酒精廢水處理技術
一．概述酒精工業(yè)是國民經濟重要的基礎原料產業(yè)，酒精廣泛應用于化工、食品工業(yè)、日化、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域，同時又是酒基、浸提劑、溶劑、洗滌劑和表面活性劑。我國酒精生產的原料比例為：淀粉質原料（玉米、薯干、木薯）占75%，廢糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。由此，我國酒精生產的原料主要是玉米、薯干等淀粉質原料。酒精企業(yè)酒精糟的污染是食品與發(fā)酵工業(yè)***嚴重的污染源之一，由于投資、生產規(guī)模、技術、管理等原因，大部分酒精企業(yè)的綜合利用率較低。 二．酒精生產廢水特點酒精工業(yè)的污染以水的污染***為嚴重，生產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，生產設備的洗滌水、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、高懸浮物的有機廢水，處理技術起步較早，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，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，表現為溶解性COD；無機灰分的泥砂雜質。這些物質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，但是污染負荷高成酸性。根據酒精生產的原料不同，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DDGS，既能較徹底的消除污染，使廢水處理達標，又能獲得高質量的蛋白飼料。但是DDGS生產設備投資大，能耗高（1tDDGS需要200kw·h電耗，蒸汽2.7t，水耗250t），技術要求高，所以國內只有一部分企業(yè)實現DDGS生產，部分企業(yè)仍采用先進行固液分離，濾渣生產DDG，做飼料，濾液部分回用生產，部分經生化處理，逐步實現酒精糟生產DDGS。部分企業(yè)將薯干酒精糟經厭氧+好氧處理，該方法COD去除率可達到80%。還有企業(yè)將酒精糟采用固液分離，濾液回用生產或者經生化處理達標，濾渣直接做飼料。用厭氧消化處理酒精廢醪經過30多年的研究實踐，已證明是一種切實可行的高效產能的處理方法，得到國內外普遍的承認和應用。我國現行的酒精廢醪治理工程中絕大多數采用了厭氧消化工藝。目前，對糖蜜酒精糟采用濃縮燃燒或者濃縮后制作顆粒肥料用，對綜合廢水仍采用二級生化處理技術。4.1高效全混厭氧污泥罐（EASB）厭氧反應器采用鋼結構，其外形結構類似于第三代厭氧反應器EGSB和IC，能承受高濃度的固體懸浮物（SS），是三代厭氧反應器EGSB和IC不具備的特點，采用高溫發(fā)酵，容積負荷可高達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90％。該工藝有以下優(yōu)點：①對高濃度污染物高SS的酒精有機廢水，耐沖擊力高承受力強，可完全達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，這對于保證COD 去除率是關鍵的。③在高濃度懸浮液的情況下，容積負荷比普通全渣反映罐高很多，所以產沼氣量很大，能產生較好的經濟效益。4.2 UASB+缺氧池+接觸氧化上流式厭氧污泥反應器（UASB）技術在國內外已經發(fā)展成為厭氧處理的主流技術之一，在UASB中沒有載體，污水從底部均勻進入，向上流動，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，有機物在此轉化為甲烷和二氧化碳氣體。在反應器的上部有三相分離器，可以脫氣和使污泥沉淀回到反應器中。UASB的COD負荷較高，反應器中污泥濃度高達100—150 g/L，因此COD去除效率比普通的厭氧反應器高三倍，可達80%～95%。缺氧池具有雙重作用，一是對廢水進行生物預處理，改善其生化性，并吸附、降解一部分有機物；二是對系統(tǒng)的污泥進行消化處理?？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污染物、脫氮、除磷作用，因而目前該工藝廣泛應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。整個系統(tǒng)由池體、填料、曝氣設備等組成。好氧生化法是細菌及菌類的微生物、后生動物等一類的微型動物在填料載體上生長繁殖，微生物攝取污水中的有機物作為養(yǎng)份，吸附分解污水中的有機物，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物憑借擴散作用，被微生物利用。當生物膜達到一定厚度時，氧氣無法向生物膜內部擴散，好氧菌死亡，而兼性細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，并在此基礎上不斷繁殖厭氧菌，經過一段時間后在數量上開始下降，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，由于填料表面積大，所以生物膜發(fā)展的每一個階段都是存在的，使去除有機物的能力穩(wěn)定在一個水平上。接觸氧化工藝的主要優(yōu)點如下：① 體積負荷高，處理時間短，節(jié)約占地面積。生物接觸氧化法的體積負荷***高可達3～6kgBOD（m3·d），污水在池內停留時間***短只需0.5～1.5h。同樣體積的設備，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)設置在填料之下，不僅供氧充分而且對生物膜起到擾動作用，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)的與污水中有機物接觸，避免形成死角。經過我們在類似工程中的檢測，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微生物附著在填料上，單位體積內水中和填料上的微生物濃度可達到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荷，從而降低占地面積。④ 污泥產量低。⑤ 出水水質好而且穩(wěn)定。在進水短期發(fā)生變化時，出水水質受的影響很小，而且生物膜活性恢復快，適合短期間斷運行的需要。⑥ 運行管理方便4.3 EGSB+SBREGSB與UASB非常相似，其區(qū)別在于，EGSB采用高達2.5～6m/h的上升流速，使得反應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氣的作用下，廢水中的有機物與污泥床更充分的接觸。因此可以允許廢水在反應器中有更短的停留時間，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，傳質效果更好，有機物去除率更高，能適應高濃度有機廢水和低濃度有機廢水，容積負荷高，COD去除率高。EGSB優(yōu)點：1、使用范圍廣，不需要預酸化，流程簡單；2、對進水的溫度，pH要求不高，進水COD可達~30，000mg/L；3、依靠進水和產氣達到自行膨脹，并且會根據負荷的變化自動改變床層的膨脹度，無須另外增加循環(huán)泵保證膨脹，因此動力消耗小；4、反應器中床層的膨脹度由下自上逐漸增大，屬于變速膨脹床，其抗沖擊負荷能力較強，有機物去除率較高（一般為75%~95%以上），5、三項分離器：三相分離器專利設計，有效地將氣固液分離開，保證有效的污泥停留時間；6、反應器沒有內循環(huán)，上升流速慢，負荷高時也不影響分離；7、操作維護容易，便于管理。SBR工藝集進水、曝氣、沉淀在一個池子中完成。一般由多個池子構成一組，各池工作狀態(tài)輪流變換運行，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間上的分布，形成一體化的集約構筑物，并利于實現緊湊的模塊布置，***大的優(yōu)點是節(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工藝沉淀時停止進水，靜止沉淀可以獲得較高的沉淀效率和較好的水質。隨著自動化技術的發(fā)展和PLC控制系統(tǒng)的普及化，SBR工藝的工程應用又進入了一個新的時代。 4.4 IC+A/OIC反應器即膨脹顆粒污泥床反應器，是在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應器，它通過出水回流再循環(huán)，大大提高了污水的上升流速，反應器中顆粒污泥始終處于膨脹狀態(tài)，加強污水與微生物之間的接觸和傳質，獲得較高的去除效率，反應器的高度高達16-25m。從外觀上看，IC反應器由***厭氧反應室和第二厭氧反應室疊加而成，每個厭氧反應器的頂部各設一個氣-固-液三相分離器。如同兩個UASB反應器的上下重疊串聯。IC的特點：（1）容積負荷率高，水力停留時間短IC反應器生物量大（可達到60g/L），污泥齡長。特別是由于存在著內、外循環(huán)，傳質效果好。處理高濃度有機廢水，進水容積負荷率可達15～25kgCOD/m3·d。（2）抗沖擊負荷強在IC反應器中，當COD負荷增加時，沼氣的產生量隨之增加，由此內循環(huán)的氣提增大。處理高濃度廢水時，循環(huán)流量可達進水流量的10～20倍。廢水中高濃度和有害物質得到充分稀釋，大大降低有害程度，從而提高了反應器的耐沖擊負荷能力；當COD負荷較低時，沼氣產量也低，從而形成較低的內循環(huán)流。因此，內循環(huán)實際為反應器起到了自動平衡COD沖擊負荷的作用。（3）避免了固形物沉積有一些廢水中含有大量的懸浮物質，會在UASB等流速較慢的反應器內容易發(fā)生累積，將厭氧污泥逐漸置換，***終使厭氧反應器的運行效果惡化乃***失效。而在IC反應器中，高的液體和氣體上升流速，將懸浮物沖擊出反應器。（4）基建投資省和占地面積小由于IC反應器的容積負荷率比普通的UASB反應器要高3～4倍以上，則IC反應器的體積為普通UASB反應器的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，可降低反應器的基建投資。（5）依靠沼氣提升實現自身的內循環(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現。依次必須消耗一部分動力。而IC反應器正常運行時是以自身產生的沼氣作為提升的動力，實現混合液內循環(huán)，不必開水泵實現強制循環(huán)，從而減少能耗。（6）減少藥劑投量，降低運行費用內外循環(huán)的液體量相當于***級厭氧出水的回流，對pH起緩沖作用，使反應器內的pH保持穩(wěn)定?？蓽p少進水的投堿量，從而節(jié)約藥劑用量，而減少運行費用。（7）出水的穩(wěn)定性好因為，IC反應器相當有上、下兩個UASB反應器串聯運行，下面一個UASB反應器具有很高的有機負荷率，起“粗”處理作用，上面一個UASB反應器的負荷較低，起“精”處理作用。一般說，多級處理工藝比單級處理的穩(wěn)定性好，出水水質穩(wěn)定。(8)IC可以在較高溫度下運行，非常適合于生產廢水溫度較高的情況，可節(jié)省污水蒸汽加熱的運行費用。A/O工藝：系Anoxic/Oxic（兼氧/好氧）工藝的簡寫。是常規(guī)二級生化處理基礎上發(fā)展起來的生物去碳除氮技術，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，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，利用原水中有機物作為有機碳源，故稱為前置反硝化作用，轉化為硝化態(tài)氮，在缺氧段時，活性污泥中的反硝化細菌利用硝化態(tài)氨和廢水中的含碳有機物進行反硝化作用，使化合態(tài)氨轉化為分子態(tài)氨，獲得去碳脫氮的效果，同時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)的木薯酒精生產企業(yè)，氧化塘的廢水停留時間可達數月，由于這類企業(yè)多處于市郊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而且每年的生產期為間歇式生產，從而為這種占地面積大，處理時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。主要生產木薯淀粉，年產6萬噸，淀粉廢水水量為4800m3/d，CODcr 30000mg/L，BOD5 18000mg/L，SS 2000mg/L，pH 4-5。根據環(huán)保部門的有關規(guī)定，廢水排放應達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級標準：CODcr ≤100mg/L，BOD5 ≤20mg/L，SS≤70mg/L，pH 6－9。運行費用：人工費用0.05 元/噸水；噸水電耗0.65 元/噸水，藥劑費0.25元/噸水，直接費用1.00元/噸水。效益分析：厭氧段每天接納COD總量約為129600公斤，則沼氣日產量為51840m3。沼氣發(fā)熱量約為5500千卡/m3，相當于1kg燃煤的熱值，回收用于廠內生產鍋爐燃燒，每天節(jié)約標準煤51噸，噸煤按600元計，每天可收益30600元，全年按300天生產時間計算，可節(jié)約標準煤炭15300余噸，每年節(jié)約煤款918萬元。除去年運行費用約144萬元，噸水收益5.3元/噸水。
