某甜菜制糖企業(yè)糖蜜酒精廢水處理工藝探討

黃 玲 晏 波 李寶花 王文祥

（1廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 廣東佛山 528216 2中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室和廣東省環(huán)境資源利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗室 廣東廣州 510640）

引言

甜菜制糖屬高用水量工業(yè)，一般用水量為菜水比的1:4.5左右[1]。2012/2013榨季我國由甜菜生產(chǎn)的甜菜糖為108.5萬t[2]，按甜菜出糖率14%估算[3]，產(chǎn)生高濃度制糖廢水約3500萬m3。新疆是我國主要糖業(yè)生產(chǎn)基地，甜菜制糖企業(yè)的發(fā)展維系到當(dāng)?shù)財?shù)百甜菜種植戶和制糖企業(yè)職工的生活問題。但制糖企業(yè)同時也是廢水排放大戶，甜菜制糖廢水包括蔗糖生產(chǎn)過程廢水和糖蜜酒精（或酵母）廢水兩部分，該廢水具有水量大、成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高[4]、季節(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時，糖蜜酒精廢水中還含有高濃度的硫酸鹽，硫酸鹽在厭氧過程中容易被硫酸鹽還原菌（SRB）還原成有毒的硫化氫（H2S）氣體，發(fā)出難聞的惡臭，引起金屬腐蝕，影響人體健康和降低生活質(zhì)量[5]。硫化氫的存在，還會對廢水生物處理系統(tǒng)中的微生物產(chǎn)生毒性作用，使硫酸鹽還原過程本身不能進(jìn)行，處理系統(tǒng)遭到破壞甚至崩潰[6]，目前很多已建成的處理高濃度硫酸鹽有機(jī)廢水的設(shè)施，因為沒有消除高濃度硫酸鹽還原過程的毒性問題而使處理系統(tǒng)難以進(jìn)行[7-10]。

目前國內(nèi)外對甜菜制糖廢水處理工藝及工程應(yīng)用已有較多的研究[11-13]，但多集中在中低濃度的生產(chǎn)廢水處理，涉及糖蜜酒精廢水處理的工程實(shí)例還較少。糖蜜酒精廢水處理的關(guān)鍵是首先要解決廢水中高濃度硫酸鹽對生物處理系統(tǒng)的影響。本文是在現(xiàn)有高濃度硫酸鹽廢水處理研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合新疆某甜菜制糖企業(yè)的實(shí)際廢水情況，對其廢糖蜜制酒精廢水處理的工藝設(shè)計進(jìn)行探討。

1 廢水水質(zhì)水量

廢水取自新疆某糖業(yè)有限責(zé)任公司，目前該廠全廠廢水外排量將達(dá)到18000m3/d（含酒精車間生產(chǎn)時的糖蜜酒精廢水），每年排放的COD總量達(dá)14918噸，BOD總量8484噸，年排放廢水量約216萬m3該企業(yè)的，主要的廢水主要來自制糖車間、酸洗工段、酒精車間、干粕車間和熱電站。廢水的水量及水質(zhì)見表1。出水水質(zhì)達(dá)到廣東省水污染物排放限值(DB44/26-2001)第二時段一級排放標(biāo)準(zhǔn)，具體要求見表2。

表1 廢水水質(zhì)水量情況一覽表

酒精車間排放的廢水中有酒精蒸餾塔排放出的廢醪液、部分冷卻排水和少量的餾出水，由表1可知，酒精廢水中COD、BOD的含量分別為70000mg/L及45000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)2中水污染排放限值，同時酒精廢水中含有高濃度硫酸鹽。總體來講，該企業(yè)廢水屬高濃度重污染廢水。

表2 出水水質(zhì)要求

2 廢水處理工藝設(shè)計

2.1 處理工藝流程

酒精廢水處理單元采用硫酸鹽還原－脫硫－一次混凝－厭氧－好氧－二次混凝的處理方式，由于使用該方式處理后的廢水仍不能達(dá)到直接排放的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，再并入非酒精廢水處理系統(tǒng)的好氧段進(jìn)一步處理到已達(dá)到排放要求。非酒精廢水處理單元采用混凝－厭氧－好氧的處理方式進(jìn)行處理。該糖蜜酒精廢水的具體工藝流程如圖1所示。

圖1 糖蜜酒精廢水處理工藝流程圖

2.2 技術(shù)分析與說明

（1）根據(jù)酒精廢水處理單元廢水水質(zhì)情況，采用硫酸鹽還原－脫硫－一次混凝－厭氧－好氧－二次混凝的處理工藝，硫酸鹽還原采用兩相厭氧處理，第一相以硫酸鹽還原為主，利用硫酸鹽還原菌在厭氧條件下將硫酸鹽還原為硫化氫，同時高濃度有機(jī)物得到水解，硫酸鹽還原后的含H2S廢水進(jìn)入脫硫反應(yīng)池進(jìn)行生物氧化脫硫，由于S2-的氧化還原電位低，很容易被空氣中的氧氧化，因此在脫硫反應(yīng)器中進(jìn)行曝氣，大部分S2-被氧化，少部分H2S被空氣吹脫進(jìn)入廢氣處理工序吸收，殘留的少量H2S在后續(xù)的混凝工序通過投加脫硫劑徹底去除。

（2）酒精廢水處理單元中的廢水SS很高，但由于懸浮物具有溫度高，粘度大，不易混凝沉淀等特點(diǎn)，所以廢水首先進(jìn)入生物處理系統(tǒng)進(jìn)行硫酸鹽還原，待改善理化特性后再進(jìn)行混凝處理以去除大部分顆粒不溶性有機(jī)污染物，減少后段生物處理系統(tǒng)的負(fù)荷；

（3）廢水進(jìn)入中間池時，溫度降低到20℃以下，需要進(jìn)行加熱升溫，因而采用蒸汽加熱的方式使水溫升高，這樣可使后續(xù)的UASB段的反應(yīng)器溫度能處于中溫范圍，提高生化處理效率；

（4）由于廢水中COD濃度高，因而采用生物處理的方式最為經(jīng)濟(jì)合理，采用厭氧-好氧的生物處理方式。選用高效的UASB反應(yīng)器作為厭氧處理反應(yīng)器，因UASB反應(yīng)器的處理效率高，同時可以減少占地面積，對于公司用地緊張的情況尤為重要；UASB出水進(jìn)入接觸氧化池進(jìn)行好氧處理；好氧池的出水先進(jìn)入二沉池進(jìn)行初步沉淀，生化污泥供回流使用，補(bǔ)充生物處理系統(tǒng)污泥的流失；

（5）由于酒精單元廢水的色度很高，色度在厭氧過程和一次混凝時得到初步處理降低，但在好氧階段又會部分上升，需要進(jìn)行二次脫色，因此需進(jìn)行二次混凝處理；處理后的廢水仍不能達(dá)到直接排放的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，再并入其它不含硫酸鹽的廢水處理系統(tǒng)的好氧段進(jìn)一步處理到達(dá)標(biāo)排放；

（6）流洗水和壓粕水不含硫酸鹽，進(jìn)行合并后單獨(dú)處理，組成非酒精廢水處理單元；該處理單元SS和COD濃度均較高，因此采用先混凝沉淀而后厭氧——好氧處理的方法；最終使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 主要結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)

廢水處理單元主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)見下表：

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3 運(yùn)行效果估算

3.1 廢水處理單元污染物去除效果

廢水處理單元污染物去除效果表估算見表3，表4。由該表可知，廢水使用硫酸鹽還原+脫硫+UASB+好氧的處理方式后，酒精廢水中的高COD、BOD、SS及硫酸鹽均能較好的去除，對COD、BOD、、NH3-N、SS的去除率分別可達(dá)到 99.6%、99.8%，99.6%，97.8%，98%。

表3 酒精廢水處理單元污染物去除效果估算表

表4 非酒精廢水處理單元污染物去除效果估算表

3.2 技術(shù)運(yùn)行分析

本估算包括以下幾項費(fèi)用，即動力費(fèi)用，藥劑費(fèi)，人工費(fèi)，蒸汽費(fèi)，其中電費(fèi)為0.63元/（t廢水），藥劑費(fèi)為0.5元/（t廢水），人工費(fèi)為0.6元/（t廢水），蒸汽費(fèi)為0.4元/（t廢水），最終得到該處理工程的預(yù)計直接運(yùn)行總費(fèi)用為每噸廢水2.13元。

結(jié)語

（1）采用分流處理的方式，將廢水分為兩個處理單元處理新疆某甜菜制糖企業(yè)糖蜜酒精廢水，其中酒精單元廢水采用硫酸鹽還原+脫硫+UASB+好氧的處理方式，糖蜜酒精廢水經(jīng)初步處理后并入非酒精廢水處理系統(tǒng)，非酒精單元廢水采用UASB+好氧的生物處理方式。

（2）分流處理對廢水中的高COD、BOD、硫酸鹽及SS均有較好的去除率。對該工程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，廢水的運(yùn)行總費(fèi)用為每噸廢水2.13元。