酒精廢水處理工藝介紹

酒精廢水具有COD 高、SS 含量多、酸性強(qiáng)、水量大（每生產(chǎn)1 t 酒精排12 t 廢水）等污染特點(diǎn)，屬于高濃度農(nóng)產(chǎn)品加工有機(jī)廢水，對(duì)酒精廢水的處理一般采取厭氧+好氧的方式。UASB 是常用的厭氧處理技術(shù)〔1, 2〕，具有有機(jī)負(fù)荷率和去除率高、不需攪拌、耐沖擊負(fù)荷性能好等特點(diǎn)。但UASB 在啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)均勻布水，且容易產(chǎn)生溝流和死角，在負(fù)荷較高時(shí)易發(fā)生污泥流失、上升流速過(guò)低等現(xiàn)象〔3〕，另外對(duì)廢水中的高SS 很敏感，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。

R. R. Dague 等〔4〕在厭氧活性污泥法研究基礎(chǔ)上提出并發(fā)展了內(nèi)循環(huán)UASB。通過(guò)對(duì)UASB 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加內(nèi)循環(huán)工藝，內(nèi)循環(huán)UASB 可用來(lái)處理垃圾滲濾液等高濃度廢水〔5, 6, 7〕，相對(duì)于常規(guī) UASB，內(nèi)循環(huán)UASB 對(duì)COD 的適應(yīng)范圍更廣，可用于處理含高SS 的廢水〔8〕，具有污泥不易流失，對(duì)污染物去除率高，抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)，處理效果更好，接種污泥更少，顆粒污泥形成周期更短、強(qiáng)度更強(qiáng)，污泥流失量更少等特點(diǎn)。

由于冬季氣溫較低，UASB 內(nèi)廢水的溫度也較低，厭氧顆粒污泥活性受到抑制，因此冬季處理廢水效果較其他季節(jié)差〔9〕。自《發(fā)酵酒精和白酒行業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施以來(lái)，酒精廠廢水污染物排放不再執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）,酒精廠排放廢水時(shí)有不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。為了解決冬季厭氧處理效果差的問(wèn)題，并為后續(xù)好氧處理提供水源，筆者研究了采用內(nèi)循環(huán)UASB 處理酒精廢水時(shí)，連續(xù)進(jìn)水和大流量的脈沖進(jìn)水兩種進(jìn)水方式對(duì)廢水處理效果的影響，以期為內(nèi)循環(huán)UASB 應(yīng)用于酒精廢水的處理提供參考〔10〕。

1 試驗(yàn)裝置與方法 1.1 試驗(yàn)水質(zhì) 
試驗(yàn)所用玉米酒精廢水來(lái)自河南省某大型酒精廠，其廢水處理工藝流程見(jiàn)圖 1。

  圖 1 廢水處理工藝流程 

該企業(yè)先對(duì)原糟液進(jìn)行固液分離，其中濾渣干燥后用來(lái)生產(chǎn)玉米酒糟蛋白飼料（DDGS），濾液則一部分回用于生產(chǎn)，一部分進(jìn)入五效蒸發(fā)器處理，從五效蒸發(fā)器出來(lái)的冷凝液排入污水站進(jìn)行生化處理，糟液則干燥后用來(lái)生產(chǎn)玉米酒糟蛋白飼料。冷凝液與企業(yè)排放的洗滌水、冷卻水、生活污水在污水站集水池混合后，有機(jī)物濃度得到大幅度降低，該混合廢水先經(jīng)過(guò)格柵進(jìn)行固液分離、再進(jìn)入調(diào)節(jié)池冷卻、zui后排入中和池，在中和池進(jìn)行加堿調(diào)pH，中和池水溫基本保持在37 ℃左右。試驗(yàn)于2011 年11 月14 日—12 月20 日進(jìn)行，試驗(yàn)用水取自中和池，具體進(jìn)水水質(zhì)為：COD、TP、NH3-N、SS 分別為3 150～4 230、 20.4~37.6、4.2~12.5、1 322~2 130 mg/L，pH 為5.5~7.0。

1.2 試驗(yàn)裝置 
試驗(yàn)采用圖 2 所示內(nèi)循環(huán)UASB 裝置，該裝置由鋼板制成，尺寸為D 1 050 mm×4 150 mm，有效水深為3.85 m，有效容積為3.33 m3。

在UASB 三相分離器下面設(shè)有回流管，通過(guò)管道增壓泵將廢水回流至進(jìn)液管中?；亓魉c原水混合后由內(nèi)循環(huán)UASB 底部配水系統(tǒng)均勻地分配到反應(yīng)器底面上。反應(yīng)器具體運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行參數(shù)如下：

連續(xù)進(jìn)水階段（11 月14 日—12 月2 日）：進(jìn)水流量200 L/h，回流水流量220 L/h，回流比110%，水力停留時(shí)間16.65 h，上升流速0.486 m/h，容積負(fù)荷 4.64 kg/（m3·d）；

脈沖進(jìn)水階段（12 月3 日—12 月20 日）：進(jìn)水流量1 000 L/h，每次進(jìn)水48 min，每天進(jìn)水6 次，水力停留時(shí)間16.65 h，瞬時(shí)上升流速1.155 m/h，容積負(fù)荷4.64 kg/（m3·d）。

 圖 2 內(nèi)循環(huán)UASB 裝置  

1.3 分析項(xiàng)目與方法 
COD： 重鉻酸鉀法；NH3-N： 納氏試劑比色法； TP：鉬酸銨分光光度法；SS：重量法；pH：玻璃電極法；PH3： 用Agilent 4890D GC-NPD 分析測(cè)定〔11〕； VFA：磷酸酸化-氫氧化鈉滴定法〔12〕。

1.4 接種污泥 
接種污泥取自該酒精生產(chǎn)廠現(xiàn)有污水處理設(shè)施 UASB 出水沉淀池，接種污泥體積為1 000 L，SS= 42.21 g/L，VSS=22.32 g/L，VSS/SS=52.88%。內(nèi)循環(huán) UASB 啟動(dòng)完成后，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率穩(wěn)定在 80%左右，反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)不同粒徑的顆粒污泥。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1 對(duì)COD 的去除效果 
由于兩種進(jìn)水方式的對(duì)比試驗(yàn)是在同套裝置下進(jìn)行的，兩種進(jìn)水方式下的進(jìn)水水質(zhì)存在一定的差異，為了比較兩種進(jìn)水方式的處理效果，在進(jìn)水水質(zhì)不一樣的條件下，只比較兩種進(jìn)水方式下對(duì)污染物的去除率。兩種進(jìn)水方式下，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率對(duì)比見(jiàn)圖 3。

 圖 3 兩種進(jìn)水方式下COD 去除率的對(duì)比   

從圖 3 可以看出，在進(jìn)水COD 為3 150～4 230 mg/L 情況下，采用連續(xù)進(jìn)水方式時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率維持在66%~77%，而同樣進(jìn)水方式情況下，歷史數(shù)據(jù)表明，該企業(yè)春、夏、秋三季系統(tǒng)對(duì)COD 的平均去除率在80%左右；采用脈沖進(jìn)水方式，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率維持在80%左右，這是因?yàn)閮煞N進(jìn)水方式下進(jìn)水溫度雖然都在37 ℃左右，反應(yīng)器在未設(shè)置加熱措施的前提下，連續(xù)進(jìn)水方式受外界低氣溫的影響更大，如連續(xù)進(jìn)水階段反應(yīng)器下端第二個(gè)取樣口處的廢水溫度僅有26 ℃左右，而相應(yīng)情況下脈沖進(jìn)水階段第二個(gè)取樣口處的廢水溫度則有33 ℃左右?？梢哉J(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)大流量的脈沖進(jìn)水提供了更多的熱量，保證了反應(yīng)器內(nèi)主反應(yīng)區(qū)的廢水溫度，從而維持了微生物較高的活性。

2.2 對(duì)NH3-N 的去除效果 
試驗(yàn)監(jiān)測(cè)了兩種進(jìn)水方式下，出水NH3-N 的變化。結(jié)果顯示，兩種進(jìn)水方式下，出水NH3-N 濃度都高于進(jìn)水，但增長(zhǎng)率相差不大。這主要是由于HRT 過(guò)長(zhǎng)時(shí)，厭氧反應(yīng)器內(nèi)既有氨化作用發(fā)生，也有硝化作用和反硝化作用發(fā)生，其中氨化反應(yīng)速率相對(duì)較快，使得NH3-N 濃度有不同程度的升高〔13〕。

2.3 對(duì)TP 的去除效果 
在厭氧條件下，除磷菌可通過(guò)脫氫酶的酶促反應(yīng)等生理代謝活動(dòng)將有機(jī)物進(jìn)行脫氫，產(chǎn)生還原性輔酶等，將P 轉(zhuǎn)化為氣態(tài)PH3 從而去除〔14, 15〕。試驗(yàn)考察了兩種進(jìn)水方式下，系統(tǒng)對(duì)TP 的去除率，結(jié)果見(jiàn)圖 4。

 圖 4 兩種進(jìn)水方式下TP 去除率的對(duì)比 

由圖 4 可以看出，兩種進(jìn)水方式下UASB 對(duì)TP 都有一定的去除效果，但脈沖進(jìn)水方式的處理效果要好于連續(xù)進(jìn)水方式，這主要是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)大流量的脈沖進(jìn)水提供了更多的熱量，保證了反應(yīng)器內(nèi)主反應(yīng)區(qū)的廢水溫度，較高的廢水溫度為除磷菌提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣組分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示有PH3 氣體生成。

2.4 對(duì)SS 的去除效果 
懸浮物指懸浮在水中的固體物質(zhì)，包括不溶于水中的無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及泥砂、黏土、微生物等。廢水中懸浮物含量是衡量水污染程度的指標(biāo)之一，懸浮物也是造成反應(yīng)器出水渾濁的主要原因。水體中的有機(jī)懸浮物沉積后易厭氧發(fā)酵，使水質(zhì)惡化，導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)行不穩(wěn)定。試驗(yàn)期間考察了兩種進(jìn)水方式下，系統(tǒng)對(duì)SS 的去除率，結(jié)果見(jiàn)圖 5。

  圖 5 兩種進(jìn)水方式下SS 去除率的對(duì)比   

由圖 5 可以看出，內(nèi)循環(huán)UASB 克服了傳統(tǒng)厭氧反應(yīng)器對(duì)SS 敏感的弱點(diǎn)，兩種進(jìn)水方式下反應(yīng)器對(duì)SS 都有明顯的去除效果，其中脈沖進(jìn)水方式去除效果更為顯著，主要是因?yàn)檫B續(xù)進(jìn)水時(shí)部分粒重較小的SS 不能懸浮于反應(yīng)器內(nèi)，而隨出水流出反應(yīng)器，導(dǎo)致反應(yīng)器對(duì)SS 的去除效果低于脈沖進(jìn)水方式。

2.5 出水VFA 的變化 
出水揮發(fā)性脂肪酸（VFA）產(chǎn)生量取決于廢水水質(zhì)特征、外界環(huán)境、反應(yīng)器類型和水力運(yùn)行條件， VFA 濃度過(guò)高表明反應(yīng)器有酸化現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，當(dāng)進(jìn)水COD 控制在3 150~4 230 mg/L 時(shí)，反應(yīng)器對(duì) COD 的去除率維持在（80±10）%，出水pH 顯中性、 VFA 在300 mg/L 以下，各項(xiàng)指標(biāo)正常，說(shuō)明反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定〔16〕。試驗(yàn)期間出水VFA 的變化情況見(jiàn)圖 6。

 圖 6 出水VFA 的變化 

由圖 6 可以看出，兩種進(jìn)水方式下，出水VFA 的質(zhì)量濃度在140 mg/L 左右，說(shuō)明反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。

3 結(jié)論 
（1） 內(nèi)循環(huán)UASB 有效克服了現(xiàn)行各種反應(yīng)器對(duì)高SS 進(jìn)水敏感的局限性，并且污泥不易流失，對(duì)污染物去除率高。

（2）冬季氣溫低，連續(xù)進(jìn)水時(shí)主反應(yīng)區(qū)溫度較低，處理效果較其他季節(jié)差，采用大流量的脈沖進(jìn)水時(shí)，可以保證顆粒污泥與廢水充分混合，由于單位時(shí)間內(nèi)提供了較高的熱量保證了主反應(yīng)區(qū)的溫度，維持了厭氧微生物較高的活性，其處理效果要好于連續(xù)進(jìn)水方式。如果日處理水量不大，冬季厭氧處理可以考慮采用脈沖進(jìn)水方式。

（3）從試驗(yàn)結(jié)果可以得出，冬季采用連續(xù)進(jìn)水方式，內(nèi)循環(huán)UASB 對(duì)COD、TP 、SS 的平均去除率分別為72% 、19.29% 、38.79% ； 脈沖進(jìn)水方式時(shí)對(duì) COD、TP 、SS 的平均去除率分別為81%、24.02% 、51.24%；由于反應(yīng)器內(nèi)氨化反應(yīng)為主導(dǎo)反應(yīng)，兩種進(jìn)水方式下，NH3-N 經(jīng)厭氧處理后都有不同程度的增加；兩種進(jìn)水方式下出水VFA 質(zhì)量濃度都在140 mg/L 左右，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定。