的消耗量非常高。

结合本项目的实际情况,结晶主要在气温较低的时候出现,在沼气涤气塔底部增加了盘管式电加热器,以减缓结晶。从工艺原理角度看,对于二氧化碳浓度较高的沼气,沼气脱硫装置不宜采用碱洗脱硫设备,宜采用生物法脱硫设备,以降低化学品消耗量和避免填料结晶。

03 结论

厌氧技术应用于制醋废水处理具有有机污染物去除效率高、产生可利用清洁能源、大幅度降低后续生化处理系统的能耗等优点,在制醋废水处理领域推广应用具有较好的节能减排效益。

原标题:设计案例 | 厌氧技术在制醋废水处理系统中的应用与改进

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