IC-二级AO-MBR工艺处理白酒废水

王祥清

(天津市政工程设计研究总院有限公司 天津 300000)

0 引言

江苏省某清香型酒厂坚持生态优先、绿色发展，将生产污水处理达标排放作为酿酒企业开展生产的前置条件，对现有的污水处理系统进行改扩建。白酒废水具有有机物(COD)浓度高、悬浮物(SS)含量高、易生物降解(B/C约为0.52)、处理要求高等特点。随着行业污水排放标准的提高，现有污水处理系统无法达到排放标准，根据现有污水处理设施，结合《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB 27631—2011)要求，对现有污水处理系统进行改扩建，经过工艺方案比对，最终确定采用高效厌氧反应(IC)-二级缺氧好氧工艺(AO)-膜生物反应工艺(MBR)处理白酒废水。

1 白酒废水水质、水量分析

1.1 废水来源

(1)蒸馏底锅水。在蒸馏过程中，少量的拌和润料落入锅底，使得底锅水COD浓度达40 000 mg/L、SS浓度增至1 400 mg/L，是白酒废水的主要污染源。

(2)冷凝水。蒸馏过程中酒精气体遇冷凝水，变成原酒。冷凝水中不含或含少量有机物。

(3)清洗废水。包括洗瓶水和冲洗地面废水[1]。

1.2 水质水量分析

白酒废水总量约为600 t/d，废水考虑两部分，一部分为高浓度废水(COD浓度≥40 000 mg/L)约占比例为40%，为240 t/d；一部分为低浓度废水(COD浓度<40 000 mg/L)约占比例为60%，为360 t/d。废水水质及排放标准见表1。

表1 废水水质及排放标准

2 改扩建后的工艺流程

污水处理站新建工程主要包括调节池、IC厌氧塔、中沉池、AO处理池、MBR池等建设，同时配备污水处理设备。

污水处理站改建工程主要包括：旧的污水处理池，改造为调节池，原有的设备区改为芬顿氧化处理区等。

分析白酒废水水质，结合实验室小试结果，采用IC-二级AO-MBR工艺处理白酒废水，水量为600m3/d，改扩建后的工艺流程图见图1。

图1 改扩建后污水处理工艺流程

白酒废水经车间总口处格栅截下大颗粒固体悬浮物后，经管网进入泵房吸水前池，由水泵提升至调节池，在潜水搅拌机的作用下，进行水质、水量的调节。随后提升泵将废水提升至水解酸化池，废水在水解酸化池内进行水解酸化反应；废水在水解塔内进行水解酸化后进入气浮机，去除水中的悬浮固体以及不溶性COD等污染物，减轻后续处理设施的负荷，提高厌氧反应效率；废水进入厌氧塔，在无氧或缺氧的条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质，去除废水中大部分有机物；经厌氧处理后进入一级AO系统，在缺氧和好氧的条件下进行脱氮除磷同时降低有机物浓度。一级AO池自流至二级AO池进行脱氮除磷并进一步降低有机物浓度。二级AO池出水进入MBR池，在好氧微生物的作用下，进一步去除掉废水中的有机物，经MBR膜实现泥水分离。污泥回流至AO缺氧池，两级AO池均设置回流，剩余污泥进入污泥浓缩池，经叠螺脱水机脱水处理后制成泥饼外运。废水经水泵提升进入芬顿氧化装置，通过高级氧化作用，去除废水中残留的难生物降解的有机污染物，降低废水的色度，废水实现达标排放[2]。

3 主要构筑物及设备参数

3.1 调节池

设置1座调节池，调节水质、水量，有效容积为880 m3，水力停留时间HRT为35 h。为防止池底污泥淤积，在调节池内设置4台潜水搅拌机。搅拌机叶轮直径D=400 mm，转速n=740 r/min，功率P=1.5 kW；废水提升泵2台(1用1备)，流量Q=30 m3/h，扬程H=40 m，功率P=5.5 kW。

3.2 气浮机

设置1台气浮机，去除废水中的悬浮固体有机物。有效容积30 m3，HRT为1.2 h，碳钢结构。

3.3 水解酸化池

设置1座水解酸化池，废水在水解酸化池内进行水解酸化反应，在微生物和微生物胞外酶作用下，大分子有机物被分解成小分子有机物，主要产物为挥发性脂肪酸(VFA)、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。水解酸化池有效容积为340 m3，HRT为13 h。配备9套脉冲布水器；废水提升泵2台(1用1备)，Q=30 m3/h，H=35 m，P=5.5 kW。

3.4 IC塔

设置一座IC高效厌氧反应塔，在厌氧微生物的作用下去除废水中大部分有机物。IC塔采用碳钢材质，内外防腐，有效容积3 140 m3，HRT为125 h，设计容积负荷6.0～8.0 kg COD/(m3·d)。配套设备：2套三相分离器，2套内循环装置，2套气液分离器，1套沼气脱硫系统，1套沼气稳压柜，1套水封系统。

3.5 一级AO池

设置1座一级AO池，在缺氧和好氧的条件下进行脱氮除磷同时降低有机物浓度。一级缺氧池2座，采用半地上式钢砼结构，有效容积1 188 m3，HRT为39.6 h。配备设备：4台潜水搅拌机，叶轮直径D=620 mm，转速n=480 r/min，功率P=7.5 kW，不锈钢材质。一级好氧池2座，有效容积1 930 m3，HRT为64.3 h。配套设备：612套管式曝气头；硝化液回流泵2台(1用1备)，Q=60 m3，H=25 m，P=7.5 kW。A段溶解氧DO不大于0.2 mg/L，O段DO为3～5 mg/L。

3.6 二级AO池

设置1座二级AO池，进一步脱氮除磷，降低废水中有机物浓度。一级缺氧池2座，采用半地上式钢砼结构，有效容积420 m3，HRT为14 h。配备设备：2台潜水搅拌机，叶轮直径D=620 mm，转速n=480 r/min，功率P=7.5 kW，不锈钢材质。一级好氧池2座，有效容积860 m3，HRT为34.4 h。配套设备：272套管式曝气头；硝化液回流泵2台(1用1备)，Q=60 m3，H=25 m，P=7.5 kW。其他配套设备：3台空气悬浮鼓风机(2用1备，变频控制)，风量Q=55 m3/min，风压p=68.8 kPa，功率P=55 kW。

3.7 MBR膜池

设置1座MBR膜池，采用钢砼结构，有效容积211 m3，停留时间7 h。配套设备：污泥回流泵兼剩余污泥泵2台(1用1备)，Q=60 m3，H=25 m，P=7.5 kW；MBR抽吸泵2台(1用1备)，Q=40 m3，H=18 m，P=5.5 kW；MBR组件4套，960 m2/套。

3.8 二沉池

设置1座二沉池，进行泥水分离和污泥浓缩。采用半地上式钢砼结构。有效容积88 m3，HRT为3.5 h，水力表面负荷0.85 m3/(m2·h)。

3.9 污泥浓缩池

设置1座污泥浓缩池，采用钢砼结构，有效容积133 m3。配套设备：污泥螺杆泵2台(1用1备)，Q=60 m3，H=30 m，P=11 kW；1台叠螺脱水机，功率P=1.1×4+1.5×2=7.4 kW。

4 调试运行

污水处理系统2021年6月开始对水解酸化池、厌氧塔、AO系统和MBR系统接种污泥进行调试。经过约100 d的调试，各生物反应系统逐步提升至设计负荷。

4.1 水解酸化池

水解酸化池接种污泥来自工业园区污泥浓缩池污泥(未加混凝剂、絮凝剂)，污泥接种量为有效池容的8%～10%，含水量97%～99%。启动初期，由于微生物抗冲击负荷能力弱，需控制进水水量和有机物浓度，COD浓度控制在5 000 mg/L以下，水量不超过400 m3/d，待微生物适应白酒废水后逐步提升COD浓度，直至进水COD浓度达到设计负荷，去除率10%以上，且有一定的抗冲击负荷能力，可认为调试完成。

4.2 IC厌氧塔

IC厌氧塔接种1 200 m3来自工业园区污水厂污泥，泵入水解酸化池的废水，温度控制在20～35 ℃，COD容积负荷保持在1 kg/(m3·d)(以COD计)。当厌氧塔COD去除率达到70%～80%，VFA<200～300 mg/L时，逐步提高厌氧塔COD容积负荷，每次按15%～20%COD总量提升负荷，直至达到设计负荷6～8 kg/(m3·d)(以COD计)，去除率达到稳定，且有一定的抗冲击负荷能力，认为调试完成。

4.3 两级AO系统

两级AO系统共接种污泥约480 m3。控制AO系统缺氧段溶解氧DO不大于0.2 mg/L，好氧段DO为3～5 mg/L。营养物质缺氧段BOD5∶N∶P为200∶5∶1，好氧段BOD5∶N∶P为100∶5∶1。两级AO系统好氧段硝化液回流至缺氧段，回流比200%。进水和负荷提高方式同IC厌氧塔。经过60 d左右污泥驯化，AO池容积负荷和去除率达到设计值。

5 工艺运行效果

采用IC-二级AO-MBR工艺处理白酒废水，出水水质达到《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB 27631—2011)中表3要求。各主要构筑物处理效果见表2。

表2 主要构筑物对污染物去除效果

6 运行费用分析

污水厂运行费用包括电费、人工费、药剂费、污泥处理费及其他不可预见费用。实际运行功率426 kW/h，当地电费按1.75元/(kW·h)计，电费为31.06元/m3；污水厂配备9个工人，其中化验员1人、操作人员6人(实行三班制运行操作)、设备维护1人、电工1人，按照6 000元/(月·人)，折合人工费为3元/m3；药剂包括PAC、PAM、双氧水、FeSO4等，折合药剂费16.73元/m3；污泥处理按10 m3/d，80%含水率，污泥处理费为300元/m3，折合费用为5元/m3；不可预见费用按总费用20%计，折合费用为11元/m3。总运行费用为66.79元/m3。

7 结语

针对江苏省某清香型白酒废水高COD、高色度特点，采用IC-二级AO-MBR工艺处理，运行稳定，抗冲击负荷能力强，处理后废水达到《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB 27631—2011)中表3要求。