江西某食品厂目前主要以生产异VC钠食品添加剂为主，生产过程中产生浓度高、色度高及可生化性强的废水。针对该公司废水的特点，采用UASB—生物接触氧化池—Biofor（一段式生物过滤氧化反应器）工艺处理废水，要求达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级标准，即pH为6～9，COD≤100 mg/L，色度≤50倍。
1 食品厂废水水质分析
该食品厂废水主要为生产废水，废水中主要有机污染物为葡萄糖、α-酮基葡萄糖酸钙、α-酮基葡萄糖酸甲酯、甲醇及产品异VC钠等，废水具有COD高、可生化性强及色度深等特点。该食品厂废水水质：水量600 m3，pH 5～7，COD 5 000～6 000 mg/L，BOD5 1 500～2 000 mg/L，NH3-N≤15 mg/L，SS 150～200 mg/L，色度≤200倍。
2 废水处理工艺
根据进水水质和水量情况，结合调研情况和实验室小试及中试结果进行处理工艺的优化组合，确定了“UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺的序批式运行处理工艺，废水处理站设计处理水量为600 m3/d，工艺流程如图 1所示。
图 1 废水处理工艺流程
2.1 各主要构（建）筑物的尺寸及主要设备
（1）格栅井：设1道粗格栅和1道细格栅，材质均为塑料。粗格栅宽度为300 mm，有效栅隙为16 mm；细格栅宽度为300 mm，有效栅隙为16 mm，尼龙网D≤2 mm。废水首先经过粗细两道格栅，粗格栅设在进水口处去除废水中较大漂浮物，细格栅设置在提升泵房后，用以拦截废水中的部分悬浮物。
（2）调节池。1座，钢混结构，尺寸16.0 m×9.0 m×2.7 m。调节池能有效减缓水量不均、浓度不均所带来的冲击以及调节废水pH，保证后续处理连续、稳定地运行，为了防止污泥沉淀和过度酸化，与生物接触氧化池共用一台罗茨鼓风机。调节池主要配置设备为提升泵2台（1用1备），型号50WQ15-22-2.2，流量 25 m3/h，扬程16 m，功率2.2 kW； pH在线仪2台，型号pH5778型；自制搅拌机。
（3）UASB反应器。1座，钢混结构，尺寸9.0 m×8.4 m×8.0 m。UASB反应器分别采用三相分离器和厌氧布水器各7个，目的使水中的有机物与颗粒污泥充分接触，产生剧烈反应，从而去除废水中的COD、BOD5，增强废水的可生化性。
（4）生物接触氧化池。1座，钢混结构，尺寸8.4 m×3.5 m×6.5 m。生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在废水中，水中的有机物被附着在填料上的微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。生物膜脱落后一般通过沉淀池去除。生物接触氧化池内的氧气来源于罗茨鼓风机，罗茨鼓风机2台（1用1备），型号HSR100，风量7.55 m3/min，风压63.7 kPa，功率15 kW。
（5）沉淀池。1座，钢混结构，尺寸3.5 m×3.5 m×6.5 m。沉淀池由进出水口、水流部分和污泥斗3个部分组成。沉淀池设计在生物接触氧化池后面的目的是为了去除脱落的生物膜，从而净化水体。
（6）Biofor池。6座，钢混结构，尺寸3.2 m×2.1 m×5.0 m，生物滤料规格为SLJTW-3.5，体积为150 m3。Biofor池集生物氧化和截留悬浮固体于一体，保证出水水质的稳定性。Biofor池内的氧气来源于罗茨鼓风机，罗茨鼓风机2台（1用1备），型号HSR100，风量7.55 m3/min，风压63.7 kPa，功率15 kW。 为了保证Biofor池的稳定性，通常进行反冲洗，主要设备为反冲洗鼓风机1台，型号HSR125，风量10.73m3/min，风压53.9 kPa，功率18.5 kW；反冲洗水泵1台，型号SLS150-200A ，流量232 m3/h，扬程8.5 m，功率11 kW。
（7）贮水池。1座，钢混结构，尺寸4.2 m×4.2 m×4.7 m。贮水池中的水通过标准化排污口排放至污水管网入工业园污水 处理厂。
（8）污泥池。1座，钢混结构，尺寸3.0 m×3.0 m×5.5 m。污泥经螺旋泵泵入污泥脱水机，进行压滤，污泥池的上清液和污泥脱水机的滤液返回调节池，泥饼进行外运。
主要装置为：螺旋泵1台，型号G30-1，流量5 m3/h，扬程60 m，功率2.2 kW；污泥脱水机一台，XMZ30/800-UB型，功率3 kW。
2.2 工艺说明
2.2.1 UASB反应器
厌氧消化可分为高温厌氧消化（550 ℃）、中温（350 ℃）和常温厌氧消化，高温厌氧消化效率最高，其容积负荷均在8～30 kg/（m3·d）；中温厌氧消化效果适中，其容积负荷均在6～20 kg/（m3·d），而常温厌氧消化效果较差。其设计必须根据被处理污水的特点、温度和处理设施所在地的气候特点而定。UASB反应器所采用的上流速度约0.5～2.5 m/h。
通过该处理工段可去除污水中80%以上有机物，同时所降解的有机物在厌氧细菌（产酸和产甲烷菌）的作用下转化为沼气。沼气中CH4体积分数在65%左右。沼气通过集气罩收集，不会对周围环境带来气味。沼气进入处理系统的沼气燃烧系统。
由于污水浓度较低，UASB反应器进水上升流速不足，可能导致“短流”或“沟流”现象，故通过厌氧出水回流改善进水水力条件。此外厌氧出水回流可提高进水的碱度，降低污水进水的挥发酸（VFA）浓度，进一步减少酸化的可能性。
由于厌氧反应器内污水对金属有一定的腐蚀性，如采用钢结构布水器和三相分离器，则使用寿命较短，一般三、五年就可能腐蚀掉，故必须采用耐腐蚀性强的玻璃钢或不锈钢。
2.2.2 Biofor滤池
设计采用6组Biofor，Biofor滤池的结构如图 2所示。
图 2 Biofor滤池的结构示意
3 调试运行及工艺调试运行结果
3.1 调试运行
3.1.1 调节池
调节池调节进﹑出水流量，使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响。笔者工程采用在线流量计，调节进水流量为40 m3/h。若流量计不准确，必须及时校准使用。
3.1.2 UASB反应器
UASB投入运行前必须进行充分实验和气密性实验，充分实验要求无漏水现象。选用污水厂污泥消化池的消化污泥进行接种。接种污泥的质量浓度为30 kg/m3，接种量为UASB反应器有效容积的30%，接种方式为将接种污泥加水搅拌后，用污泥泵均匀地输入到UASB反应池各布泥点。进水COD为6 000 mg/L，初始用稀释水稀释进水COD为1 000 mg/L，然后逐步提高有机负荷直到可降解的COD去除率达到80%为止。当可生物降解的COD去除率达到80%后，逐步提高进水COD，直到达2 000 mg/L，在这段运行中，有少量非常细小的分散污泥带出，其主要原因是水的上流速度和逐渐产生的少量沼气。下一阶段COD增加由2 000 mg/L开始，每次浓度增加20%，操作时间为1个月，经过多次重复操作达到设计指标6 000 mg/L。在这段运行中，由于提升水量大，COD高，产气量和上流速度的增加引起污泥膨胀，污泥量带出量多，大多为细小非分散的污泥或部分絮状污泥，这种污泥的带出，有利于颗粒化污泥的形成。当反应器的进水COD达到设计指标6 000 mg/L，以后的稳定运行阶段，要严格控制pH、温度、有机负荷、VFA、ALK等各项操作参数，逐步形成颗粒污泥。UASB反应器运行时间段，性能稳定，COD去除率为85%，色度去除率为50%，SS去除率为25%。
3.1.3 生物接触氧化池
接触氧化池接种污泥来自污水处理厂的脱水污泥，好氧污泥投入接触氧化池后，采用先间歇进水后连续进水方式培养氧化池内污泥，沉淀池污泥在MLSS大于5 000 mg/L，SV大于30%之前全部回流，同时保证氧化池内DO在2 mg/L左右。接触氧化池的调试效果以UASB反应器调试出水水质和水量为前提。好氧污泥培养驯化阶段，按m（C）∶m（N）∶m（P）为100∶5∶1向氧化池内加磷酸二铵和尿素，以满足微生物正常生长需要。
投入污泥3 d后填料上生成极薄的生物膜，显微镜下观察发现有个别的豆形虫，随着营养的不断补充，生物膜不断增厚。第10天后，盾纤虫、吸管虫、轮虫等原生动物出现，菌胶团发育良好，出水水质降至135 mg/L。生物接触氧化池运行时间段，性能稳定，COD去除率为80%，色度去除率为50%，SS去除率为80%。
3.1.4 Biofor池调试运行
Biofor池采用自然挂膜方法。在滤池进水之前，先对滤池进行冲洗和曝气，使陶粒中的泥沙和杂质被带走。Biofor池的调试及运行分两个阶段进行，第一个阶段采用间歇进水的方式，水力停留时间为12 h，每隔40 min进废水30 min，水速控制在1.0 m/h，运行时间为7 d。第二阶段采用连续进水，在连续曝气的条件下逐步增大进水流量，直到达到设计的进水流速。此阶段水解酸化池污泥进入到滤池，被滤料截留、吸附，易于生物膜的快速生长，挂膜期间，随着进水量的增加，微生物的生长，在滤料表面形成一层肉眼可见的生物膜，挂膜期间滤池不得进行反冲洗。COD去除率为70%，色度去除率为50%，SS去除率为30%。
运行期间，按设计方案进行进水。Biofor池的反冲洗采用气水联合的方式，单独气洗5 min，然后气水一起反冲洗10 min，直至出水不再含有明显杂质，反冲洗水回流到调节池。出水水质达到国家标准。
3.2 调试及运行效果分析
废水经过UASB反应器、生物接触氧化及Biofor处理后出水各项指标均达到GB 8978—1996中的一级标准。经 3个月调试后，国家法定环境监测单位对工程出水进行连续监测 12 d，选取第9天各处理单元出水COD、色度、SS、pH数据进行记录。各处理单元进出水水质如表 1所示。
| 项目 | 总进水 | 调节池 | UASB 反应器 | 生物接触氧化池 | Biofor滤池 |
| pH | 5～7 | 6～9 | 6～9 | 6～9 | 6～9 |
| COD/(mg·L -1 ) | 5 000 | 4 500 | 675 | 135 | 41 |
| COD去除率/% | - | 10 | 85 | 80 | 70 |
| BOD 5 /(mg·L -1 ) | 2000 | 2000 | 240 | 48 | 5 |
| BOD 5 去除率/% | - | 0 | 88 | 80 | 90 |
| SS/(mg·L -1 ) | 200 | 200 | 150 | 30 | 10 |
| SS 去除率/% | - | 0 | 25 | 80 | 30 |
| 色度/倍 | 200 | 200 | 100 | 40 | 20 |
| 色度去除率/% | - | 0 | 50 | 50 | 50 |
4 运行费用分析
该工艺运行的主要费用包括调节池NaOH费用和曝气生物滤池运行的电费。以NaOH 100 kg/d计算，药剂费合计为200 元/d。用电量为800 kW·h/d，按0.55 元/（kW·h）计，则电费为440 元/d，处理每吨废水消耗的药计费和电费为1.07元。
5 结论
（1）采用UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺处理异VC钠食品添加剂生产废水工艺简单，操作方便，一次性投资少，运行费用低。。
（2）UASB反应器对异VC钠食品添加剂生产废水具有稳定、高效的处理效果，启动运行后COD平均去除率高达85%，充分显示了UASB反应器对可生化性较高废水处理的优势。
（3）UASB反应器调试过程中要控制水温为 30 ℃左右，pH为7左右，另外调试过程中可以投加一些硫酸亚铁，促使污泥快速形成颗粒状。
（4）水温对UASB反应器、生物接触氧化池及 Biofor池存在较大影响，工艺废水水温较高时会杀死微生物菌落，水温较低时生物菌落的新陈代谢功能降低。
（5）Biofor反应器对COD的去除率保持在70%以上，适当的反冲洗可以提高Biofor的工作效率。
（6）该研究成果已正式运行于废水处理工程，UASB—生物接触氧化池—Biofor工艺最终使出水水质可完全达到《污水综合排放标准》（GB 8978— 1996）的一级标准。
