酒精廢水處理技術(shù)
一．概述酒精工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)，酒精廣泛應(yīng)用于化工、食品工業(yè)、日化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域，同時(shí)又是酒基、浸提劑、溶劑、洗滌劑和表面活性劑。我國酒精生產(chǎn)的原料比例為：淀粉質(zhì)原料（玉米、薯干、木薯）占75%，廢糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。由此，我國酒精生產(chǎn)的原料主要是玉米、薯干等淀粉質(zhì)原料。酒精企業(yè)酒精糟的污染是食品與發(fā)酵工業(yè)***嚴(yán)重的污染源之一，由于投資、生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)、管理等原因，大部分酒精企業(yè)的綜合利用率較低。 二．酒精生產(chǎn)廢水特點(diǎn)酒精工業(yè)的污染以水的污染***為嚴(yán)重，生產(chǎn)過程中的廢水主要來自蒸餾發(fā)酵成熟醪后排出的酒精糟，生產(chǎn)設(shè)備的洗滌水、沖洗水，以及蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾工藝的冷卻水等。酒精廢水是高濃度、高溫度、高懸浮物的有機(jī)廢水，處理技術(shù)起步較早，發(fā)展較快。廢液中的廢渣含有粉碎后的木薯皮、根莖等粗纖維，這類物質(zhì)在廢水中是不溶性的COD；木薯中的纖維素和半纖維素是多糖類物質(zhì)，在酒精發(fā)酵中不能成為酵母菌的碳源而被利用，殘留在廢液中，表現(xiàn)為溶解性COD；無機(jī)灰分的泥砂雜質(zhì)。這些物質(zhì)增加了廢水處理的難度。三、酒精廢水處理主要方法酒精糟雖然無毒，但是污染負(fù)荷高成酸性。根據(jù)酒精生產(chǎn)的原料不同，其酒精糟的綜合利用和處理采用不同的方法。玉米酒精糟生產(chǎn)DDGS，既能較徹底的消除污染，使廢水處理達(dá)標(biāo)，又能獲得高質(zhì)量的蛋白飼料。但是DDGS生產(chǎn)設(shè)備投資大，能耗高（1tDDGS需要200kw·h電耗，蒸汽2.7t，水耗250t），技術(shù)要求高，所以國內(nèi)只有一部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)DDGS生產(chǎn)，部分企業(yè)仍采用先進(jìn)行固液分離，濾渣生產(chǎn)DDG，做飼料，濾液部分回用生產(chǎn)，部分經(jīng)生化處理，逐步實(shí)現(xiàn)酒精糟生產(chǎn)DDGS。部分企業(yè)將薯干酒精糟經(jīng)厭氧+好氧處理，該方法COD去除率可達(dá)到80%。還有企業(yè)將酒精糟采用固液分離，濾液回用生產(chǎn)或者經(jīng)生化處理達(dá)標(biāo)，濾渣直接做飼料。用厭氧消化處理酒精廢醪經(jīng)過30多年的研究實(shí)踐，已證明是一種切實(shí)可行的高效產(chǎn)能的處理方法，得到國內(nèi)外普遍的承認(rèn)和應(yīng)用。我國現(xiàn)行的酒精廢醪治理工程中絕大多數(shù)采用了厭氧消化工藝。目前，對(duì)糖蜜酒精糟采用濃縮燃燒或者濃縮后制作顆粒肥料用，對(duì)綜合廢水仍采用二級(jí)生化處理技術(shù)。4.1高效全混厭氧污泥罐（EASB）厭氧反應(yīng)器采用鋼結(jié)構(gòu)，其外形結(jié)構(gòu)類似于第三代厭氧反應(yīng)器EGSB和IC，能承受高濃度的固體懸浮物（SS），是三代厭氧反應(yīng)器EGSB和IC不具備的特點(diǎn)，采用高溫發(fā)酵，容積負(fù)荷可高達(dá)7.0kgCOD/(m3.d), 高于傳統(tǒng)全渣厭氧發(fā)酵工藝的2—3倍， COD 去除率高達(dá)90％。該工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)高濃度污染物高SS的酒精有機(jī)廢水，耐沖擊力高承受力強(qiáng)，可完全達(dá)到高濃度懸浮物廢水處理的要求。②在高濃度懸浮液的情況下，雖不能或很難形成顆粒污泥，但高效厭氧裝置可以培養(yǎng)出沉淀性能很好和活性很高的污泥，這對(duì)于保證COD 去除率是關(guān)鍵的。③在高濃度懸浮液的情況下，容積負(fù)荷比普通全渣反映罐高很多，所以產(chǎn)沼氣量很大，能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。4.2 UASB+缺氧池+接觸氧化上流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB）技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理的主流技術(shù)之一，在UASB中沒有載體，污水從底部均勻進(jìn)入，向上流動(dòng)，顆粒污泥（污泥絮體）在上升的水流和氣泡作用下處于懸浮狀態(tài)。反應(yīng)器下部是濃度較高的污泥床，上部是濃度較低的懸浮污泥層，有機(jī)物在此轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳?xì)怏w。在反應(yīng)器的上部有三相分離器，可以脫氣和使污泥沉淀回到反應(yīng)器中。UASB的COD負(fù)荷較高，反應(yīng)器中污泥濃度高達(dá)100—150 g/L，因此COD去除效率比普通的厭氧反應(yīng)器高三倍，可達(dá)80%～95%。缺氧池具有雙重作用，一是對(duì)廢水進(jìn)行生物預(yù)處理，改善其生化性，并吸附、降解一部分有機(jī)物；二是對(duì)系統(tǒng)的污泥進(jìn)行消化處理?？梢耘c后續(xù)的接觸氧化形成A/O模式，具有同步脫氮除磷作用，其中厭氧段主要作用是去除有機(jī)污染物和釋放磷，缺氧段的主要作用是反硝化脫氮，由于具有同步去除有機(jī)污染物、脫氮、除磷作用，因而目前該工藝廣泛應(yīng)用在需要脫氮除磷的污水處理方案中。生物接觸氧化法是生物膜法的一種，屬于好氧生化處理工藝。整個(gè)系統(tǒng)由池體、填料、曝氣設(shè)備等組成。好氧生化法是細(xì)菌及菌類的微生物、后生動(dòng)物等一類的微型動(dòng)物在填料載體上生長繁殖，微生物攝取污水中的有機(jī)物作為養(yǎng)份，吸附分解污水中的有機(jī)物，微生物不斷新陳代謝，保持活性，從而使污水得以凈化。在溶解氧和食物都充足的情況下，微生物繁殖十分迅速，生物膜逐漸增厚，溶解氧和污水中的有機(jī)物憑借擴(kuò)散作用，被微生物利用。當(dāng)生物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，氧氣無法向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，好氧菌死亡，而兼性細(xì)菌和厭氧菌開始大量繁殖，形成厭氧層，利用死亡的好氧菌為基質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上不斷繁殖厭氧菌，經(jīng)過一段時(shí)間后在數(shù)量上開始下降，加上代謝氣體的逸出，使生物膜大塊脫落。在脫落的生物膜表面新的生物膜又重新發(fā)展起來，在接觸氧化池內(nèi)，由于填料表面積大，所以生物膜發(fā)展的每一個(gè)階段都是存在的，使去除有機(jī)物的能力穩(wěn)定在一個(gè)水平上。接觸氧化工藝的主要優(yōu)點(diǎn)如下：① 體積負(fù)荷高，處理時(shí)間短，節(jié)約占地面積。生物接觸氧化法的體積負(fù)荷***高可達(dá)3～6kgBOD（m3·d），污水在池內(nèi)停留時(shí)間***短只需0.5～1.5h。同樣體積的設(shè)備，生物接觸氧化的處理能力高出幾倍，處理效率高，所以節(jié)約占地面積。② 生物活性高。由于曝氣系統(tǒng)設(shè)置在填料之下，不僅供氧充分而且對(duì)生物膜起到擾動(dòng)作用，加速生物膜的更新，大大提高生物膜的活性。曝氣形成的紊流使得生物膜不斷的連續(xù)的與污水中有機(jī)物接觸，避免形成死角。經(jīng)過我們?cè)陬愃乒こ讨械臋z測(cè)，同樣濕重的絲狀菌生物膜，其好氧速率比活性污泥法高1.8倍。③ 微生物濃度高，一般的活性污泥法的污泥濃度為2～3g/L，微生物在池中處于懸浮狀態(tài)；而接觸氧化池中絕大多數(shù)微生物附著在填料上，單位體積內(nèi)水中和填料上的微生物濃度可達(dá)到10～20g/L。由于生物接觸氧化工藝的微生物濃度高，所以有利于提高容積負(fù)荷，從而降低占地面積。④ 污泥產(chǎn)量低。⑤ 出水水質(zhì)好而且穩(wěn)定。在進(jìn)水短期發(fā)生變化時(shí)，出水水質(zhì)受的影響很小，而且生物膜活性恢復(fù)快，適合短期間斷運(yùn)行的需要。⑥ 運(yùn)行管理方便4.3 EGSB+SBREGSB與UASB非常相似，其區(qū)別在于，EGSB采用高達(dá)2.5～6m/h的上升流速，使得反應(yīng)器中的顆粒污泥處于部分或者完全膨脹化。污泥顆粒之間的距離加大從而使污泥床的體積加大。在高的上升流速以及產(chǎn)氣的作用下，廢水中的有機(jī)物與污泥床更充分的接觸。因此可以允許廢水在反應(yīng)器中有更短的停留時(shí)間，從而，EGSB可以用于處理較低濃度的廢水。與UASB相比，它比UASB布水更容易均勻，傳質(zhì)效果更好，有機(jī)物去除率更高，能適應(yīng)高濃度有機(jī)廢水和低濃度有機(jī)廢水，容積負(fù)荷高，COD去除率高。EGSB優(yōu)點(diǎn)：1、使用范圍廣，不需要預(yù)酸化，流程簡(jiǎn)單；2、對(duì)進(jìn)水的溫度，pH要求不高，進(jìn)水COD可達(dá)~30，000mg/L；3、依靠進(jìn)水和產(chǎn)氣達(dá)到自行膨脹，并且會(huì)根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)改變床層的膨脹度，無須另外增加循環(huán)泵保證膨脹，因此動(dòng)力消耗??；4、反應(yīng)器中床層的膨脹度由下自上逐漸增大，屬于變速膨脹床，其抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，有機(jī)物去除率較高（一般為75%~95%以上），5、三項(xiàng)分離器：三相分離器專利設(shè)計(jì)，有效地將氣固液分離開，保證有效的污泥停留時(shí)間；6、反應(yīng)器沒有內(nèi)循環(huán)，上升流速慢，負(fù)荷高時(shí)也不影響分離；7、操作維護(hù)容易，便于管理。SBR工藝集進(jìn)水、曝氣、沉淀在一個(gè)池子中完成。一般由多個(gè)池子構(gòu)成一組，各池工作狀態(tài)輪流變換運(yùn)行，單池由潷水器潷水，間歇出水，故又稱為序批式活性污泥法。該工藝將傳統(tǒng)的曝氣池、沉淀池由空間上的分布改為時(shí)間上的分布，形成一體化的集約構(gòu)筑物，并利于實(shí)現(xiàn)緊湊的模塊布置，***大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省占地。另外，可以減少污泥回流量，有節(jié)能效果。典型的SBR工藝沉淀時(shí)停止進(jìn)水，靜止沉淀可以獲得較高的沉淀效率和較好的水質(zhì)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和PLC控制系統(tǒng)的普及化，SBR工藝的工程應(yīng)用又進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。 4.4 IC+A/OIC反應(yīng)器即膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器，是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應(yīng)器，它通過出水回流再循環(huán)，大大提高了污水的上升流速，反應(yīng)器中顆粒污泥始終處于膨脹狀態(tài)，加強(qiáng)污水與微生物之間的接觸和傳質(zhì)，獲得較高的去除效率，反應(yīng)器的高度高達(dá)16-25m。從外觀上看，IC反應(yīng)器由***厭氧反應(yīng)室和第二厭氧反應(yīng)室疊加而成，每個(gè)厭氧反應(yīng)器的頂部各設(shè)一個(gè)氣-固-液三相分離器。如同兩個(gè)UASB反應(yīng)器的上下重疊串聯(lián)。IC的特點(diǎn)：（1）容積負(fù)荷率高，水力停留時(shí)間短IC反應(yīng)器生物量大（可達(dá)到60g/L），污泥齡長。特別是由于存在著內(nèi)、外循環(huán)，傳質(zhì)效果好。處理高濃度有機(jī)廢水，進(jìn)水容積負(fù)荷率可達(dá)15～25kgCOD/m3·d。（2）抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)在IC反應(yīng)器中，當(dāng)COD負(fù)荷增加時(shí)，沼氣的產(chǎn)生量隨之增加，由此內(nèi)循環(huán)的氣提增大。處理高濃度廢水時(shí)，循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水流量的10～20倍。廢水中高濃度和有害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低有害程度，從而提高了反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷能力；當(dāng)COD負(fù)荷較低時(shí)，沼氣產(chǎn)量也低，從而形成較低的內(nèi)循環(huán)流。因此，內(nèi)循環(huán)實(shí)際為反應(yīng)器起到了自動(dòng)平衡COD沖擊負(fù)荷的作用。（3）避免了固形物沉積有一些廢水中含有大量的懸浮物質(zhì)，會(huì)在UASB等流速較慢的反應(yīng)器內(nèi)容易發(fā)生累積，將厭氧污泥逐漸置換，***終使厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行效果惡化乃***失效。而在IC反應(yīng)器中，高的液體和氣體上升流速，將懸浮物沖擊出反應(yīng)器。（4）基建投資省和占地面積小由于IC反應(yīng)器的容積負(fù)荷率比普通的UASB反應(yīng)器要高3～4倍以上，則IC反應(yīng)器的體積為普通UASB反應(yīng)器的1/4～1/3左右。而且有很大的高徑比，所以，占地面積特別省，非常使用于占地面積緊張的廠礦企業(yè)采用。并且，可降低反應(yīng)器的基建投資。（5）依靠沼氣提升實(shí)現(xiàn)自身的內(nèi)循環(huán)，減少能耗厭氧流化床載體的膨脹和流化，是通過出水回流出水泵加壓實(shí)現(xiàn)。依次必須消耗一部分動(dòng)力。而IC反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)是以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必開水泵實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制循環(huán)，從而減少能耗。（6）減少藥劑投量，降低運(yùn)行費(fèi)用內(nèi)外循環(huán)的液體量相當(dāng)于***級(jí)厭氧出水的回流，對(duì)pH起緩沖作用，使反應(yīng)器內(nèi)的pH保持穩(wěn)定?？蓽p少進(jìn)水的投堿量，從而節(jié)約藥劑用量，而減少運(yùn)行費(fèi)用。（7）出水的穩(wěn)定性好因?yàn)?，IC反應(yīng)器相當(dāng)有上、下兩個(gè)UASB反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，下面一個(gè)UASB反應(yīng)器具有很高的有機(jī)負(fù)荷率，起“粗”處理作用，上面一個(gè)UASB反應(yīng)器的負(fù)荷較低，起“精”處理作用。一般說，多級(jí)處理工藝比單級(jí)處理的穩(wěn)定性好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。(8)IC可以在較高溫度下運(yùn)行，非常適合于生產(chǎn)廢水溫度較高的情況，可節(jié)省污水蒸汽加熱的運(yùn)行費(fèi)用。A/O工藝：系A(chǔ)noxic/Oxic（兼氧/好氧）工藝的簡(jiǎn)寫。是常規(guī)二級(jí)生化處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的生物去碳除氮技術(shù)，是考慮污水脫氮采用較多的一種處理工藝。充分利用缺氧生物和好氧生物的特點(diǎn)，使廢水得到凈化。目前典型A/O工藝是把缺氧工段提前到好氧工段前，利用原水中有機(jī)物作為有機(jī)碳源，故稱為前置反硝化作用，轉(zhuǎn)化為硝化態(tài)氮，在缺氧段時(shí)，活性污泥中的反硝化細(xì)菌利用硝化態(tài)氨和廢水中的含碳有機(jī)物進(jìn)行反硝化作用，使化合態(tài)氨轉(zhuǎn)化為分子態(tài)氨，獲得去碳脫氮的效果，同時(shí)具有生物選擇的作用，防止污泥膨脹。因此A/O工藝不但具有穩(wěn)定的脫氮功能，而且對(duì)COD、BOD有較高的去除率，處理深度高，剩余污泥量少。 4.5 UASB+氧化塘該工藝特別適合于建在郊區(qū)的木薯酒精生產(chǎn)企業(yè)，氧化塘的廢水停留時(shí)間可達(dá)數(shù)月，由于這類企業(yè)多處于市郊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而且每年的生產(chǎn)期為間歇式生產(chǎn)，從而為這種占地面積大，處理時(shí)間長的污水處理方式提供了可能。四、酒精廢水的資源化利用以某木薯酒精廠廢水處理工程為例說明。主要生產(chǎn)木薯淀粉，年產(chǎn)6萬噸，淀粉廢水水量為4800m3/d，CODcr 30000mg/L，BOD5 18000mg/L，SS 2000mg/L，pH 4-5。根據(jù)環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定，廢水排放應(yīng)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：CODcr ≤100mg/L，BOD5 ≤20mg/L，SS≤70mg/L，pH 6－9。運(yùn)行費(fèi)用：人工費(fèi)用0.05 元/噸水；噸水電耗0.65 元/噸水，藥劑費(fèi)0.25元/噸水，直接費(fèi)用1.00元/噸水。效益分析：厭氧段每天接納COD總量約為129600公斤，則沼氣日產(chǎn)量為51840m3。沼氣發(fā)熱量約為5500千卡/m3，相當(dāng)于1kg燃煤的熱值，回收用于廠內(nèi)生產(chǎn)鍋爐燃燒，每天節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤51噸，噸煤按600元計(jì)，每天可收益30600元，全年按300天生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤炭15300余噸，每年節(jié)約煤款918萬元。除去年運(yùn)行費(fèi)用約144萬元，噸水收益5.3元/噸水。
