多級(jí)A/O工藝在酒廠廢水脫氮處理工程中的應(yīng)用

陳亞平，羅思強(qiáng)，肖杰，姜延雄，張愛平，楊靜

1. 四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院（成都 610041）；2. 四川省環(huán)保科技工程有限責(zé)任公司（成都 610041）；3. 四川師范大學(xué)（成都 610031）

白酒工業(yè)生產(chǎn)廢水主要來(lái)自發(fā)酵、蒸餾、設(shè)備地面沖洗水等中等偏高濃度有機(jī)廢水，其BOD5/COD在0.4左右，營(yíng)養(yǎng)配比較均衡，是適宜生化處理的無(wú)毒有機(jī)廢水。四川省某酒廠是國(guó)內(nèi)第一個(gè)被許可使用“純糧固態(tài)發(fā)酵白酒”標(biāo)志的企業(yè)，原有一座處理規(guī)模3 000 m3/d的污水處理站，運(yùn)行負(fù)荷80%以上。廢水處理采用“厭氧發(fā)酵+好氧”為主體，污泥處理采用帶式濃縮一體機(jī)，污泥含水率降至80%后外運(yùn)。長(zhǎng)期運(yùn)行以來(lái)存在問(wèn)題：（1）因建設(shè)年代較早，現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)存在充氧效率低、運(yùn)行管護(hù)不方便、處理效果差、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放壓力大等現(xiàn)象；（2）酒廠需新增2條生產(chǎn)線，擴(kuò)建后廢水產(chǎn)生量及排放量均隨之增加，現(xiàn)有廢水處理站不能滿足企業(yè)發(fā)展需求。

針對(duì)該酒廠廢水特點(diǎn)以及原處理工藝存在問(wèn)題，園區(qū)污水處理站經(jīng)擴(kuò)建改造，設(shè)計(jì)處理廢水規(guī)模提至4 500 m3/d。廢水處理采用“預(yù)處理→厭氧發(fā)酵→氣浮→多級(jí)A/O→A2/O→超磁除磷”的組合工藝，出水水質(zhì)滿足GB 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，污泥處理采用“濃縮→機(jī)械脫水→低溫干化”工藝，污泥含水率降至50%以下外運(yùn)。擴(kuò)容改造后，該酒廠設(shè)施新增占地約1 412 m2，總投資約2 407萬(wàn)元。

1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1，出水水質(zhì)達(dá)到GB 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》直接排放的水污染物排放限值。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)

2 工藝流程及裝置

2.1 工藝的選擇

酒廠原處理廢水的工藝：生產(chǎn)車間廢水→收集池→粗格柵間及提升泵房→細(xì)格柵間→儲(chǔ)配池→兩級(jí)厭氧發(fā)酵→豎流式沉淀池→好氧曝氣池→幅流式沉淀池→超磁除磷。其中，污水站預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧處理系統(tǒng)運(yùn)行效果相對(duì)穩(wěn)定高效，僅需對(duì)其合理優(yōu)化即可發(fā)揮最佳功效，而好氧系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，氮、磷去除效率低，存在較大環(huán)保壓力。酒廠污水各構(gòu)筑物進(jìn)水水質(zhì)見表2。

表2 酒廠原污水站各構(gòu)筑物進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

可以看出，該酒廠進(jìn)水中有機(jī)物、NH3-N和TN濃度較高，但經(jīng)過(guò)厭氧反應(yīng)器高效處理后，好氧池進(jìn)水COD質(zhì)量濃度僅150 mg/L，而NH3-N和TN濃度仍有上百毫克每升，而好氧處理系統(tǒng)適宜的C∶N∶P為100∶5∶1[1]，可見污水處理站好氧池中營(yíng)養(yǎng)比例嚴(yán)重失調(diào)。分析可知，這是由于部分非溶解態(tài)物質(zhì)在厭氧狀態(tài)下由有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N，溶于水中，而厭氧環(huán)境下的微生物對(duì)氮、磷元素的降解能力非常有限，只能依靠后續(xù)的好氧單元進(jìn)一步去除[2]。綜上，為確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，應(yīng)全面提升生化處理系統(tǒng)的脫氮除磷能力，故好氧系統(tǒng)的改造是污水站擴(kuò)容改造的重點(diǎn)。

綜合考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、HJ 575—2010《釀造工業(yè)廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》的要求以及釀造廢水應(yīng)遵循“清污分流，濃淡分離”的原則，擴(kuò)建改造工程將好氧系統(tǒng)升級(jí)為多級(jí)A/O工藝。多級(jí)A/O工藝又稱“缺氧+好氧法”，是由多個(gè)串聯(lián)A/O組成[3]，對(duì)廢水COD、NH3-N、TN等污染物有較高的去除率。設(shè)計(jì)方案在既有好氧曝氣池新增微孔曝氣，改造為多級(jí)A/O池，采用鼓風(fēng)曝氣，曝氣設(shè)備為管式微孔曝氣器，微孔曝氣系統(tǒng)氧轉(zhuǎn)移效率較高，通過(guò)控制溶解氧濃度可實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，從而提高脫氮效率。

2.2 整體工藝流程

酒廠廢水處理整體工藝見圖1。各生產(chǎn)車間排出的高濃廢水通過(guò)污水管道首先進(jìn)入格柵池，在回轉(zhuǎn)式格柵機(jī)的作用下去除較大的懸浮物，經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)格柵后的廢水進(jìn)入滾筒格柵，對(duì)水中的酒糟等較細(xì)懸浮物進(jìn)行進(jìn)一步的固液分離，廢水進(jìn)入地埋式集水池，集水池出水進(jìn)入綜合調(diào)配池進(jìn)行酸堿中和調(diào)節(jié)，使其堿度達(dá)到厭氧發(fā)酵的要求后，約85%的廢水在高壓泵作用下通過(guò)底部布水系統(tǒng)進(jìn)入兩組串聯(lián)的厭氧反應(yīng)器，為減少碳源的添加，將剩余15%的廢水直接進(jìn)入氣浮池，待后續(xù)進(jìn)入多級(jí)A/O處理系統(tǒng)。

圖1 酒廠廢水處理整體工藝流程圖

厭氧反應(yīng)器出水進(jìn)入豎流式沉淀池進(jìn)行固液分離，厭氧反應(yīng)器出水進(jìn)入氣浮設(shè)備進(jìn)行除渣除磷，物化除磷和除渣后的廢水分別進(jìn)入改建多級(jí)A/O池體，進(jìn)水與回流的好氧污泥及營(yíng)養(yǎng)液一道進(jìn)行充分混合，最后一級(jí)好氧池出水進(jìn)入末端好氧池進(jìn)一步去除有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物，廢水中的污染物在此得到進(jìn)一步的降解后自流進(jìn)入平流沉淀池單元，廢水流出平流沉淀池后，進(jìn)入原有12格好氧曝氣池。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有曝氣池的改造，優(yōu)先改造曝氣方式，改造后為A2/O處理工藝，達(dá)到深度生化脫氮除磷效果。經(jīng)過(guò)上述兩段生化工藝，池體部分混合液和污泥回流至各段生化池前段進(jìn)行反硝化脫氮及生物除磷，可以充分保證廢水COD、NH3-N、TN等指標(biāo)達(dá)標(biāo)。后進(jìn)入二次沉淀池泥水分離可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但為保證總磷的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，其生化出水再經(jīng)過(guò)超磁加藥脫磷反應(yīng)裝置后排放。

3 主要處理構(gòu)（建）筑物設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)構(gòu)筑物

格柵池、應(yīng)急池、收集池、綜合調(diào)配池（利舊），預(yù)處理加藥間改造，新增設(shè)備。

應(yīng)急池峰值水量600 m3/h，峰值時(shí)間3 h；峰值泥量200 m3/d；新增2臺(tái)轉(zhuǎn)鼓格柵電機(jī)，功率為0.75 kW；全自動(dòng)pH加藥裝置2套（1用1備），1.5 m3加藥箱2套，酸堿攪拌器4套，自動(dòng)pH監(jiān)測(cè)儀器1套；水泵KQW150/370-37/4，37 kW，2臺(tái)。

3.2 厭氧處理系統(tǒng)構(gòu)筑物

一級(jí)厭氧發(fā)酵罐1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，土建工程按4 500 m3/d建設(shè)，設(shè)施尺寸Φ22.0 m，H=24.0 m，有效容積9 000 m3，停留時(shí)間HRT=48 h。二級(jí)厭氧發(fā)酵罐2座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，罐體（利舊），管路校核后改造，土建工程按4 500 m3/d建設(shè)，設(shè)施尺寸Φ21.0 m，H=20 m，單座容積7 700 m3，總停留時(shí)間HRT=82 h。二級(jí)厭氧沼氣罐2座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總停留時(shí)間HRT=53 h，設(shè)施尺寸Φ21.0 m，H=18 m，單座容積5 000 m3，土建工程按4 500 m3/d建設(shè)。豎流沉淀池（利舊）1座，新增1座，鋼結(jié)構(gòu)，土建工程按4 500 m3/d建設(shè)，改造出水管路200 m。設(shè)施尺寸Φ7.0 m，H=11.5 m，總停留時(shí)間HRT=2.4 h，單座容積220 m3。

3.3 前置脫氮除磷處理系統(tǒng)構(gòu)筑物

新建1座4 500 m3/d鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加藥攪拌間，設(shè)施尺寸9.6 m×13.8 m×7.1 m，分2格，配套加藥系統(tǒng)2套，分別為PAC、PAM投加裝置，沉淀池2套。新建2座4 500 m3/d鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氣浮池，設(shè)施尺寸5.0 m×14.2 m×6.5 m，分2格，表面負(fù)荷1.0 m3/（m2·h），HRT小于2 h，配套斜板沉淀4套；反洗設(shè)備4套；排泥系統(tǒng)4套。

3.4 多級(jí)A/O裝置

1座2組，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，前置三級(jí)A/O一體池+末端好氧池+平流沉淀池，前置三級(jí)A/O一體池土建工程按4 500 m3/d建設(shè)，尺寸為14.9 m×46.3 m×7.8 m，分2格，配曝氣管路系統(tǒng)4套，曝氣風(fēng)機(jī)2套。末端好氧池按4 500 m3/d建設(shè)，尺寸為5.1 m×9.1 m×7.8 m，分2格，配污泥回流泵2套?？偼Ａ魰r(shí)間HRT為13.0 h，各級(jí)停留時(shí)間：HRTA1=1.4 h，HRTO1=2.2 h，HRTA2=0.8 h，HRTO2=3.6 h，HRTA3=1.5 h，HRTO3=3.5 h。新建平流沉淀池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按4 500 m3/d建設(shè)，設(shè)施尺寸5.1 m×10.0 m×6.6 m，表面負(fù)荷1.0 m3/（m2·h），HRT約2 h，配桁架泵吸泥機(jī)1套。

3.5 除磷加藥系統(tǒng)構(gòu)筑物

輻流沉淀池及回用水池。利用原有藥劑系統(tǒng)，深度去除水體TP，輻流沉淀池總停留時(shí)間HRT=3 h，Φ2.5 m，H=4 m，4座，藥箱2 m×1 m，2座，土建工程按4 500 m3/d建設(shè)。計(jì)量泵JBM 0.37 kW，4臺(tái)，回用水池6.0 m×3.0 m×3.5 m，有效容積60 m3，鋼砼結(jié)構(gòu)。配套潛水泵WQ20-40-7.5，水量20 m3/h，H=40 m，P=7.5 kW，2臺(tái)，自耦變頻。

3.6 污泥脫水烘干系統(tǒng)構(gòu)筑物

新建污泥脫水進(jìn)料攪拌池2座，高位Φ6.0 m×3.5 m，鋼結(jié)構(gòu)。新建污泥脫水及烘干設(shè)施40 m×18 m廠房1座。疊螺污泥脫水機(jī)P=3.75 kW 1臺(tái)，串螺污泥脫水機(jī)P=2.2 kW 1臺(tái)，進(jìn)泥泵P=2.4 kW 2臺(tái)，加藥系統(tǒng)P=2.6 kW 171套，螺旋輸送機(jī)P=2.2 kW 1套。烘干設(shè)備（安尼康配套），處理量20 t/d（進(jìn)泥含水率75%～80%），干化后污泥含水率50%（≤50%可調(diào)節(jié)），運(yùn)行時(shí)間21.5 h/d，PLC自控，安裝尺寸2 m×2.4 m×2.78 m，總功率1 77.6 kW/h（380 V/3PH/50 Hz）。冷卻塔P=0.59 kW 2臺(tái)，循環(huán)液輸送泵P=2.8 kW 2臺(tái)。

3.7 工程投資及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

某酒廠擴(kuò)容改造項(xiàng)目總投資估算約2 407萬(wàn)元，其中項(xiàng)目工程第1部分建設(shè)費(fèi)用1 851萬(wàn)元，項(xiàng)目工程第2部分其他費(fèi)用321萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)195萬(wàn)元，鋪底流動(dòng)資金40萬(wàn)元。工程采用EPC方式實(shí)施，資金全部由企業(yè)自籌。

4 運(yùn)行效果

四川某酒廠擴(kuò)建工程于2019年5月建成，經(jīng)16個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，處理效果穩(wěn)定，其長(zhǎng)期調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。經(jīng)核心工藝多級(jí)A/O處理后，COD、NH3-N、TN與TP的處理率分別達(dá)99.25%，96.31%，94.92%和85.78%，脫氮效果顯著，且處理過(guò)程和出水水質(zhì)的pH均非常溫和，一直保持在pH 6～9。經(jīng)多級(jí)A/O工藝處理后，輻流沉淀池出水再經(jīng)超磁除磷工藝處理，出水TP的去除率可達(dá)98%及以上，最終出水COD、NH3-N、TN、TP均穩(wěn)定在100，10，20和0.5 mg/L以下，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)GB 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》直接排放的水污染物排放限值。

表3 長(zhǎng)期調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

與四川某酒廠的生產(chǎn)工藝同步，在不停產(chǎn)的情況下，將既有3 000 m3/d的酒廠廢水處理系統(tǒng)擴(kuò)建為4 500 m3/d，核心工藝采用多級(jí)A/O，出水水質(zhì)優(yōu)于G 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》直接排放的水污染物排放限值。工程擴(kuò)建方案充分考慮節(jié)約投資和占地，具有一定的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效應(yīng)。“預(yù)處理+厭氧發(fā)酵+氣浮+多級(jí)A/O+A2/O+超磁除磷”組合工藝對(duì)于去除酒廠廢水COD、NH3-N、TN、TP有明顯效果，可為其他酒廠工藝設(shè)計(jì)和提標(biāo)改造提供參考。