陕西某食品有限公司是一家集食品研发、生产、销售于一体的大型农业产品深加工基地，公司总部座落在广东，主要产品包括豆奶粉、燕麦片等。生产废水主要来源于豆奶粉生产过程中的泡豆烫豆废水、糖浆车间产生的清洗废水等，其特性是有机物（蛋白质、淀粉、糖）含量高，易腐败，但不含有害物质，易降解等，废水呈弱酸性。针对高浓度易降解有机废水，其处理工艺已日趋成熟，当前的主要任务在于开发高效、稳定、低耗的处理技术从而降低处理成本。UASB 反应器具有污泥床内生物量多、容积负荷高、去除率高、出水水质稳定等特点，本工程进行了UASB+ 两级接触氧化+ 混凝沉淀组合工艺处理高浓度有机废水的可行性研究。
1 废水来源及排放标准
豆粉生产废水900 m3/d，湿法无腥速溶豆奶粉生产过程中需要浸泡大豆、烫豆钝化，产生泡豆废水、烫豆废水。糖蜜废水100m3/d，淀粉经发酵后生成糖蜜，对糖蜜和淀粉浆的混合物进行过滤、提纯后得到成品的糖浆，滤布、管道、容器的清洗即形成糖蜜废水，该废水浓度很高且变化大，多集中在上午时段排出。
本工程废水设计水量拟为1 200 m3/d （考虑20%的设计余量），出水水质执行污水综合排放标准（GB 8978－1996）排放标准一级标准。废水设计水质及排放标准见表1。
2 废水处理工艺流程
2.1 工艺流程
豆粉生产废水和糖蜜废水分别由暗渠流入格栅中和池，在格栅池中设有粗细格栅，利用粗细格栅拦截一些大的悬浮颗粒物及随废水流出的豆粒，拦截下来的物质通过人工定期清理。由于废水呈弱酸性，所以废水进入UASB 反应器之前需要调节pH，本工程设计用氢氧化钠来调节废水的碱度，氢氧化钠的投加由pH 仪和电动阀自动控制。格栅中和池出水进入集水池。豆粉生产废水经提升进入转鼓格栅，去除豆粒和细小的豆粉后进入调节池；糖蜜废水经提升进入气浮机，利用空气的浮选去除废水中的淀粉颗粒，有效降低废水的难溶有机物浓度后进入调节池。由于各个时段排出的废水浓度和水量均不相同，故设废水调节池来调节水质、水量。在废水调节池中通入空气搅拌，使废水混和更加均匀并防止颗粒物沉淀。调节池的后端设计一个加热池，加热池中设有蒸汽加热管，冬天气温低时通过蒸汽加热废水，保证生化处理系统正常运行时需要的温度。
调节后的废水由泵提升至UASB 反应器。UASB 反应器利用该池中生长的兼性菌群在缺氧的条件下，将废水中的有机物质如蛋白质、淀粉、糖等高分子物质分解成氨基酸、单糖和脂肪酸等小分子的有机物，为后续的好氧生物处理创造条件。UASB反应器配水采用脉冲布水器布水，能加大进液管的瞬时流量，有效解决进液管的堵塞、布水的均匀性和反应器内充分传质之间的矛盾；能依靠脉冲水力来搅拌厌氧污泥来强化传质过程及承托起悬浮污泥层，不受水力条件影响，使产生的沼气受脉冲搅拌的影响而及时的分离出去；能通过脉冲布水间歇搅拌污泥，使污泥不断进行上升- 下降过程，加快颗粒污泥的形成，提高反应器的处理效率。
UASB 反应器出水自流进入两级接触氧化池，有效去除COD 和NH3-N。在一级接触氧化池后增设生化沉淀池，一级接触氧化池出水在生化沉淀池中进行泥水分离，污泥通过污泥泵全部回流至UASB 反应器。通过污泥回流能增加UASB 反应器的污泥浓度，硝解废水中的氨氮并降低后序处理工序的污泥处理负荷。生化沉淀池出水进入二级接触氧化池，二级接触氧化池在不同的有机物种类和浓度条件下，可培育出与一级接触氧化池不同的优胜菌群，更能发挥好氧菌的处理效率。二级接触氧化池出水在后续的物化沉淀池中进行混凝沉淀处理，出水进入清水池通过计量槽排入城市下水道。
2.2 主要构筑物及设计参数
格栅中和池：钢混结构，尺寸为3.8 m×1.0 m×1.0 m（2 座）；
调节池：钢混结构，尺寸为12.1 m×7.0 m×4.0 m（1 座），HRT 为6.0 h；
UASB 反应器：钢混结构，尺寸为12.0 m×7.3m×6.5 m（2 座），有效容积1 000 m3，COD 容积负荷6.0 kg/（m3·d），HRT 为20.0 h；
一级接触氧化池：钢混结构，尺寸为14.9m×4.5m×5.7 m（3 座），9.1 m×4.5 m×5.7 m（1 座），有效容积1 283 m3，BOD5容积负荷1.32 kg/ （m3·d），HRT 为25.6 h，组合填料970 m3（填料高度4 m）；
生化沉淀池：钢混结构，尺寸为5.5 m×4.5 m×5.7 m（1 座），表面负荷2 m3/（m2·h），有效沉淀面积25 m2；
二级接触氧化池：钢混结构，尺寸为14.9 m×3.6m×5.3 m（2 座），有效容积536 m3，BOD5容积负荷0.5 kg/（m3·d），HRT 为10.72 h，组合填料320 m3（填料高度3 m）；
物化沉淀池：钢混结构，尺寸为12.9 m×4.5 m×5.0 m（1 座），表面负荷1.0 m3/（m2·h），有效沉淀面积52 m2，内置Φ50PVC 斜管填料；
清水池：钢混结构，尺寸为4.5 m×1.7 m×5.0 m（1 座），有效容积33.6 m3；
污泥浓缩池：钢混结构，尺寸为3.0 m×3.0 m×5.0 m（2 座），有效容积84 m3。
3 工程调试运行
UASB反应器调试的核心内容是颗粒污泥的驯化、培养。UASB 反应器投入运行前必须进行充水实验和气密性实验。实验完成后选用同类废水同一温度范围的污泥（中温污泥）进行接种，接种污泥浓度按20 kg/m3 计算，将含水率为80%的接种污泥100 t经筛滤稀释后，用污泥泵均匀输送到UASB 反应器。驯化过程中反应器内反应液的温度控制在（35±2）℃，反应液的pH 控制在6.8～7.2，出水VFA 控制在3mmol/L 以下，营养物质按C:N:P=（350～500）:5:1 的比例投加。UASB 反应器的启动和污泥的颗粒化分3个阶段：反应器COD 负荷低于2 kg/（m3·d）的初始阶段；反应器COD 负荷升至2～5 kg/（m3·d）的启动阶段；反应器COD 负荷超过5 kg/（m3·d）以后的阶段。初始阶段UASB 反应器COD 负荷由0.1 kg/（m3·d）开始，废水采用出水回流稀释后进液（COD 进水控制在2 000 mg/L 以下），废水水力停留时间24 h，以镜检结果和COD 去除率达80%以上作为负荷增加的依据，通过降低进水稀释比每次增加负荷20%～30%，逐步增加至设计负荷。运行过程中严格控制pH、温度、COD、VFA 等参数，根据参数值及时调整进水水量、浓度，保持稳定运行。
两级生物接触氧化池与UASB 反应器同时启动，接种污泥浓度按4 kg/m3 计算，共投加含水率为80%的接种污泥36 t，闷曝48 h 后接受UASB 反应器出水，连续进水。营养物质按C:N:P=100:5:1 的比例投加，控制池内溶解氧为2～4 mg/L。生化处理系统启动3 个月后基本稳定，此时接触氧化池填料上形成一层灰白色的生物膜，膜上的微生物主要有纤毛虫、钟虫等原生生物和轮虫等后生生物。
混凝沉淀单元运行参数的优化对于污水处理成本的控制具有重要意义。混凝沉淀系统调试的主要工作为通过大量的试验来确定PAC、PAM 的最佳投加量从而达到最优化处理效果。经调试，PAC（配制质量分数10%）的最佳投加量为20～50 mg/L，PAM（配制浓度1‰）的最佳投加量为1～5 mg/L。
经过3 个月的调试，系统调试成功并投入正常运行，经监测外排废水水质全部符合GB 8978－1996排放标准一级标准。稳定运行后系统对COD、BOD5处理效果分别见图2 和图3。由图2 可以看出，UASB反应器进水COD 平均为4 571 mg/L，经过系统处理后UASB 反应器出水COD 平均为1 386 mg/L，二级接触氧化池出水COD 平均为71 mg/L，混凝沉淀池出水COD 平均为64 mg/L，COD 总去除率为98.61%。由图3 可以看出，UASB 反应器进水平均BOD5为2 363 mg/L，经过系统处理后UASB 反应器出水BOD5平均为704 mg/L，二级接触氧化池出水BOD5平均为25 mg/L，混凝沉淀池出水BOD5平均为20 mg/L，BOD5总去除率为99.17%。
稳定运行后系统对SS、NH3-N 处理效果分别见图4 和图5。由图4 可以看出，UASB 反应器进水SS平均质量浓度为628 mg/L，经过系统处理后UASB反应器出水SS 平均质量浓度为393 mg/L，去除率为37.45%，主要归功于反应器中产酸细菌胞外水解酶能将复杂的不溶性有机物转化为简单的溶解性单体或二聚体；二级接触氧化池出水SS 平均质量浓度为385 mg/L，较低的SS 去除率归功于接触氧化池中的弹性组合填料对悬浮颗粒的吸附、截留作用；混凝沉淀池出水SS 平均质量浓度为39 mg/L，系统对SS 的总去除率为93.85%。由图5 可以看出，UASB 反应器进水NH3-N 平均质量浓度为36mg/L，经过系统处理后UASB 反应器出水NH3-N 平均质量浓度为44 mg/L，因为UASB 反应器出水NH3-N 质量浓度是有机氮氨化增加和NH3-N 同化减少二者平衡的结果，由于豆制品加工废水中蛋白质含量较高，故UASB 反应器出水NH3-N 质量浓度反而有所增加；二级接触氧化池出水NH3-N 平均质量浓度为9 mg/L，NH3-N 去除率较高为79.56%，归功于接触氧化池内生物膜内部溶解氧浓度梯度的存在和异养硝化菌、反硝化聚磷菌等的新陈代谢所导致的同步硝化反硝化作用；混凝沉淀池对NH3-N的去除效果忽略不计。
4 工程投资及运行成本分析
该废水处理工程投资为291.9 万元，其中土建投资为135.4 万元、设备投资为127.4 万元、其他费用（设计、安装、调试等）为29.1 万元。不计折旧及维修费，废水处理直接运行成本为1.23 元/m3，含电费0.86 元/m3，人工费0.12 元/m3，药剂费0.25 元/m3。。
5 结论
采用UASB+ 两级接触氧化+ 混凝沉淀能有效处理豆制品加工废水，吨水处理直接运行成本为1.23 元/m3，出水平均COD、BOD5为64、20 mg/L；SS、NH3-N平均质量浓度为39、9 mg/L，出水水质达到GB 8978－1996 排放标准一级标准。
