IC厭氧反應(yīng)器-接觸氧化-曝氣生物濾池處理釀酒廢水

蘇先真

(湖南湖大威嘉環(huán)保科技有限公司，湖南　長沙　410070)

?

IC厭氧反應(yīng)器-接觸氧化-曝氣生物濾池處理釀酒廢水

蘇先真

(湖南湖大威嘉環(huán)保科技有限公司，湖南長沙410070)

針對桂林湘山酒業(yè)有限公司所產(chǎn)生的釀酒廢水，本設(shè)計采用中和混凝沉淀-IC厭氧反應(yīng)器-接觸氧化-曝氣生物濾池工藝進(jìn)行處理。檢測結(jié)果表明，該工藝對CODCr、BOD5、SS和TN都有較好的去除效果，最終出水水質(zhì)達(dá)到《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)中的污染物排放限值，并且該工藝具有容積負(fù)荷率高、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、節(jié)約占地面積等優(yōu)點(diǎn)。

釀酒廢水；IC厭氧反應(yīng)器；接觸氧化；曝氣生物濾池

釀酒技術(shù)在我國源遠(yuǎn)流長，如今釀酒行業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。但同時釀酒行業(yè)又是我國排放有機(jī)污染物濃度非常高的一個行業(yè)[1]，釀酒行業(yè)每年都要向環(huán)境中排放大量有機(jī)污染廢水，給水環(huán)境處理帶來非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。釀造廢水是一種非常典型的輕工業(yè)廢水，水質(zhì)呈現(xiàn)“兩高”[2]特征：高有機(jī)物濃度與高懸浮物濃度。如果直接排放，對水資源造成非常嚴(yán)重的污染，所以必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后方可排放。

1　工程概況

表1　水質(zhì)指標(biāo)

桂林湘山酒業(yè)有限公司為中、高檔系列酒生產(chǎn)商，生產(chǎn)規(guī)模為2萬噸/年。本次工程為公司配套建設(shè)的污水處理工程，處理對象為一期的傳統(tǒng)釀造洗米水、甑底水、洗地水、洗器具的生產(chǎn)廢水及與之配套的生活污水(員工食堂、綜合辦公樓)，污水處理站高濃度廢水為200 m3/d，生活污水100 m3/d，處理規(guī)模為300 m3/d。公司釀酒的主要工序分為蒸料、發(fā)酵、燒煮三個部分，排放的污水中含有大量的酒糟，COD、BOD、SS濃度高，其水質(zhì)具體情況如表1所示；污水廠設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2　設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)

2　污水處理工藝選擇及流程

釀酒廢水處理方法包括物理處理法如混凝沉淀、吹脫及氣提等；化學(xué)處理方法如中和法、氧化還原法等；生物處理法如活性污泥法與生物膜法等[3]；根據(jù)不同的水質(zhì)特征采取相應(yīng)的治理工藝使處理后的廢水達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)前文對廢水水質(zhì)情況的分析，同時結(jié)合酒業(yè)公司的實(shí)際情況，我們確定主要采用生物法對公司釀酒廢水進(jìn)行處理，該方法技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，可以達(dá)到廢水處理的要求。目前釀酒廢水處理的應(yīng)用與研究都趨向于厭氧好氧生物組合處理方法[4-6]。IC反應(yīng)器是目前的超高效厭氧反應(yīng)器，容積負(fù)荷大約為UASB反應(yīng)器的4倍[7]。IC反應(yīng)器由于具有啟動快、容積負(fù)荷率高、占地面積小且運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，并且成功應(yīng)用到釀酒、造紙、檸檬酸等廢水的處理中[8]。通過對本次項(xiàng)目釀造廢水的調(diào)研綜合分析，該廢水COD濃度高，懸浮物含量大，設(shè)計時采用“濃淡分家”的方式，對高濃廢水和生活污水分開進(jìn)行預(yù)處理后再匯集后進(jìn)行處理，工藝上最終確定采用中和混凝沉淀-IC厭氧反應(yīng)器-接觸氧化-曝氣生物濾池處理，該廢水出水執(zhí)行《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)。具體工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

3　主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

3.1篩網(wǎng)池

去除其中的谷粒、酒糟等懸浮顆粒物，為地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直壁平行渠道，尺寸：1.30 m×0.80 m×2.30 m，池內(nèi)安裝篩隙為80目不銹鋼弧形篩網(wǎng)。

3.2高濃調(diào)節(jié)池

主要功能是調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量，保障后續(xù)生化處理單元正常運(yùn)行，減少沖擊負(fù)荷。池底設(shè)潛水?dāng)嚢杵鳎乐刮勰喑两怠２捎玫叵率戒摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，有效容積為36 m3。

池平面尺寸：L×B×H=4.00 m×2.00 m×4.8 m。

有效水深4.5 m，停留時間為5.76 h，安裝型號為QJB1.5/6-260/3-980的潛水?dāng)嚢铏C(jī)，電機(jī)功率1.5 kW。

3.3中和混凝池

調(diào)節(jié)高濃廢水的pH值，同時投加PAC和PAM以促進(jìn)懸浮物的凝聚，形成礬花，經(jīng)混凝反應(yīng)后的廢水進(jìn)入高濃廢水初沉池。為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸：L×B×H=3.2 m×1.40 m×2.3 m， 有效水深2.0 m，停留時間：1.0 h，其中中和時間為30 min，混凝時間為30 min。池內(nèi)安裝有型號為JBJ-600的漿式攪拌機(jī)2臺，電機(jī)功率1.5 kW。

3.4IC厭氧反應(yīng)器

IC厭氧反應(yīng)器(IC-Internal Circulation)，即內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，廢水在反應(yīng)器中自下而上流動，污染物被細(xì)菌吸附并降解，凈化過的水從反應(yīng)器上部流出。

IC反應(yīng)器實(shí)際上是由兩個上下重疊的UASB反應(yīng)器串聯(lián)組成的。由下面第一個UASB反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動力，使升流管與回流管的混合液產(chǎn)生密度差，實(shí)現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理。利用自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動力來實(shí)現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理和精處理，使出水達(dá)到預(yù)期的處理要求。最適宜的pH控制在6.5～8.0之間，最佳溫度控制范圍為35.5～37.5 ℃之間，第一反應(yīng)室容積負(fù)荷率取20 kgCOD/m3·d，第二反應(yīng)室容積負(fù)荷率取6 kgCOD/m3·d。大部分COD在第1厭氧反應(yīng)室去除，第2厭氧反應(yīng)室起“精”處理作用。形式為地上碳鋼結(jié)構(gòu)，具體尺寸：φ×H=4.0 m×16 m。

3.5混合調(diào)節(jié)池

IC反應(yīng)器出水與廠區(qū)內(nèi)生活污水管網(wǎng)來的生活污水進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量；地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，帶蓋板；平面尺寸：6.71 m×6.00 m×4.8 m，有效水深4.3 m，池底設(shè)置潛水?dāng)嚢杵鳎Ａ魰r間：13.8 h，池內(nèi)安裝型號為QJB2.2/8-320/3-740的潛水?dāng)嚢铏C(jī)，電機(jī)功率2.2 kW。

3.6生物接觸氧化池

生物接觸氧化池分為兩段，內(nèi)設(shè)組合填料，填料層高度為3.0 m，池底設(shè)微孔曝氣器，利用微生物的新陳代謝作用將污水中的有機(jī)物脫氮除磷，進(jìn)一步去除COD為目的。微孔曝氣器采用XJBQ-215P，外型球冠形，內(nèi)絲，材質(zhì)為橡膠膜+ABS，數(shù)量90個，填料為Φ150彈性立體填料。填料區(qū)容積90 m3，氣水比10:1，平面尺寸6.0 m×5.0 m×5.0 m，有效水深H=4.7 m停留時間：11.3 h，池內(nèi)安裝回流污泥泵1臺，流量Q=5 m3/h，H=16 m，電機(jī)功率0.75 kW。

3.7二沉池

進(jìn)行泥水分離，去除部分COD、BOD、SS等強(qiáng)化出水水質(zhì)。半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外形尺寸：L×B×H=6.0 m×2.4 m×5.0 m，池內(nèi)安裝斜管，傾角60°，斜長為1 m，水力負(fù)荷0.87 m/h，沉淀時間3.0 h。

3.8曝氣生物濾池(清水池)

兩座水池合建(上下層)，去除COD、BOD，氨氮，并通過濾料的截留和吸附作用，強(qiáng)化出水水質(zhì)，降低懸浮物濃度，儲存處理后的出水。采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計有V型進(jìn)水布水槽、配水配氣渠、反沖水排水渠，曝氣生物濾池空塔停留時間為2.8 h，清水池停留時間為2.4 h。

平面尺寸為5.64 m×3.08 m，地下為3.0 m，地上4.0 m。

曝氣生物濾池濾速為1.05 m/h，濾料層高度1.5 m(2)，陶粒粒徑為3～5 mm，曝氣采用單孔膜空氣擴(kuò)散器，每平方米安裝36個，氣水比為反沖采用氣水聯(lián)合反沖洗，氣沖強(qiáng)度為36 m/h，水沖洗強(qiáng)度為9 m/h，下向流，反洗周期24 h。

3.9污泥池

提高污泥池排泥水的含固率，采用地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具體平面尺寸：5.64 m×1.12 m ×5.00 m，有效高度4.5 m，停留時間13 h。

3.10鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房輸送空氣至生物接觸氧化池和曝氣生物濾池，提供微生物新陳代謝和硝化所必需的氧氣，同時對曝氣生物濾池提供反洗所需要的空氣。

曝氣風(fēng)機(jī)3臺(2用1備)，單機(jī)流量Q=2.1 m3/min，升壓49 kPa，電機(jī)功率4 kW，反洗風(fēng)機(jī)1臺，單機(jī)流量Q=3.5 m3/min，升壓49 kPa，電機(jī)功率7.5 kW。

3.11壓濾機(jī)房

選擇帶寬500 mm的帶式壓濾機(jī)一臺，處理能力0.5～3.0 m3/h，同時配備PAM加藥裝置1套，加藥量50 L/h，加藥濃度0.2%，設(shè)置螺桿泵2臺(1用1備)，流量Q=5 m3/h，揚(yáng)程H=60 m，功率N=2.2 kW。

4　實(shí)際運(yùn)行效果和分析

污水處理站經(jīng)過一段時間穩(wěn)定運(yùn)行后，廢水樣由當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測部門進(jìn)行5次連續(xù)檢測，數(shù)據(jù)均為連續(xù)監(jiān)測的平均值，處理前后的水質(zhì)指標(biāo)如表3所示；污染物指標(biāo)去除效果見圖2。

表3　工藝進(jìn)出水水質(zhì)檢測值及去除率

從表3數(shù)據(jù)可以看到，出水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

從圖2數(shù)據(jù)可知，工藝對CODCr、BOD5、SS和TN去除率分別達(dá)到99.6%、99.4%、98.1%和86.8%，出水完全符合《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2　CODCr、BOD5、SS和TN去除效果

5　效益分析

5.1投資與成本

本次釀酒廢水處理項(xiàng)目費(fèi)用包括建設(shè)期投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用兩部分。建設(shè)總投資210.26萬元，噸水投資7001元。工程運(yùn)行費(fèi)用包括：電費(fèi)、人工費(fèi)、藥劑費(fèi)以及污泥處置費(fèi)，經(jīng)驗(yàn)算總運(yùn)行成本約為2.07元/噸水。

5.2經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目IC塔COD去除率一般可達(dá)80%～85%，平均每處理1 kgCOD能產(chǎn)生0.45 m3左右的沼氣，平均每天可產(chǎn)沼氣約470 m3，按每立方米沼氣1.2元計算，每天收益564元，沼氣收益為1.88元/噸水。

5.3環(huán)境效益

每年可減少COD排放量877噸，每年可減少SS排放量93噸，每年可減少TN排放量11噸。

6　結(jié)　論

(1)該工程實(shí)踐表明，針對釀酒廢水的特點(diǎn)，采用“中和混凝沉淀-IC厭氧反應(yīng)器-接觸氧化-曝氣生物濾池”工藝，經(jīng)過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，此工藝成熟穩(wěn)定，治理效果良好，出水水質(zhì)能到達(dá)《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB27631-2011)中污染物排放限值。

(2)對于IC厭氧反應(yīng)器，一定要控制好進(jìn)水溫度，保持進(jìn)水溫度在35.5～37.5 ℃之間，這樣COD的降解率最高；由于采用下向流曝氣生物濾池，氣水為逆向流，空氣在一定程度上阻止水流將污水中的固體物質(zhì)帶入濾床深處，從而使固體物質(zhì)聚集在濾池的表面，濾池容易堵塞，運(yùn)行周期短。

(3)本項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。要充分利用沼氣，防止沼氣外泄對周圍居民環(huán)境的污染，同時可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]唐受印,戴友芝,劉忠義,等.食品工業(yè)廢水處理[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[2]朱永全,曾凡中.酒廠高濃度有機(jī)廢水處理工程設(shè)計[J].工業(yè)用水與廢水, 2001,32(1):32-33.

[3]文芒.ABR-接觸氧化組合工藝在釀酒廢水處理工程中的應(yīng)用研究[D].成都:西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,2010.

[4]何曉娟.IC-CIRCOX 工藝及其在啤酒廢水處理中的應(yīng)用[J].給水排水,1997,23(5):26-28.

[5]王倩,楚昊.UASB+缺氧+二級接觸氧化組合工藝處理釀酒廢水[J].貴州化工,2011,36(5):40-41.

[6]王定暉.UASB-生物接觸氧化法處理高濃度釀酒廢水之探討[J].青海環(huán)境, 2004(2):014.

[7]楊爽,張雁秋.對內(nèi)循環(huán)厭氧(IC)反應(yīng)器的探討[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保,2008,30(8):5-7.

[8]張雷,周婷婷,榮文兵,等.內(nèi)循環(huán)(IC)反應(yīng)器運(yùn)行規(guī)律研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,34(2):156-158.

The Treatment of Winery Wastewater by IC Anaerobic Reactor-contact Oxidation-biological Aerated Filter Technology

SU Xian-zhen

(Hunan Huda Weijia Environmental Technology Co., Ltd., Hunan Changsha 410070, China)

This design adopted the neutralization coagulation precipitation-IC anaerobic reactor-contact oxidation-biological aerated filter technology to treat the winery wastewater produced by Guilin Xiangshan Wine Co., Ltd. The test results showed that the process had a favorable effect on CODCr, BOD5, SS and TN removing, which can reach the standard of water pollutants emission limits in fermented alcohol and liquor industry water pollutant discharge standards GB27631-2011. In addition, the process had lots of advantages such as high volumetric load, strong capability of resisting impact, economical efficiency and running stability, and less land requirement.

winery wastewater; IC anaerobic reactor; contact oxidation; biological aerated filter

蘇先真(1972-)，男,大學(xué)本科，工程師，主要從事水污染控制與治理。

X506

A

1001-9677(2016)01-0138-04