新型高效厌氧生物处理器+A/O法工艺在啤酒废水治理中的实践

2011-02-10谢韦，田伟

河南化工 2011年10期

谢韦，田伟

(贵州绿色环保设备工程有限责任公司，贵州贵阳 550002)

1 概况

20世纪80年代以来，我国啤酒工业迅速发展，每年废水的排放量约663万t，经过十几年的发展，目前啤酒生产厂家已达到1000多家，年产啤酒1 000多万t，成为世界第二大啤酒生产国，同时亦成为较高浓度有机物污染大户。啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出问题，经济、有效、节能地解决该类污水处理问题已经成为当今环保工程领域的课题之一。

基于啤酒废水中含有大量的有机物，若不治理或治理不达标则将对环境造成严重的危害，近年来我国对啤酒的处理工艺、技术进行了大量的研究和探索。本文通过某啤酒生产厂10 m3生产污水的中试工程运行情况、试验数据，就新型高效厌氧生物处理器+A/O法工艺在啤酒废水治理中的应用进行讨论。

啤酒生产的主要原料为麦芽、大米、酒花等，在生产过程中不加入有毒有害及难降解的物质，因此废水中主要是粮食酿酒后的残留物，属有害无毒的高浓度有机废水，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧。啤酒厂产生的废水主要来自生产车间、设备与管道洗涤水、地面冲洗水及来自生活办公区的生活污水等。

现国内外广泛采用生化处理工艺处理该类废水，主要包括好氧生物处理(活性污泥法、生物膜法)、厌氧生物处理、好氧与厌氧联合生物处理方法。厌氧工艺具有高效、节能、产泥量少、能有效回收能源的优点，但出水需要进一步处理才能达标，即要求好氧工艺作为后续处理单元。

从目前国内的工程实施及运行情况来看，厌氧、好氧组合工艺综合了厌氧工艺和好氧工艺的特点，扬长避短，在当今啤酒废水处理中日益发挥出其优势，成为了近期国内处理啤酒废水的主流工艺。

本文根据中试运行情况，详细说明经过改进后的高效厌氧生物处理器在啤酒废水处理中的处理情况。

2 工程简介

某啤酒厂生产能力5万t/a;吨啤酒单位废水产生量7～15 m3/t;啤酒厂废水排放量1 750 m3/d;中试水量:10 m3/h;废水水质的主要特点:啤酒生产过程中各工序为间歇排水，水量不等，水质差别大，且COD和pH值波动较大，适宜混合后处理。啤酒生产废水的主要污染物为糖类、醇类、多种维生素、酵母菌、纤维素、氨基酸、酒糟等有机物，其中COD和SS浓度均较高，以糖化废水浓度最高。废水的可生化性良好，B/C 值在0.5～0.7，有毒物质少，营养配比适中。水质如下:COD1500～2500mg/L;BOD 1 000～1 500 mg/L;SS 300～1 000 mg/L;pH值5～11;出水水质达到《综合污水排放标准》(GB8978－1 996)［1］一级排放标准:COD≤100mg/L;BOD≤30 mg/L;SS≤70 mg/L;pH值6～9。

3 工艺流程

具体工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

4 主要处理单元的说明

4.1 预处理单元

啤酒废水中含有大量悬浮物和杂质，需先进行预处理。预处理系统主要设置为粗格栅、细格栅、调节池、pH值调节系统。

设置格栅的目的是去除污水中较大的悬浮物，以保证后续处理机泵和设施免于堵塞。同时不可生物降解的固体在厌氧生物处理器内积累会占据大量的池容，池容的持续减少最终将导致厌氧系统完全失效。

由于啤酒废水各生产单元非连续稳定排水，水质亦有一定差别，设置调节池，可使原水在池内进行水质、水量的均化。在一定程上还有去除或降解对厌氧过程有抑制作用的物质、改善生物反应条件和提高废水可生化发酵的效果。

在池内调整pH值，将pH值调整至7～8范围内。可采用计量泵自动投加酸、碱，通过调节池内的潜水搅拌机搅拌达到中和效果。

调节池:按4 h停留时间进行设计。

提升泵:Q=10 m3/h;H≥10 m。

4.2 新型高效厌氧生物处理器

高效厌氧生物处理器的设计是在传统UASB及其他项目设计经验的基础上改良设计而成，反应器的容积负荷由试验确定，本中试的厌氧生物处理器容积负荷选用3～10 kg COD/m3·d。与传统的UASB比较，在其底部设置保泥设施，以解决传统UASB污泥层跑泥现象，确保污泥达到一定浓度以保证处理效率。

新型高效厌氧生物处理器由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成详见图2。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。在厌氧生物处理器中，污泥层的主要任务是利用污泥中的微生物分解污水中的有机物，以达到净化水质的目的，故而该区内的污泥浓度决定了该设备的处理效率，成为处理器的关键部分之一，在传统的UASB中，由于有机物分解转化为沼气，沼气以微小气泡的形式释放，将带走部分污泥，使得底部污泥层的污泥浓度不高，不易达到理想的处理效率，改进的新型厌氧生物处理器，在污泥层顶部设置保泥设施，减少沼气上升产生的跑泥现象。

图2 新型高效厌氧生物处理器示意图

污水从厌氧污泥床底部配水与污泥层中污泥进行混合接触，经微生物分解将有机物转化为沼气，沼气上升碰撞形成较大气泡，泥、水、气三相进入三相分离器，并在此进行三相分离。沼气穿过水层进入气室，通过导管排出(由于中试水量较小，产气量亦较小，故而未考虑沼气收集和处置)。污泥在重力作用下滑落反应区，处理后的出水通过设置的三角形溢流堰排出，完成厌氧反应。

采用有机负荷或水力停留时间设计UASB反应器是目前最为主要的方法。q或HRT确定，反应器的体积可以根据公式计算。本设备的设计，仍然沿用传统UASB的计算方式，采用有机负荷计算方式:

式中:Q——废水流量，m3/d;

S0——进水有机物浓度，g COD/L或 g BOD5/L。

4.3 A/O 处理槽

A/O又称前置反硝化，其最显著的工艺特征是将脱氮池设置在除氮过程的前部，先将废水引入缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮还原成N2，从而达到脱氮的目的。然后进入后续的好氧池，进行有机物的生物氧化、有机氮的氨化和氨氮的硝化等生物反应，O段后设二沉池，部分沉淀污泥回流至A段，以提供充足的微生物。同时，还将O段内混合液回流至A段，以保证A段有足够的硝酸盐。

4.4 鼓风机

鼓风机为好氧池提供溶解氧，采用汽水比为10∶1～20∶1进行设计。

5 中试数据分析

5.1 中试水质监测数据

本文选取中试期间部分水质监测数据进行分析，数据如表1所示。

表1 中试部分水质监测数据 mg/L

5.2 本工艺对COD去除率的分析

厌氧系统对COD的平均去除率为81.2%;好氧系统对COD的平均去除率为75%，详见图3。

图3 COD去除率

5.3 本工艺对BOD去除率的分析

厌氧系统对BOD的平均去除率为81.5%;好氧系统对BOD的平均去除率为78.1%，详见图4。

图4 BOD去除率

6 结论

中试实验数据证明，改良后的厌氧生物处理器+A/O法工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。厌氧和好氧结合串联的工艺在处理啤酒废水时具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和重新启动等特点。改良后的厌氧生物反应器处理效率高，增加保泥设施大幅度提高厌氧反应器运行的稳定性，确保了处理效率。在调试初期只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过近2个月的调试厌氧生物反应器即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率可达80%以上，对BOD的去除率达75%以上，对悬浮物的去除率可达85%以上，该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。