文章编号:1003-1251(2009)03-0066-04
混凝 UASB工艺处理豆制品废水的实验研究
梦见切菜
段海霞1，刘炯天2，万新国1
(1.沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110168;2.中国矿业大学，江苏徐州221004)
摘 要：针对豆制品生产的废水问题，采用混凝 UASB工艺处理豆制品废水.实验表明：选用自制混凝剂和P AM进行混凝沉降实验，最佳实验条件为：每100mL废水中混凝剂(DHX)的加入量为1.7mL；搅拌时间为10s;PAM加入量为0.3mL；沉降时间为20m i n.COD的去除率达到68.9%.在生化处理阶段，采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB),COD的容积负荷达到4.
41kgCOD/m3 d,COD的去除率在90%以上，出水达到污水综合排放标准!(GB8978 1996)的一级排放标准.根据实验结果确定了生化反应的动力学参数.该工艺简单，处理效果较好，同时，对其他有机废水的处理具有借鉴意义.
关键词：豆制品废水；混凝剂；混凝沉降;UASB
中图分类号:X705 文献标识码:A
Experi m ental Study on P roduction W astewater Treat m ent
of B ean P roducts by Coagulation UAS B
DUAN H ai x ia1,LI U Ji o ng tian2,WAN X in guo1
(1.Sh enyang li gong Un i versit y,Shenyang110168,Ch i na;2.Ch i n a Un i versit y ofM i n i ng T echnology,Xuz hou221004,Ch i n a)
Abst ract:I n v i e w of the bean product production∀s w aste w ater question,the coagulati o n UASB m ethod is ud for processi n g bean product w aste w ater.The experi m ent i n d icates:that using the lf m ade coagulant and PAM,the coagulati o n subsi d ence experi m ent is carried ou,t the best exper
i m ental conditi o n is:in every100mL w aste w ater,the added coagu lant(DHX)is1.7mL;the m i x
曹操人物形象分析i n g ti m e is10s;the added PAM is0.3mL;the ttli n g ti m e is20m i n.The COD eli m inati o n rate a
ch i e ves68.9%.I n the bioche m ical processi n g stage,usi n g the anaerob ic upper reaches li k e sl u dge bed(UASB),COD or gan ic vo l u m etric loading is4.41kg/m3 d,and the COD re m oval ra te is
a bove90%.The treated w ater can m eet the require m ent o f the"GB8978 1996w aste w ater dra i n standards"first level e m issi o n standard.In add ition,the k i n etic para m eters of b ioche m ical reaction are deter m ined according to the experi m enta l resu l.t The m ethod is si m ple,and the processi n g effect is good.A t the sa m e ti m e,it can be ud for reference on the other organic w aste w ater treat m en.t K ey w ords:the w aste w ater o f bean products;coagulan;t coagulati o n d i m entati o n;UASB
收稿日期:2008-11-06
基金项目：十一五国家科技支撑计划(2006BAB02A04).
作者简介：段海霞(1973#)，女，讲师，博士研究生，研究方向：环境工程、特种能源. 豆制品废水中含有较多的蛋白质、脂肪等有机物，化学需氧量(COD)较高.但是，豆制品废水有较好的生物降解性.随着豆制品加工的不断扩大，环境污染问题引起人们的重视.从20世纪60
2009年6月 沈阳理工大学学报 Vol.28No.3第28卷第3期 TRANSACTI O NS OF SHENYANG LI G ONG UN I V ERS I T Y J un.2009
年代，国外就对高浓度食品废水的处理进行研究. 70年代，国内也开始研究采用新型消化器处理豆制
品废水，经过多年的发展，现已形成了以生物处理为主的一系列豆制品废水处理技术[1].生物处理可分为好氧生物处理(SB R法)、厌氧生物处理和厌氧、好氧结合处理三种方式[2].但是，单一的生物处理有机负荷较大，废水处理周期较长.针对这种问题，本文采用自制高效混凝剂进行混凝沉降，降低后续处理工艺中的有机负荷[3]，提高废水的可生化性，废水经过混凝沉降后采用上流式厌氧污泥床反应器(UASB),UASB反应器启动过程快，易于形成颗粒污泥,COD去除率高，三相分离效果好，污泥沉降性能好.同时产生的沼气可以作为能源[4].
1 废水水质及出水要求
废水来自本溪市某小型豆制品加工厂，该废水水质及出水要求见表1.
表1 废水水质及出水要求
污染参数
CODcr/(mg/L)B O D5/(m g/L)SS/(m g/L)
p H 废水水质1600-24001050-1700350-5005.5-7出水要求10030706-9
2 实验部分
2.1 混凝沉降
2.1.1混凝剂的筛选
采用硫酸铝、聚合氯化铝和自制混凝剂(DHX)分别与聚丙烯酰胺(PAM)联用做筛选实验.其中，原废水COD=1730mg/L,B OD=1100 m g/L,p H=6.9,SS=410m g/L.结果见表2.
表2 混凝剂的选择
混凝剂
硫酸铝聚合氯化铝
DHX 出水p H值 6.3 6.16.5
COD去除率/%58.266.268.9
SS去除率/%79.380.181.2
从表2可以看出,DHX去除效果最好，该药剂成本核算低于聚合氯化铝，所以选择药剂DHX进行混凝沉降实验.
2.1.2 最佳条件的确定
考虑到实际工作的可操作性，混凝剂用量、搅拌时间、PAM用量、沉降时间对混凝效果都有影响，所以做四因素三水平正交实验.因素水平见表3.按L9(34)表进行实验，实验结果见表4.
表3 因素水平表
因素水平
A
DHX/mL
B
搅拌时间/s
C
P AM用量/mL
D
电脑配置模拟装机沉降时间/m i n 11.5100.210
21.7200.315
31.9300.420
表4 正交实验结果
序号
因素水平
A B C D COD去除率/%
11.5100.21058.4
21.5200.31561.3
31.5300.42059.5
41.7100.32069.7
51.7200.41064.1
61.7300.21563.5
71.9100.41557.6自我简介模板
81.9200.22060.1
91.9300.31058.7
K159.7361.9060.8760.40
K
2
65.7761.8363.2360.80
K358.8060.5760.2063.10
R6.971.333.03 2.70
根据正交实验结果极差分析可知:(1)COD
67
第3期 段海霞等：混凝-UASB工艺处理豆制品废水的实验研究
去除率最大的实验条件组合是A 2B 1C 2D 3.其实验条件为：每100mL 废水中混凝剂DH X 的加入量为1.7mL ；搅拌时间为10s ;P AM 加入量为0.3mL;
沉降时间为20m in .(2)影响混凝处理效果的主要因素是混凝剂的加入量.2.1.3 最佳实验条件的验证
选不同批次的水样，在最佳实验条件下做三组实验，混凝处理后的数据见表5.
表5 不同批次水样COD 和SS 的去除率
批次
项目
COD 去除率/%
SS 去除率/%
168.178.6267.877.3368.379.1平均
68.07
78.33
从表5可以看出，在最佳实验条件下,COD 和
SS 的平均去除率分别在68.07%和78.33%.因此最佳实验条件的选择比较合适，但是COD 和SS 仍没达到国家排放标准，需要进一步处理.经过混凝沉降后出水进入UASB 反应器中，进行厌氧反应实验.
2.2 厌氧反应实验
厌氧消化采用UASB 反应器，反应器高150c m，内径为8c m，有效容积为6L .实验装置见图1.运行过程中，废水从反应器底部经布水系统均匀进入，并向上流经反应区(污泥区)进入气固液分离区，最后进入UASB 上部的沉淀区.混合液中污泥通过重力作用自沉淀区经三相分离区返回反应区，所产生的沼气由集气室经管道排出反应器
.
1 进水池;
2 蠕动泵;
3 进水口;
4 集气罩;
5 出水口;
6 水封瓶;
7 气体计量器;
8 水浴池;
9 自动加热棒
图1 UASB 实验装置
2.
2.1 进水量和水力停留时间的确定
UASB 反应器内接种污泥取自本溪某啤酒厂水处理的厌氧污泥，污泥VSS /TSS =63.3%，整个系统初始进高浓度的豆制品废水800mL /d ，采取连续进水方式，每天人工搅拌UASB 反应器一次.到产气量稳定且p H >7时，逐步提高负荷，增加进入反应器的废水量，直至进水量为2000mL /d ，此阶段共进行了45d ，最终确定最高日处理豆制品废水2000mL /d ，水力停留时间为3d .2.2.2 容积负荷的确定
从图2可以看出，经过45d 稳定运行，反应器COD 降解率平均在90%以上.根据图2数据，经过计算，反应器最高容积负荷达到
4.41kgCOD /m 3
d .
图2 UASB 出水COD 变化曲线图
3 UASB 反应器生化动力学的研究
UASB 反应器的生化动力学研究是描述甲烷产量与COD 去除，微生物增长之间的定量关系.可假设：整个反应器系统处于稳定状态，进水污染物不含微生物，反应器产生的气体全部以甲烷计，固液分离良好.
主板坏了有什么症状3.1 微生物生长动力学
微生物降解废水有机物的过程是利用微生物本身的分解能力和净化能力除去废水中物质的过程.米氏方程
[5]
v =
v max s
K m + s
式中: 为酶反应速度; m ax 为最大酶反应速度; S 为底物浓度;K m 为米氏常数.将米氏方程用于微生物降解废水中的基质，并考虑到细胞的增长量与其细胞质量成正比
[6]
,
因此可得，微生物生长速率为
g =
!m X s
k s +s
(1)
式中:!m 为在饱和溶液中微生物最大比生成速率,d -1
;k s 为饱和常数;s 为废水中COD 浓度,m g /
68 沈阳理工大学学报 2009年
L.又由于微生物生长过程中存在着内源呼吸，因此微生物净生长动力学方程为[6]
r g=!m X
k s+s
-k d X(2)
式中:X为微生物浓度,m g/L;r g为微生物生长速度,(m g/L)d-1;k d为内源呼吸系数.
3.2 基质降解动力学[5]
新细胞的产生数量对某种给定基质具有重现性，定义Y为在任意规定的对数生长期测得的最大产量系数，并定义为新生细胞质量与消耗基质质量之比，可得
r s=
!m X s
Y(k
s
+s)
(3)
令K=!m Y ,
r s=KX s
k s+s
(4)
式中r s为基质的降解速度,(m g/L)d-1.
3.3 动力学参数的确定
取UASB反应器稳定运行后第20d到30d的
数据(见图2)，利用所建动力学方程进行动力学
参数回归，求出k s,K；再根据反应器内微生物的质
量平衡：系统边界内微生物的积累速率=流入系
统内的微生物量-流出系统内的微生物量+微生
物净生长量[4]，即:
V=FX0+FX+Vr g(5)
式中:F为废水流量,L/d;V为反应器体积,L;t
为停留时间,d;X0为初始微生物浓度,m g/L；因为
假设进水中微生物浓度为零，所以稳态时可得
F
V
=
1
t
=
r s
X
-k d(6)
将所取实验数据代入M atlab软件分析，可得
Y与k d值，结果见表6.
表6 UASB生化动力学参数
Y/(m g V s.(m g COD)-1)k d/d-1k s/(mg/L)!m/d-1K/(m gCOD.(m gV s d))
0.0790.02555.468.35
4 结论
1)采用自行复配的混凝剂(DHX)和P AM进行混凝沉降,DHX的去除效率高于聚合氯化铝，且成本低于聚合氯化铝.
2)混凝沉降实验最佳实验条件为：每100mL 废水中混凝剂(D H X)的加入量为1.7mL；搅拌时间为10s;PAM加入量为0.3mL；沉降时间为20m i n.
3)确定了UASB生化动力学参数:Y=0 079 m g V s(mgCOD)-1;k d=0 02d-1;k s=55m g/L;!m =5 4d-1;K=68 35mgCOD(m g V s d).
4)沉降后上清水进入UASB反应器进行厌氧实验，经过45d稳定运行期观察，反应器C OD降解平均在90%以上，反应器最高容积负荷达到4. 41kgCOD/m3 d，水力停留时间为3d，出水可以达到(GB8978 1996)一级排放标准.参考文献:李纳斯
[1]殷捷.絮凝 SBR处理豆制品废水的研究[D].重庆：西南农业
大学(环境工程),2001.
[2]李燕，宋俊梅，曲静然.豆制品废水的处理及综合利用[J].食
品工业科技,2002,(7):70 72.
[3]潘登，文志军，董新华，等.UASB/生物接触氧化工艺处理豆
制品废水[J].中国给水排水,2007,23(18):59 62.
[4]王大玮，鲍建国.酵母预处理 UASB SBR工艺处理高浓度豆
制品废水[J].给水排水,2006,3:55 57.
[5]高延耀，顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版
湛江特色美食
社,2004.
[6]崔波，孙海燕，金青.UASB反应器用在有机废水处理过程中
的数学模型及分析[J].高校化学工程学报,2002,16(2):
155 160.
[7]B orja R,M arti n A,Duran M M et a.l K i neti c st udy of anaerob ic
d i gesti on of b r
埃及人种e w ery w aste w ater[J].Process B i oche m i s try,
1994,29:645 650.
(责任编辑：王桂萍)
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第3期 段海霞等：混凝-UASB工艺处理豆制品废水的实验研究
