釀酒廢水處理及資源綜合利用

李杰

（1.安徽萬(wàn)聯(lián)環(huán)保科技股份有限公司，安徽 合肥 230051；2.安徽全柴動(dòng)力股份有限公司，安徽 全椒 239500）

山東泰安某白酒企業(yè)以大米、玉米、薯干、小麥等為原料釀造白酒，生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水主要是來(lái)自蒸餾發(fā)酵成熟醪后排出的酒精糟，生產(chǎn)設(shè)備的洗滌水、沖洗水，以及蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾工藝的冷卻水等[1]，具有COD高、溫度高、SS高、pH值低等特點(diǎn)，屬于高濃度有機(jī)廢水[2]。

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)類似釀酒企業(yè)只進(jìn)行廢水的達(dá)標(biāo)排放治理，忽視了資源的綜合利用。該企業(yè)為了治理環(huán)境污染，提高資源綜合利用率，采用以IC厭氧反應(yīng)器為主的三級(jí)處理工藝處理釀酒廢，水達(dá)標(biāo)后用于車間設(shè)備冷卻，利用IC厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電，用于污水處理站設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約、減污和增效，提高資源利用水平，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，既符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，又能實(shí)現(xiàn)污水的達(dá)標(biāo)排放。

1 廢水的達(dá)標(biāo)處理

1.1 廢水水質(zhì)水量

該企業(yè)污水處理站處理水量為700 m3/h，設(shè)計(jì)流量為30 m3/h。其設(shè)計(jì)進(jìn)水水量、水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水量、水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.2 廢水處理工藝流程

釀酒生產(chǎn)過(guò)程中排放的各類廢水不連續(xù)，水質(zhì)和水量指標(biāo)變化較大，但該廢水BOD/COD比值為0.43，廢水的可生化性較好，因IC厭氧反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷率、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、出水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[3]，因此廢水的處理工藝采用運(yùn)行穩(wěn)定、投資和運(yùn)行成本低，以IC厭氧反應(yīng)器為主的三級(jí)處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)由粗格柵、集水池1、固液分離機(jī)和初沉池組成。廢水經(jīng)粗格柵去除較大懸浮物及相關(guān)雜物后流入集水池1，再通過(guò)泵將廢水泵入固液分離機(jī)，進(jìn)一步去除細(xì)小的懸浮物。固液分離機(jī)的出水流入初沉池，在池中沉淀。

1.2.2 生化處理系統(tǒng)

圖1 釀酒廢水處理工藝流程

生化處理系統(tǒng)由水解酸化池、IC厭氧反應(yīng)器、豎流沉淀池、缺氧池、生物膜好氧池和二沉池組成。初沉池的上清液自流入水解調(diào)節(jié)池，在池中大分子有機(jī)物進(jìn)行酸化水解，出水泵入IC厭氧反應(yīng)器。此階段是有機(jī)物厭氧分解的第二階段，主要是產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌利用乙酸、CO2和H2或其他C1化合物產(chǎn)生甲烷。有機(jī)污染物被大量降解。IC反應(yīng)器出水進(jìn)入豎流沉淀池，進(jìn)行第一次固液分離，豎流沉淀池內(nèi)沉淀的污泥一部分回流到IC，以補(bǔ)充流失的厭氧微生物，剩余污泥排入污泥濃縮池，上清液自流進(jìn)入缺氧池；缺氧池內(nèi)污水與二沉池回流混合液混合，在反硝化細(xì)菌作用下進(jìn)行脫氮除磷；缺氧池出水進(jìn)入生物膜好氧池，在好氧細(xì)菌作用下分解有機(jī)物；生物膜氧化池處理后的水進(jìn)入二沉池再次進(jìn)行固液分離；二沉池采用斜板沉淀池。

1.2.3 三級(jí)處理系統(tǒng)

三級(jí)處理系統(tǒng)由混凝沉淀池、集水池2、生物濾池、二氧化氯消毒系統(tǒng)和清水池組成。二沉池上清液進(jìn)入混凝沉淀池，投加混凝劑和助凝劑進(jìn)行混凝沉淀，進(jìn)一步去除有機(jī)物和色度。出水進(jìn)入集水池2；經(jīng)水泵送入生物濾池，通過(guò)活性炭濾料及生物膜對(duì)殘余有機(jī)物的吸附和曝氣氧化，使有機(jī)物進(jìn)一步降解，然后加二氧化氯進(jìn)行消毒，出水達(dá)標(biāo)回用。

1.2.4 污泥處理系統(tǒng)

沉淀池污泥去污泥濃縮池處理，生物濾池反沖水回流至調(diào)節(jié)池；處理中產(chǎn)生的污泥經(jīng)帶式壓濾機(jī)脫水后，泥餅焚燒或作有機(jī)肥料，杜絕二次污染。

1.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

1.3.1 格柵井

地下式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸：7.5 m×3.0 m×2.5 m。內(nèi)設(shè)格柵除污機(jī)1臺(tái)，柵桿間距5 mm，安裝角度500。耙齒速度7.8 m/min，功率N=0.12 kW。

1.3.2 集水池1

地下式，池頂設(shè)蓋板，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。尺寸：3.0 m×3.0 m×4.0 m，池內(nèi)底設(shè)污水泵（Q=30 m3/h，H=16 m3，N=4.0 kW）2臺(tái)（一用一備）。

1.3.3 初沉池、水解調(diào)節(jié)池

地下式，池頂設(shè)蓋板，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上置反切向單向流旋轉(zhuǎn)細(xì)格柵固液分離機(jī)1臺(tái)。

初沉池、水解調(diào)節(jié)池合建一分為二，HRT=10 h，尺寸：20 m×10 m×4.5 m，有效水深 3.0 m。

初沉池內(nèi)設(shè)污水泥泵（Q=10 m3/h，H=20 m3，N=2.2 kW）2臺(tái)（一用一備）。水解調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)提升泵（Q=30 m3/h，H=16 m3，N=4.0 kW）2臺(tái)（一用一備）。

1.3.4 IC反應(yīng)器

鋼結(jié)構(gòu)，有效容積500 m3總?cè)莘e508 m3，尺寸：?6 m×18 m，容積負(fù)荷8.64 kgCOD（/m·3d）。

1.3.5 缺氧池

半地下式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸：15 m×1.0 m×4.5 m，2 座，總?cè)莘e 132 m3，有效容積 120 m3，HRT=4.0 h。

1.3.6 生物膜氧化池

地上式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總?cè)莘e580 m3，有效容積 540 m3，尺寸：15 m×8.6 m×4.5 m，HRT=18 h。配套鼓風(fēng)機(jī)（P=49 kPa，Q=10.8 m3/min，N=15 kW）2臺(tái)（一用一備）。內(nèi)設(shè)微孔曝氣頭550只，彈性立體填料400 m3。

1.3.7 二沉池

地上式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積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，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積62.5 m3，尺寸為：5 m×5 m×4.5 m，HRT=2 h。

1.3.9 集水池2

地下式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸：4 m×4 m×4 m，內(nèi)設(shè)提升泵2臺(tái)（一用一備）。

1.3.10 生物濾池

鋼結(jié)構(gòu)，尺寸：?3.2 m×3.5 m，2座。濾速：2 m/h，鼓風(fēng)充氧氣水比5：1。

1.3.11 清水池

尺寸：11 m×10 m×4 m，內(nèi)設(shè)提升泵 2臺(tái)（一用一備）。 水泵參數(shù)為：Q=600 m3/h，H=12 m，N=37 kW，型號(hào)：WQ600-12-37。

1.3.12 采用化學(xué)式CLO2發(fā)生器

以氯酸鈉和鹽酸為原料，采用負(fù)壓曝氣工藝，生產(chǎn)以二氧化氯為主、氯氣為輔的復(fù)合消毒液，CLO2大于70％，工作電壓7 V，槽電流360 A，耗鹽量1.6 g/L，額定功率1 kW。采用自動(dòng)恒溫控制，保持穩(wěn)定的反應(yīng)溫度，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

1.3.13 污泥脫水

采用型號(hào)為DYL-500、功率為1.5 kW帶式壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水。

1.4 工程調(diào)試及運(yùn)行

整個(gè)工程盡管包括預(yù)處理、厭氧、好氧及混凝沉淀、過(guò)濾消毒池三級(jí)深度處理系統(tǒng)，但運(yùn)行的關(guān)鍵在于厭氧系統(tǒng)，因此IC厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)在調(diào)試過(guò)程中十分重要。下面重點(diǎn)闡述IC厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程。

1.4.1 污泥接種及馴化

污泥接種前先用清水對(duì)IC厭氧反應(yīng)器試壓，具體方法為用清水灌滿反應(yīng)器，觀察三相分離器上是否漏氣，不漏氣視為正常。開(kāi)始調(diào)試時(shí)，先加入經(jīng)過(guò)硝化的污水處理廠的絮狀厭氧污泥作為菌種。由于IC屬于中溫厭氧反應(yīng)器，因此，必須首先將反應(yīng)器的罐內(nèi)溫度提高到35℃以上。

接種的污泥取自山東曲阜市污水處理廠消化污泥，投入的污泥量為180 t，污泥含水率75％。加入的方法是首先將污泥倒入地面上一個(gè)大坑內(nèi)攪拌均勻后，再用自來(lái)水沖開(kāi)后用污泥泵從IC底部泵入IC。

1.4.2 負(fù)荷逐步提高階段

負(fù)荷的提高采用在滿足進(jìn)水溫度的前提下，先小流量進(jìn)水，后逐步加大進(jìn)水流量的方法，使污泥漸漸適應(yīng)。在調(diào)試期間，根據(jù)出水揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度、出水pH值和COD去除率逐步提高IC反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)VFA的變化能很好地了解有機(jī)物的降解過(guò)程，并實(shí)時(shí)反映IC反應(yīng)器的運(yùn)行效果及穩(wěn)定性。若出水VFA濃度高，則會(huì)對(duì)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用，COD去除率也因此降低[4]。在調(diào)試期間，每天要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)罐內(nèi)VFA的數(shù)值，一般VFA的數(shù)值等于5 mmol/L為正常，大于10 mmol/L時(shí)厭氧系統(tǒng)就有酸敗的危險(xiǎn)，這個(gè)時(shí)候要降低容積負(fù)荷，待VFA數(shù)值正常后再加大負(fù)荷。

調(diào)試的第一個(gè)月，進(jìn)水量從3 m3/h逐步增大到10 m3/h，提高流量的依據(jù)是：在某個(gè)流量下，厭氧段的去除率達(dá)到85％，則可以提高流量。當(dāng)流量上升到10 m3/h時(shí)，罐內(nèi)溫度升高到35℃，IC反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)開(kāi)始工作。這個(gè)時(shí)候的進(jìn)水COD控制在2 000 mg/L以下，進(jìn)水時(shí)間控制在10 h以內(nèi)。

調(diào)試的第二個(gè)月，進(jìn)水量從10 m3/h逐步增大到20 m3/h，進(jìn)水COD控制在4 000 mg/L以下，進(jìn)水時(shí)間控制在20 h以內(nèi)。

調(diào)試的第三個(gè)月，進(jìn)水量從20 m3/h逐步增大到30 m3/h，進(jìn)水 COD達(dá)到 6 000 mg/L，可以連續(xù) 24 h運(yùn)行。

3個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行后，系統(tǒng)厭氧部分工作正常，定期污泥回流，以補(bǔ)充厭氧罐的污泥量，產(chǎn)氣正常，罐體容積負(fù)荷穩(wěn)定在8.64 kgCOD/（m3·d）以上，處理效率85％以上。

1.4.3 運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行后，出水水質(zhì)穩(wěn)定，各環(huán)節(jié)工作正常，調(diào)試工作完成。順利通過(guò)山東省泰安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站驗(yàn)收，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2。

表2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表2可以看出，出水均達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18921-2002），合格率100％。

2 沼氣發(fā)電系統(tǒng)

2.1 沼氣發(fā)電工藝

因燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)沼氣的要求是不含游離水或其他游離雜質(zhì)；調(diào)壓閥前進(jìn)氣壓力不低于500 mm H2O水柱；硫化氫含量≤50 mg/Nm3，總硫含量≤480 mg/Nm3；粉塵顆粒直徑小于5 μm，總含量不大于50 mg/Nm3；CH4含量不低于50％；進(jìn)氣溫度≤40℃。所以必須對(duì)IC反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行氣液分離、過(guò)濾和脫硫處理，才能滿足發(fā)電機(jī)組的發(fā)電要求，此發(fā)電工藝流程見(jiàn)圖2。

2.2 沼氣發(fā)電規(guī)模

工程建站規(guī)模為280 kW，采用2臺(tái)140GF-NK型沼氣發(fā)電機(jī)，輸出功率為280 kW·h，機(jī)組發(fā)出電力直接送入公司400 V配電房自用。

3 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

工程總投資380萬(wàn)元，其中污水處理及回用系統(tǒng)投資290萬(wàn)元，沼氣發(fā)電系統(tǒng)90萬(wàn)元。污水處理供電全部由沼氣發(fā)電裝置提供，運(yùn)行成本為0.67元/m3，其中藥劑費(fèi)為0.30元/m3，人工費(fèi)為0.37元/m3。每年回用水18萬(wàn)m3，若按2.80元/m3計(jì)，可創(chuàng)收50.4萬(wàn)元/a，4年全部收回投資。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）該工程采用以IC厭氧反應(yīng)器為主的三級(jí)深度處理工藝，在有效負(fù)荷為8.64 kgCOD/（m3·d）、溫度為35～37℃的條件下，COD去除率在85％以上，出水能夠穩(wěn)定達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18921-2002）。

（2）該工程最大限度地節(jié)約運(yùn)行成本，不但進(jìn)行中水回用，還利用沼氣發(fā)電，做到污水處理站用電自給有余。

（3）該工程實(shí)施后，使企業(yè)在治理環(huán)境污染的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣。

[1] 北京水環(huán)境技術(shù)與設(shè)備研究中心.三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)（廢水卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.4:21.

[2] 王凱軍，秦人偉.發(fā)酵工業(yè)廢水處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.9:115-208.

[3]全國(guó)勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)工程師專業(yè)管理委員會(huì)，中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì).注冊(cè)環(huán)保工程師專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材(第一分冊(cè))[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.5:198.

[4] 李平，徐文英.厭氧(IC反應(yīng)器)／好氧聯(lián)用處理淀粉生產(chǎn)廢水[J].中國(guó)給水排水，2009，25(2):52-54.