CAAC工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水
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笔者在 MBBR 和 AAC 反应器的基础上，基于流 离和多相生物反应原 理，设 计 了 连 续 化 好 氧 － 厌 氧 耦合（ Continuous Aerobic-Anaerobic Coupled，CAAC） 反应器. 在 CAAC 反应器中废水先经过 MBBR 进行 有机物的 高 效 去 除，然 后 再 进 入 后 续 的 AAC 反 应 器，通过环境条件的 改 变 以 强 化 微 生 物 的 内 源 呼 吸 作用，厌氧消化，在 去 除 废 水 中 有 机 污 染 物 的 同 时， 实现剩余污泥的减量化.
FU Wei-chao1 ，WU Shi-han2 ，ZHU Yi1 ，LI Xiao-xia2 ，WANG Jin-mei1 ，LI Chun2
1. Key Laboratory for Green Processing of Chemical Engineering of Xinjiang Bingtuan，College of Food Science，Shihezi University， Shihezi 832003，China
2. Department of Biological Engineering，School of Life Science，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China
Abstract： To meet the demands of the treatment of wastewater from the soybean further processing industry，a continuous aerobicanaerobic coupled （ CAAC） process composed of moving bed biofilm reactor （ MBBR） and AAC reactor was designed. The CAAC process achieved contamination removal and excess sludge reduction of anaerobic effluents from synthetic soybean deep processing wastewater through changing environmental conditions in different reactors along the flow of the stream. When the hydraulic retention time （ HRT） was longer than or equal to 1. 3 d，ρ（ CODCr ） was below 50 mg / L in the effluent and the removal rate of CODCr reached 95% . ρ（ MLSS） in the effluent was controlled between 0-15 mg / L stably. During 301 days of continuous operation，a discharging sludge was completed and the observed yield of sludge was 0. 1571，which was only 31. 4% that of the activated sludge process. The CAAC process showed excellent excess sludge reduction. Key words： wastewater treatment； excess sludge reduction； continuous aerobic-anaerobic coupled （ CAAC）
置曝气装置. CAAC 反应器各区域的 ρ（ DO） 见图 2. 由图 2 可 见，1 区 ρ（ DO） 为 4. 4 ～ 4. 8 mg / L，2 区 为 0 ～ 0. 6 mg / L，3 区为 0 ～ 0. 2 mg / L，4 区为 3. 4 ～ 3. 5 mg / L. CAAC 反应器各区域的 pH 如图 3 所示.
大豆深加工生产过程中会产生大量的有机废 水 ，这 些 废 水 富 含 大 分 子 的 蛋 白 质 ，以 及 小 分 子 的 寡 糖、有机酸和盐类等，极易腐 败，BOD5 和 CODCr 指 标 严 重 超 标，其 中 ρ（ CODCr ） 高 达 5 000 ～ 20 000 mg / L［1］. 鉴于大 豆 深 加 工 废 水 的 性 质，工 业 上 一 般 先采用厌氧折流 板 反 应 器 （ ABR） 、上 流 式 厌 氧 污 泥
移 动 床 生 物 膜 反 应 器 （ Moving Bed Biofilm
第7期
付伟超等：CAAC 工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水
965
Reactor，MBBR） 是 生 物 膜 反 应 器 的 一 种，其 既 具 有 传统生物膜法耐负 荷、污 泥 龄 长、剩 余 污 泥 少、无 污 泥膨胀现象发生的 优 点，又 具 有 活 性 污 泥 法 的 高 效 性 和 运 转 灵 活 性 ，被 广 泛 应 用 于 生 活 污 水 以 及 食 品 、 化工、纺织 和 炼 油［8］等 高 浓 度 有 机 废 水 的 处 理. 课 题组前期开发的好氧 － 厌氧耦合（ Aerobic-Anaerobic Coupled，AAC） 工艺，将好氧和厌 氧 处 理 耦 合 在 同 一 反应器中［9］，该工艺 处 理 番 茄 酱 加 工 有 机 废 水 效 果 良 好，CODCr 去 除 率 为 93. 08% ，BOD5 去 除 率 为 95. 81% ，SS 去 除 率 为 98% ，出 水 符 合《城 镇 污 水 处 理厂污染物 排 放 标 准 》（ GB18918—2002 ） 二 级 标 准 〔ρ（ CODCr ） ，ρ（ BOD5 ） 和 ρ（ SS） 限 值 分 别 为 100，30 和 30 mg / L 〕，且 经 过 1 a 的 运 行，未 排 放 剩 余 污 泥 . ［10-11］
除和剩余污泥减量化. 试验采用模拟大豆深加工废水厌氧出水进行处理，水力停留时间（ HRT） ≥1. 3 d 时，出 水 ρ（ CODCr ） 保 持 在 50 mg / L以下，CODCr 去除率为 95% ，出水ρ（ MLSS） 保 持 在 0 ～ 15 mg / L. 经 过 301 d 的 试 验，仅 排 放 污 泥 1 次，表 观 污 泥 产 率 为0. 157 1，为活性污泥法的 31. 4BBR） ； 2—缺氧区； 3—厌氧区； 4—好氧区 图 1 试验装置流程
Fig. 1 Experimental setup flowchart
表 1 BioM TM 载体主要技术参数 Table 1 Main technical parameters of BioMTM carrier
关键词： 废水处理； 剩余污泥减量化； 连续化好氧 － 厌氧耦合
中图分类号： X703
文献标志码： A
文章编号： 1001 － 6929（2010）07 － 0964 － 06
Treatment of Anaerobic Effluents from Synthetic Soybean Deep Processing Wastewater by Continuous Aerobic-anaerobic Coupled Process
在生物法除磷工艺中起主要作用的聚磷菌大部分是在好氧的条件下过量地吸收磷在厌氧和缺氧的条件下释放磷磷的去除必须在好氧阶段进行固体污泥的排放才能实现1718caac工艺的一个重要目标是在实现有机物去除的同时进行剩余污泥减量化由于系统的污泥产量很低因此该工艺剩余污泥的减量化和除磷是一个矛盾这与chu19用臭氧技术进行污泥减量所得结论一致
转化 与 催 化 工 程、水 体 污 染 控 制 理 论 与 生 物 过 程 的 研 究 ，
lichun@ bit. edu. cn
床反应器（ UASB ） 及 内 循 环 反 应 器 （ IC ）［2-3］等 进 行 厌氧预处理. 通过厌氧预处理虽然能有效去除废水 中的 有 机 物，但 出 水 ρ（ NH4 + -N） 仍 高 达 40 ～ 50 mg / L，ρ（ CODCr ） 为1 200 ～ 1 500 mg / L［2，4-5］，因 此 必 须进行后续处理才能达标排放. 活性污泥法作为一 种好氧后处 理 方 法，具 有 工 艺 简 单、操 作 简 便 等 特 点，因此应用最为广泛. 但是该方法会产生大量的剩 余污泥，易造成二 次 污 染；同 时，剩 余 污 泥 后 续 处 理 处置费用 较 高，约 占 整 个 工 艺 运 行 成 本 的 40% ～ 60% . ［6-7］ 为降低污水处 理 成 本，在 处 理 废 水 的 同 时 减少剩 余 污 泥 的 产 量，成 为 污 水 处 理 技 术 的 热 点 问题.
在 AAC 反应器内放置工业炉渣作为载体形成 固定床，该 载 体 直 径 约 3 ～ 5 cm，具 有 多 孔 结 构，孔 隙率达 50% ～ 60% ，比表面 积 较 大，表 面 能 高，炉 渣 中残 炭 的 含 量 达 10% ～ 30% ［10］，这 将 有 利 于 微 生 物的 附 着 和 生 长，形 成 生 物 膜. 其 中，缺 氧 区 （2 区 ） 和厌氧 区 （ 3 区 ） 的 载 体 填 充 率 为 100% ，好 氧 区 （ 4 区） 的载体填充率为 80% ，底部悬空，同时在一侧设
高 / mm 直径 / mm 厚度 / mm 密度 / （ kg / m3 ） 比表面积 / （ m2 / m3 ）
收稿日期： 2010 － 01 － 07
修订日期： 2010 － 02 － 28
基金项目： 国家水体污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 项 目 （2008ZX07207 －
003 － 3）
作者简介： 付伟超（1981 － ） ，男，河南新密人，fuweichao@ tom. com.
* 责任作者，李春（1970 － ） ，男，北 京 人，教 授，博 士，主 要 从 事 生 物
第 23 卷 第 7 期 2010 年 7 月
环境科学研究 Research of Environmental Sciences
Vol. 23，No. 7 July，2010
CAAC 工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水
付伟超1 ，吴世晗2 ，朱 毅1 ，李晓霞2 ，王金梅1 ，李 春2*
1. 石河子大学食品学院，新疆兵团化工绿色过程重点实验室，新疆 石河子 832003 2. 北京理工大学生命学院生物工程系，北京 100081
摘要： 为满足大豆深加工行业废水处理的需要，结合好氧 － 厌 氧 耦 合 （ AAC） 工 艺 和 移 动 床 生 物 膜 反 应 器 （ MBBR） ，研 发 了 连
续化好氧 － 厌氧耦合（ CAAC） 工艺. 该工艺通过水流方向上交替 改 变 的 环 境 条 件，实 现 大 豆 深 加 工 废 水 厌 氧 出 水 污 染 物 的 去
1 试验方法
1. 1 试验装置及流程 CAAC 反应器由 MBBR 和 AAC 反应器组成（ 如
图 1 所示） ，整 个 反 应 器 的 总 有 效 体 积 为 28. 89 L. 其中，MBBR 的 有 效 体 积 为 8. 19 L，采 用 大 连 宇 都 BioMTM 悬浮填 料，填 充 率 为 30% ，载 体 主 要 技 术 参 数见表 1；AAC 反应器的有效体积为 20. 7 L，反应器 内部设置挡板 2 块，将反应器等分成 3 个区域（ 见图 1 中的 2 区，3 区和 4 区） . 污水从储罐通过蠕动泵从 MBBR（1 区 ） 底 部 进 水 口 进 入，经 过 高 效 好 氧 处 理 后从 MBBR 顶部出水 口 流 出，进 入 AAC 反 应 器，废 水流经 2 区，3 区和 4 区处 理 后，由 4 区 出 水 口 直 接 排出. 装置运行启动初期进行间歇式操作，待各段生 物膜形成后进行连续化处理.
FU Wei-chao1 ，WU Shi-han2 ，ZHU Yi1 ，LI Xiao-xia2 ，WANG Jin-mei1 ，LI Chun2
1. Key Laboratory for Green Processing of Chemical Engineering of Xinjiang Bingtuan，College of Food Science，Shihezi University， Shihezi 832003，China
2. Department of Biological Engineering，School of Life Science，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China
Abstract： To meet the demands of the treatment of wastewater from the soybean further processing industry，a continuous aerobicanaerobic coupled （ CAAC） process composed of moving bed biofilm reactor （ MBBR） and AAC reactor was designed. The CAAC process achieved contamination removal and excess sludge reduction of anaerobic effluents from synthetic soybean deep processing wastewater through changing environmental conditions in different reactors along the flow of the stream. When the hydraulic retention time （ HRT） was longer than or equal to 1. 3 d，ρ（ CODCr ） was below 50 mg / L in the effluent and the removal rate of CODCr reached 95% . ρ（ MLSS） in the effluent was controlled between 0-15 mg / L stably. During 301 days of continuous operation，a discharging sludge was completed and the observed yield of sludge was 0. 1571，which was only 31. 4% that of the activated sludge process. The CAAC process showed excellent excess sludge reduction. Key words： wastewater treatment； excess sludge reduction； continuous aerobic-anaerobic coupled （ CAAC）
置曝气装置. CAAC 反应器各区域的 ρ（ DO） 见图 2. 由图 2 可 见，1 区 ρ（ DO） 为 4. 4 ～ 4. 8 mg / L，2 区 为 0 ～ 0. 6 mg / L，3 区为 0 ～ 0. 2 mg / L，4 区为 3. 4 ～ 3. 5 mg / L. CAAC 反应器各区域的 pH 如图 3 所示.
大豆深加工生产过程中会产生大量的有机废 水 ，这 些 废 水 富 含 大 分 子 的 蛋 白 质 ，以 及 小 分 子 的 寡 糖、有机酸和盐类等，极易腐 败，BOD5 和 CODCr 指 标 严 重 超 标，其 中 ρ（ CODCr ） 高 达 5 000 ～ 20 000 mg / L［1］. 鉴于大 豆 深 加 工 废 水 的 性 质，工 业 上 一 般 先采用厌氧折流 板 反 应 器 （ ABR） 、上 流 式 厌 氧 污 泥
移 动 床 生 物 膜 反 应 器 （ Moving Bed Biofilm
第7期
付伟超等：CAAC 工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水
965
Reactor，MBBR） 是 生 物 膜 反 应 器 的 一 种，其 既 具 有 传统生物膜法耐负 荷、污 泥 龄 长、剩 余 污 泥 少、无 污 泥膨胀现象发生的 优 点，又 具 有 活 性 污 泥 法 的 高 效 性 和 运 转 灵 活 性 ，被 广 泛 应 用 于 生 活 污 水 以 及 食 品 、 化工、纺织 和 炼 油［8］等 高 浓 度 有 机 废 水 的 处 理. 课 题组前期开发的好氧 － 厌氧耦合（ Aerobic-Anaerobic Coupled，AAC） 工艺，将好氧和厌 氧 处 理 耦 合 在 同 一 反应器中［9］，该工艺 处 理 番 茄 酱 加 工 有 机 废 水 效 果 良 好，CODCr 去 除 率 为 93. 08% ，BOD5 去 除 率 为 95. 81% ，SS 去 除 率 为 98% ，出 水 符 合《城 镇 污 水 处 理厂污染物 排 放 标 准 》（ GB18918—2002 ） 二 级 标 准 〔ρ（ CODCr ） ，ρ（ BOD5 ） 和 ρ（ SS） 限 值 分 别 为 100，30 和 30 mg / L 〕，且 经 过 1 a 的 运 行，未 排 放 剩 余 污 泥 . ［10-11］
除和剩余污泥减量化. 试验采用模拟大豆深加工废水厌氧出水进行处理，水力停留时间（ HRT） ≥1. 3 d 时，出 水 ρ（ CODCr ） 保 持 在 50 mg / L以下，CODCr 去除率为 95% ，出水ρ（ MLSS） 保 持 在 0 ～ 15 mg / L. 经 过 301 d 的 试 验，仅 排 放 污 泥 1 次，表 观 污 泥 产 率 为0. 157 1，为活性污泥法的 31. 4BBR） ； 2—缺氧区； 3—厌氧区； 4—好氧区 图 1 试验装置流程
Fig. 1 Experimental setup flowchart
表 1 BioM TM 载体主要技术参数 Table 1 Main technical parameters of BioMTM carrier
关键词： 废水处理； 剩余污泥减量化； 连续化好氧 － 厌氧耦合
中图分类号： X703
文献标志码： A
文章编号： 1001 － 6929（2010）07 － 0964 － 06
Treatment of Anaerobic Effluents from Synthetic Soybean Deep Processing Wastewater by Continuous Aerobic-anaerobic Coupled Process
在生物法除磷工艺中起主要作用的聚磷菌大部分是在好氧的条件下过量地吸收磷在厌氧和缺氧的条件下释放磷磷的去除必须在好氧阶段进行固体污泥的排放才能实现1718caac工艺的一个重要目标是在实现有机物去除的同时进行剩余污泥减量化由于系统的污泥产量很低因此该工艺剩余污泥的减量化和除磷是一个矛盾这与chu19用臭氧技术进行污泥减量所得结论一致
转化 与 催 化 工 程、水 体 污 染 控 制 理 论 与 生 物 过 程 的 研 究 ，
lichun@ bit. edu. cn
床反应器（ UASB ） 及 内 循 环 反 应 器 （ IC ）［2-3］等 进 行 厌氧预处理. 通过厌氧预处理虽然能有效去除废水 中的 有 机 物，但 出 水 ρ（ NH4 + -N） 仍 高 达 40 ～ 50 mg / L，ρ（ CODCr ） 为1 200 ～ 1 500 mg / L［2，4-5］，因 此 必 须进行后续处理才能达标排放. 活性污泥法作为一 种好氧后处 理 方 法，具 有 工 艺 简 单、操 作 简 便 等 特 点，因此应用最为广泛. 但是该方法会产生大量的剩 余污泥，易造成二 次 污 染；同 时，剩 余 污 泥 后 续 处 理 处置费用 较 高，约 占 整 个 工 艺 运 行 成 本 的 40% ～ 60% . ［6-7］ 为降低污水处 理 成 本，在 处 理 废 水 的 同 时 减少剩 余 污 泥 的 产 量，成 为 污 水 处 理 技 术 的 热 点 问题.
在 AAC 反应器内放置工业炉渣作为载体形成 固定床，该 载 体 直 径 约 3 ～ 5 cm，具 有 多 孔 结 构，孔 隙率达 50% ～ 60% ，比表面 积 较 大，表 面 能 高，炉 渣 中残 炭 的 含 量 达 10% ～ 30% ［10］，这 将 有 利 于 微 生 物的 附 着 和 生 长，形 成 生 物 膜. 其 中，缺 氧 区 （2 区 ） 和厌氧 区 （ 3 区 ） 的 载 体 填 充 率 为 100% ，好 氧 区 （ 4 区） 的载体填充率为 80% ，底部悬空，同时在一侧设
高 / mm 直径 / mm 厚度 / mm 密度 / （ kg / m3 ） 比表面积 / （ m2 / m3 ）
收稿日期： 2010 － 01 － 07
修订日期： 2010 － 02 － 28
基金项目： 国家水体污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 项 目 （2008ZX07207 －
003 － 3）
作者简介： 付伟超（1981 － ） ，男，河南新密人，fuweichao@ tom. com.
* 责任作者，李春（1970 － ） ，男，北 京 人，教 授，博 士，主 要 从 事 生 物
第 23 卷 第 7 期 2010 年 7 月
环境科学研究 Research of Environmental Sciences
Vol. 23，No. 7 July，2010
CAAC 工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水
付伟超1 ，吴世晗2 ，朱 毅1 ，李晓霞2 ，王金梅1 ，李 春2*
1. 石河子大学食品学院，新疆兵团化工绿色过程重点实验室，新疆 石河子 832003 2. 北京理工大学生命学院生物工程系，北京 100081
摘要： 为满足大豆深加工行业废水处理的需要，结合好氧 － 厌 氧 耦 合 （ AAC） 工 艺 和 移 动 床 生 物 膜 反 应 器 （ MBBR） ，研 发 了 连
续化好氧 － 厌氧耦合（ CAAC） 工艺. 该工艺通过水流方向上交替 改 变 的 环 境 条 件，实 现 大 豆 深 加 工 废 水 厌 氧 出 水 污 染 物 的 去
1 试验方法
1. 1 试验装置及流程 CAAC 反应器由 MBBR 和 AAC 反应器组成（ 如
图 1 所示） ，整 个 反 应 器 的 总 有 效 体 积 为 28. 89 L. 其中，MBBR 的 有 效 体 积 为 8. 19 L，采 用 大 连 宇 都 BioMTM 悬浮填 料，填 充 率 为 30% ，载 体 主 要 技 术 参 数见表 1；AAC 反应器的有效体积为 20. 7 L，反应器 内部设置挡板 2 块，将反应器等分成 3 个区域（ 见图 1 中的 2 区，3 区和 4 区） . 污水从储罐通过蠕动泵从 MBBR（1 区 ） 底 部 进 水 口 进 入，经 过 高 效 好 氧 处 理 后从 MBBR 顶部出水 口 流 出，进 入 AAC 反 应 器，废 水流经 2 区，3 区和 4 区处 理 后，由 4 区 出 水 口 直 接 排出. 装置运行启动初期进行间歇式操作，待各段生 物膜形成后进行连续化处理.