新型高效厭氧生物處理器+A/O法工藝在啤酒廢水治理中的實(shí)踐

謝 韋 ，田 偉

(貴州綠色環(huán)保設(shè)備工程有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550002)

1 概況

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)啤酒工業(yè)迅速發(fā)展，每年廢水的排放量約663萬(wàn)t，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，目前啤酒生產(chǎn)廠家已達(dá)到1000多家，年產(chǎn)啤酒1 000多萬(wàn)t，成為世界第二大啤酒生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)亦成為較高濃度有機(jī)物污染大戶。啤酒廢水的排放和對(duì)環(huán)境的污染已成為突出問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)、有效、節(jié)能地解決該類污水處理問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)保工程領(lǐng)域的課題之一。

基于啤酒廢水中含有大量的有機(jī)物，若不治理或治理不達(dá)標(biāo)則將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，近年來(lái)我國(guó)對(duì)啤酒的處理工藝、技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和探索。本文通過(guò)某啤酒生產(chǎn)廠10 m3生產(chǎn)污水的中試工程運(yùn)行情況、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，就新型高效厭氧生物處理器+A/O法工藝在啤酒廢水治理中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

啤酒生產(chǎn)的主要原料為麥芽、大米、酒花等，在生產(chǎn)過(guò)程中不加入有毒有害及難降解的物質(zhì)，因此廢水中主要是糧食釀酒后的殘留物，屬有害無(wú)毒的高濃度有機(jī)廢水，但易于腐敗，排入水體要消耗大量的溶解氧。啤酒廠產(chǎn)生的廢水主要來(lái)自生產(chǎn)車間、設(shè)備與管道洗滌水、地面沖洗水及來(lái)自生活辦公區(qū)的生活污水等。

現(xiàn)國(guó)內(nèi)外廣泛采用生化處理工藝處理該類廢水，主要包括好氧生物處理(活性污泥法、生物膜法)、厭氧生物處理、好氧與厭氧聯(lián)合生物處理方法。厭氧工藝具有高效、節(jié)能、產(chǎn)泥量少、能有效回收能源的優(yōu)點(diǎn)，但出水需要進(jìn)一步處理才能達(dá)標(biāo)，即要求好氧工藝作為后續(xù)處理單元。

從目前國(guó)內(nèi)的工程實(shí)施及運(yùn)行情況來(lái)看，厭氧、好氧組合工藝綜合了厭氧工藝和好氧工藝的特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，在當(dāng)今啤酒廢水處理中日益發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，成為了近期國(guó)內(nèi)處理啤酒廢水的主流工藝。

本文根據(jù)中試運(yùn)行情況，詳細(xì)說(shuō)明經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的高效厭氧生物處理器在啤酒廢水處理中的處理情況。

2 工程簡(jiǎn)介

某啤酒廠生產(chǎn)能力5萬(wàn)t/a;噸啤酒單位廢水產(chǎn)生量7～15 m3/t;啤酒廠廢水排放量1 750 m3/d;中試水量:10 m3/h;廢水水質(zhì)的主要特點(diǎn):啤酒生產(chǎn)過(guò)程中各工序?yàn)殚g歇排水，水量不等，水質(zhì)差別大，且COD和pH值波動(dòng)較大，適宜混合后處理。啤酒生產(chǎn)廢水的主要污染物為糖類、醇類、多種維生素、酵母菌、纖維素、氨基酸、酒糟等有機(jī)物，其中COD和SS濃度均較高，以糖化廢水濃度最高。廢水的可生化性良好，B/C 值在0.5～0.7，有毒物質(zhì)少，營(yíng)養(yǎng)配比適中。水質(zhì)如下:COD1500～2500mg/L;BOD 1 000～1 500 mg/L;SS 300～1 000 mg/L;pH值5～11;出水水質(zhì)達(dá)到《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1 996)［1］一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn):COD≤100mg/L;BOD≤30 mg/L;SS≤70 mg/L;pH值6～9。

3 工藝流程

具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

4 主要處理單元的說(shuō)明

4.1 預(yù)處理單元

啤酒廢水中含有大量懸浮物和雜質(zhì)，需先進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理系統(tǒng)主要設(shè)置為粗格柵、細(xì)格柵、調(diào)節(jié)池、pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

設(shè)置格柵的目的是去除污水中較大的懸浮物，以保證后續(xù)處理機(jī)泵和設(shè)施免于堵塞。同時(shí)不可生物降解的固體在厭氧生物處理器內(nèi)積累會(huì)占據(jù)大量的池容，池容的持續(xù)減少最終將導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)完全失效。

由于啤酒廢水各生產(chǎn)單元非連續(xù)穩(wěn)定排水，水質(zhì)亦有一定差別，設(shè)置調(diào)節(jié)池，可使原水在池內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)、水量的均化。在一定程上還有去除或降解對(duì)厭氧過(guò)程有抑制作用的物質(zhì)、改善生物反應(yīng)條件和提高廢水可生化發(fā)酵的效果。

在池內(nèi)調(diào)整pH值，將pH值調(diào)整至7～8范圍內(nèi)?？刹捎糜?jì)量泵自動(dòng)投加酸、堿，通過(guò)調(diào)節(jié)池內(nèi)的潛水?dāng)嚢铏C(jī)攪拌達(dá)到中和效果。

調(diào)節(jié)池:按4 h停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)。

提升泵:Q=10 m3/h;H≥10 m。

4.2 新型高效厭氧生物處理器

高效厭氧生物處理器的設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)UASB及其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上改良設(shè)計(jì)而成，反應(yīng)器的容積負(fù)荷由試驗(yàn)確定，本中試的厭氧生物處理器容積負(fù)荷選用3～10 kg COD/m3·d。與傳統(tǒng)的UASB比較，在其底部設(shè)置保泥設(shè)施，以解決傳統(tǒng)UASB污泥層跑泥現(xiàn)象，確保污泥達(dá)到一定濃度以保證處理效率。

新型高效厭氧生物處理器由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器(包括沉淀區(qū))和氣室三部分組成詳見圖2。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。在厭氧生物處理器中，污泥層的主要任務(wù)是利用污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，故而該區(qū)內(nèi)的污泥濃度決定了該設(shè)備的處理效率，成為處理器的關(guān)鍵部分之一，在傳統(tǒng)的UASB中，由于有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為沼氣，沼氣以微小氣泡的形式釋放，將帶走部分污泥，使得底部污泥層的污泥濃度不高，不易達(dá)到理想的處理效率，改進(jìn)的新型厭氧生物處理器，在污泥層頂部設(shè)置保泥設(shè)施，減少沼氣上升產(chǎn)生的跑泥現(xiàn)象。

圖2 新型高效厭氧生物處理器示意圖

污水從厭氧污泥床底部配水與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，經(jīng)微生物分解將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣，沼氣上升碰撞形成較大氣泡，泥、水、氣三相進(jìn)入三相分離器，并在此進(jìn)行三相分離。沼氣穿過(guò)水層進(jìn)入氣室，通過(guò)導(dǎo)管排出(由于中試水量較小，產(chǎn)氣量亦較小，故而未考慮沼氣收集和處置)。污泥在重力作用下滑落反應(yīng)區(qū)，處理后的出水通過(guò)設(shè)置的三角形溢流堰排出，完成厭氧反應(yīng)。

采用有機(jī)負(fù)荷或水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)UASB反應(yīng)器是目前最為主要的方法。q或HRT確定，反應(yīng)器的體積可以根據(jù)公式計(jì)算。本設(shè)備的設(shè)計(jì)，仍然沿用傳統(tǒng)UASB的計(jì)算方式，采用有機(jī)負(fù)荷計(jì)算方式:

式中:Q——廢水流量，m3/d;

S0——進(jìn)水有機(jī)物濃度，g COD/L或 g BOD5/L。

4.3 A/O 處理槽

A/O又稱前置反硝化，其最顯著的工藝特征是將脫氮池設(shè)置在除氮過(guò)程的前部，先將廢水引入缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮還原成N2，從而達(dá)到脫氮的目的。然后進(jìn)入后續(xù)的好氧池，進(jìn)行有機(jī)物的生物氧化、有機(jī)氮的氨化和氨氮的硝化等生物反應(yīng)，O段后設(shè)二沉池，部分沉淀污泥回流至A段，以提供充足的微生物。同時(shí)，還將O段內(nèi)混合液回流至A段，以保證A段有足夠的硝酸鹽。

4.4 鼓風(fēng)機(jī)

鼓風(fēng)機(jī)為好氧池提供溶解氧，采用汽水比為10∶1～20∶1進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 中試數(shù)據(jù)分析

5.1 中試水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本文選取中試期間部分水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 中試部分水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) mg/L

5.2 本工藝對(duì)COD去除率的分析

厭氧系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率為81.2%;好氧系統(tǒng)對(duì)COD的平均去除率為75%，詳見圖3。

圖3 COD去除率

5.3 本工藝對(duì)BOD去除率的分析

厭氧系統(tǒng)對(duì)BOD的平均去除率為81.5%;好氧系統(tǒng)對(duì)BOD的平均去除率為78.1%，詳見圖4。

圖4 BOD去除率

6 結(jié)論

中試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，改良后的厭氧生物處理器+A/O法工藝處理效果好、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高。厭氧和好氧結(jié)合串聯(lián)的工藝在處理啤酒廢水時(shí)具有處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、容易調(diào)試和重新啟動(dòng)等特點(diǎn)。改良后的厭氧生物反應(yīng)器處理效率高，增加保泥設(shè)施大幅度提高厭氧反應(yīng)器運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保了處理效率。在調(diào)試初期只要投加占厭氧池體積1/3的厭氧污泥菌種，就能夠保證污泥菌種的平穩(wěn)增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)近2個(gè)月的調(diào)試厭氧生物反應(yīng)器即可達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。整個(gè)工藝對(duì)COD的去除率可達(dá)80%以上，對(duì)BOD的去除率達(dá)75%以上，對(duì)懸浮物的去除率可達(dá)85%以上，該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應(yīng)用。

7 存在問(wèn)題

中試中采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備，防腐工作不足，在中試中后期開始出現(xiàn)鋼板腐蝕的現(xiàn)場(chǎng)，將在以后的設(shè)計(jì)工程時(shí)考慮采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)替代。

［1］GB8978－1996.綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:北方工業(yè)出版社，2007.