乳品工业包括乳场、乳品接收站和乳品加工厂. 乳场废水主要来自于洗涤水和冲洗水;乳品接收站废水主要是运送乳品所用设备的洗涤水;乳品加工厂废水包括各种设备的洗涤水,地面冲洗水、洗涤与搅拌黄油的废水以及生产各种乳制品的废水. 废水中主要成分是乳糖,脂肪和蛋白质,有机物浓度较高,但很容易被微生物分解,废水中CODcr质量浓度平均为800～2500 mg/L, BOD5 为600～1500 mg/L, BOD5 / CODcr比值大于0. 5,属可生化性较好的废水.

1　试验材料和方法

1. 1　试验工艺流程及设备

试验流程见图1.

水解酸化池及SBR 池均为有机玻璃制作,水解酸化池尺寸为L×B×H = 0. 35 m ×0.7 m ×0.9 m,有效容积为0.18 m3 ,进水采用底部穿孔管均匀布水, SBR 池尺寸为L ×B ×H = 0. 5 m ×0. 5 m ×1 m,有效容积0. 24 m3 , SBR 池采用上清液排出管排水.

1. 2　试验用废水及种泥来源

试验地点为内蒙古某乳品废水处理厂沉砂间内,直接引接沉砂池初步处理后的出水,水质情况及水质分析方法见表1,水解池与SBR接种污泥均来自该污水处理厂浓缩池污泥.

2　试验结果与分析

在整个系统工艺启动完成且整个工艺联动运行一段时间后,开始稳定运行阶段. 试验运行期间控制水解池内温度稳定在29～31 ℃,污泥质量浓度控制在6 000 mg/L; SBR池温度稳定在18～21℃,污泥质量浓度控制在4000 mg/L,排出比为1∶2,反应末期溶解氧控制在2 mg/L左右.为了实现最佳的处理效果,探询工艺参数与水中污染物降解之间的规律性,本试验从水解酸化池停留时间和SBR池反应时间来进行分析研究.

2. 1　水解酸化池参数优化与机理研究

目前,针对水解酸化的研究主要是将其作为厌氧消化的第一阶段,为产甲烷菌提供基质. 一般而言,有利于水解酸化菌生长的短HRT和低pH值条件会抑制产甲烷菌的活性表. 而兼性微生物可以在较短的HRT,较宽的pH范围和较低的温度条件下,有效地转化和降解某些毒性物质和难生物降解物质,能够实现芳香烃及杂环化合物的开环裂解等,进而成为其他生物处理工艺的有效预处理阶段.

在有机物的厌氧分解中, VFA (挥发性脂肪酸)是各种基质水解酸化后的中间或终产物,当HRT较长时,产物以乙酸等短链脂肪酸为主,而当HRT较短时,生成的长链脂肪酸来不及继续分解为短链脂肪酸而存在于出水中, 如丁酸和醇类等,因此VFA是厌氧发酵研究中有机物降解工艺条件优劣的重要参数. 水解酸化池内pH 值和VFA质量浓度变化曲线如图2所示.从图2中可以看出,随着停留时间的增加, pH值逐渐降低,并且降低速度是逐渐加快的,在停留时间为7 h时, pH值已降到7. 0左右. 而进水VFA质量浓度较低,随着时间的延长,废水中VFA质量浓度逐渐升高,当停留时间达到6 h时,VFA质量浓度达到最大值451 mg/L,随后VFA质量浓度便开始下降,标志着废水中水解酸化过程的完成.

有机多聚物不能被微生物直接利用,必须转化为能够透过细胞膜的溶解性物质(通常为单分子或二聚物). 所以,可溶性化过程是复杂多聚有机物厌氧降解的第一步. 乳品废水中含有大量的胶体物质悬浮在水中,进入水解酸化池后,在微生物的作用下,可将不溶性的有机物水解为溶解性的有机物,并去除一部分CODcr ,提高了废水的可生化性,水解酸化池内CODcr质量浓度和废水的可生化性关系见图3所示.

水解速率常数变化曲线如图4所示,从图4中可以看出,在开始的2 h内,水解速率变化最大,及降解速度变化最快,并在1 h时速率常数达到最大值0. 246,在随后时间里,水解速率常数逐渐降低且速度逐渐平缓,即底物浓度对水解降解速率具有决定性作用.

根据乳品废水原水水质分析资料显示,原水中氨氮的值不高,但废水中的蛋白质含有较多的氮素,试验中通过水解酸化池能够很好的将蛋白质分解,从而释放出氨氮,水解酸化池内氨氮浓度变化曲线见图5所示.

综合以上因素,考虑到实际工程的经济因素和水解效果,本试验确定水解酸化池停留时间6 h为最佳停留时间.

2. 2　SBR参数优化与机理研究

采用SBR 工艺处理工业废水,当反应进行到一定程度时,即使延长曝气时间,有一小部分有机物也不能进一步被降解,这部分有机物称为该条件下难降解COD.

由于乳品废水本身的特性,在采用传统好氧工艺处理乳品废水时,很容易发生污泥膨胀现象,造成污泥流失,水质恶化,严重者会导致工艺无法正常运行. 因此解决污泥膨胀问题对生物处理废水是极为重要的. SBR工艺可有效的控制SVI值,从而有效的抑制污泥膨胀. 而SBR池的反应时间的长短直接影响着水中有机物和氨氮的降解程度,决定了出水CODcr质量浓度和氨氮质量浓度的大小.SBR池内CODcr、氨氮去除率曲线如图6 所示. 随着SBR内反应时间的延长, CODcr和氨氮的去除率均逐渐提高,但当停留时间达到4 h以后,CODcr去除率开始下降,而氨氮的去除率则是没有太大的升高, CODcr去除率下降是由于曝气过量,污泥被解体而引起废水中COD值升高的缘故.SBR池在反应过程中有机物的降解速率,受到供氧速率、污泥质量浓度以及有机物质量浓度多方面的影响,氧气的供应是影响有机物降解速率的一个重要因素. 因此本试验探讨了SBR池内CODcr质量浓度变化与溶解氧变化关系如图7所示.降解速率常数变化曲线如图8所示,从图8可以看出,在开始的两个小时内,降解速率变化较大,并在1 h时出现最大值0. 75,即此时有机物降解速率最快,在以后4 h逐渐趋于平稳,则有机物质量浓度的大小影响有机物降解速率.

根据以上试验结果,采用SBR 工艺处理水解池出水的最佳反应时间为4 h左右. 从溶解氧的变化规律以及运行费用来看, SBR池供氧方式可采用渐减曝气更合理,更经济.

2. 3　系统最优条件下处理效果分析

通过试验,当进水CODcr质量浓度为1250～1830 mg/L时,控制水解酸化池污泥质量浓度为6000 mg/L, SBR池污泥质量浓度为4000 mg/L,排出比为1∶2,水解酸化时间6 h和SBR反应时间4 h左右,进出水水质情况见表2.

3　结　论

1)乳品废水采用水解酸化- SBR工艺具有较高的处理效率.

2)水解酸化池的停留时间是对废水的生物降解,提高废水的可生化性具有决定性的作用,并可通过氨基酸发酵提供氨氮给后续好氧工艺. SBR池反应时间是影响CODcr、氨氮去除率的关键,且随反应时间变化,溶解氧呈规律性变化, SBR池供氧方式宜采用渐减曝气的方式.。

3)试验结果表明, 当进水CODcr为1250～1830 mg/L,常温条件下,水解酸化最佳停留时间为6 h, SBR在排除比为1∶2条件下,最佳反应时间为4h, CODc r、BOD、SS总去除率可达90%以上,出水可以达到国家污水综合排放标准( GB 8978—1996)二级排放标准.（作者：孙明东，北京交通大学土建学院市政环境工程系）