混凝+ABR+A/O+MBR工藝處理白酒生產(chǎn)廢水工程實例

(1.四川格瑞斯環(huán)境科技有限公司，四川成都，610213；2.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

峨眉山某酒業(yè)有限公司主要生產(chǎn)窖藏系列濃香型白酒。在釀造生產(chǎn)過程中會排放高濃度有機污染廢水，該類型廢水具有有機污染物濃度高、懸浮物含量高和可生化性好等特點[1]。目前，國內(nèi)白酒釀造廢水通常采用物化-厭氧-好氧生化法作為主體工藝進行處理[2]。其中，混凝沉淀工藝可通過絮凝劑產(chǎn)生的壓縮雙電層、吸附架橋和網(wǎng)捕等作用大幅去除水中懸浮顆粒物質(zhì)，同時絮凝劑與廢水中的總磷反應(yīng)生成不溶性磷酸鹽沉淀物[3]，保障后續(xù)生化處理的正常運行。ABR厭氧工藝[4]利用厭氧菌的發(fā)酵作用可大幅去除有機物并具有容積負(fù)荷率高、污泥活性高、能耗低等優(yōu)點，可適用于小水量酒廠采用。A/O+MBR組合工藝具有耐沖擊負(fù)荷、脫氮除磷效果好、出水水質(zhì)佳，節(jié)省占地面積等優(yōu)點[5]。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析并結(jié)合廢水的水質(zhì)和水量特征，采用混凝沉淀+ABR+A/O+MBR工藝處理白酒釀造廢水是可行的，處理后出水水質(zhì)優(yōu)于《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)中表2新建企業(yè)水污染物直排限值[5]。

1 廢水水量、水質(zhì)及排放要求

該酒廠以高粱為主要原料，在生產(chǎn)過程中不加入任何有毒有害難降解的物質(zhì)，因此廢水中主要是糧食作物釀酒后的殘留物。按每生產(chǎn)1t白酒產(chǎn)生4～5m3廢水計，高濃度鍋底水、窖池黃水COD高達(dá)60000 mg/L以上，泡糧水水質(zhì)濃度較低，COD濃度約6000～8000 mg/L；本工程設(shè)計處理水量為20 m3/d。設(shè)計進水水質(zhì)見表1。

表1 廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2 工藝流程

白酒廢水經(jīng)過車間排水管道收集后匯入車間外初級沉淀池，經(jīng)格柵和初級沉淀的作用去除酒糟和大顆粒懸浮物后自流至調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)和水量。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)提升泵提升至混凝沉淀一體化設(shè)備中，并向混凝區(qū)投加混凝劑(PAC、PAM)和NaOH，利用混凝劑的吸附和凝聚作用去除廢水中細(xì)微懸浮物和膠體微粒，同時去除廢水中的總磷，并將廢水pH值調(diào)至7.5～8.0，以滿足后續(xù)生化處理所需條件，尤其保證厭氧反應(yīng)所需堿度?；炷恋沓爻鏊粤髦罙BR厭氧池，利用厭氧菌降解有機物以減輕系統(tǒng)后續(xù)工藝的處理負(fù)荷，同時利用厭氧發(fā)酵作用殺滅部分致病菌。ABR厭氧池出水自流進入缺氧池處理，缺氧池中與內(nèi)循環(huán)回流的泥水混合物混合反應(yīng)，起到反硝化脫氮的作用。隨后進入接觸氧化池內(nèi)，好氧微生物利用外界提供的氧氣，將污水中的有機污染物進一步分解，一部分用于合成微生物自身結(jié)構(gòu)形成污泥，另一部分則被好氧微生物分解為CO2和H2O，釋放到大氣中，水中的有機污染物在好氧階段被大量去除。在MBR池污水經(jīng)泥水分離后進入清水池可達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)所產(chǎn)生的物化污泥和剩余污泥排入污泥濃縮池，定期經(jīng)過廂式壓濾機降低污泥含水率，污泥濃縮池上清液和廂式壓濾機的濾液回流至調(diào)節(jié)池進行處理。泥餅外運進行衛(wèi)生填埋處置。具體工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

3.1 格柵、初沉池

廢水經(jīng)車間排水管道收集后匯入車間外初級沉淀池，經(jīng)過人工格柵(寬0.5m，渠深1.5m，柵條間隙5mm，304SUS材質(zhì))攔截除去細(xì)小的高粱皮、谷殼后進入初沉池(3.0m×2.0m×1.5m，1座)，經(jīng)初級沉淀后自流進入調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池1座，主要用于調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量，同時起到預(yù)酸化作用。有效池容為30m3，HRT為36h。池底設(shè)置曝氣穿孔管，氣源由回轉(zhuǎn)式風(fēng)機提供。在空氣的攪拌作用下，廢水充分混勻。池體采用全地埋式鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)部防腐。配套設(shè)備：2臺(1備1用)潛污泵，Q=7.0m3/h，H=8m，N=0.25kW；1臺pH在線監(jiān)測儀；2臺回轉(zhuǎn)式風(fēng)機，1用1備(與A/O池和MBR池共用)，參數(shù)為1.77m3/min，0.5kgf/cm2，2.2kW。

3.3 一體化混凝沉淀設(shè)備

混凝沉淀設(shè)備1套，采用一體化碳鋼防腐結(jié)構(gòu)。通過堿加藥泵向pH值調(diào)節(jié)區(qū)投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH，調(diào)節(jié)廢水pH值至7.5～8.0，并在混合區(qū)和絮凝區(qū)分別投加PAC和PAM，進行混凝反應(yīng)，pH值調(diào)節(jié)區(qū)和混合區(qū)HRT為20min，有效容積為0.3m3。絮凝反應(yīng)區(qū)HRT為40min，有效容積為0.6m3。沉淀區(qū)有效容積為6m3，HRT為4h，水力負(fù)荷率為0.4m3/(m2·h)。沉淀區(qū)為豎流式并采用重力排泥。配套設(shè)備：1套一體化混凝沉淀設(shè)備，尺寸為3.0m×2.0m×2.5m，包含1臺pH在線監(jiān)測儀；2臺快速攪拌機，60rpm，0.75kW，1臺慢速攪拌機，30rpm，0.75kW；1套PAM加藥系統(tǒng)，包括加藥泵1臺，Q=9L/h，N=0.04kW；溶藥桶1套，300L；1套PAC加藥系統(tǒng)，包括加藥泵1臺，Q=15L/h，N=0.25kW；溶藥桶1套，300L；1套堿加藥系統(tǒng)，包括加藥泵1臺，Q=50L/h，N=0.37kW；溶藥桶1套，500L；重力排泥系統(tǒng)1套。

3.4 ABR厭氧池

ABR厭氧池1座，利用厭氧菌群形成污泥床降解有機污染物并完成出水的固液分離。采用半地埋式鋼混結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁防腐。有效容積為80m3，HRT為96h，設(shè)計容積負(fù)荷為5.0kgCOD/(m3·d)。配套設(shè)備：1臺厭氧循環(huán)泵，Q=7.0m3/h，H=8m，N=0.25kW；1臺pH在線監(jiān)測儀；60立方彈性懸掛填料，φ150×2000mm。

3.5 A/O池+MBR池

A/O池+MBR池1座，利用缺氧和好氧環(huán)境交替實現(xiàn)生物脫氮除磷，同時去除部分有機物。A/O池均采用半地埋式鋼混結(jié)構(gòu)。缺氧池有效容積為20m3，HRT為24h，設(shè)計容積負(fù)荷為2.0kgCOD/(m3·d)，MLSS為3000mg/L，DO值控制在0.4mg/L以下。好氧池有效容積為20m3，HRT為24h，DO值為2.0mg/L，設(shè)計容積負(fù)荷為1.0kgCOD/(m3·d)，MLSS為4000mg/L。MBR池有效容積為20m3，HRT為24h，DO值為2.0mg/L；硝化液自MBR池末端回流至缺氧池，回流比為200%。配套設(shè)備：2臺回轉(zhuǎn)式風(fēng)機，1用1備(與調(diào)節(jié)池共用)，參數(shù)為1.77m3/min，0.5kgf/cm2，2.2kW，配置變頻器；30立方彈性懸掛填料，φ150×2000mm；膜式曝氣盤微孔曝氣系統(tǒng)，曝氣器及附件36套;硝化液回流泵1臺，Q=7.0m3/h，H=5m，N=0.25kW；MBR膜組件1套，PVDF中空纖維膜150m2；自吸式離心泵各3臺，2用1備，分別作為產(chǎn)水泵和反洗泵使用，Q=3.0m3/h，H=8m，N=0.37kW；2套膜化學(xué)在線清洗系統(tǒng)，化學(xué)清洗時分別使用堿性次氯酸鈉和檸檬酸進行清洗，300L，25L/h。

3.6 清水池

清水池1座，存儲MBR產(chǎn)水，同時作為MBR膜在線反沖洗水源，采用半地埋式鋼混結(jié)構(gòu)。有效容積為8m3，HRT為8h。

3.7 污泥濃縮池

污泥濃縮池1座，有效容積為8m3。采用半地埋式鋼混結(jié)構(gòu)。采用重力濃縮連續(xù)式操作，污泥濃縮時間為48h，池體極限固體通量為30kg/(m3·d)。配套設(shè)備：1臺螺桿泵1，Q=2m3/h，P=0.6MPa，N=1.5kW;1臺廂式壓濾機，過濾面積為10m2，N=2.2kW。

4 調(diào)試與運行

4.1 工程調(diào)試

本工程2017年12月份建成，并于2018年2月開始調(diào)試運行，系統(tǒng)采用20h連續(xù)運行，調(diào)試期約3個月。

4.1.1 混凝沉淀調(diào)試

通過加藥泵向混凝區(qū)中投加混凝劑(PAC、PAM)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH，根據(jù)廢水水質(zhì)和水量確定混凝劑和NaOH的投加比例，以pH值達(dá)到7.5～8.0和混凝沉淀效果良好為準(zhǔn)。每日需排泥一次，當(dāng)處理水量和去除效果達(dá)到設(shè)計要求時，即完成調(diào)試。

4.1.2 ABR池調(diào)試

ABR厭氧池的接種污泥取自當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)污水處理站的濃縮池污泥，接種污泥體積為40%池容。將污泥投入ABR池后加滿用自來水稀釋后的原廢水，稀釋比例為5:1?？刂普{(diào)試階段pH值為7.5～8.0，營養(yǎng)物質(zhì)比例取COD：N：P=(300～500)：5：1。啟動初期控制進水流量為設(shè)計值的1/5，進水COD濃度為3000～4500mg/L。在馴化一段時間后，當(dāng)COD去除率達(dá)到60%左右時，逐步提高進水流量和容積負(fù)荷。經(jīng)過60d左右各反應(yīng)器進水流量和容積負(fù)荷均達(dá)到設(shè)計要求，COD去除率在70%左右，處理效果穩(wěn)定。池內(nèi)填料表面附著一層黑色生物膜，質(zhì)感粘稠，基本完成掛膜，可認(rèn)為調(diào)試完成。

4.1.3 A/O+MBR系統(tǒng)調(diào)試

A/O、MBR調(diào)試與ABR厭氧系統(tǒng)調(diào)試同時進行，ABR池出水進入A/O池。好氧池和缺氧池的接種污泥均取自當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)污水處理站的濃縮池污泥，接種污泥體積為30%池容，投入接種污泥后，灌滿自來水，并悶曝24h，待污泥呈黃褐色后開始進行。缺氧池采用微曝氣，控制缺氧池調(diào)試階段pH值為7.5左右，DO值為0.3～0.4mg/L，營養(yǎng)物質(zhì)比例取COD：N：P=300：5：1。好氧池和膜池調(diào)試階段pH值為7.0左右、DO值為2.0～3.0mg/L、營養(yǎng)物質(zhì)比例取COD：N：P=150～200：5：1。進水方式與ABR池同步。好氧池和膜池內(nèi)采用連續(xù)20h曝氣。硝化液回流到缺氧池前端，回流比為200%。采用逐步提高進水流量和容積負(fù)荷的方式進行調(diào)試。經(jīng)過70 d左右，與厭氧池同步進水流量和容積負(fù)荷均達(dá)到設(shè)計值，出水水質(zhì)達(dá)到排放要求，處理效果穩(wěn)定。同時，在填料表面出現(xiàn)一層黃褐色的生物膜，顯微鏡下可見草履蟲、腎形蟲和累枝蟲等。掛膜階段結(jié)束，可認(rèn)為調(diào)試完成。MBR系統(tǒng)調(diào)試主要為產(chǎn)水泵和反沖洗泵程序的調(diào)試，抽吸泵運行8min，停2min；反復(fù)10個周期后進行在線反沖洗1次。產(chǎn)水和反沖洗采用PLC控制。

4.2 運行效果

通過3個月的調(diào)試運行，整個系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定，并且出水水質(zhì)優(yōu)于《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)中表2新建企業(yè)水污染物直排限值。各單元處理效果見表2。

表2 各單元處理效果

5 效益分析

電費：總裝機容量11.15 kW，正常運行5.95 kW，日耗電量為56.95kW·h，工業(yè)電費價格按0.6元/kW·h計，則耗電量1.7元/m3。藥劑費：PAC單價1.5元/kg，用量0.15 kg/m3；PAM單價20元/kg，用量0.005 kg/m3；堿單價2.0元/kg，用量0.10 kg/m3，則藥劑費為0.5元/m3。廢水站僅需安排1名兼職管理人員，人工費不計?？傔\行費用總計為2.3元/m3。

6 結(jié)論

針對峨眉山某酒業(yè)有限公司濃香型白酒廢水具有有機物濃度高、BOD/COD值較大、氨氮及總磷高等特點，采用“混凝沉淀+ABR+A/O+MBR”工藝進行處理。該工藝處理效果好，抗沖擊負(fù)荷能力強，最終出水COD、BOD5、NH3-N、SS濃度分別為68.5、26.3、5.0、6.6 mg/L，達(dá)到《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 27631-2011)中表2新建企業(yè)水污染物直排限值。