生物燃料乙醇生產(chǎn)廢水水質(zhì)變化對污水處理的影響

＊陳光偉 張茂芬 苗春雨

（1.國投象嶼生物能源（富錦）有限公司 黑龍江 156100 2.國投生物能源（雞東）有限公司 黑龍江 158100）

生物燃料乙醇廢水與其他廢水相比，具有污染物排放濃度高、排水溫度高、污水排放量大等特征。同時，乙醇及其他可溶性有機物會使內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)更加豐富，可生化性能好，便于生物降解。在生物燃料乙醇廢水處理過程中，大多數(shù)使用生物厭氧反應(yīng)器、好氧生化池以及深度處理等聯(lián)合工藝。其中，厭氧處理法的污水處理效率最高，是生物燃料乙醇廢水污水處理工作的重要保障。

1.生物燃料乙醇廢水主要來源

現(xiàn)階段國內(nèi)生物燃料乙醇生產(chǎn)大多數(shù)以陳化糧、輪換糧為原料，采用“淀粉質(zhì)原料粉碎制漿+漿料低溫液化+同步糖化濃醪間歇發(fā)酵+多效差壓精餾+分子篩變壓吸附脫水”的生產(chǎn)工藝，廢醪液采用離心分離、干燥及蒸發(fā)工藝制取干燥酒精糟DDGS。生物燃料乙醇生產(chǎn)廢水主要為發(fā)酵單元洗罐水、蒸發(fā)單元的蒸發(fā)冷凝液、各單元洗眼器沖洗水、裝置區(qū)地面沖洗水、裝置區(qū)初期污染雨水、循環(huán)水站排水及生活污水等。生物燃料乙醇生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量較大，且屬于高濃度有機廢水。

2.生物燃料乙醇廢水組成及濃度

表1

以年產(chǎn)30萬噸生物燃料乙醇裝置廢水統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明生物燃料乙醇廢水組成及濃度。

3.生物燃料乙醇廢水處理工藝

根據(jù)生物燃料乙醇廢水特點，廢水處理工藝以生物法先厭氧、后好氧聯(lián)合處理工藝為主，目前國內(nèi)外生物燃料乙醇廢水大部分采用“IC反應(yīng)器+A/O生化池”處理技術(shù)。采用IC反應(yīng)器處理高濃度廢水厭氧段污染物去除率最高可達到80%～90%，是當前乙醇廢水處理工作的重要環(huán)節(jié)。采用兩級A/O處理低濃度廢水和IC反應(yīng)器的出水。

液化、發(fā)酵、蒸餾及蒸發(fā)單元產(chǎn)生的CIP罐洗罐水含有大量的懸浮物。首先采用轉(zhuǎn)鼓過濾器和初沉罐的組合工藝，對懸浮物進行過濾、沉降去除。然后將除渣后的廢水與蒸發(fā)冷凝液，合并進入板式換熱器或者逆流冷卻器降溫。冷卻后廢水出水進入調(diào)節(jié)預(yù)酸化池，調(diào)節(jié)水量、混合勻質(zhì)，再由提升泵送入循環(huán)池進行pH調(diào)節(jié)，經(jīng)過以上預(yù)處理措施滿足厭氧反應(yīng)器進水要求才能進入IC反應(yīng)器進行厭氧反應(yīng)。出水進入A/O生化處理單元，進一步的生化處理。

沖洗地面排水、設(shè)備及機封沖洗水和生活污水等含固量較低的廢水，在集水池調(diào)節(jié)水量后，進入兩級A/O池。兩級A/O池由一級缺氧池、一級好氧池、二級缺氧池、二級好氧池組成，來水依次通過四個水池，進行COD進一步降解和生物脫氮反應(yīng)?；炷磻?yīng)池內(nèi)，投加的氯化鐵和PAM等藥劑，與水中的磷以及殘余的懸浮物SS反應(yīng)生成沉淀，出水進入三沉池。在三沉池內(nèi)，進行泥水分離，污泥得到沉淀，上清液經(jīng)砂濾罐進一步去除懸浮物SS，確保出水達到一級A標準。循環(huán)排污水根據(jù)水質(zhì)指標檢測結(jié)果，決定是否進入兩級A/O生化處理單元。

4.不同水質(zhì)生物燃料乙醇廢水處理措施

不同發(fā)酵階段產(chǎn)生的廢水數(shù)量以及廢水內(nèi)部污染物組成成分不同，如正常發(fā)酵與異常發(fā)酵時，廢水污染物內(nèi)部成分具有明顯差異，因此需要在乙醇發(fā)酵時的廢水處理過程中，分析不同來源廢水對于污水處理裝置造成的影響，不斷優(yōu)化廢水處理方案。

(1)污水處理系統(tǒng)對高濃度污染物的處理

生物燃料乙醇生產(chǎn)高濃度廢水主要是蒸發(fā)冷凝液以及發(fā)酵罐洗罐水，含有未發(fā)酵的糖類、有機酸類以及少量的蛋白質(zhì)、可溶性纖維素和木質(zhì)素等，屬于高濃度有機廢水，B/C在0.4～0.5，可生化性較好，可采用IC反應(yīng)器處理高濃度廢水。該工藝具有以下優(yōu)點：容積負荷高，占地??；抗沖擊能力強，操作彈性大；產(chǎn)生的沼氣，可回收利用。厭氧系統(tǒng)污染物的去除率高達80%～90%，可切實保障生化處理效果。但由于廢水處理期間的水質(zhì)變化不同，會對污水處理效果造成不利影響。主要影響因素如下：

①溫度的影響

IC反應(yīng)器最適反應(yīng)溫度35～38℃。溫度過低，將引起顆粒污泥活性降低，反應(yīng)器的負荷將被迫降低，還會引起反應(yīng)器酸的積累；若溫度長時間高于上限，則會引起細菌不可逆的死亡，當溫度達到42℃時，甲烷菌將在2小時內(nèi)全部死亡。因此在厭氧反應(yīng)器運行過程中需要嚴格控制進水及反應(yīng)器內(nèi)溫度，減少溫度波動。

②pH值的影響

在厭氧反應(yīng)中，甲烷菌適宜生長的pH值范圍為6.5～7.2，因此通常情況下厭氧反應(yīng)器應(yīng)將pH值控制在這個范圍。厭氧反應(yīng)器運行過程中應(yīng)避免酸化、甲烷菌失去活性的現(xiàn)象發(fā)生，因此需要投加藥劑（主要為碳酸氫鈉或碳酸鈉）控制廢水堿度，中和過剩的揮發(fā)性脂肪酸VFA。

③有機物負荷影響

厭氧處理過程是由厭氧消化微生物完成的，廢水中必須含有適量的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，以保證微生物良好的生長狀態(tài)，高質(zhì)量的完成厭氧處理過程。

因此高濃度有機廢水在進入?yún)捬醴磻?yīng)器之前要進行預(yù)處理：A.冷卻，采用冷卻塔或者換熱器，使水溫降至厭氧工藝規(guī)定范圍。B.中和，向酸性生產(chǎn)廢水中加入堿液，調(diào)節(jié)廢水pH值，使之滿足厭氧生化工藝要求。C.均質(zhì)、調(diào)節(jié)，對生產(chǎn)廢水進行水量、水質(zhì)調(diào)節(jié)，減少水質(zhì)、水量波動，以達到均衡水質(zhì)、水量的目的，保證污水處理裝置穩(wěn)定運行。D.沉淀，利用重力沉降作用，將懸浮物與水分離，從而降低廢水中懸浮物含量，滿足厭氧處理要求。

(2)生物燃料乙醇裝置關(guān)于高濃度廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)的優(yōu)化措施

在生物燃料乙醇生產(chǎn)期間，需要定期對乙醇液化、發(fā)酵、蒸餾、蒸發(fā)裝置進行殺菌，將細菌數(shù)量控制在最低范圍內(nèi)。常用的乙醇滅菌方式為蒸汽滅菌、化學滅菌、就地清洗CIP滅菌等。其中，就地清洗滅菌的應(yīng)用范圍最大，自動化清洗程度高，無明顯污染情況。就地清洗所需使用的堿液堿度為5%，在高速沖刷、擾動以及滲透作用下，附著在發(fā)酵設(shè)備上的蛋白質(zhì)等有機物被剝離。就地沖洗廢水內(nèi)部含有顆粒物、焦糖和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，pH偏高。采用工藝優(yōu)化措施，保證厭氧系統(tǒng)進水穩(wěn)定，減少對厭氧系統(tǒng)的沖擊，措施如下：

①清洗液反復(fù)循環(huán)回收利用，減少高濃度廢水產(chǎn)出。

②清洗過程中先用水洗，將懸浮物較多的廢水排入廢醪液中，回收不溶性雜質(zhì)。

③清洗廢液在排放至污水系統(tǒng)前進行pH調(diào)節(jié)，使之達到厭氧反應(yīng)器要求酸堿度，減少沖擊。另外也可采取間歇處理清洗廢液，用于調(diào)節(jié)其他酸性廢水，減少污水系統(tǒng)堿的投放，降低成本。

(3)含乙醇及雜醇油等高揮發(fā)酸廢水處理措施

在生物燃料乙醇裝置試車、生產(chǎn)異常、事故狀態(tài)情況下，可能產(chǎn)生乙醇或雜醇油進入廢水。此類廢水主要具有乙醇類有機物含量高、COD嚴重超標等特征，造成厭氧反應(yīng)器進水指標超標，處理效率下降的情況。因此需要在實際污水處理期間，需要利用事故池等設(shè)施暫存含有乙醇或雜醇油高濃度廢水，嚴格管控高濃度廢水混入量，防止對厭氧反應(yīng)器活化污泥造成沖擊，影響污水系統(tǒng)。

5.總結(jié)

生物燃料乙醇裝置按照“雨污分流、清污分流、污污分治”原則，排水系統(tǒng)分為生產(chǎn)廢水、生活污水、清凈下水、污染雨水和清潔雨水排水系統(tǒng)，對各種污水分而治之，嚴格控制污水系統(tǒng)處理總量?？偠灾?，為從根本上提升生物燃料乙醇廢水處理效果，需要細致分析乙醇廢水處理變化對污水處理環(huán)節(jié)造成的影響，選擇更加適宜的生物燃料乙醇廢水處理方式，使配套的污水系統(tǒng)處理能力與廢水總產(chǎn)出量相匹配，切實提升燃料乙醇生產(chǎn)期間的污水處理平衡度，切實保障污水處理質(zhì)量及效率，降低燃料乙醇生產(chǎn)成本，提升燃料乙醇裝置的經(jīng)濟和環(huán)境效益。