酿酒废水处理及资源综合利用

2011-05-20李杰

再生资源与循环经济 2011年8期

李杰

（1.安徽万联环保科技股份有限公司，安徽合肥 230051；2.安徽全柴动力股份有限公司，安徽全椒 239500）

山东泰安某白酒企业以大米、玉米、薯干、小麦等为原料酿造白酒，生产过程中排出的废水主要是来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟，生产设备的洗涤水、冲洗水，以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等[1]，具有COD高、温度高、SS高、pH值低等特点，属于高浓度有机废水[2]。

目前国内大多数类似酿酒企业只进行废水的达标排放治理，忽视了资源的综合利用。该企业为了治理环境污染，提高资源综合利用率，采用以IC厌氧反应器为主的三级处理工艺处理酿酒废，水达标后用于车间设备冷却，利用IC厌氧反应器产生的沼气进行发电，用于污水处理站设备运转，实现节约、减污和增效，提高资源利用水平，促进可持续发展，既符合国家产业政策，又能实现污水的达标排放。

1 废水的达标处理

1.1 废水水质水量

该企业污水处理站处理水量为700 m3/h，设计流量为30 m3/h。其设计进水水量、水质及排放标准见表1。

表1 设计进水水量、水质及排放标准

1.2 废水处理工艺流程

酿酒生产过程中排放的各类废水不连续，水质和水量指标变化较大，但该废水BOD/COD比值为0.43，废水的可生化性较好，因IC厌氧反应器具有很高的容积负荷率、抗冲击负荷能力强、出水稳定性好等优点[3]，因此废水的处理工艺采用运行稳定、投资和运行成本低，以IC厌氧反应器为主的三级处理工艺，工艺流程见图1。

1.2.1 预处理系统

预处理系统由粗格栅、集水池1、固液分离机和初沉池组成。废水经粗格栅去除较大悬浮物及相关杂物后流入集水池1，再通过泵将废水泵入固液分离机，进一步去除细小的悬浮物。固液分离机的出水流入初沉池，在池中沉淀。

1.2.2 生化处理系统

图1 酿酒废水处理工艺流程

生化处理系统由水解酸化池、IC厌氧反应器、竖流沉淀池、缺氧池、生物膜好氧池和二沉池组成。初沉池的上清液自流入水解调节池，在池中大分子有机物进行酸化水解，出水泵入IC厌氧反应器。此阶段是有机物厌氧分解的第二阶段，主要是产甲烷阶段，产甲烷菌利用乙酸、CO2和H2或其他C1化合物产生甲烷。有机污染物被大量降解。IC反应器出水进入竖流沉淀池，进行第一次固液分离，竖流沉淀池内沉淀的污泥一部分回流到IC，以补充流失的厌氧微生物，剩余污泥排入污泥浓缩池，上清液自流进入缺氧池；缺氧池内污水与二沉池回流混合液混合，在反硝化细菌作用下进行脱氮除磷；缺氧池出水进入生物膜好氧池，在好氧细菌作用下分解有机物；生物膜氧化池处理后的水进入二沉池再次进行固液分离；二沉池采用斜板沉淀池。

1.2.3 三级处理系统

三级处理系统由混凝沉淀池、集水池2、生物滤池、二氧化氯消毒系统和清水池组成。二沉池上清液进入混凝沉淀池，投加混凝剂和助凝剂进行混凝沉淀，进一步去除有机物和色度。出水进入集水池2；经水泵送入生物滤池，通过活性炭滤料及生物膜对残余有机物的吸附和曝气氧化，使有机物进一步降解，然后加二氧化氯进行消毒，出水达标回用。

1.2.4 污泥处理系统

沉淀池污泥去污泥浓缩池处理，生物滤池反冲水回流至调节池；处理中产生的污泥经带式压滤机脱水后，泥饼焚烧或作有机肥料，杜绝二次污染。

1.3 主要构筑物及设备

1.3.1 格栅井

地下式，钢筋混凝土结构，尺寸：7.5 m×3.0 m×2.5 m。内设格栅除污机1台，栅杆间距5 mm，安装角度500。耙齿速度7.8 m/min，功率N=0.12 kW。

1.3.2 集水池1

地下式，池顶设盖板，钢筋混凝土结构。尺寸：3.0 m×3.0 m×4.0 m，池内底设污水泵（Q=30 m3/h，H=16 m3，N=4.0 kW）2台（一用一备）。

1.3.3 初沉池、水解调节池

地下式，池顶设盖板，钢筋混凝土结构，上置反切向单向流旋转细格栅固液分离机1台。

初沉池、水解调节池合建一分为二，HRT=10 h，尺寸：20 m×10 m×4.5 m，有效水深 3.0 m。

初沉池内设污水泥泵（Q=10 m3/h，H=20 m3，N=2.2 kW）2台（一用一备）。水解调节池内设提升泵（Q=30 m3/h，H=16 m3，N=4.0 kW）2台（一用一备）。

1.3.4 IC反应器

钢结构，有效容积500 m3总容积508 m3，尺寸：ø6 m×18 m，容积负荷8.64 kgCOD（/m·3d）。

1.3.5 缺氧池

半地下式，钢筋混凝土结构，尺寸：15 m×1.0 m×4.5 m，2 座，总容积 132 m3，有效容积 120 m3，HRT=4.0 h。

1.3.6 生物膜氧化池

地上式，钢筋混凝土结构，总容积580 m3，有效容积 540 m3，尺寸：15 m×8.6 m×4.5 m，HRT=18 h。配套鼓风机（P=49 kPa，Q=10.8 m3/min，N=15 kW）2台（一用一备）。内设微孔曝气头550只，弹性立体填料400 m3。

1.3.7 二沉池

地上式，钢筋混凝土结构，有效容积62.5 m3，尺寸：5 m×5 m×4.5 m，HRT=2 h。

1.3.8 混凝沉淀池

地上式，钢筋混凝土结构，有效容积62.5 m3，尺寸为：5 m×5 m×4.5 m，HRT=2 h。

1.3.9 集水池2

地下式，钢筋混凝土结构，尺寸：4 m×4 m×4 m，内设提升泵2台（一用一备）。

1.3.10 生物滤池

钢结构，尺寸：ø3.2 m×3.5 m，2座。滤速：2 m/h，鼓风充氧气水比5：1。

1.3.11 清水池

尺寸：11 m×10 m×4 m，内设提升泵 2台（一用一备）。水泵参数为：Q=600 m3/h，H=12 m，N=37 kW，型号：WQ600-12-37。

1.3.12 采用化学式CLO2发生器

以氯酸钠和盐酸为原料，采用负压曝气工艺，生产以二氧化氯为主、氯气为辅的复合消毒液，CLO2大于70％，工作电压7 V，槽电流360 A，耗盐量1.6 g/L，额定功率1 kW。采用自动恒温控制，保持稳定的反应温度，操作简单，运行稳定可靠。

1.3.13 污泥脱水

采用型号为DYL-500、功率为1.5 kW带式压滤机进行污泥脱水。

1.4 工程调试及运行

整个工程尽管包括预处理、厌氧、好氧及混凝沉淀、过滤消毒池三级深度处理系统，但运行的关键在于厌氧系统，因此IC厌氧反应器启动在调试过程中十分重要。下面重点阐述IC厌氧反应器启动过程。

1.4.1 污泥接种及驯化

污泥接种前先用清水对IC厌氧反应器试压，具体方法为用清水灌满反应器，观察三相分离器上是否漏气，不漏气视为正常。开始调试时，先加入经过硝化的污水处理厂的絮状厌氧污泥作为菌种。由于IC属于中温厌氧反应器，因此，必须首先将反应器的罐内温度提高到35℃以上。

接种的污泥取自山东曲阜市污水处理厂消化污泥，投入的污泥量为180 t，污泥含水率75％。加入的方法是首先将污泥倒入地面上一个大坑内搅拌均匀后，再用自来水冲开后用污泥泵从IC底部泵入IC。

1.4.2 负荷逐步提高阶段

负荷的提高采用在满足进水温度的前提下，先小流量进水，后逐步加大进水流量的方法，使污泥渐渐适应。在调试期间，根据出水挥发性脂肪酸（VFA）浓度、出水pH值和COD去除率逐步提高IC反应器的有机负荷。一般来说，通过VFA的变化能很好地了解有机物的降解过程，并实时反映IC反应器的运行效果及稳定性。若出水VFA浓度高，则会对甲烷菌产生抑制作用，COD去除率也因此降低[4]。在调试期间，每天要严格监测罐内VFA的数值，一般VFA的数值等于5 mmol/L为正常，大于10 mmol/L时厌氧系统就有酸败的危险，这个时候要降低容积负荷，待VFA数值正常后再加大负荷。

调试的第一个月，进水量从3 m3/h逐步增大到10 m3/h，提高流量的依据是：在某个流量下，厌氧段的去除率达到85％，则可以提高流量。当流量上升到10 m3/h时，罐内温度升高到35℃，IC反应器内循环系统开始工作。这个时候的进水COD控制在2 000 mg/L以下，进水时间控制在10 h以内。

调试的第二个月，进水量从10 m3/h逐步增大到20 m3/h，进水COD控制在4 000 mg/L以下，进水时间控制在20 h以内。

调试的第三个月，进水量从20 m3/h逐步增大到30 m3/h，进水 COD达到 6 000 mg/L，可以连续 24 h运行。

3个月的调试运行后，系统厌氧部分工作正常，定期污泥回流，以补充厌氧罐的污泥量，产气正常，罐体容积负荷稳定在8.64 kgCOD/（m3·d）以上，处理效率85％以上。

1.4.3 运行结果

系统经过调试运行后，出水水质稳定，各环节工作正常，调试工作完成。顺利通过山东省泰安市环境监测站验收，监测结果如表2。

表2 水质监测结果

从表2可以看出，出水均达到《生活杂用水水质标准》（GB/T18921-2002），合格率100％。

2 沼气发电系统

2.1 沼气发电工艺

因燃气发电机组对沼气的要求是不含游离水或其他游离杂质；调压阀前进气压力不低于500 mm H2O水柱；硫化氢含量≤50 mg/Nm3，总硫含量≤480 mg/Nm3；粉尘颗粒直径小于5 μm，总含量不大于50 mg/Nm3；CH4含量不低于50％；进气温度≤40℃。所以必须对IC反应器产生的沼气进行气液分离、过滤和脱硫处理，才能满足发电机组的发电要求，此发电工艺流程见图2。