啤酒生產(chǎn)廢水處理工程設(shè)計與實踐

王洪慶 樂晨 陳赟 韓穎 陳振

摘要 采用以“一體化厭氧反應(yīng)器”為核心的厭氧-好氧工藝處理高濃度啤酒廢水，厭氧過程中水解酸化和產(chǎn)甲烷均在一個反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生。該組合工藝具有占地面積小、抗沖擊負(fù)荷能力強、處理效果好等優(yōu)點，出水pH 6～9，COD≤70 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤50 mg/L，達到啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB19821—2005）的要求。

關(guān)鍵詞 啤酒廢水；厭氧反應(yīng)器；組合工藝

中圖分類號 S188 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-296-03

Abstract “Intergrated anaerobic reactor” is applied as the core section of A/O process to treat beer wastewater， and hydrolytic acidification and methane production both occur in one reactor during anaerobic process. This process had many advantages such as small area occupation， high resistance shocking capacity and high removal efficiency. The effluent COD， BOD5 and SS were not as high as 70 mg/L， 10 mg/L and 50 mg/L， which could meet the requirements in Discharge Standard of Pollutants for Beer Industry （GB19821—2005）.

Key words Beer wastewater； Anaerobic reactor； Integrated process

啤酒生產(chǎn)一般包括麥芽制造、麥汁制備、麥汁發(fā)酵、洗瓶和灌裝4道工序。啤酒生產(chǎn)過程耗水量巨大，每生產(chǎn)1 t啤酒耗水量為10～15 t，伴隨產(chǎn)生大量的啤酒廢水[1-2]。啤酒廢水含有大量高濃度有機污染物，主要包括糖類、醇類、殘留酵母、化學(xué)洗滌劑等[3]。雖然有機物濃度高，但可生化性好，BOD5/CODCr高達0.5左右[4]。某公司啤酒生產(chǎn)能力為年產(chǎn)6萬t啤酒，原污水處理站采用“UASB+接觸氧化”處理工藝，由于各處理單元設(shè)計上的欠缺，整體運行不穩(wěn)定，出水難以達到排放要求，且設(shè)計處理量偏小，不能滿足夏季大量污水處理需求。2006年國家環(huán)?？偩诸C布了《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB19821—2005），要求現(xiàn)有企業(yè)必須在2008年5月1日起執(zhí)行新的排放標(biāo)準(zhǔn)，對COD、氮、磷等污染物指標(biāo)作出更為嚴(yán)格的規(guī)定。因此，筆者根據(jù)該公司生產(chǎn)的需要，重新設(shè)計并建造啤酒廢水處理系統(tǒng)，其中核心工藝為“一體化厭氧反應(yīng)器”，其水解酸化和產(chǎn)甲烷過程均在一個反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生。

1 工程概況

該公司啤酒廢水主要來源于啤酒制造過程中的浸泡水、洗滌水、過濾水、冷卻水等，總排放水量約為1 000 m3/d。其中，麥汁制備和麥汁發(fā)酵排放的高濃度有機廢水約占總水量的35%，洗瓶和灌裝及其他工序所排放的低濃度有機廢水約占總水量的65%，設(shè)計將所有的生產(chǎn)廢水集中收集并處理。該工程設(shè)計廢水量Q=1 000 m3/d，采用生化處理法，出水滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB19821—2005）要求。

2 廢水處理工藝流程

“厭氧-好氧”處理工藝是當(dāng)今國際上處理中高濃度有機性廢水的最佳工藝。因此，該項目設(shè)計采用以厭氧-好氧生化工藝為主體的組合工藝處理啤酒廢水，設(shè)計污水處理工藝流程如圖1所示。

啤酒生產(chǎn)廢水經(jīng)粗格柵過濾去除較大懸浮物后進入集水池，采用自吸式污水泵提升至旋轉(zhuǎn)細格柵機去除細小懸浮物，而后自流至調(diào)節(jié)池進行水量、水質(zhì)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池末端設(shè)投配池，向投配池中投加酸或者堿調(diào)節(jié)pH，或通入蒸汽加熱至合適溫度。廢水經(jīng)投配泵加壓進入“一體化厭氧反應(yīng)器”，厭氧反應(yīng)器進水管設(shè)有電磁流量計，投配泵根據(jù)污水水質(zhì)調(diào)整厭氧反應(yīng)器的進水流量。厭氧反應(yīng)器出水流入中間沉淀池和接觸氧化池，污水經(jīng)好氧處理后自流至二沉池。一部分處理后的污水進入清水池儲存為全廠回收利用。每天生產(chǎn)排出的事故堿性水或酵母液等經(jīng)粗格柵后，可先送至事故池暫時貯存，在條件允許時再進行處理。各階段水質(zhì)狀況見表1。

該工程設(shè)計核心為厭氧-好氧生化工藝，而厭氧單元的核心是厭氧反應(yīng)器，厭氧反應(yīng)器根據(jù)產(chǎn)酸反應(yīng)區(qū)的位置，分為“分體式外部酸化型厭氧反應(yīng)器”和“一體式內(nèi)部酸化型厭氧反應(yīng)器”兩類?！胺煮w式外部酸化型厭氧反應(yīng)器”的特點是需要在反應(yīng)器前設(shè)置一個“預(yù)酸化池”，該類反應(yīng)器內(nèi)厭氧菌以產(chǎn)甲烷菌為主。因此對進水的溫度、pH要求很嚴(yán)，并且要求進水COD濃度不能過5 000 mg/L。為了滿足這些要求，需要將反應(yīng)器出水進行回流?！耙惑w式內(nèi)部酸化型厭氧反應(yīng)器”不需要預(yù)酸化池，該反應(yīng)器的下部為產(chǎn)酸反應(yīng)區(qū)，上部為產(chǎn)甲烷反應(yīng)區(qū)，不需要出水回流，水流在反應(yīng)器內(nèi)自下而上呈活塞流，其污泥床層依靠進水所形成的上升水流和所產(chǎn)生的沼氣上升流達到膨脹。該類型反應(yīng)器可以直接處理進水COD濃度達到30 000～40 000 mg/L的有機廢水。由于其下部有一個產(chǎn)酸區(qū)，對進水的溫度、pH的變動可起到緩沖作用，整體運行較為穩(wěn)定。

該工程污泥處理工藝流程如圖2所示，生化單元產(chǎn)生的污泥首先進入濃縮池，經(jīng)濃縮后后含水量降低至95%～97%，投加混凝劑和絮凝劑進入帶式壓濾機進行機械脫水，產(chǎn)生的泥餅外運處置。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

3.1 預(yù)處理單元

預(yù)處理單元設(shè)施主要包括進水提升泵站（含集水池）、調(diào)節(jié)池（含投配池）、投配泵房（含細格柵間、貯糟斗間）及事故池。

集水池為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為6.0 m×4.5 m×3.0 m，有效水深為2.0 m，有效容積為54 m3。集水池上方新建進水提升泵房，配備2臺自吸式污水泵作為提升泵（Q = 80 m3/h）。集水池進水渠道設(shè)人工格柵，進水提升泵房設(shè)有污水超越管線，在事故狀態(tài)下可將全廠生產(chǎn)廢水送至事故池暫存。

調(diào)節(jié)池（含投配池）起到均質(zhì)、均量作用，其為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為9.0 m×6.0 m×5.5 m，有效水深為4.0 m，有效容積為216 m3。在調(diào)節(jié)池出水末端設(shè)有一投配池，設(shè)有蒸汽管線，在厭氧系統(tǒng)啟動期間或在極端寒冷天氣廢水水溫低于20 ℃時對污水進行加熱；另設(shè)有加藥管線，必要時可在投配池對污水pH和營養(yǎng)物質(zhì)濃度進行調(diào)節(jié)。

投配泵房建在調(diào)節(jié)池之上，設(shè)自吸式污水泵2臺（Q = 65 m3/h），將調(diào)節(jié)后的生產(chǎn)廢水二次加壓至厭氧反應(yīng)器。細格柵間設(shè)在貯糟斗間樓上，設(shè)旋轉(zhuǎn)細格柵機1 臺，細格柵機噴淋水為連續(xù)沖洗，以防止阻塞現(xiàn)象的發(fā)生。

事故池為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10.5 m×4.2 m×5.5 m，有效水深為4.5 m，有效容積為210 m3。事故池貯存每天生產(chǎn)排出的事故堿性水或酵母液等，配自吸式污水泵2臺（Q = 18 m3/h）。

3.2 厭氧處理單元

經(jīng)調(diào)節(jié)后的生產(chǎn)廢水經(jīng)投配泵加壓由底部進入“一體化厭氧反應(yīng)器”內(nèi)，并向上通過顆粒污泥層最終經(jīng)三相分離器流入中心管和出水管。厭氧反應(yīng)器出水依靠重力流入中間沉淀系統(tǒng)。

厭氧反應(yīng)器為圓柱塔形，直徑為7.0 m，高度為15.0 m，有效容積為532 m3，設(shè)計水力停留時間為10 h，設(shè)計容積負(fù)荷為6.6 kg COD/（m3·d），COD去除率為90%。厭氧反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有布水器、三相分離器、收水器，頂部設(shè)有沼氣收集器（材質(zhì)均為304不銹鋼）?？紤]到冬季室外寒冷低溫的運行條件，在厭氧反應(yīng)器底部設(shè)有取樣間，內(nèi)設(shè)厭氧反應(yīng)器進水管、出水管、排泥管、中部排水管和取樣管。根據(jù)北方冬季氣候寒冷的特點，污泥界面控制器均安裝在操作間內(nèi)，以免發(fā)生冰凍現(xiàn)象。為保證厭氧裝置的正常運行，厭氧反應(yīng)器裝有流量、pH和溫度檢測儀表，反應(yīng)器所產(chǎn)生的沼氣由沼氣流量計連續(xù)檢測，并設(shè)有自動火炬燃燒裝置。

厭氧反應(yīng)器罐體外壁除銹涂刷防銹漆后作巖棉板保溫（δ = 80 mm），保溫層外設(shè)0.3 mm彩鋼板保護層，反應(yīng)器內(nèi)壁除銹后涂刷環(huán)氧煤瀝清進行加強防腐。厭氧反應(yīng)器設(shè)有由室外地坪通向罐體頂部的盤梯，位于罐頂部的沼氣收集器還專門設(shè)有避雷和接地設(shè)施。

中間沉淀池采用斜板沉淀池，平面尺寸為9.0 m×5.5 m，表面負(fù)荷為1.15 m3/（m2·h），沉淀時間為90 min。沉淀池采用穿孔管排泥，排泥進入污泥濃縮池進行濃縮處理。

3.3 好氧處理單元

好氧處理單元包括接觸氧化池、二沉池和回用水池。

污水經(jīng)中間沉淀后進入好氧系統(tǒng)的接觸氧化池，其主要功能為利用填料上附著生長的生物膜吸附并降解污水中的有機物，同時將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮。接觸氧化池尺寸為15.0 m×9.0 m×5.5 m，總有效容積為500 m3，水力停留時間為12 h，COD去除率為87%。接觸氧化池內(nèi)安裝彈性立體填料，曝氣器選用氧利用率高的球冠型可張微孔曝氣器，池內(nèi)填料采用尼龍繃緊繩的安裝結(jié)構(gòu)。鼓風(fēng)機房設(shè)有三葉型低噪聲羅茨鼓風(fēng)機2臺（1開1備），性能規(guī)格為：Q= 13.1 m3/min，H = 48.8 kPa，P = 15 kW。

好氧接觸氧化池出水進入二沉池（設(shè)計同中間沉淀池）進行泥水分離，出水達標(biāo)排放或者回用。

3.4 污泥處理單元

生化污泥經(jīng)濃縮后進行壓濾脫水。根據(jù)計算和實際運行經(jīng)驗，厭氧系統(tǒng)和生化處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余干污泥約為200 kg/d，采用帶式濃縮脫水一體機進行脫水處理。由于污泥量較少，污泥經(jīng)濃縮脫水后裝小車外運處置。濾帶沖洗水采用污水站處理后的污水；污泥脫水投加高分子絮凝劑PAM，投加量按干污泥量的3‰計，設(shè)高分子絮凝劑PAM加藥裝置1臺（溶藥罐）和藥劑投加泵1臺，藥劑投加泵采用單螺桿加藥泵。

4 工藝運行狀況及經(jīng)濟性分析

該啤酒廢水處理工程相關(guān)設(shè)備建設(shè)完成后，隨即進行為期3個月的運行調(diào)試，各處理單元運行狀況良好，出水水質(zhì)完全滿足啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 19821—2005）的排放要求，穩(wěn)定運行階段出水pH 6～9，COD≤70 mg/L，BOD5≤10 mg/L，SS≤50 mg/L。

經(jīng)統(tǒng)計，該啤酒廢水處理項目綜合運行費用為0.596 元/m3，主要包括：人工費0.088 元/m3，電費0.456元/m3，藥劑費0.047 元/m3（主要為PAC和PAM）和自來水費0.005 元/m3。

5 結(jié)論

啤酒廢水可生化性較好，該研究使用的厭氧-好氧工藝中所采用的“一體化厭氧反應(yīng)器”對COD的去除率超過90%，并且無需進行“預(yù)酸化”，有效地降低了廢水中有機物濃度；好氧段采用接觸氧化工藝，去除剩余的有機物和氨氮。應(yīng)用該研究的工程處理可使啤酒廢水穩(wěn)定達到啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB19821—2005）的要求。該工程投資和運行成本較低，處理費用僅為0.596 元/m3，有著顯著的環(huán)境效益和社會效益，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻

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