UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水工程實(shí)例

李曉婷

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春336000）

工程實(shí)例

UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水工程實(shí)例

李曉婷

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春336000）

通過對(duì)啤酒生產(chǎn)制作廢水特點(diǎn)的綜合分析，結(jié)合原有污水處理站工藝及多家同類污水站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出采用UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水。運(yùn)行結(jié)果表明：出水COD、BOD5、SS、NH3-N均滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821—2005）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，出水動(dòng)植物油、陰離子表面活性劑滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用該組合工藝處理啤酒生產(chǎn)廢水，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行。

啤酒廢水；升流式厭氧污泥床；循環(huán)式活性污泥法

江西某啤酒廠是一家以大麥芽、酒花、酵母、釀造用水為主要原料，以玉米、大米、大麥、小麥、糖類等為輔助原料〔1〕，生產(chǎn)及精加工飽含二氧化碳的低酒精度酒的生產(chǎn)企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水由原有廢水處理站采用水解酸化+接觸氧化組合工藝進(jìn)行凈化處理?，F(xiàn)企業(yè)因擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，增加排放的污水總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有污水處理站原始設(shè)計(jì)處理能力，導(dǎo)致廢水中所含污染物降解去除效果持續(xù)降低，出水水質(zhì)不斷惡化且不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，故對(duì)現(xiàn)有污水處理站進(jìn)行擴(kuò)建改造，確保污水經(jīng)系統(tǒng)處理后出水排放各項(xiàng)污染物指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821—2005）、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1　廢水水質(zhì)分析

1.1廢水主要組成及特點(diǎn)

啤酒生產(chǎn)主要是以大麥和大米為主要原料，輔之以啤酒花及鮮酵母，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵釀造而成。該廢水屬于中高濃度的有機(jī)污染廢水，廢水的主要來源有：麥芽生產(chǎn)過程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴霧水、麥槽水、洗滌水、凝固物洗滌水；糖化過程的糖化、過濾洗滌水；發(fā)酵過程的發(fā)酵罐洗滌水、過濾洗滌水；罐裝過程的洗瓶、滅菌、破瓶啤酒；冷卻水和成品車間沖洗地面水；生產(chǎn)、生活區(qū)的生活污水〔2-3〕。啤酒廢水含有大量的有機(jī)碳、懸浮有機(jī)污染物，但氮源污染物質(zhì)較少，其COD、SS、BOD5濃度均較高，pH 11.0～13.0，同時(shí)含有一定量的動(dòng)植物油、陰離子表面活性劑。啤酒廢水屬于有害無毒的有機(jī)廢水，但是很容易腐壞，一旦排入水體會(huì)消耗受納水體內(nèi)大量的溶解氧，對(duì)周圍水體環(huán)境造成嚴(yán)重的危害〔4〕。

1.2廢水水質(zhì)及水量

工程設(shè)計(jì)流量為5 000m3/d，本項(xiàng)目廢水有機(jī)物濃度較高，懸浮有機(jī)污染物含量較高，主要含有大量的麥皮、渣皮等，在生產(chǎn)制作過程中廢水排放不均勻，水質(zhì)水量波動(dòng)較大，但該類廢水的可生化性良好，有毒物質(zhì)較少，營(yíng)養(yǎng)配比適中〔4〕。廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2　廢水處理工藝

2.1廢水處理主體工藝的選擇

目前國(guó)內(nèi)外常用的啤酒廢水處理方法主要包括生化處理法、物化與生化相結(jié)合的處理辦法。具體有水解酸化+SBR法、UASB+好氧接觸氧化法、新型獨(dú)立接觸氧化法、生物接觸氧化法、內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+氧化溝法、UASB+SBR法等〔5〕。結(jié)合該公司啤酒廢水的水質(zhì)及排放狀況，且兼顧因地制宜等因素，確定采用內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+好氧CASS反應(yīng)器組合工藝進(jìn)行處理，工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程

2.2工藝流程說明

（1）污水、污泥部分。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污水經(jīng)廠區(qū)管網(wǎng)匯集到污水處理站的格柵集水井，經(jīng)過提升泵提升并經(jīng)過水力篩的攔截，將破碎商標(biāo)紙、麥殼等雜物隔除，隔除雜質(zhì)后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池后采用液下攪拌進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，同時(shí)在調(diào)節(jié)池的前端還設(shè)置了事故池，根據(jù)集水井的在線pH計(jì)測(cè)定的pH，當(dāng)綜合污水pH大于9時(shí)，開啟泵出水管線上去事故池的電動(dòng)閥門，關(guān)閉去水篩的電動(dòng)閥門；當(dāng)pH小于9時(shí)，則關(guān)閉去水管線上去事故池的電動(dòng)閥門，同時(shí)開啟去水篩的電動(dòng)閥門。調(diào)節(jié)池中的污水經(jīng)過均質(zhì)、均量后由調(diào)節(jié)泵提升至UASB中進(jìn)行厭氧分解。厭氧出水靠重力自流入CASS池，在CASS池內(nèi)進(jìn)行進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5個(gè)工序，沉淀池污泥、反應(yīng)器剩余污泥由污泥泵提升入污泥濃縮池后再進(jìn)行帶式壓濾機(jī)脫水，脫水后污泥外運(yùn)或者制作磚塊加以利用。

（2）空氣部分。由羅茨鼓風(fēng)機(jī)在CASS池底部連續(xù)鼓入進(jìn)行好氧反應(yīng)所需的空氣，同時(shí)往調(diào)節(jié)池中定期鼓入空氣，確保池內(nèi)不會(huì)淤積污泥。

（3）儀器、儀表、自控及配電部分。主要包括液位控制儀、流量計(jì)、pH在線儀、泵與風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換裝置、報(bào)警裝置等。

3　主要構(gòu)筑物及配套設(shè)備技術(shù)參數(shù)

（1）格柵集水井。1座，地下式砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸12.5m×2.5m×3.5m，有效水深1.5m，設(shè)計(jì)過水量250m3/h，過柵流速5m/s；配套集水井提升泵兩臺(tái)，型號(hào)CP（T）515-200沉水式污物泵，流量300m3/h，揚(yáng)程11m，功率5 kW。

（2）調(diào)節(jié)池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸15m× 12m×6m，有效容積900m3，HRT=4 h；配套設(shè)備包括GL-150型水力篩2臺(tái)，篩筒縫隙0.8～1.0mm，材質(zhì)SS304；LPF配套浮球液位計(jì)1套；曝氣量為3.0 m3/（m2·h）的環(huán)狀式水下空氣混合裝置1套；LDE-65型電磁流量計(jì)1套；KDV-23L型酸計(jì)量泵1臺(tái)；KDV-23L型堿計(jì)量泵1臺(tái)；ABBACS140-1K1-1型計(jì)量變頻器2臺(tái)。

（3）UASB反應(yīng)器。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸23.5 m×14.0 m×8.2 m，有效水深7.5 m，有效容積1 785m3，反應(yīng)區(qū)水力停留時(shí)間HRT=8.6 h，反應(yīng)器水力停留時(shí)間HRT=11.8 h，COD容積負(fù)荷7.0 kg/（m3·d）。該裝置主要由污泥床區(qū)、污泥懸浮區(qū)和沉降區(qū)三部分組成，廢水由泵輸送進(jìn)入，自下而上經(jīng)過反應(yīng)器，對(duì)廢水中的高濃度有機(jī)物從酸化至甲烷化平衡完成，使系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷高而且不易發(fā)生酸化現(xiàn)象，經(jīng)過反應(yīng)器反應(yīng)后，產(chǎn)生過量的沼氣則由火炬燃燒處理。

配套設(shè)備包括：出水斜板沉淀池（與UASB反應(yīng)器合建）2座，鋼混結(jié)構(gòu)，單池設(shè)計(jì)尺寸6.0m× 11.5 m×8.2 m；厭氧布水器20套，材質(zhì)不銹鋼SS304，型號(hào)YHWJ-1；厭氧三相分離器20套，材質(zhì)玻璃鋼，尺寸6.5m×2.0m×1.5m，型號(hào)YHTS-1；水封罐1臺(tái)，材質(zhì)不銹鋼SS304，尺寸D 1.2m×2.3m；氣水分離器1臺(tái)，材質(zhì)不銹鋼SS304，尺寸D 1.2m×2.3m；pH計(jì)（帶溫度計(jì)）2套，規(guī)格alph-pH800；二級(jí)提升泵2臺(tái)（1用1備），型號(hào)G-320-200（4P），流量210m3/h，揚(yáng)程10m，功率11 kW；厭氧進(jìn)水泵2臺(tái)（1用1備），型號(hào)G-330-250（4P），流量400m3/h，揚(yáng)程10m，功率18.5 kW；電磁流量計(jì)1臺(tái)，規(guī)格BURKERT 8045 DN250；玻璃鋼罩4個(gè)，尺寸3m× 0.8m×0.5m；臭氧洗滌器1套，規(guī)格BIOFILTER-1500，處理風(fēng)量1 500m3/h；臭氧收集風(fēng)機(jī)1臺(tái)，型號(hào)4-71 3.15A，風(fēng)量2 000 m3/h，全壓1 600 Pa，功率1.5 kW（防爆電機(jī)）；溫度控制器2套，型號(hào)OMRON pt100 0.0～+200℃。

（4）CASS池。1座，3組，鋼混結(jié)構(gòu)，單組設(shè)計(jì)尺寸27m×8.3m×6.0m，有效水深5m，總有效容積3 200m3，名義水力停留時(shí)間HRT=15.36 h，污泥負(fù)荷（以BOD5/MLVSS計(jì)）0.15 kg/（kg·d），污泥質(zhì)量濃度3 000mg/L，潷水率30%。對(duì)于該啤酒廢水，在經(jīng)過UASB厭氧生物處理后，有機(jī)污染物濃度仍然較高，利用CASS池可以在同一個(gè)周期內(nèi)通過調(diào)節(jié)曝氣量以改變運(yùn)行方式，極大限度地提高有機(jī)污染物去除率，保證較好的出水水質(zhì)，尤其是對(duì)于一些難降解物質(zhì)，可以在CASS池中通過缺氧-好氧的循環(huán)作用得到良好的去除效果。

配套設(shè)備包括：鼓風(fēng)機(jī)4臺(tái)（3用1備），型號(hào)SSR-125，供風(fēng)量18.3m3/min，升壓49 kPa，電機(jī)功率22 kW；微孔曝氣頭1 600個(gè)，尺寸D=240mm，服務(wù)面積0.3m2，單個(gè)出風(fēng)量1.5～3.0m3/h；潷水器3臺(tái)，型號(hào)SHB-350，潷水量350m3/h，電機(jī)功率1.5 kW；污泥回流泵3臺(tái)，型號(hào)CP（T）51.5-65，流量25m3/h，揚(yáng)程10m，電機(jī)功率1.5 kW。

（5）污泥濃縮池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸3.5m× 2.5m×4.5m，配套G35-1型螺桿泵2臺(tái)，XAYJ40/ 800-UB型廂式壓濾機(jī)1套，污泥抽吸泵2臺(tái)。

（6）綜合操作間。1座（利用原有），地上磚混結(jié)構(gòu)加彩鋼瓦，設(shè)計(jì)尺寸為8.0m×6.0m×3.0m。

4　工程啟動(dòng)及運(yùn)行

4.1UASB反應(yīng)器

本次調(diào)試所接種的污泥取自某城市污水處理廠的脫水硝化污泥，開始階段首先將UASB反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在30℃左右，進(jìn)水量控制在50m3/h左右，進(jìn)水方式為白天進(jìn)水、夜間停止進(jìn)水。同時(shí)及時(shí)清理UASB反應(yīng)器液面上由污泥帶入的懸浮雜物，并且注意觀察液面，避免反應(yīng)器內(nèi)的接種污泥流失。一旦出水中帶有大量污泥，則必須停止進(jìn)水，同時(shí)密切監(jiān)控UASB反應(yīng)器的進(jìn)水總量、進(jìn)出水pH、溫度，整個(gè)啟動(dòng)階段pH需控制在6.5～8.0之間〔6〕，隨后逐步增大進(jìn)水量，并控制反應(yīng)器揮發(fā)酸質(zhì)量濃度不高于2.5mg/L，對(duì)COD每天定時(shí)取樣監(jiān)測(cè)，當(dāng)反應(yīng)器出水COD去除率能穩(wěn)定達(dá)到80%左右時(shí)，再逐漸加大進(jìn)水流量，大約經(jīng)過90 d左右的調(diào)試啟動(dòng)，UASB反應(yīng)器啟動(dòng)調(diào)試成功并可正常運(yùn)行。

4.2CASS反應(yīng)池

常規(guī)CASS反應(yīng)池主要組成部分為生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)、好氧區(qū)〔7〕。CASS反應(yīng)池實(shí)質(zhì)上屬于間歇式處理反應(yīng)器，此反應(yīng)器可以通過調(diào)節(jié)曝氣量使得反應(yīng)器內(nèi)不斷進(jìn)行曝氣與非曝氣交替循環(huán)過程，如此，UASB反應(yīng)器出水在CASS池內(nèi)按一定的周期及階段得到進(jìn)一步的深度處理。CASS池內(nèi)污水處理循環(huán)主要包括進(jìn)水/曝氣/污泥回流階段—完成生物降解過程、非曝氣/污泥沉淀階段—泥水分離過程、潷水/剩余污泥排放階段—上清液排出過程、閑置階段—恢復(fù)污泥活性過程。

一個(gè)完整的循環(huán)操作周期由上述四個(gè)階段組成，可根據(jù)污水水量及所含有機(jī)污染物濃度的高低，靈活選擇運(yùn)轉(zhuǎn)形式周期（每周期的運(yùn)作時(shí)間可選6、8、12 h等）。在CASS反應(yīng)池調(diào)試初期，需先往CASS池內(nèi)泵入少量的中低濃度有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)曝氣處理，同時(shí)往池內(nèi)投加一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例按照C、N、P的質(zhì)量比為100∶5∶1計(jì)）〔8〕，并且由池內(nèi)污泥沉降比的變化曲線來不斷調(diào)整CASS反應(yīng)池內(nèi)的污泥負(fù)荷。隨后便開始慢慢加大進(jìn)水水量，使CASS反應(yīng)池內(nèi)的好氧活性污泥微生物種群可以逐步適應(yīng)待處理的啤酒廢水。大約經(jīng)過25 d的處理后，CASS反應(yīng)池內(nèi)污泥沉降比可穩(wěn)步增長(zhǎng)至20%以上。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室鏡像檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)CASS池內(nèi)微生物種群種類豐富，存在著大量的活性菌膠團(tuán)、鐘蟲及輪蟲〔9〕，此現(xiàn)象表明，CASS反應(yīng)池內(nèi)已經(jīng)形成了良好的生物相體系，活性污泥菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)致密、沉降速率快、泥水分離速度快，上清液出水清澈透明，水質(zhì)狀況良好，說明CASS反應(yīng)池內(nèi)的生物種群已經(jīng)適應(yīng)了本項(xiàng)目需處理的啤酒廢水，馴化菌種的培養(yǎng)過程已經(jīng)基本成功。CASS反應(yīng)池處理負(fù)荷在經(jīng)過60 d左右的調(diào)試啟動(dòng)后可完全達(dá)到設(shè)計(jì)能力，全系統(tǒng)能夠運(yùn)行穩(wěn)定。

4.3潷水器

潷水器是CASS處理法的重要設(shè)備，本項(xiàng)目采用的旋轉(zhuǎn)式潷水器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，負(fù)荷大、潷水深度行程大，可操控性好。

4.4運(yùn)行效果

廢水處理效果如表2所示。

表2　工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表2可以看出，該工程對(duì)COD、BOD、SS、氨氮的總體去除率可分別達(dá)到98.4%、97.8%、95.4%、98.5%。

5　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及環(huán)境效益分析

（1）工程造價(jià)。該工程總投資為319.26萬元，其中土建費(fèi)34.89萬元，設(shè)備材料費(fèi)256.15萬元，其他設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)輸及調(diào)試等間接費(fèi)用12.99萬元。

（2）運(yùn)行成本。單位廢水的處理成本約為1.48元/m3（不計(jì)設(shè)備折舊、維修費(fèi)用），其中電費(fèi)0.58元/m3，人工費(fèi)0.33元/m3（污水處理站操作人員按10人計(jì)），藥劑費(fèi)合計(jì)0.57元/m3（HCl投加質(zhì)量濃度按100 mg/L計(jì)、PAC投加質(zhì)量濃度按100 mg/L計(jì)、PAM投加質(zhì)量濃度按5.0mg/L計(jì)）。

（3）環(huán)境效益。污水處理站改建運(yùn)行投入使用后，企業(yè)每年可減少COD約3 896.64 t、BOD5約322.74 t、SS約377.78 t，大量減排的污染物質(zhì)對(duì)改善周圍水體環(huán)境能夠起到非常關(guān)鍵的作用。

6　結(jié)論

（1）采用內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+好氧CASS反應(yīng)器組合工藝處理啤酒廢水可以取得很好的處理效果。采用該工藝處理本項(xiàng)目啤酒廢水，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間COD、BOD5、SS、氨氮平均去除率分別達(dá)98.4%、97.8%、95.4%、98.5%，系統(tǒng)出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821—2005）及《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）UASB反應(yīng)器是整個(gè)組合處理工藝的核心組成部分，具有較高的COD容積負(fù)荷，啟動(dòng)運(yùn)行調(diào)試的關(guān)鍵在于反應(yīng)器內(nèi)厭氧顆粒污泥良好沉降性能的培養(yǎng)，而培養(yǎng)厭氧顆粒污泥群的前提條件是為其提供良好的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、維持適宜的進(jìn)水酸堿度及適時(shí)地調(diào)整進(jìn)水水力負(fù)荷，同時(shí)UASB反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，高效低耗、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、剩余污泥產(chǎn)量少、操作管理簡(jiǎn)便等顯著特點(diǎn)。

（3）CASS是SBR工藝的改良型。它既涵蓋了傳統(tǒng)SBR工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)行管理更加方便、基建投資更省、抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)。對(duì)于本項(xiàng)目啤酒廢水，在UASB厭氧生物處理后，UASB反應(yīng)器出水在CASS反應(yīng)器內(nèi)可以通過調(diào)節(jié)曝氣量從而改變反應(yīng)器的運(yùn)行方式來得到進(jìn)一步的處理，進(jìn)而最大程度地提高UASB反應(yīng)器出水中有機(jī)污染物質(zhì)的去除效果，保證系統(tǒng)最終出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。尤其是針對(duì)那些難降解的有機(jī)污染物質(zhì)，在CASS反應(yīng)器內(nèi)可以通過缺氧-好氧的反復(fù)循環(huán)作用得到相對(duì)徹底的去除。

（4）總體來看，內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+好氧CASS反應(yīng)器組合工藝針對(duì)性強(qiáng)，工程設(shè)施投入半年多來運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便，綜合運(yùn)行成本穩(wěn)定在1.48元/m3左右，同時(shí)能夠取得很好大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，適宜推廣。

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Case study on the combined process，UASB+CASS for the treatmentofbeerwastewater

LiXiaoting
（Life Science＆Resources Environment Institute，JiangxiYichun University，Yichun 336000，China）

Based on the comprehensive analysisof the characteristicsof thewastewater from beer production，combiningwith the original technology in water treatmentstationsand a number of practicalexperiencesof similarwastewater plants，it is proposed that the combined process，UASB+CASS，is to be used for the treatment of beer wastewater.The running resultsshow thatall theeffluentCOD，BOD5，SS，and NH3-N canmeet the requirementsspecified in Level lof the Discharge Standard of Pollutants for Beer Industry（GB 19821—2005）.The effluent，animaland plant oils，and anionic surfactant canmeet the requirements specified in Level lof IntegratedWastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.Using the combined process for the treatmentofwastewater from beer production is technically and economically feasible.

beerwastewater；upflow anaerobic sludge bed；cyclic activated sludgemethod

X703.1

B

1005-829X（2016）03-0093-04

李曉婷（1982—），講師。電話：13979599984，E-mail：xiaoxiao68022@sina.com。

2016-01-20（修改稿）