湛江市某生物科技有限公司專業(yè)從事紅曲系列產(chǎn)品生產(chǎn)，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的現(xiàn)代化生物發(fā)酵高新技術(shù)企業(yè)。企業(yè)以生產(chǎn)紅曲色素為主，其中紅曲色素的主要原料為大米、黃豆等，經(jīng)紅曲菌液體發(fā)酵培養(yǎng)、提取、濃縮精制而成的優(yōu)質(zhì)天然食用色素，是紅曲菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物。紅曲色素是多種色素的混合物，主要有紅色系和黃色系兩大類。

1、廢水特點(diǎn)

企業(yè)生產(chǎn)廢水中的污染物主要來自產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的發(fā)酵原料、發(fā)酵殘余物、酒精和紅曲色素及廠區(qū)生活污水等，主要廢水來源如下：配料清洗水(COD≤1500mg/L)、發(fā)酵洗罐水(COD≤9000mg/L)、壓濾廢水(COD≤30000mg/L)、壓濾洗機(jī)水(COD≤10000mg/L)、清液洗機(jī)水(COD≤6000mg/L)、濃縮洗機(jī)水(COD≤4000mg/L)、干燥洗塔水(COD≤3000mg/L)、車間清洗水(COD≤1500mg/L)、生活污水(COD≤600mg/L)等。受車間生產(chǎn)工藝的影響，企業(yè)廢水排放不規(guī)律，車間部分工序產(chǎn)生的廢水間歇性排放，且廢水中的污染物濃度波動(dòng)較大。本項(xiàng)目廢水主要污染物為COD、色度、氨氮、懸浮物等，尤其是COD、色度高。根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，綜合調(diào)節(jié)池內(nèi)部的廢水B/C值約0.20~0.25之間，可生化性相對(duì)較差，且有機(jī)污染物穩(wěn)定性高較難降。

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)周期，將企業(yè)生產(chǎn)廢水分為高濃度廢水和其他廢水(含部分生活污水)，其中高濃度廢水水量約100m3/d，主要指標(biāo)：pH3.0~5.0、COD≤21000mg/L、懸浮物≤1500mg/L、色度≤14000；其他廢水水量約200m3/d，主要指標(biāo)：pH6.0~7.0、COD≤2500mg/L、懸浮物≤1500mg/L、色度≤3100。考慮到高濃度廢水pH值偏低、有機(jī)污染物濃度高的情況，該類廢水單獨(dú)設(shè)置儲(chǔ)存池，防止高負(fù)荷進(jìn)水破壞廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)為保證后續(xù)廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，高濃度廢水須調(diào)整pH后再泵入綜合調(diào)節(jié)池，與其他廢水混合均勻水質(zhì)、水量后進(jìn)入后續(xù)廢水處理系統(tǒng)。

2、廢水處理工藝流程

本項(xiàng)目為企業(yè)原廢水處理站的升級(jí)改造工程，最大限度的利用原有處理設(shè)施，以節(jié)省建設(shè)投資。根據(jù)業(yè)主提供的數(shù)據(jù)確定本工程設(shè)計(jì)總處理規(guī)模為300m3/d(含部分生活污水)，廢水處理系統(tǒng)按每天20h運(yùn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

根據(jù)原廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行情況、廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)等分析后確定該企業(yè)廢水處理工程工藝流程如下：

綜合調(diào)節(jié)池一微電解池一混凝沉淀池一氣浮池-中間水池一厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)一厭氧沉淀池-生物接觸氧化池-MBR膜池一深度脫色池一排放渠。

2.1 工藝流程說明

鑒于該企業(yè)車間生產(chǎn)廢水種類不同，且各類廢水污染物濃度、排水周期不同，故必須設(shè)計(jì)綜合調(diào)節(jié)池，以均勻各類廢水的水量和水質(zhì)，避免因水質(zhì)水量的波動(dòng)對(duì)后續(xù)廢水處理系統(tǒng)造成較大的負(fù)荷沖擊。

(1)車間高濃度預(yù)處理廢水(預(yù)沉淀及pH調(diào)整等)和其他廢水在綜合調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)水量的均勻混合后，由提升泵提升至微電解處理系統(tǒng)。

(2)微電解處理工藝通過微電解填料內(nèi)電解產(chǎn)生的電位差對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，主要目的是為了提高廢水的可生化性。同時(shí)微電解系統(tǒng)生成的Fe2+進(jìn)一步氧化成Fe3+，它們的水合物具有較強(qiáng)的吸附-絮凝作用，在加堿調(diào)pH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，可以提高后續(xù)混凝沉淀效果。

(3)微電解系統(tǒng)出水進(jìn)入混凝沉淀池及氣浮處理系統(tǒng)，通過投加堿、混凝劑及絮凝劑，利用混凝作用充分捕獲廢水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)等，并生成大的礬花顆粒，最終通過沉淀或氣浮的作用進(jìn)行泥水分離。

(4)經(jīng)過預(yù)處后的廢水進(jìn)入中間水池，中間水池內(nèi)設(shè)置混合攪拌及pH控制系統(tǒng)，通過在線pH計(jì)的自動(dòng)控制程序，調(diào)整酸堿藥劑投加量保證中間水池的pH值，pH值調(diào)整后再通過提升泵提升至厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)進(jìn)行厭氧反應(yīng)。針對(duì)高濃度有機(jī)廢水，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器是集污泥顆粒化技術(shù)、流化混合技術(shù)、高效循環(huán)技術(shù)、多級(jí)分離技術(shù)于一體的高效厭氧反應(yīng)裝置，厭氧微生物利用廢水中的有機(jī)物質(zhì)作為營養(yǎng)源進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)，可大大降低廢水中的有機(jī)物，并可提高廢水的可生化性。

(5)厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器出水進(jìn)入?yún)捬醭恋沓剡M(jìn)行沉淀處理，沉淀污泥根據(jù)情況回流至厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器或排至污泥處理系統(tǒng)，可避免厭氧污泥的流失(尤其是在受到高負(fù)荷沖擊或者調(diào)試啟動(dòng)階段)。

(6)厭氧沉淀池出水進(jìn)入生物接觸氧化池，接觸氧化池內(nèi)設(shè)計(jì)有絲狀、片狀填料用作生物膜附著床及供氧系統(tǒng)，利用生物膜上微生物的新陳代謝作用，將廢水中以有機(jī)物為主的污染物吸附降解并去除。

(7)生物接觸氧化池出水進(jìn)入MBR膜池進(jìn)行泥水分離，MBR膜利用中空纖維微孔膜的高效截留分離作用代替?zhèn)鹘y(tǒng)生化沉淀池，MBR膜產(chǎn)水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，能夠保證廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的出水效果。

(8)MBR膜池產(chǎn)水進(jìn)入深度脫色池進(jìn)行脫色處理，脫色達(dá)標(biāo)后通過排放渠排放。

2.2 核心處理工藝-厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)

厭氧生物處理技術(shù)具有處理能耗低、處理效果好、污泥產(chǎn)量小、抗沖擊負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)。通過厭氧生物處理過程不僅可以將有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等，對(duì)于難降解的生產(chǎn)廢水，還可以進(jìn)一步提高廢水的可生化性，是一種有效去除有機(jī)污染物并使其礦化的生物處理技術(shù)。

厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器作為一種高效厭氧反應(yīng)器，從結(jié)構(gòu)上看它是由上下兩層UASB疊加串聯(lián)而成，其基本的特點(diǎn)是有很大的高徑比(一般在4~8之間)，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)高度可達(dá)16~25m，有效的減少了用地面積，也是本項(xiàng)目選擇厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器作為核心處理工藝的主要因素之一。厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的進(jìn)水首先進(jìn)入反應(yīng)器底部的第一反應(yīng)室，廢水與反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥接觸混合均勻，廢水中的大部分有機(jī)物在反應(yīng)室內(nèi)被厭氧微生物降解并被轉(zhuǎn)化成沼氣。產(chǎn)生的沼氣在收集管內(nèi)上升的同時(shí)將反應(yīng)器反應(yīng)室內(nèi)的廢水提升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器；在氣液分離器氣水分離后沼氣排出，污水通過回流管回流至第一反應(yīng)器的底部，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的內(nèi)部循環(huán)，同時(shí)保證了反應(yīng)器內(nèi)部的上升流速。正是由于厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)這種內(nèi)循環(huán)的作用，反應(yīng)器調(diào)試啟動(dòng)完成后基本不需要借助外在動(dòng)力進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，大大地降低了廢水處理系統(tǒng)的能耗。

通過前期對(duì)本項(xiàng)目廢水水質(zhì)特性及原廢水處理工程的運(yùn)行情況分析，該企業(yè)生產(chǎn)廢水的有機(jī)污染物濃度高、色度高、可生化性較差，且有機(jī)物降解難度較大，常規(guī)的生化處理系統(tǒng)對(duì)本項(xiàng)目有機(jī)污染物的去除效果較差。針對(duì)本工程廢水以上特點(diǎn)，在有機(jī)污染物降解層面，方案設(shè)計(jì)選擇了高效的厭氧反應(yīng)器。本項(xiàng)目厭氧反應(yīng)器主要設(shè)計(jì)參數(shù)的取值較常規(guī)設(shè)計(jì)值偏低，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷為5.3kgCOD/(m3·d)，最終采用2座厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行的方案，單座反應(yīng)器尺寸3.9mx16.0m。由于厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器啟動(dòng)初期負(fù)荷較低，內(nèi)部沼氣產(chǎn)生量不足，無法滿足氣提作用而形成較大的內(nèi)回流，故反應(yīng)器在啟動(dòng)初期通常需要借助于外在動(dòng)力保證內(nèi)循環(huán)效果。為此厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器共配備3臺(tái)外循環(huán)泵(2用1備)。此外，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器在不同的高度共設(shè)置了7根取樣管，便于觀察反應(yīng)器內(nèi)部污泥性狀、氧化還原電位、溫度等關(guān)鍵性控制指標(biāo)，同時(shí)在反應(yīng)器上安裝ORP計(jì)、PH計(jì)、溫度計(jì)等，用于對(duì)反應(yīng)器內(nèi)厭氧微生物的生長環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)運(yùn)行分析

本項(xiàng)目主要污染物中去除難度最大的是有機(jī)污染物，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的主要作用就是去除廢水中的有機(jī)污染物，所以本文主要分析反應(yīng)器對(duì)有機(jī)污染物的去除效果。反應(yīng)器啟動(dòng)正常運(yùn)營階段，某段時(shí)間厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)出水COD濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及日常運(yùn)營情況分析，反應(yīng)器運(yùn)行的過程指標(biāo)控制非常關(guān)鍵。首先，由于厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)部厭氧微生物對(duì)pH值的要求較為苛刻(一般6.8~7.2之間)，超過最適宜的pH范圍時(shí)，酸性發(fā)酵可能會(huì)超過甲烷發(fā)酵，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)的“酸化”而影響反應(yīng)器的處理效果；故厭氧反應(yīng)器進(jìn)水之前必須對(duì)進(jìn)水中的pH值進(jìn)行控制調(diào)整。根據(jù)對(duì)厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)出水pH值的數(shù)據(jù)分析可知，本項(xiàng)目廢水經(jīng)過厭氧反應(yīng)器處理后pH值會(huì)出現(xiàn)升高的情況。故對(duì)于進(jìn)水中的pH值不宜直接依據(jù)厭氧微生物的最適pH值進(jìn)行控制調(diào)整，應(yīng)當(dāng)以反應(yīng)器內(nèi)部的pH值作為控制標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整反應(yīng)器的進(jìn)水pH值。具體進(jìn)水pH值的控制范圍須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及運(yùn)營數(shù)據(jù)分析確定，本項(xiàng)目為維持反應(yīng)器內(nèi)部厭氧微生物的最適宜pH值范圍，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)水pH值一般控制在6.0~6.5之間。

其次，根據(jù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的氧化還原電位的監(jiān)測(cè)記錄，反應(yīng)器內(nèi)部的氧化還原電位基本位于-300~-380mv之間，保持在產(chǎn)甲烷階段的適宜范圍內(nèi)(一般-150~-400mv)。厭氧系統(tǒng)運(yùn)行期間通過對(duì)反應(yīng)器不同層高污泥性狀取樣分析，并通過顯微鏡分析污泥性狀及微生物生長情況。通過分析檢測(cè)，本項(xiàng)目厭氧反應(yīng)器內(nèi)部污泥呈現(xiàn)絮狀，并未培養(yǎng)出理想中的顆粒化活性污泥，且厭氧活性污泥主要集中于反應(yīng)器的第一反應(yīng)室內(nèi)部，也說明有機(jī)物的降解過程主要發(fā)生于反應(yīng)器的第一反應(yīng)室。該企業(yè)廢水處理站投產(chǎn)運(yùn)營后，其進(jìn)水中的污染物濃度并未達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度值，所以厭氧處理系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷較設(shè)計(jì)工況偏低。根據(jù)部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器對(duì)COD的去除率基本維持在70%~85%之間，平均去除率約78.48%。

4、結(jié)論

首先，綜合分析本項(xiàng)目厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的對(duì)有機(jī)污染物的去除數(shù)據(jù)，反應(yīng)器對(duì)有機(jī)污染物的去除率基本維持在80%左右；不過通過對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部污泥性狀的觀察，調(diào)試運(yùn)營前期反應(yīng)器內(nèi)部并未培養(yǎng)出顆粒化污泥。本工程廢水處理站投產(chǎn)前期進(jìn)水有機(jī)物濃度較設(shè)計(jì)值偏低，但隨著企業(yè)車間生產(chǎn)日益完善，廢水處理站進(jìn)水污染物濃度會(huì)逐步升高；同時(shí)考慮到厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器高效性，筆者認(rèn)為反應(yīng)器相應(yīng)的去除效率將會(huì)進(jìn)一步提高。

其次，從設(shè)計(jì)角度，設(shè)計(jì)參數(shù)取值主要是依據(jù)本項(xiàng)目廢水特點(diǎn)以及前期對(duì)原有廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析而定，從厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的高效性角度而言，本項(xiàng)目厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)取值相對(duì)保守。所以，鑒于工業(yè)廢水復(fù)雜性等情況，對(duì)于厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，不宜單純的依據(jù)理論參數(shù)推導(dǎo)選取，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體企業(yè)實(shí)際的水質(zhì)情況(有機(jī)物濃度、可降解性、有毒有害性等)綜合考慮抉擇，尤其是類似于本項(xiàng)目濃度高，生化性差的生產(chǎn)廢水，必要時(shí)須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果等分析確定設(shè)計(jì)參數(shù)范圍。

再者，從運(yùn)營角度，厭氧微生物雖有較好的抗沖擊負(fù)荷能力，但厭氧微生物同樣有著較為苛刻的生存環(huán)境，一旦厭氧系統(tǒng)出現(xiàn)酸化、污泥流失等情況，反應(yīng)器的處理效果會(huì)急劇下降；而且厭氧系統(tǒng)二次啟動(dòng)時(shí)間較長，會(huì)嚴(yán)重影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)活動(dòng)。尤其是對(duì)于進(jìn)水中污染物濃度、pH值等指標(biāo)波動(dòng)較大的企業(yè)，厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器在運(yùn)行過程中應(yīng)密切檢測(cè)厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)部微生物生長環(huán)境，包括污泥性狀、進(jìn)水水質(zhì)情況、反應(yīng)器內(nèi)部pH值、溫度及氧化還原電位等，以便于及時(shí)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。（來源：廣東省環(huán)境保護(hù)工程研究設(shè)計(jì)院有限公司）