多级厌氧+AO处理高硫酸根有机废水启动研究

欧阳二明，王乐乐，宋甜甜，王白杨（.南昌大学建筑工程学院，江西南昌33003；.南昌大学资源环境与化工学院，江西南昌33003）

经验交流

多级厌氧+AO处理高硫酸根有机废水启动研究

欧阳二明1，王乐乐1，宋甜甜1，王白杨2
（1.南昌大学建筑工程学院，江西南昌330031；2.南昌大学资源环境与化工学院，江西南昌330031）

江西某生化公司以生物发酵法生产赤霉素，在生产过程中产生大量高SO42-有机废水，该公司采用IC+两级UASB+AO的组合工艺处理该有机废水。运行实践表明，在系统稳定运行条件下，当工艺进水萃余液COD、NH3-N、SO42-分别为25 100～27 350、165～199.7、12 020～22 225mg/L时，处理出水COD、NH3-N、SO42-分别为78.2～87、2.2～3.5、75.5～85.2mg/L，出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准。

有机废水；硫酸盐废水；内循环厌氧反应器；上流式厌氧污泥床反应器

1　工程概况

江西某生化公司以生物发酵法生产赤霉素，在赤霉素生产过程中主要产生3种废水：萃余液、板框废水和综合废水。其中萃余液和板框废水中均含有高浓度的NH3-N和SO42-，以及大量的有机物质，具有一定的色度，污染性较强。该公司的废水处理工程于2014年建设完成，2015年上半年进行调试并投入使用。针对废水的特点，该公司确定采用IC+两级UASB+AO的组合处理工艺。具体的进水水质及排放标准见表1。

表1　设计进水水质水量及排放标准

2　工艺流程及处理构筑物

2.1工艺流程

该公司采用IC+两级UASB+AO+接触氧化的主体处理工艺对废水进行处理，工艺流程见图1。

图1　工艺流程

萃余液经萃余液调节池收集后通过管道泵进入混凝搅拌池，在混凝搅拌池中加入石灰以去除水中大部分SO42-〔1〕。混凝搅拌池出水与板框废水经高浓度调节池进入反应沉淀池1，在反应沉淀池1中加入石灰并进行搅拌，进一步去除水中的SO42-，并在反应沉淀池末端调节废水pH为中性。反应沉淀池1出水经过IC和UASB1的双级厌氧反应，大量的有机物得以去除。UASB1出水自流进入微氧池，在微氧池中废水中的NH3-N得到大量去除，同时废水中的H2S在微氧池中转化成S单质〔2〕。微氧池出水通过管道泵进入反应沉淀池2，在反应沉淀池2中加入PAC和PAM，提高悬浮固体的沉降性能。

反应沉淀池2出水经泵送至综合调节池，并混入综合污水。综合调节池出水经UASB2自流进入AO池，控制AO池废水pH为中性，AO池与三沉淀的污泥回流比为2∶1。三沉池出水泵送进入接触氧化池，进行剩余有机物的去除。接触氧化池出水泵送进入反应沉淀池3，在反应沉淀池3中加入PAC，进行混凝反应，同时加药进行脱色。最后，反应沉淀池3出水达标排放。厌氧反应器和微氧池产生的H2S气体通过硫化氢吸收塔收集去除，系统产生的污泥经过污泥浓缩池收集，经压滤机脱水后外运处理。

2.2处理构筑物

处理系统各主要处理单元概况如表2所示。

3　系统调试运行及结果分析

在系统调试过程中，需对COD、SO42-、pH、MLSS、VFA、NH3-N等指标进行监测分析，分析方法参照《水和废水监测分析方法》（第4版）。将反应沉淀池1的出水与自来水按照不同比例混合，作为反应器启动污水。

表2　处理系统各主要处理单元概况

3.1厌氧反应器启动

IC、UASB1和UASB2的接种污泥均采用某污水处理厂的厌氧污泥。IC污泥接种量为20 t，UASB1污泥接种量为20 t，UASB2污泥接种量为40 t。根据前期工程经验〔3-5〕，采用逐渐增加进水浓度和流量的方式启动。初期间断进水，进水是否连续由出水的VFA决定〔4〕。当VFA﹤180mg/L时采用连续进水，当VFA连续低于180mg/L时则提高进水浓度。IC进水设计COD负荷为13 000mg/L，UASB1进水设计COD负荷为5 000mg/L，UASB2进水设计COD负荷为3 000mg/L。在启动过程中保持反应器中的厌氧条件，同时需通过加碱控制反应器中的废水pH在6.5～7.5，抑制有机物转化成乙酸出现的酸化对启动的影响。

厌氧反应器启动方法相同，现介绍IC的启动过程。启动初期，将接种污泥稀释之后泵送至IC，并开始初次进水，进水COD控制在1 000mg/L左右。进水之后2 d不进水，以提高污泥对污水的适应性。从第3天开始，每天进水2次，进水COD控制在1 000 mg/L左右，此时IC出水浑浊，COD去除率较低。从第5天开始，进水COD提高到3 000mg/L，每天进水4次，此过程中出水浑浊情况有所改善，污泥活性提升，出水COD在2 500mg/L左右，COD去除率提升至15%。第11天之后，进水COD提高至5 000 mg/L，间断进水每天4次。启动第15天，出水VFA连续低于180mg/L，控制COD为5 000mg/L左右连续进水，流量保持在设计流量的一半。第15天，测得进水COD为5 200mg/L，出水COD为3 500mg/L，COD去除率达到33%。从第21天开始提高进水COD至8 000mg/L，增大流量为设计流量的2/3，此时COD去除率逐渐提升至50%以上，产气量逐渐上升，污泥在反应器底层呈颗粒状。从第25天开始进水不再稀释，逐渐增大进水流量到设计流量。到第36天，测得出水各项指标稳定，且反应器中污泥活性较高，污泥成密实团状，IC反应器启动基本完成。

启动过程中，初期增加进水浓度和流量，COD和SO42-去除率会出现小幅度的波动，但总体上为上升趋势，最终达到平稳。据pH监控系统检测，pH在6.7～7.8之间波动，且呈现出增高的趋势，未出现酸化现象。对NH3-N的检测结果显示，在厌氧反应器中微生物的氨化作用下，出水NH3-N出现升高。对MLSS的检测结果表明，启动初期污水中污泥量出现下降，主要原因是反应器中污泥在适应水质过程中，低活性污泥逐渐被淘汰〔5〕。随着启动进行，MLSS逐渐增加并最终达到平稳。稳定之后，IC、UASB1、UASB2中的MLSS分别为3.8、5、4.3mg/L左右。

3.2AO启动

AO能去除废水中部分的有机物和大量的NH3-N〔6〕，是去除废水中NH3-N的主要单元。AO接种污泥取自公司旧部的污水处理部分，污泥接种量为30 t。AO启动第1天进水1次，COD为300mg/L左右，之后2 d进行闷曝。从第3天开始，每天进水2次。从第3天到第15天增加进水浓度的过程中，COD去除率先出现波动随后上升，从10%逐渐增至40%左右，NH3-N去除率逐渐提高至50%。第15天时测得进出水COD分别为720、410mg/L，COD去除率为43%；进出水NH3-N分别为16、8.3mg/L，NH3-N去除率达到48%。第15天后采用连续进水，进水流量为设计流量的一半，并且增加进水COD浓度。第25天之后，污水中出现大量的钟虫、轮虫等，且处理水效果较好。第25天时测得COD、NH3-N去除率分别达到了60%和80%左右，出水COD和NH3-N分别在400、5mg/L左右，此时增大进水流量至设计流量的2/3并按照COD设计负荷连续进水。第30天之后，污泥呈现出褐色絮凝状，说明此时反应器启动成功，污泥活性良好。在启动期间，好氧池需持续曝气，严格控制DO＞3mg/L，pH为6.5～8；厌氧池pH为6～8，DO﹤0.8mg/L；同时需向污水中投加一定量的磷酸二氢钾〔7〕，保证m（COD）∶m（N）∶m（P）为100∶5∶1。启动期间，AO对NH3-N和COD的去除效果逐渐增强，稳定之后去除率较高，分别达到60%和90%以上；在AO池中的好氧部分，H2S被重新氧化成SO42-，因此，SO42-含量会升高；MLSS监测结果显示，部分污泥被淘汰，MLSS呈先下降后上升的变化趋势，最终稳定在2.2mg/L左右。

3.3微氧池和接触氧化池启动

微氧池能去除污水中各种残留物质，使废水与低浓度废水混合后，水质不发生剧烈的变化。接触氧化池的主要作用是去除水中残留的污染物，使出水能达标排放。2个反应器均采用直接挂膜的方式启动。微氧池设计进水COD负荷为3 000mg/L，接触氧化池设计COD负荷为500mg/L。现介绍微氧池的启动过程。启动开始时，第1次采用低负荷污水进水，随后2 d停止进水，进行闷曝。从第3天开始到第15天，对微氧池采用间断进水，每天进水2次，并且将进水COD负荷从设计值的1/3到1/2逐渐递增，此过程中反应器对COD的去除率从5%～10%逐渐增加至15%左右，NH3-N去除率达到5%左右。第15天之后采用连续进水，进水流量由设计流量的1/2逐渐增加至设计流量，此时微氧池COD去除率达到20%左右，NH3-N去除率达到10%。在启动25 d之后，可以肉眼观测到微氧池中载体上出现了黄褐色的生物薄膜，反应器挂膜完成。反应器启动过程中，微氧池对COD、NH3-N、SO42-均有一定的去除效果，且去除效果随着启动的进行而逐渐稳定。

3.4系统运行结果

在系统调试完成后的稳定运行阶段，IC、UASB1和UASB2对废水COD和SO42-的去除率均能达到50%以上。AO池对废水COD的去除率能达到60%以上，对NH3-N的去除率能达到90%以上。接触氧化池对废水COD和NH3-N的去除率分别在30%和40%以上。微氧池对废水COD和NH3-N的去除率分别在20%和15%左右。当进水萃余液COD为25 100~27 350mg/L，NH3-N为165~199.7mg/L，SO42-为12 020~22 225mg/L时，最终出水COD为78.2～87 mg/L，NH3-N为2.2～3.5mg/L，SO42-为75.5～85.2mg/L，出水水质优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准。

4　经济分析

该工程所有构筑物均为新建项目，总投资980万元，处理总水量为1 810m3/d。处理废水过程中，每天用电量为2 600度左右，电费为1元/m3；每天值班员工以及设备调试人员共5人，平均工资为每天每人134元，人工费为0.37元/m3；处理废水药剂主要为石灰和PAC，每天使用石灰2.8 t左右，石灰市场价格为400元/t，石灰费用为0.62元/m3，PAC市场价格为1 500元/t，每天使用PAC 1 t左右，PAC费用为0.83元/m3，其他药剂（包括碱液、HCl等）使用费为0.35元/m3，药剂综合使用费为1.8元/m3。污水处理部分的综合直接运行费用为3.17元/m3。

5　结论

（1）系统反应器启动过程中，应严格控制pH、温度、营养物质、溶氧量等条件。启动完成时，可观察到厌氧反应器底层污泥呈现较大的团状，富有弹性；AO池中的污泥呈现黄褐色，并且可以观测到原生动物；微氧池和接触氧化池载体上出现肉眼可见的褐色生物膜。

（2）萃余液中含有较高浓度的SO42-，而SO42-会抑制厌氧微生物的活性。通过在混凝搅拌池及反应沉淀池1中加入石灰，可以有效地降低废水中SO42-的含量，防止其对后续系统的影响。

（3）系统各反应器经调试启动达到稳定后，对废水中的COD、NH3-N、SO42-均有很高的去除率，综合去除率均达到90%以上。经该处理工艺处理后，出水水质能达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准。根据后期观察结果，系统能够稳定运行并且具有一定的抗冲击负荷能力。

［1］王白杨，果志强，凌晓，等.赤霉素生产废水处理工程改造［J］.环境工程，2010，28（3）：20-22.

［2］谢苹，张书良，杨科科.微氧环境下无色硫细菌和硫酸盐还原菌脱硫［J］.环境工程学报，2013，7（1）：306-310.

［3］王白杨，陈莉，龚小明，等.UASB+A/O+BAF处理高浓度氨氮废水［J］.环境工程，2011，29（2）：55-57.

［4］欧阳二明，王会平，王白杨.IC+A/O工艺在制药废水处理中的应用［J］.环境工程，2013，31（4）：45-47.

［5］王白杨，苏怀星.IC+两级A/O工艺处理中成药制药有机废水［J］.水处理技术，2012，38（5）：122-124.

［6］王白杨，常娥，欧阳二明，等.IC+A/O+BIOFOR处理高浓度有机废水工程实例［J］.环境工程，2011，29（6）：36-38.

［7］王白杨，胡翔宇，欧阳二明，等.水解酸化+A/O+混凝沉淀工艺处理中成药废水工程实例［J］.水处理技术，2014，40（8）：115-117.

Study on the start-up ofmulti-stage anaerobic reactor+AO for treating organic wastewaterw ith high-concentration sulfate

Ouyang Erming1，Wang Lele1，Song Tiantian1，Wang Baiyang2
（1.Schoolof Civil Engineeringand Architecture，Nanchang University，Nanchang330031，China；2.SchoolofResources，Environmental&Chemical Engineering，Nanchang University，Nanchang330031，China）

Gibberellinwasproduced bybiological fermentationmethod in abiochemicalcompany，in Jiangxi，China，and agreatdealof SO42-organic wastewater produced in the production process.The combined process，IC+doublepole UASB+AO hasbeen used for treating thisorganic wastewater.Theoperation results show thatunder stably running conditions of the system，when the influent faffinate COD，NH3-N，and SO42-are 25 100-27 350，165-199.7 and 12 020-22 225mg/L，respectively，the treated effluentCOD，NH3-N，and SO42-are 78.2-87，2.2-3.5 and 75.5-85.2 mg/L，respectively.The water quality of effluent is better than the first class criteria specified in Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.

organic wastewater；sulfatewastewater；internal circulation anaerobic reactor；up-flow anaerobic sludge bed reactor

X703

B

1005-829X（2016）10-0100-04

江西省高等学校科技落地计划项目（KJLD13007）；江西省科技厅科技计划项目（20133BBG70010）

欧阳二明（1976—），博士，硕士生导师。E-mail：youmer@ sina.com。通讯作者：王白杨，E-mail：1040185390@qq. com。

2016-08-05（修改稿）