強(qiáng)化型CASS工藝處理酒精生產(chǎn)廢水特性研究

孫俊偉， 李濟(jì)源， 曹文平， 張金輪

(1.安徽工程大學(xué)， 安徽 蕪湖 241000； 2.徐州工程學(xué)院， 江蘇 徐州 221008)

強(qiáng)化型CASS工藝處理酒精生產(chǎn)廢水特性研究

孫俊偉1， 李濟(jì)源1， 曹文平2， 張金輪1

(1.安徽工程大學(xué)， 安徽 蕪湖 241000； 2.徐州工程學(xué)院， 江蘇 徐州 221008)

摘要：為了提高CASS工藝處理酒精廢水的效果，將人工合成的生物填料投入CASS反應(yīng)器好氧區(qū)，并以過濾膜代替潷水器，組建強(qiáng)化型CASS工藝。研究了運(yùn)行周期內(nèi)生物降解和膜濾對(duì)CODCr、氨氮-N)、總氮(TN)、總磷(TP)的降解效果。結(jié)果表明：強(qiáng)化型CASS工藝中生物降解在2～4 h內(nèi)對(duì)CODCr、氨氮-N)、總氮(TN)、總磷(TP)降解效果明顯；而膜濾(操作壓力控制在0.05 MPa)則是強(qiáng)化生物降解效果的補(bǔ)充，對(duì)-N、TN和TP的去除均有著不同程度的效果。強(qiáng)化型CASS工藝能更好地凈化酒精生產(chǎn)廢水，同時(shí)，生物降解和膜濾作用達(dá)到了很好的耦合協(xié)同功能。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化型CASS工藝；生物填料；酒精生產(chǎn)廢水；膜濾；生物降解

我國(guó)很多酒精生產(chǎn)企業(yè)污水處理工藝都采用了CASS工藝[1]，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，CASS反應(yīng)器存在諸多問題，比如SV值過高、出水指標(biāo)偏高[2-3],特別是新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 27631-2011)頒布實(shí)施以來，現(xiàn)有的CASS工藝面臨著更大的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)原有工藝的升級(jí)改造勢(shì)在必行[4]。

在CASS反應(yīng)器好氧區(qū)補(bǔ)充生物填料以提高生物濃度和生物量及生物鏈(網(wǎng))的復(fù)雜度，有利于提高生物降解效果[5]，而且氨氧化菌喜歡吸附在填料上增殖。因?yàn)榘钡难趸^程是生物脫氮過程的關(guān)鍵性步驟[6]，所以增加填料對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除是十分有益的，甚至對(duì)總氮的去除也是十分有幫助的。與此同時(shí)，利用膜的截留作用，可提高CASS工藝系統(tǒng)內(nèi)的污泥停留時(shí)間，提高微生物量和濃度，也可強(qiáng)化生物降解過程；而且膜濾對(duì)不可生物降解的顆粒物質(zhì)有很好的攔截作用，可強(qiáng)化水質(zhì)凈化過程。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

反應(yīng)器由PVC板制成，外面用鋼筋加固，主體長(zhǎng)、寬、高分別為3.2 m、0.8 m、1.3 m，有效水深1.1 m，總?cè)莘e3.33 m3，有效容積2.80 m3，前端用隔板隔出生物選擇區(qū)和預(yù)反應(yīng)區(qū)，生物選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)之間的體積之比約為1∶2∶17，好氧區(qū)投加直徑80 mm聚丙烯懸浮球填料，投加率為30%。采用污泥泵進(jìn)行混合液回流；底部設(shè)置排泥管，用于排泥及放空；通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，進(jìn)水流量和曝氣量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。膜分離采用超濾/反滲透卷式膜分離系統(tǒng)，膜組件為截留分子量5萬的聚砜中空纖維膜，單支膜有效面積0.2 m2。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)用污泥和水質(zhì)情況

圖1　反應(yīng)裝置示意圖

1.3污泥培養(yǎng)和馴化階段

實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)初期，為了減小進(jìn)水對(duì)反應(yīng)器的負(fù)荷沖擊，進(jìn)水方式為全程連續(xù)進(jìn)水，排水方式為潷水器排水。運(yùn)行模式為進(jìn)水曝氣8 h、沉淀1 h、排水0.5 h、閑置2.5 h，每天運(yùn)行2個(gè)周期。2周之后將進(jìn)水方式改為瞬時(shí)進(jìn)水，其他運(yùn)行參數(shù)不變。經(jīng)過40多天的馴化和掛膜培養(yǎng)，出水指標(biāo)CODCr逐漸穩(wěn)定在100 mg/L以下，填料上附著的生物膜厚度增加明顯。鏡檢發(fā)現(xiàn)，生物膜上生物種類和個(gè)數(shù)均有大幅提升，其中輪蟲增量尤為明顯，反應(yīng)器啟動(dòng)完成，開始實(shí)驗(yàn)。

1.4測(cè)試方法

本實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定主要參考國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)[7]。

2結(jié)果與討論

2.1強(qiáng)化型CASS工藝系統(tǒng)中生物降解條件下污染物變化情況

表1　典型周期內(nèi)各指標(biāo)變化情況

2.2膜組件操作壓力

此過程中反應(yīng)器進(jìn)水曝氣4 h、純曝氣2 h、沉淀1 h。沉淀完成后用膜裝置進(jìn)行排水。分別在壓力為0.05 MPa、0.075 MPa、0.10 MPa下對(duì)出水進(jìn)行膜分離，每10 min記錄1次流量，記錄時(shí)間為120 min。具體結(jié)果見圖2。

圖2　不同操作壓力下流量變化情況

由于壓力不同，3種壓力下初始流量不同，具體表現(xiàn)為壓力越大初始流量越大。壓力為0.05 MPa、0.075 MPa和0.10 MPa時(shí)，流量分別為14.6 L/h、15.3 L/h和16.1 L/h。隨著時(shí)間的變化，壓力越大流量減小越快。在10 min時(shí)壓力為0.05 MPa，出水流量為14.3 L/h，出水流量為3種壓力下最大的。20 min后壓力越大流量越小，說明在排水初期壓力越大，流量下降越快，即膜通量下降越快，膜污染也越嚴(yán)重。當(dāng)排水100 min后，膜通量又趨于相同。究其原因，膜污染越嚴(yán)重，膜通量越小，導(dǎo)致回流量變大，從而使膜表面的剪切力變大，剪切力變大后能夠阻止膜污染的加劇，膜污染不會(huì)一直加重[10-11]。從圖2中可以看出，120 min后幾種壓力下膜通量基本相同，但仍表現(xiàn)為壓力越大膜通量越小。

整個(gè)過程中壓力為0.05 MPa時(shí)雖然初始流量比較小，膜出水量卻是3種壓力下最大的。因此在處理該水質(zhì)時(shí)，壓力控制在0.05 MPa左右比較合適。

3膜濾對(duì)污染物的去除效果

膜濾對(duì)CODCr的去除情況如圖3所示。由圖3可以看出，進(jìn)水CODCr濃度在346.68～760.61 mg/L之間波動(dòng)，平均濃度為558.20 mg/L，此時(shí)生物降解出水CODCr濃度為41.62～115.87 mg/L，平均濃度為85.27 mg/L，平均去除率為84.82%，膜出水CODCr濃度為13.87～89.76 mg/L，平均濃度為57.73 mg/L，平均去除率為89.94%?？梢娋垌磕?duì)CODCr去除還是比較明顯的。由此可見，膜濾較之前的沉淀排水有著很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谙到y(tǒng)沉淀過程中，水中受重力作用比較弱的懸浮物和一些大分子有機(jī)物沉淀效果不明顯，會(huì)隨著排水排出系統(tǒng)之外，影響出水水質(zhì)，而膜能夠攔截出水中的懸浮物以及大分子的有機(jī)物[12]。

圖3　膜濾對(duì)CODCr的去除情況

膜濾對(duì)TN的去除情況如圖5所示。由圖5可以看出，在相同條件下，膜出水TN濃度始終優(yōu)于生物降解出水。進(jìn)水TN濃度為27.24～44.57 mg/L，平均濃度為32.62 mg/L，此時(shí)生物降解出水TN濃度為4.77～12.40 mg/L，平均濃度為8.42 mg/L，平均去除率為74.54%；膜出水TN濃度為4.14～10.75 mg/L，平均濃度為7.30 mg/L，平均去除率為77.98%。由此可見，TN的去除較氨氮明顯。

圖5　膜濾對(duì)TN的去除情況

膜濾對(duì)TP的去除情況如圖6所示。由圖6可以看出，膜出水TP濃度始終優(yōu)于生物降解出水。進(jìn)水TP濃度為39.96～53.55 mg/L，平均濃度為46.12 mg/L，此時(shí)生物降解出水TP濃度為13. 56～16.81 mg/L，平均濃度為13.27 mg/L，平均去除率為67.13%；膜出水TP濃度為12.56～14.49 mg/L，平均濃度為12.27 mg/L，平均去除率為70.98%。磷的去除主要靠生物作用。膜對(duì)磷也有一定的去除作用，主要靠對(duì)懸浮物的過濾，磷被微生物吸收后主要停留在污泥中，膜對(duì)微生物的攔截一定程度上對(duì)磷的去除起一定的作用[14-15]?？偟目磥?，該系統(tǒng)對(duì)磷的絕對(duì)去除率很高，達(dá)到33.85 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他活性污泥系統(tǒng)的去除量。

圖6　膜濾對(duì)TP的去除情況

4結(jié)語

(1)對(duì)典型周期內(nèi)各污染物的變化規(guī)律分析表明，強(qiáng)化型CASS工藝處理酒精廢水在曝氣3～4 h之后基本穩(wěn)定，綜合考慮曝氣時(shí)間應(yīng)控制在4 h左右。

(2)膜的操作壓力分別在0.05 MPa、0.075 MPa和0.10 MPa下，隨著時(shí)間的變化，壓力越大流量減小越快。壓力為0.05 MPa時(shí)雖然初始流量比較小，膜出水量卻是3種壓力下最大的。因此在處理該水質(zhì)時(shí)，壓力控制在0.05 MPa左右比較合適。

(3)從污染物的去除效果看，該系統(tǒng)對(duì)CODCr、氨氮、總氮、總磷都表現(xiàn)出了較好的去除效果，CODCr、氨氮、總氮均能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于進(jìn)水磷負(fù)荷較高，出水TP不達(dá)標(biāo)，需做進(jìn)一步的深度處理。

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(責(zé)任編輯：席艷君)

Characteristics of Alcohol Wastewater Treatment

by Enhanced CASS Process

SUN Jun-wei1, LI Ji-yuan1, CAO Wen-ping2, ZHANG Jin-lun1

(1.Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000; 2.Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)

Abstract:An enhanced CASS process was built to improve the removal efficacy of CASS process for alcohol wastewater, the following measures were adopted: (1) artificial synthetic bio-carriers were added into the activated sludge of the CASS aerobic zone; (2) the membrane instead of decanter.-N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) by biodegradation and membrane filtration was investigated, and the operational pressure of membrane was discussed.-N, TN, TP was obvious within 2～4 h.-N, TN and TP removal was enhanced process under the operational pressure of 0.05 MPa conditions. The phenomenon illustrates that the enhanced CASS process has better ability for purifying alcohol wastewater. In addition, biological degradation and membrane filtration realize a good collaboration capabilities.

Key words:enhanced CASS process; bio-carriers; alcohol wastewater; membrane filter; biodegradation

文章編號(hào)：1671-6906(2015)01-0084-03

作者簡(jiǎn)介：劉建福(1981-)，男，湖南邵陽人，碩士，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴究刂啤?/p>

基金項(xiàng)目：廈門市科技計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目(3502Z20099002)

收稿日期：2014-06-18

中圖分類號(hào)：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.01.020