陜西某食品有限公司是一家集食品研發、生產、銷售于一體的大型農業產品深加工基地，公司總部座落在廣東，主要產品包括豆奶粉、燕麥片等。生產廢水主要來源于豆奶粉生產過程中的泡豆燙豆廢水、糖漿車間產生的清洗廢水等，其特性是有機物（蛋白質、淀粉、糖）含量高，易腐敗，但不含有害物質，易降解等，廢水呈弱酸性。針對高濃度易降解有機廢水，其處理工藝已日趨成熟，當前的主要任務在于開發高效、穩定、低耗的處理技術從而降低處理成本。UASB 反應器具有污泥床內生物量多、容積負荷高、去除率高、出水水質穩定等特點，本工程進行了UASB+ 兩級接觸氧化+ 混凝沉淀組合工藝處理高濃度有機廢水的可行性研究。
1 廢水來源及排放標準
豆粉生產廢水900 m3/d，濕法無腥速溶豆奶粉生產過程中需要浸泡大豆、燙豆鈍化，產生泡豆廢水、燙豆廢水。糖蜜廢水100m3/d，淀粉經發酵后生成糖蜜，對糖蜜和淀粉漿的混合物進行過濾、提純后得到成品的糖漿，濾布、管道、容器的清洗即形成糖蜜廢水，該廢水濃度很高且變化大，多集中在上午時段排出。
本工程廢水設計水量擬為1 200 m3/d （考慮20%的設計余量），出水水質執行污水綜合排放標準（GB 8978－1996）排放標準一級標準。廢水設計水質及排放標準見表1。
2 廢水處理工藝流程
2.1 工藝流程
豆粉生產廢水和糖蜜廢水分別由暗渠流入格柵中和池，在格柵池中設有粗細格柵，利用粗細格柵攔截一些大的懸浮顆粒物及隨廢水流出的豆粒，攔截下來的物質通過人工定期清理。由于廢水呈弱酸性，所以廢水進入UASB 反應器之前需要調節pH，本工程設計用氫氧化鈉來調節廢水的堿度，氫氧化鈉的投加由pH 儀和電動閥自動控制。格柵中和池出水進入集水池。豆粉生產廢水經提升進入轉鼓格柵，去除豆粒和細小的豆粉后進入調節池；糖蜜廢水經提升進入氣浮機，利用空氣的浮選去除廢水中的淀粉顆粒，有效降低廢水的難溶有機物濃度后進入調節池。由于各個時段排出的廢水濃度和水量均不相同，故設廢水調節池來調節水質、水量。在廢水調節池中通入空氣攪拌，使廢水混和更加均勻并防止顆粒物沉淀。調節池的后端設計一個加熱池，加熱池中設有蒸汽加熱管，冬天氣溫低時通過蒸汽加熱廢水，保證生化處理系統正常運行時需要的溫度。
調節后的廢水由泵提升至UASB 反應器。UASB 反應器利用該池中生長的兼性菌群在缺氧的條件下，將廢水中的有機物質如蛋白質、淀粉、糖等高分子物質分解成氨基酸、單糖和脂肪酸等小分子的有機物，為后續的好氧生物處理創造條件。UASB反應器配水采用脈沖布水器布水，能加大進液管的瞬時流量，有效解決進液管的堵塞、布水的均勻性和反應器內充分傳質之間的矛盾；能依靠脈沖水力來攪拌厭氧污泥來強化傳質過程及承托起懸浮污泥層，不受水力條件影響，使產生的沼氣受脈沖攪拌的影響而及時的分離出去；能通過脈沖布水間歇攪拌污泥，使污泥不斷進行上升- 下降過程，加快顆粒污泥的形成，提高反應器的處理效率。
UASB 反應器出水自流進入兩級接觸氧化池，有效去除COD 和NH3-N。在一級接觸氧化池后增設生化沉淀池，一級接觸氧化池出水在生化沉淀池中進行泥水分離，污泥通過污泥泵全部回流至UASB 反應器。通過污泥回流能增加UASB 反應器的污泥濃度，硝解廢水中的氨氮并降低后序處理工序的污泥處理負荷。生化沉淀池出水進入二級接觸氧化池，二級接觸氧化池在不同的有機物種類和濃度條件下，可培育出與一級接觸氧化池不同的優勝菌群，更能發揮好氧菌的處理效率。二級接觸氧化池出水在后續的物化沉淀池中進行混凝沉淀處理，出水進入清水池通過計量槽排入城市下水道。
2.2 主要構筑物及設計參數
格柵中和池：鋼混結構，尺寸為3.8 m×1.0 m×1.0 m（2 座）；
調節池：鋼混結構，尺寸為12.1 m×7.0 m×4.0 m（1 座），HRT 為6.0 h；
UASB 反應器：鋼混結構，尺寸為12.0 m×7.3m×6.5 m（2 座），有效容積1 000 m3，COD 容積負荷6.0 kg/(m3·d)，HRT 為20.0 h；
一級接觸氧化池：鋼混結構，尺寸為14.9m×4.5m×5.7 m（3 座），9.1 m×4.5 m×5.7 m（1 座），有效容積1 283 m3，BOD5容積負荷1.32 kg/ (m3·d)，HRT 為25.6 h，組合填料970 m3（填料高度4 m）；
生化沉淀池：鋼混結構，尺寸為5.5 m×4.5 m×5.7 m（1 座），表面負荷2 m3/(m2·h)，有效沉淀面積25 m2；
二級接觸氧化池：鋼混結構，尺寸為14.9 m×3.6m×5.3 m（2 座），有效容積536 m3，BOD5容積負荷0.5 kg/(m3·d)，HRT 為10.72 h，組合填料320 m3（填料高度3 m）；
物化沉淀池：鋼混結構，尺寸為12.9 m×4.5 m×5.0 m（1 座），表面負荷1.0 m3/(m2·h)，有效沉淀面積52 m2，內置Φ50PVC 斜管填料；
清水池：鋼混結構，尺寸為4.5 m×1.7 m×5.0 m（1 座），有效容積33.6 m3；
污泥濃縮池：鋼混結構，尺寸為3.0 m×3.0 m×5.0 m（2 座），有效容積84 m3。
3 工程調試運行
UASB反應器調試的核心內容是顆粒污泥的馴化、培養。UASB 反應器投入運行前必須進行充水實驗和氣密性實驗。實驗完成后選用同類廢水同一溫度范圍的污泥（中溫污泥）進行接種，接種污泥濃度按20 kg/m3 計算，將含水率為80%的接種污泥100 t經篩濾稀釋后，用污泥泵均勻輸送到UASB 反應器。馴化過程中反應器內反應液的溫度控制在（35±2）℃，反應液的pH 控制在6.8～7.2，出水VFA 控制在3mmol/L 以下，營養物質按C:N:P=(350~500):5:1 的比例投加。UASB 反應器的啟動和污泥的顆粒化分3個階段：反應器COD 負荷低于2 kg/(m3·d)的初始階段；反應器COD 負荷升至2～5 kg/(m3·d)的啟動階段；反應器COD 負荷超過5 kg/(m3·d)以后的階段。初始階段UASB 反應器COD 負荷由0.1 kg/(m3·d)開始，廢水采用出水回流稀釋后進液（COD 進水控制在2 000 mg/L 以下），廢水水力停留時間24 h，以鏡檢結果和COD 去除率達80%以上作為負荷增加的依據，通過降低進水稀釋比每次增加負荷20%～30%，逐步增加至設計負荷。運行過程中嚴格控制pH、溫度、COD、VFA 等參數，根據參數值及時調整進水水量、濃度，保持穩定運行。
兩級生物接觸氧化池與UASB 反應器同時啟動，接種污泥濃度按4 kg/m3 計算，共投加含水率為80%的接種污泥36 t，悶曝48 h 后接受UASB 反應器出水，連續進水。營養物質按C:N:P=100:5:1 的比例投加，控制池內溶解氧為2～4 mg/L。生化處理系統啟動3 個月后基本穩定，此時接觸氧化池填料上形成一層灰白色的生物膜，膜上的微生物主要有纖毛蟲、鐘蟲等原生生物和輪蟲等后生生物。
混凝沉淀單元運行參數的優化對于污水處理成本的控制具有重要意義。混凝沉淀系統調試的主要工作為通過大量的試驗來確定PAC、PAM 的最佳投加量從而達到最優化處理效果。經調試，PAC（配制質量分數10%）的最佳投加量為20～50 mg/L，PAM（配制濃度1‰）的最佳投加量為1～5 mg/L。
經過3 個月的調試，系統調試成功并投入正常運行，經監測外排廢水水質全部符合GB 8978－1996排放標準一級標準。穩定運行后系統對COD、BOD5處理效果分別見圖2 和圖3。由圖2 可以看出，UASB反應器進水COD 平均為4 571 mg/L，經過系統處理后UASB 反應器出水COD 平均為1 386 mg/L，二級接觸氧化池出水COD 平均為71 mg/L，混凝沉淀池出水COD 平均為64 mg/L，COD 總去除率為98.61%。由圖3 可以看出，UASB 反應器進水平均BOD5為2 363 mg/L，經過系統處理后UASB 反應器出水BOD5平均為704 mg/L，二級接觸氧化池出水BOD5平均為25 mg/L，混凝沉淀池出水BOD5平均為20 mg/L，BOD5總去除率為99.17%。
穩定運行后系統對SS、NH3-N 處理效果分別見圖4 和圖5。由圖4 可以看出，UASB 反應器進水SS平均質量濃度為628 mg/L，經過系統處理后UASB反應器出水SS 平均質量濃度為393 mg/L，去除率為37.45%，主要歸功于反應器中產酸細菌胞外水解酶能將復雜的不溶性有機物轉化為簡單的溶解性單體或二聚體；二級接觸氧化池出水SS 平均質量濃度為385 mg/L，較低的SS 去除率歸功于接觸氧化池中的彈性組合填料對懸浮顆粒的吸附、截留作用；混凝沉淀池出水SS 平均質量濃度為39 mg/L，系統對SS 的總去除率為93.85%。由圖5 可以看出，UASB 反應器進水NH3-N 平均質量濃度為36mg/L，經過系統處理后UASB 反應器出水NH3-N 平均質量濃度為44 mg/L，因為UASB 反應器出水NH3-N 質量濃度是有機氮氨化增加和NH3-N 同化減少二者平衡的結果，由于豆制品加工廢水中蛋白質含量較高，故UASB 反應器出水NH3-N 質量濃度反而有所增加；二級接觸氧化池出水NH3-N 平均質量濃度為9 mg/L，NH3-N 去除率較高為79.56%，歸功于接觸氧化池內生物膜內部溶解氧濃度梯度的存在和異養硝化菌、反硝化聚磷菌等的新陳代謝所導致的同步硝化反硝化作用；混凝沉淀池對NH3-N的去除效果忽略不計。
4 工程投資及運行成本分析
該廢水處理工程投資為291.9 萬元，其中土建投資為135.4 萬元、設備投資為127.4 萬元、其他費用（設計、安裝、調試等）為29.1 萬元。不計折舊及維修費，廢水處理直接運行成本為1.23 元/m3，含電費0.86 元/m3，人工費0.12 元/m3，藥劑費0.25 元/m3。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
5 結論
采用UASB+ 兩級接觸氧化+ 混凝沉淀能有效處理豆制品加工廢水，噸水處理直接運行成本為1.23 元/m3，出水平均COD、BOD5為64、20 mg/L；SS、NH3-N平均質量濃度為39、9 mg/L，出水水質達到GB 8978－1996 排放標準一級標準。
