多级A/O工艺在酒厂废水脱氮处理工程中的应用

陈亚平，罗思强，肖杰，姜延雄，张爱平，杨静

1. 四川省生态环境科学研究院（成都 610041）；2. 四川省环保科技工程有限责任公司（成都 610041）；3. 四川师范大学（成都 610031）

白酒工业生产废水主要来自发酵、蒸馏、设备地面冲洗水等中等偏高浓度有机废水，其BOD5/COD在0.4左右，营养配比较均衡，是适宜生化处理的无毒有机废水。四川省某酒厂是国内第一个被许可使用“纯粮固态发酵白酒”标志的企业，原有一座处理规模3 000 m3/d的污水处理站，运行负荷80%以上。废水处理采用“厌氧发酵+好氧”为主体，污泥处理采用带式浓缩一体机，污泥含水率降至80%后外运。长期运行以来存在问题：（1）因建设年代较早，现有污水处理系统存在充氧效率低、运行管护不方便、处理效果差、稳定达标排放压力大等现象；（2）酒厂需新增2条生产线，扩建后废水产生量及排放量均随之增加，现有废水处理站不能满足企业发展需求。

针对该酒厂废水特点以及原处理工艺存在问题，园区污水处理站经扩建改造，设计处理废水规模提至4 500 m3/d。废水处理采用“预处理→厌氧发酵→气浮→多级A/O→A2/O→超磁除磷”的组合工艺，出水水质满足GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》，污泥处理采用“浓缩→机械脱水→低温干化”工艺，污泥含水率降至50%以下外运。扩容改造后，该酒厂设施新增占地约1 412 m2，总投资约2 407万元。

1 设计进、出水水质及执行的排放标准

设计进、出水水质见表1，出水水质达到GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》直接排放的水污染物排放限值。

表1 设计进、出水水质及执行的排放标准

2 工艺流程及装置

2.1 工艺的选择

酒厂原处理废水的工艺：生产车间废水→收集池→粗格栅间及提升泵房→细格栅间→储配池→两级厌氧发酵→竖流式沉淀池→好氧曝气池→幅流式沉淀池→超磁除磷。其中，污水站预处理系统、厌氧处理系统运行效果相对稳定高效，仅需对其合理优化即可发挥最佳功效，而好氧系统运行效率较低，氮、磷去除效率低，存在较大环保压力。酒厂污水各构筑物进水水质见表2。

表2 酒厂原污水站各构筑物进水水质 单位：mg/L

可以看出，该酒厂进水中有机物、NH3-N和TN浓度较高，但经过厌氧反应器高效处理后，好氧池进水COD质量浓度仅150 mg/L，而NH3-N和TN浓度仍有上百毫克每升，而好氧处理系统适宜的C∶N∶P为100∶5∶1[1]，可见污水处理站好氧池中营养比例严重失调。分析可知，这是由于部分非溶解态物质在厌氧状态下由有机氮转化为NH3-N，溶于水中，而厌氧环境下的微生物对氮、磷元素的降解能力非常有限，只能依靠后续的好氧单元进一步去除[2]。综上，为确保出水水质达标排放，应全面提升生化处理系统的脱氮除磷能力，故好氧系统的改造是污水站扩容改造的重点。

综合考虑项目的经济效益、HJ 575—2010《酿造工业废水治理工程技术规范》的要求以及酿造废水应遵循“清污分流，浓淡分离”的原则，扩建改造工程将好氧系统升级为多级A/O工艺。多级A/O工艺又称“缺氧+好氧法”，是由多个串联A/O组成[3]，对废水COD、NH3-N、TN等污染物有较高的去除率。设计方案在既有好氧曝气池新增微孔曝气，改造为多级A/O池，采用鼓风曝气，曝气设备为管式微孔曝气器，微孔曝气系统氧转移效率较高，通过控制溶解氧浓度可实现短程硝化反硝化，从而提高脱氮效率。

2.2 整体工艺流程

酒厂废水处理整体工艺见图1。各生产车间排出的高浓废水通过污水管道首先进入格栅池，在回转式格栅机的作用下去除较大的悬浮物，经过回转格栅后的废水进入滚筒格栅，对水中的酒糟等较细悬浮物进行进一步的固液分离，废水进入地埋式集水池，集水池出水进入综合调配池进行酸碱中和调节，使其碱度达到厌氧发酵的要求后，约85%的废水在高压泵作用下通过底部布水系统进入两组串联的厌氧反应器，为减少碳源的添加，将剩余15%的废水直接进入气浮池，待后续进入多级A/O处理系统。

图1 酒厂废水处理整体工艺流程图

厌氧反应器出水进入竖流式沉淀池进行固液分离，厌氧反应器出水进入气浮设备进行除渣除磷，物化除磷和除渣后的废水分别进入改建多级A/O池体，进水与回流的好氧污泥及营养液一道进行充分混合，最后一级好氧池出水进入末端好氧池进一步去除有机物和营养物，废水中的污染物在此得到进一步的降解后自流进入平流沉淀池单元，废水流出平流沉淀池后，进入原有12格好氧曝气池。通过对现有曝气池的改造，优先改造曝气方式，改造后为A2/O处理工艺，达到深度生化脱氮除磷效果。经过上述两段生化工艺，池体部分混合液和污泥回流至各段生化池前段进行反硝化脱氮及生物除磷，可以充分保证废水COD、NH3-N、TN等指标达标。后进入二次沉淀池泥水分离可实现达标排放，但为保证总磷的稳定达标，其生化出水再经过超磁加药脱磷反应装置后排放。

3 主要处理构（建）筑物设计

3.1 预处理系统构筑物

格栅池、应急池、收集池、综合调配池（利旧），预处理加药间改造，新增设备。

应急池峰值水量600 m3/h，峰值时间3 h；峰值泥量200 m3/d；新增2台转鼓格栅电机，功率为0.75 kW；全自动pH加药装置2套（1用1备），1.5 m3加药箱2套，酸碱搅拌器4套，自动pH监测仪器1套；水泵KQW150/370-37/4，37 kW，2台。

3.2 厌氧处理系统构筑物

一级厌氧发酵罐1座，钢筋混凝土结构，土建工程按4 500 m3/d建设，设施尺寸Φ22.0 m，H=24.0 m，有效容积9 000 m3，停留时间HRT=48 h。二级厌氧发酵罐2座钢筋混凝土结构，罐体（利旧），管路校核后改造，土建工程按4 500 m3/d建设，设施尺寸Φ21.0 m，H=20 m，单座容积7 700 m3，总停留时间HRT=82 h。二级厌氧沼气罐2座钢筋混凝土结构，总停留时间HRT=53 h，设施尺寸Φ21.0 m，H=18 m，单座容积5 000 m3，土建工程按4 500 m3/d建设。竖流沉淀池（利旧）1座，新增1座，钢结构，土建工程按4 500 m3/d建设，改造出水管路200 m。设施尺寸Φ7.0 m，H=11.5 m，总停留时间HRT=2.4 h，单座容积220 m3。

3.3 前置脱氮除磷处理系统构筑物

新建1座4 500 m3/d钢筋混凝土结构加药搅拌间，设施尺寸9.6 m×13.8 m×7.1 m，分2格，配套加药系统2套，分别为PAC、PAM投加装置，沉淀池2套。新建2座4 500 m3/d钢筋混凝土结构气浮池，设施尺寸5.0 m×14.2 m×6.5 m，分2格，表面负荷1.0 m3/（m2·h），HRT小于2 h，配套斜板沉淀4套；反洗设备4套；排泥系统4套。

3.4 多级A/O装置

1座2组，钢筋混凝土结构，前置三级A/O一体池+末端好氧池+平流沉淀池，前置三级A/O一体池土建工程按4 500 m3/d建设，尺寸为14.9 m×46.3 m×7.8 m，分2格，配曝气管路系统4套，曝气风机2套。末端好氧池按4 500 m3/d建设，尺寸为5.1 m×9.1 m×7.8 m，分2格，配污泥回流泵2套。总停留时间HRT为13.0 h，各级停留时间：HRTA1=1.4 h，HRTO1=2.2 h，HRTA2=0.8 h，HRTO2=3.6 h，HRTA3=1.5 h，HRTO3=3.5 h。新建平流沉淀池1座，钢筋混凝土结构，按4 500 m3/d建设，设施尺寸5.1 m×10.0 m×6.6 m，表面负荷1.0 m3/（m2·h），HRT约2 h，配桁架泵吸泥机1套。

3.5 除磷加药系统构筑物

辐流沉淀池及回用水池。利用原有药剂系统，深度去除水体TP，辐流沉淀池总停留时间HRT=3 h，Φ2.5 m，H=4 m，4座，药箱2 m×1 m，2座，土建工程按4 500 m3/d建设。计量泵JBM 0.37 kW，4台，回用水池6.0 m×3.0 m×3.5 m，有效容积60 m3，钢砼结构。配套潜水泵WQ20-40-7.5，水量20 m3/h，H=40 m，P=7.5 kW，2台，自耦变频。

3.6 污泥脱水烘干系统构筑物

新建污泥脱水进料搅拌池2座，高位Φ6.0 m×3.5 m，钢结构。新建污泥脱水及烘干设施40 m×18 m厂房1座。叠螺污泥脱水机P=3.75 kW 1台，串螺污泥脱水机P=2.2 kW 1台，进泥泵P=2.4 kW 2台，加药系统P=2.6 kW 171套，螺旋输送机P=2.2 kW 1套。烘干设备（安尼康配套），处理量20 t/d（进泥含水率75%～80%），干化后污泥含水率50%（≤50%可调节），运行时间21.5 h/d，PLC自控，安装尺寸2 m×2.4 m×2.78 m，总功率1 77.6 kW/h（380 V/3PH/50 Hz）。冷却塔P=0.59 kW 2台，循环液输送泵P=2.8 kW 2台。

3.7 工程投资及经济指标

某酒厂扩容改造项目总投资估算约2 407万元，其中项目工程第1部分建设费用1 851万元，项目工程第2部分其他费用321万元，基本预备费195万元，铺底流动资金40万元。工程采用EPC方式实施，资金全部由企业自筹。

4 运行效果

四川某酒厂扩建工程于2019年5月建成，经16个月的调试运行，处理效果稳定，其长期调试运行数据见表3。经核心工艺多级A/O处理后，COD、NH3-N、TN与TP的处理率分别达99.25%，96.31%，94.92%和85.78%，脱氮效果显著，且处理过程和出水水质的pH均非常温和，一直保持在pH 6～9。经多级A/O工艺处理后，辐流沉淀池出水再经超磁除磷工艺处理，出水TP的去除率可达98%及以上，最终出水COD、NH3-N、TN、TP均稳定在100，10，20和0.5 mg/L以下，出水水质优于设计GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》直接排放的水污染物排放限值。

表3 长期调试运行数据

5 结语

与四川某酒厂的生产工艺同步，在不停产的情况下，将既有3 000 m3/d的酒厂废水处理系统扩建为4 500 m3/d，核心工艺采用多级A/O，出水水质优于G 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》直接排放的水污染物排放限值。工程扩建方案充分考虑节约投资和占地，具有一定的经济、环境和社会效应。“预处理+厌氧发酵+气浮+多级A/O+A2/O+超磁除磷”组合工艺对于去除酒厂废水COD、NH3-N、TN、TP有明显效果，可为其他酒厂工艺设计和提标改造提供参考。