高濃度白酒廢水的厭氧生物處理實(shí)踐分析

摘要：厭氧生物處理具有容積負(fù)荷高、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低及占地面積小等優(yōu)勢(shì)，已廣泛用于污水處理領(lǐng)域。但厭氧微生物的生長周期長，易受多種因素影響，造成厭氧系統(tǒng)的啟動(dòng)速度較慢，系統(tǒng)管理也比較復(fù)雜。以貴州某白酒產(chǎn)業(yè)園白酒廢水污水項(xiàng)目為背景，進(jìn)一步研究總結(jié)厭氧生物處理工藝的特點(diǎn)，分析快速穩(wěn)定啟動(dòng)厭氧系統(tǒng)的工藝控制條件，提出一種有效處理高濃度白酒廢水的工藝流程。

關(guān)鍵詞：白酒廢水；厭氧生物處理；產(chǎn)甲烷菌

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）10-00-03

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Practice Analysis of Anaerobic Biological Treatment of High-Concentration Liquor Wastewater

LI Jiaying

（Guangzhou Pengkai Environmental Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511400， China）

Abstract： Anaerobic biological treatment is widely used in the field of sewage treatment because of its high volume load， low energy consumption， low operating costs and small footprint. However， due to the long growth cycle of anaerobic microorganisms， they are easily affected by many factors， and the start-up speed of anaerobic system is slow， and the system management is also complicated. Based on the liquor wastewater wastewater project of a liquor production park in Guizhou province， this paper further studies and summarizes the characteristics of anaerobic biological treatment technology， analyzes the process control conditions for rapid and stable start-up of the anaerobic system， and expounds an effective process flow for the treatment of high-concentration liquor wastewater.

Keywords： liquor wastewater; anaerobic biological treatment; methanogenic bacteria

貴州省的氣候十分有利于釀造醬香酒微生物的棲息與繁殖，盛產(chǎn)醬香型白酒[1]。根據(jù)不同的產(chǎn)酒工藝，醬香型白酒可分為碎沙酒、坤沙酒。貴州某白酒產(chǎn)業(yè)園的年白酒總產(chǎn)能為2.5萬t，污水產(chǎn)生量為2 500 m3/d，出水水質(zhì)滿足《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 27631—2011）中的水污染物特別排放限值。該產(chǎn)業(yè)園的設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)如表1所示，所選指標(biāo)包括化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、5日生化需氧量（5-day Biochemical Oxygen Demand，BOD5）、懸浮物（Suspended Substance，SS）、總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）。

白酒生產(chǎn)具有一定的季節(jié)性，小型分散式白酒廠的季節(jié)性更明顯[1]。白酒生產(chǎn)原料中含有大量的淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，在發(fā)酵過程中，未被完全轉(zhuǎn)化的有機(jī)物殘留在廢水中，導(dǎo)致廢水的有機(jī)物含量很高。部分白酒企業(yè)在廢水處理過程中缺乏有效的預(yù)處理措施，導(dǎo)致廢水中的大顆粒雜質(zhì)、泥沙等進(jìn)入后續(xù)處理單元，也會(huì)增加廢水中的懸浮物含量和污染物濃度。杜文鵬等[2]取四川某酒廠發(fā)酵車間發(fā)酵池的滲瀝水進(jìn)行分析測(cè)定，得到COD為80 000～100 000 mg/L，SS為3 800～4 300 mg/L，pH值為4～5?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中的進(jìn)水水質(zhì)也幾乎均高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，尤其在產(chǎn)業(yè)園建設(shè)初期，廠區(qū)來水以小酒廠廢水為主，進(jìn)水COD指標(biāo)日均值超50 000 mg/L，TN、氨氮等指標(biāo)也高出設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)數(shù)倍。由于白酒廢水的進(jìn)水水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，污水處理系統(tǒng)需具有較高耐沖擊負(fù)荷，以保證出水穩(wěn)定。

1 預(yù)處理

酒精糟是白酒廢水的主要污染物之一，具有有機(jī)污染物濃度高、懸浮物含量高、黏度大、溫度高以及酸度高等特點(diǎn)，預(yù)處理工藝需去除大部分酒糟，避免酒糟在池內(nèi)二次酸化發(fā)酵增加廢水污染物濃度。預(yù)處理一般采用物化沉淀或機(jī)械分離方式進(jìn)行固液分離，但機(jī)械分離方式的設(shè)備投入費(fèi)用高，且不能連續(xù)運(yùn)行，管理復(fù)雜。采用離心機(jī)處理黏性大、酸度大的酒糟時(shí)，需要較大的藥劑投加量且脫水困難。機(jī)械分離方式還存在耗電量大、噪音大、除臭要求高等問題。本項(xiàng)目采用“轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)過濾裝置+混凝沉淀+均質(zhì)調(diào)節(jié)池”的預(yù)處理方式，分離酒糟效果良好。

2 厭氧生物處理

2.1 原理

厭氧過程是在厭氧條件下，微生物以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等為受氫體，將有機(jī)物分解生成CH4、CO2、H2O、H2S和NH3的過程[3]。厭氧過程中，由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將各種高級(jí)脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和氫氣，但只有在乙酸濃度和氫分壓都很低的情況下氧化反應(yīng)才能順利進(jìn)行。而產(chǎn)甲烷菌的主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物（乙酸和氫）轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳。

厭氧反應(yīng)易受各種因素干擾，且產(chǎn)物中含氣體，系統(tǒng)運(yùn)行過程中一旦操作不當(dāng)，會(huì)影響出水水質(zhì)及污泥活性，需要花費(fèi)較多時(shí)間和精力去重新調(diào)整和恢復(fù)。項(xiàng)目調(diào)試過程中需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水廠的主要污染物指標(biāo)，總結(jié)適用于污水廠的相關(guān)調(diào)試條件。某白酒產(chǎn)業(yè)園污水處理廠的主要污染物指標(biāo)包括COD、NH3-N、混合液懸浮固體濃度（Mixed Liquor Suspended Solids，MLSS）、揮發(fā)性脂肪酸（Volatile Fatty Acid，VFA）、pH、氧化還原電位（Oxidation Reduction Potential，ORP）及電導(dǎo)率。

2.2 影響因素

2.2.1 pH值和堿度影響

為維持厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定，需保持產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌平衡，防止產(chǎn)酸菌過度活躍導(dǎo)致系統(tǒng)有機(jī)酸累積，引起pH值下降。由于稀釋作用和厭氧系統(tǒng)內(nèi)的緩沖體系可迅速改變進(jìn)液的pH值，需控制反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)區(qū)的pH值，而不是進(jìn)液的pH值。產(chǎn)甲烷菌要求pH值控制在6.5～7.5，若pH值降至6.5以下，甲烷菌會(huì)逐漸失去活性。

培養(yǎng)顆粒污泥的關(guān)鍵是維持進(jìn)水堿度大于1 000 mg/L（以CaCO3計(jì)），以緩沖系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物分解產(chǎn)生的乙酸、丙酸，確保反應(yīng)器的pH值維持在6.5～7.5，為微生物提供適宜的生存環(huán)境。厭氧系統(tǒng)需保證VFA和堿度的比值小于0.4，VFA值為400～800 mg/L，則呈現(xiàn)酸化狀態(tài)。若VFA高于400 mg/L時(shí)，則需要通過控制厭氧系統(tǒng)出水循環(huán)量來控制系統(tǒng)內(nèi)的VFA值，或考慮投加碳酸氫鈉等補(bǔ)充堿度。

按白酒廢水進(jìn)水pH值為4.5～5.5，初次啟動(dòng)厭氧系統(tǒng)，若投加的種泥為厭氧泥，則需要通過適量加堿控制進(jìn)水pH值，維持厭氧污泥活性。在產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目初期調(diào)試期間，連續(xù)投堿3～4 d后，系統(tǒng)的VFA值控制在400 mg/L左右，之后利用好氧生化出水回流至預(yù)處理階段，補(bǔ)充厭氧進(jìn)水堿度，系統(tǒng)穩(wěn)定后VFA保持在100～150 mg/L，以利于形成顆粒污泥。通過回流系統(tǒng)可有效減少藥劑使用量，且不易造成厭氧系統(tǒng)堿度過高進(jìn)而影響后續(xù)處理系統(tǒng)。

2.2.2 溫度影響

溫度不僅影響厭氧微生物的活性和反應(yīng)速率，而且會(huì)影響厭氧污泥的沉降性能、顆?；潭?，穩(wěn)定的溫度范圍可使厭氧反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。厭氧消化有兩個(gè)最優(yōu)溫度段：中溫（33～35 ℃）和高溫（50～55 ℃）。不同溫度范圍適合不同類型的產(chǎn)甲烷菌生長。高溫厭氧具有更高的反應(yīng)速率、更低的污泥產(chǎn)率，但能耗更高，運(yùn)行操作更復(fù)雜。

為保持溫度穩(wěn)定，中溫厭氧系統(tǒng)一般需設(shè)置外加熱方式，可選熱水循環(huán)加熱或蒸汽加熱方式。其中，熱水循環(huán)加熱對(duì)循環(huán)水水質(zhì)要求高，需配套軟化水設(shè)備降低循環(huán)水硬度，以減少設(shè)備結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，且維護(hù)成本高。白酒廢水項(xiàng)目厭氧處理系統(tǒng)常采用蒸汽加熱方式保持穩(wěn)定溫度，即直接通入蒸汽與污水混合加熱。由于酒廠釀酒需配套鍋爐，污水處理廠蒸汽可以直接從酒廠鍋爐房引出。另外，蒸汽加熱配套附屬設(shè)施相對(duì)簡單。因此，對(duì)于中溫厭氧系統(tǒng)來說，蒸汽加熱是一種簡單有效的加熱方式。

2.2.3 ORPORP可以表示水中的含氧濃度，反映厭氧程度。在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)酸階段可在兼氧條件下完成，氧化還原電位在-100～100 mV，而產(chǎn)甲烷階段最適的氧化還原電位為-400～-150 mV。培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌初期，ORP值不能高于-300 mV。此外，中溫和高溫厭氧對(duì)氧化還原電位要求也不同，高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的ORP值為-600～-500 mV，而中溫厭氧系統(tǒng)一般將ORP穩(wěn)定在-380～-300 mV。氧化還原電位與pH值存在一定關(guān)系，pH值越高，ORP值越低。白酒產(chǎn)業(yè)園污水處理廠厭氧系統(tǒng)運(yùn)行過程中的ORP值保持在-350～-300 mV，厭氧污泥性質(zhì)良好。

2.2.4 有毒和抑制性基質(zhì)

厭氧發(fā)酵過程的產(chǎn)物和中間產(chǎn)物，如揮發(fā)性有機(jī)酸、H+濃度和H2S等都會(huì)對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，過高的氫分壓會(huì)引起有機(jī)酸累積，影響產(chǎn)甲烷效率。H2S則因溶解度高會(huì)影響出水COD濃度，且會(huì)破壞厭氧消化過程的穩(wěn)定性[4]。此外，各種離子和有機(jī)毒物，如高濃度的鉀、鈣、鈉、鎂離子也會(huì)改變細(xì)胞滲透壓，影響生物活性。

研究表明，厭氧系統(tǒng)中的Ca2+濃度在25～100 mg/L，有利于帶負(fù)電荷細(xì)菌相互黏接，可加速污泥顆?；^程。但超過一定濃度的Ca2+、Mg2+離子，除了會(huì)導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)及管道結(jié)垢，影響設(shè)備布水系統(tǒng)均勻性及設(shè)備有效容積外，對(duì)厭氧也有抑制作用。

2.2.5 水力負(fù)荷（上升流速）

適宜的上升流速有助于維持厭氧系統(tǒng)內(nèi)微生物的均勻分布，加強(qiáng)廢水中有機(jī)物和顆粒污泥間的傳質(zhì)，但若上升流速過高，則易使污泥流失，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。上升流速取值范圍：升流式厭氧污泥床為0.5～1.5 m3/（m2·h），內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器為3.0～8.0 m3/（m2·h），膨脹顆粒污泥床為1.5～5.0 m3/（m2·h）。

厭氧系統(tǒng)采用點(diǎn)陣布水系統(tǒng)，進(jìn)水分配系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，防止進(jìn)水局部不均勻產(chǎn)生酸化。出水設(shè)循環(huán)回流系統(tǒng)，稀釋進(jìn)水濃度的同時(shí)，通過控制循環(huán)水水量保證設(shè)計(jì)上升流速范圍。同時(shí)，為保證厭氧系統(tǒng)污泥濃度，改善污泥沉降性，在厭氧后增加厭氧沉淀池截留厭氧污泥，截留后污泥回流至厭氧系統(tǒng)。應(yīng)控制沉淀分離裝置中污泥絮體的回流速率及攪拌速率，防止水流剪力破壞絮體結(jié)構(gòu)。

3 深度處理

高濃度白酒廢水經(jīng)生化處理后出水仍需結(jié)合深度處理工藝，進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物、色度、氨氮、總氮和總磷等污染物，以達(dá)到更高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。一般采用催化氧化法、高級(jí)氧化法、吸附法及膜過濾法。其中，膜過濾法對(duì)各污染物幾乎都有高效去除率，出水水質(zhì)幾乎不受其他因素影響，可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)出水。

產(chǎn)業(yè)園白酒廢水項(xiàng)目深度處理采用納濾（Nanofiltration，NF）膜法，具有高效的分離性能。NF技術(shù)的原理與機(jī)械篩分類似，但NF膜帶有電荷，同時(shí)有溶解擴(kuò)散效應(yīng)，因此在很低壓力下仍具有較好的大分子和二價(jià)鹽截留效果，而對(duì)于分子量小于500的有機(jī)污染物以及一價(jià)鹽離子則幾乎不截留。有類似白酒廢水項(xiàng)目采用NF技術(shù)作為深度處理方式，現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)一年后發(fā)現(xiàn)鹽度在系統(tǒng)內(nèi)幾乎無富集，也未影響系統(tǒng)出水水質(zhì)。

4 結(jié)論

白酒廢水處理采用以“過濾+混凝沉淀+調(diào)節(jié)+

厭氧+多級(jí)DIAB-MBR+NF深度處理”為主體的三級(jí)處理工藝，具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能很好地解決醬香型酒廢水處理中的水量波動(dòng)和水質(zhì)沖擊等難點(diǎn)問題。該工藝路線采用了多級(jí)物化、生化聯(lián)合處理工藝，能夠有效控制各級(jí)污染物的去除效率，達(dá)到全流程各項(xiàng)污染物的協(xié)同去除，且藥劑投加量少，運(yùn)行成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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