檸檬酸又名枸櫞酸，是一種三羧酸類化合物，易溶于水，無毒，無臭，具有很強的酸味，是目前世界上需求量最大的一種有機酸。檸檬酸生產(chǎn)主要采用液體深層發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)固液分離鈣鹽法或色譜提取、蒸發(fā)、結晶等工藝獲得檸檬酸成品。檸檬酸在提取過程會產(chǎn)生大量廢水，廢水中含有糖、有機酸、蛋白質、膠體、礦物質等，有機污染物濃度高、酸性強、處理難度大。
工藝流程
檸檬酸廢水處理主要采用生物處理法、Fenton試劑法、光合細菌法、乳化液膜法等，其中生物處理法的應用最為廣泛，但單獨采用厭氧生物法或者好氧生物法處理高濃度檸檬酸廢水，往往不能達到國家排放標準，需結合其他處理技術進行深度處理。
本廢水工程處理采用的工藝如下:首先采用厭氧生物處理，盡可能的將有機物厭氧降解，產(chǎn)生沼氣以回收能源；好氧工藝采用表面曝氣方式的氧化溝；二沉池出水采用臭氧脫色和曝氣生物濾池聯(lián)合的深度處理工藝。EGSB由于出水再循環(huán)，具有較大的循環(huán)比，因此可能會出現(xiàn)短流造成厭氧處理不完全，而UASB具有較高的有機物降解效率，且運行成本低，因此采用EGSB后串聯(lián)UASB，利用UASB的高降解效率來降低厭氧系統(tǒng)出水COD，確保厭氧效果；由于廢水經(jīng)過EGSB后，水溫會有2～3℃的下降，為確保UASB能在最佳厭氧溫度下運行，采用部分溫度較高的原水超越EGSB直接進入UASB來實現(xiàn)溫度的平衡，提高UASB的處理效率同時減少UASB的二次加熱費用。
成本低，因此采用EGSB后串聯(lián)UASB，利用UASB的高降解效率來降低厭氧系統(tǒng)出水COD，確保厭氧效果；由于廢水經(jīng)過EGSB后，水溫會有2～3℃的下降，為確保UASB能在最佳厭氧溫度下運行，采用部分溫度較高的原水超越EGSB直接進入UASB來實現(xiàn)溫度的平衡，提高UASB的處理效率
同時減少UASB的二次加熱費用。檸檬酸廢水處理工藝流程見圖1。
主要處理構筑物設計參數(shù)
調節(jié)池
調節(jié)池為長方形，長10m、寬11m、深5.5m，容積為605m3，調節(jié)時間為7.2h。調節(jié)池設2臺耐酸潛污泵(1用1備)，單臺泵Q=85m3/h，H=28m，N=15KW。泵出口安裝2個支路，分別安裝電磁流量計，通過閥門控制將80%的廢水去EGSB，其余的20%的廢水進入UASB。調節(jié)池設PH自動加堿系統(tǒng)1套，液堿儲罐尺寸為3.8m×H5.0m，碳鋼材質，采用機械隔膜式計量泵。廢水溫度不低于35 ℃，不需加熱升溫。 設冷卻塔1套Q=85m3/h，當排水溫超過40℃ 時開啟冷卻塔，控制提升泵出口廢水的溫度為36～38℃。
EGSB
EGSB采用圓柱型，直徑9.5m、高19.5m，有效容積1350m3，1座。反應器外殼用碳鋼現(xiàn)場制作，配件部分為不銹鋼成套設備，現(xiàn)場安裝。
67m3/h的廢水直接由此處理，設計有機負荷為14.2kgCOD/(m3·d)，HRT=20.2h，沼氣產(chǎn)率為0.4m3沼氣/kgCOD去除 ，最大滿負荷產(chǎn)生沼氣量為7000m3/d，沼氣容積產(chǎn)率為5.2m3沼氣/(m3·d)，
EGSB運行溫度35～37℃。反應器內(nèi)循環(huán)管設置高度為16m，設2臺無堵塞排污外循環(huán)泵(1用1備)，單臺泵Q=150m3/h，H=10m，N=18.5KW。最大循環(huán)比為1.8∶1，廢水上升流速為1.2～3.4m/h。
UASB
UASB為長方形,長12m、寬10m、深9.5m，
有效容積1000m3,1座，鋼筋混凝土結構.17m3/h的廢水和EGSB出水混合后由此處理，設計有機負荷為7.0kgCOD/(m3·d),HRT=12.0h，沼氣產(chǎn)率為0.35m3沼氣/kgCOD去除 ，最大滿負荷產(chǎn)生沼氣量為840m3/d,沼氣容積產(chǎn)率為2.1m3沼氣/(m3·d),UASB運行溫度為34～36℃。
厭氧沉淀池
厭氧沉淀池為圓柱型，直徑9.5m、高5m，1座，碳鋼防腐。設計表面負荷為1.2m3/(m2·d)，沉淀時間為3.4h，主要是將EGSB出水攜帶的絮狀、小顆粒、破碎的顆粒污泥在厭氧沉淀池沉淀，然后通過污泥回流泵補充到EGSB和UASB。設3臺無堵塞污泥回流泵(2用2備)，單臺泵Q=25m3/h，H=28m，N=5.5KW。
表面曝氣氧化溝
表面曝氣氧化溝為長方形，長38m、寬11m、深6.5m，有效容積2500m3，1座。設計有機負荷為0.52kgCOD/(m3·d)，HRT=30h，MLSS=3000mg/ML，污泥負荷為FW=0.12kgCOD/(kgMLSS·d)，設2臺倒傘型表曝機，型號為DS225B，葉輪直徑2250mm、葉輪高度H=650mm、葉輪升降行程±140mm和充氧量44kg/h，N=22KW。設2臺低速推流器，葉輪直徑1800mm、N=4KW。
二沉池
二沉池為圓形，直徑為14.6m，池邊深4m，表面負荷為0.5m3/(m2·h)，沉淀時間為4.5h。1臺周邊傳動刮泥機，轉速2rad/min，N=0.22KW。污泥回流泵2臺(1用1備)，單臺泵Q=200m3/h，H=15m，N=7.5KW。
深度處理池
深度處理池為合建池，包括臭氧氧化池、曝氣生物濾池和清水池。臭氧氧化池長4.5m、寬4.5m、深5m，HRT=65min，池底布置DN250鈦板微孔曝氣器，數(shù)量30只，設1臺空氣源的臭氧發(fā)生器，臭氧發(fā)生量為1.5kg/h。
曝氣生物濾池長4.5m、寬4.5m、深5m，設計過濾面積為20m2，過濾速度為4.2m/h，HRT=50min。濾料層厚1.5m，火山巖濾料，濾料規(guī)格10～20mm，數(shù)量30m3。反沖洗方式：先氣反沖洗，氣反沖洗強度q氣=10L/(m2·s)，反沖洗時間T1=3min；再氣、水聯(lián)合反沖洗，氣反沖洗強度不變，水反沖洗強度q水=4L/(m2·s)，反沖洗時間T2=7min，采用清水池的水作為反沖洗水，反沖洗出水通過管道自流至調節(jié)池；停止氣反沖洗后，最后水反沖洗，水反沖洗強度不變，反沖洗時間T3=3min。空氣管采用穿孔管，反沖洗配水采用大阻力配水系統(tǒng)，設在池底。
采用PLC控制，反沖洗周期為24h，設置反沖洗風機2臺(1用1備)，單臺風機Q=12m3/min，H=6m，N=18.5KW。清水池長9m、寬3.5m、深5m，設2臺反沖洗水泵 (1 用 1備)，單臺泵 Q=300m3/h，H=12m，N=22KW。
污泥處理系統(tǒng)
EGSB污泥的表觀產(chǎn)率yobs=0.05kgVSS/kgCOD去除 ，VSS/SS=0.8，產(chǎn)生含水率p0=90%的顆粒污泥量為Q0=8.1m3/d。UASB污泥的表觀產(chǎn)率yobs=0.04kgVSS/kgCOD去除 ，VSS/SS=0.8，產(chǎn)生含水率p0=90%的顆粒污泥量Q0=0.88m3/d。合計產(chǎn)生污泥量為8.98m3/d，厭氧顆粒污泥不定期作為厭氧菌種外售。
氧化溝污泥的表觀產(chǎn)率yobs為0.2kgVSS/kgCOD去除，產(chǎn)生含水率p2=99%的污泥混合液量Q2=40m3/d，通過二沉池的排泥泵送至污泥濃縮池。
污泥濃縮池采用豎流式，固體通量M=25kg/(m2·d)，進水污泥濃度為Ci=10000mg/L，出水污泥濃度為Ce=500mg/L，污泥濃縮池出水至氧化溝進水端，污泥濃縮池構筑物長5m、寬5m、深5m，2座交替運行。設2臺污泥壓濾泵(1用1備)，單臺泵Q=5m3/h，H=60m，N=7.5KW，泵送至壓濾面積為100m2壓濾機壓濾處理，泥餅外運到固體處置場處置。
EGSB和UASB運行效果分析
EGSB及UASB采用同類檸檬酸生產(chǎn)廠家厭氧顆粒污泥啟動，EGSB和UASB投加的含水率94%的顆粒污泥量分別是600m3和300m3，占各自反應器容積的45%和30%。EGSB、UASB進水水量、COD及厭氧系統(tǒng)處理水量變化見圖2。
厭氧系統(tǒng)調試總計80d分2個階段，第一階段用時30d，EGSB與uasb并聯(lián)處理廢水，厭氧系統(tǒng)處理水量為EGSB與UASB處理水量之和，從最開始的400m3/d逐漸上升到1100m3/d，EGSB和UASB進水濃度在調試期間進水濃度與調節(jié)池濃度一致，進水濃度在1100～14000mg/L波動。
EGSB和UASB出水進入?yún)捬醭恋沓兀坏诙A段UASB接收EGSB出水，所有處理廢水均經(jīng)過UASB，UASB處理水量與厭氧處理系統(tǒng)的處理水量相同，處理量由1100m3/d逐漸提高至2000m3/d并穩(wěn)定運行20d，由于將EGSB出水引入到UASB，從而UASB的進水濃度從11000～14000mg/L降至3000～5000mg/L，UASB出水進入?yún)捬醭恋沓亍?/div>
EGSB、UASB及厭氧系統(tǒng)出水COD、有機負荷和去除率變化見圖3。EGSB進水COD在11000～14000mg/L時，進原水量從200mg/d上升到1600mg/d，有機負荷從2.1kgCOD/(m3·d)上升到14.3kgCOD/(m3·d)，EGSB出水COD從950mg/L逐漸上升，最終穩(wěn)定在1500mg/L，COD去除率為86%。
UASB調試前30d的進水為原水，當進原水量從120mg/d上升到380mg/d，有機負荷達到4.4kgCOD/(m3·d)，UASB出水COD在758±200mg/L，COD去除率在93%±2%，在調試的第二階段，UASB的進水量從380mg/d上升到2000mg/d，有機負荷從4.4kgCOD/(m3·d)上升到7.2kgCOD/(m3·d)，出水COD在改變進水模式的5d內(nèi)有突然的升高，從635mg/L上升到1005mg/L，后又迅速下降，并維持在600～800mg/L。
厭氧系統(tǒng)調試的第一階段，厭氧系統(tǒng)處理原水量從400mg/d上升到1400mg/d，厭氧沉淀池出COD在從649mg/L逐漸上升到1236mg/L，COD去除率由94%下降至91%，調試后50d，由于改變運行模式，厭氧沉淀池出水COD由開始逐漸下降，隨著厭氧處理水量從1400mg/d上升到2000mg/d，厭氧沉淀池出水COD穩(wěn)定在590～690mg/L，厭氧系統(tǒng)COD去除率由91%上升至94%。從以上的數(shù)據(jù)分析可知，采用EGSB與UASB串聯(lián)，并將少量原水直接配送至UASB，可以將厭氧系統(tǒng)出水的COD降低到較低的水平。
VFA是厭氧過程中重要的中間產(chǎn)物，有機物需先經(jīng)過產(chǎn)酸形成VFA，才能轉化為沼氣。厭氧反應器是否穩(wěn)定，可以通過是否出現(xiàn)VFA的積累 進行判斷。大部分細菌，例如水解細菌和酸化細菌，適合它們生產(chǎn)的PH在5～8.5。甲烷菌對PH的變化非常敏感，合適穩(wěn)定生長的PH為6.5～7.8.
因而VFA及PH是厭氧系統(tǒng)的關鍵指標。EGSB和UASB進水、出水PH和VFA變化見圖4。從圖4可知，EGSB出水PH為7±0.2；UASB出水PH為7.2±0.2，UASB的出水PH高出EGSB0.2。
EGSB出水的VFA濃度在130±60mg/L；而UASB出水的VFA在50±25mg/L，UASB出水VFA低于EGSB出水VFA50%。上述EGSB和UASB的PH是適合甲烷菌生長的，反應器也沒有VFA的積累。同時UASB出水的VFA比EGSB出水的VFA低，也說明UASB中有機物降解的更加徹底。
氧化溝的運行效果分析
氧化溝采用當?shù)爻鞘形鬯幚韽S經(jīng)過帶式壓濾機壓濾后的好氧剩余污泥進行啟動，污泥含水率80.3%～86.2%，污泥VSS/TSS為0.62，接種污泥量為100m3，占氧化溝的容積為4%。開始調試前10d內(nèi)，由于有機負荷低，表曝機持續(xù)曝氣，污泥被打碎，污泥的沉降性差，SV30為70%～80%，二沉池的出水COD在80～100mg/L。隨著進水量不斷加大，2臺表曝機間歇并交替運行2臺表曝機均運行3h停止1h，且2臺表曝機的錯 峰1h)，持續(xù)此種交替方式15d，污泥的沉降性明顯好轉，SV30穩(wěn)定在30%～40%，二沉池的出水COD在60～75mg/L。之后逐漸增加表曝機開機時間，待調試結束，氧化溝污泥SV30穩(wěn)定在30%～35%，氧化溝有機 負荷為0.52kgCOD/(m3·d)，二沉池的出水COD在55～65mg/L，COD去除率為90.8%。
度處理的運行效果分析
深度處理的主要目的是解決經(jīng)前序工藝處理后水中殘余的污染物，同時還應有脫色、消毒功能。臭氧氧化可以提高二級生物處理出水中難降解有機物的可生化性，臭氧接觸氧化池主要是去除色度和強氧化難降解有機物，二沉池出水的色度為50～70，經(jīng)過臭氧接觸脫色后，色度小于20，說明經(jīng)生化處理后的檸檬酸廢水剩余色度，采用臭氧氧化可以去除的，同時臭氧接觸氧化池出水的COD在50～60mg/L，COD去除率在8%～9%。曝氣生物濾池(BAF)過濾臭氧接觸池出水的SS和吸附難生物降解的污染物，去除出水的溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)，為最后出水把關。調試階段填料層厚度為1m時，BAF出水的COD在45～55mg/L；穩(wěn)定運行時補充填料，厚度達到設計厚度為1.5m，BAF出水的COD在40～50mg/L，COD去除率達到16.6%～20%，這也證明了增加填料層的厚度可以提高COD的去除效果，使BAF出水的COD更低。
系統(tǒng)運行分析
該廢水處理工藝中EGSB和UASB組成厭氧系統(tǒng)COD去除率為94%，氧化溝系統(tǒng)的COD去除率為90.8%，深度處理系統(tǒng)的COD去除率為23.0%，整個廢水系統(tǒng)的COD總去除率為99.6%，去除COD為23.3tCOD/d。
結 語
(1)采用EGSB和UASB串聯(lián)、表面曝氣方式的氧化溝、臭氧脫色和曝氣生物濾池為主的生物處理工藝處理檸檬酸廢水，系統(tǒng)出水COD小于50mg/L
(2)穩(wěn)定運行時，EGSB、UASB和氧化溝的有機負荷分別為14.3kgCOD/(m3·d)、7.2kgCOD/(m3·d)和0.52kgCOD/(m3·d)時，COD去除率分別為87%、80%和90.8%。
(3)采用EGSB和UASB串聯(lián)，并將原廢水配到第二級的UASB，可以將厭氧系統(tǒng)出水的COD降低到較低的水平。EGSB和UASB出水COD分別為1500mg/L和650mg/L，VFA分別為130±50mg/L和50±25mg/L，UASB出水的VFA比EGSB出水的VFA更低，說明UASB中有機物降解的更加徹底。
原標題：【工業(yè)給排水】兩級厭氧-好氧-深度處理工藝處理檸檬酸廢水
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