水解酸化+UASB+推流式活性污泥法在啤酒污水治理工程中的應(yīng)用
摘要:根據(jù)項(xiàng)目單位提供的廢水水質(zhì)和水量資料、處理要求及現(xiàn)有地質(zhì)條件，選用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作為該啤酒生產(chǎn)企業(yè)污水處理的核心工藝。該廠污水處理工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為4 000 m3 /d，污水處理工程的進(jìn)水水質(zhì)為pH: 4．5～6．5 mg /L、COD: 3 000 mg /L、BOD5: 1 500 mg /L、氨氮: 50 mg /L、TP: 20 mg /L、SS: 500 mg /L，經(jīng)采用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作為主體的工藝治理后，出水可以達(dá)到《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB19821-2005)中的排放標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞:啤酒廢水; 水解酸化; UASB; 推流式好氧活性污泥法
前言
近十年來(lái)，中國(guó)新建了約1 000 多家啤酒生產(chǎn)企業(yè)，每年在生產(chǎn)大量啤酒的過(guò)程中，也產(chǎn)生了大量的啤酒廢水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 t 啤酒需要10 ～30 t 新鮮水，相應(yīng)地產(chǎn)生10～20 t 廢水［1］，現(xiàn)在每年排放的啤酒廢水已達(dá)1．5 億t［2］。由于這種廢水含有較高濃度的蛋白質(zhì)、脂肪、纖維、碳水化合物、廢酵母、酒花殘?jiān)扔袡C(jī)無(wú)毒成分，排入天然水體后將消耗水中的溶解氧，既造成水體缺氧，還能促使水底沉積化合物的厭氧分解，產(chǎn)生臭氣，惡化水質(zhì)［3］。
啤酒生產(chǎn)工藝流程包括制麥和釀造兩部分，二者均有冷卻水產(chǎn)生，約占啤酒廠總排水量的65%，水質(zhì)較好，可循環(huán)用于浸洗麥工序中［4］。高污染負(fù)荷的廢水主要來(lái)自制麥中的浸麥工序和釀造中的糖化、發(fā)酵、過(guò)濾、包裝工序，其化學(xué)需氧量在500～40 000 mg /L 之間，除了包裝工序的廢水連續(xù)排放以外，其它廢水均以間歇方式排放［5］。
啤酒廢水各個(gè)工段廢水濃度: 浸麥工序COD為500～800 mg /L，間歇排放; 糖化工序COD為20 000～40 000 mg /L，間歇排放; 發(fā)酵工序COD為2 000～3 000 mg /L，間歇排放; 包裝工序COD為500～800 mg /L，連續(xù)排放。啤酒廠總排水屬于中、高濃度的有機(jī)廢水，呈酸性， pH 值為4．5 ～6．5［4］，其中的主要污染因子是化學(xué)需氧量(COD) 、生化需氧量(BOD5) 和懸浮物(SS)，啤酒廢水的可生化性較好，BOD5 /COD為0．4～0．6［4］。
該啤酒生產(chǎn)企業(yè)地處江蘇蘇南地區(qū)，根據(jù)該企業(yè)的廢水排放情況，我們采用了以下設(shè)計(jì)方案。
1 工程總體簡(jiǎn)介
1．1 工程規(guī)模
該污水處理工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為5 000 m3 /d，時(shí)變化系數(shù)Kh = 1．50。
1．2 進(jìn)出水水質(zhì)
設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)情況如表1 所示。
表1 進(jìn)出水水質(zhì)一覽表
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1．3 工藝選擇
啤酒污水pH 變化范圍大，COD、BOD 和懸浮物濃度高，可生化性好，可以采用兼氧(或低效率厭氧) + 好氧的處理工藝，但存在處理效率低、投資成本和運(yùn)行成本較高的缺點(diǎn)。由于該廢水可生化性較好，根據(jù)我們的工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)良好的UASB 厭氧反應(yīng)器在進(jìn)水COD 小于3 000 mg /L 的情況下，其出水COD 可以達(dá)到250～350 mg /L。
啤酒污水pH 變化較大，不利于生化系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至對(duì)生化系統(tǒng)具有破壞和毒害的作用。同時(shí)，啤酒污水懸浮物濃度較高，在不經(jīng)預(yù)處理直接進(jìn)入U(xiǎn)ASB 厭氧處理系統(tǒng)后，將導(dǎo)致厭氧處理系統(tǒng)懸浮物過(guò)多，引起處理效果下降。因此，我們將改造并重新啟用預(yù)沉池進(jìn)行預(yù)處理，以高效地沉淀進(jìn)水中的懸浮物，降低進(jìn)入U(xiǎn)ASB 系統(tǒng)中的懸浮物濃度，同時(shí)調(diào)節(jié)、控制pH 的變化。
根據(jù)啤酒污水中的部分污染物質(zhì)(主要是纖維素) 具有在堿性狀態(tài)下溶解，在酸性及近中性狀態(tài)下轉(zhuǎn)變?yōu)閼腋∥锏奶匦，我們擬在集水及pH 粗調(diào)池前進(jìn)行酸堿的初步調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)在預(yù)沉池中盡量多地沉淀懸浮物，盡量減少進(jìn)入U(xiǎn)ASB 系統(tǒng)懸浮物的要求。
綜上所述，該項(xiàng)目污水生化處理系統(tǒng)采用UASB 厭氧和推流式好氧活性污泥池。同時(shí)，針對(duì)啤酒污水的水質(zhì)特性，在選擇污水處理工藝時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)采取強(qiáng)化預(yù)處理，即采取嚴(yán)格的pH 調(diào)節(jié)和去除懸浮物的措施，確保厭氧處理系統(tǒng)進(jìn)水pH 和懸浮物在設(shè)定的范圍內(nèi)，確保厭氧處理的效果，降低后續(xù)好氧處理的負(fù)擔(dān)，確保各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1．4 工藝流程
污水處理廠工藝流程如圖1 所示。
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圖1 污水處理工藝流程
1．5 工藝流程說(shuō)明
污水首先經(jīng)過(guò)機(jī)械粗格柵攔截大塊雜物，出水進(jìn)入集水及pH 粗調(diào)池。污水在集水及pH 粗調(diào)池中經(jīng)水量和pH 初調(diào)后，出水即泵至預(yù)沉池上部的固定式細(xì)隔柵進(jìn)行過(guò)濾處理。該固定式細(xì)格柵柵距為0．5 mm，可以去除污水中的大塊懸浮物。
固定式細(xì)隔柵出水進(jìn)入預(yù)沉池，污水中的大部分懸浮物在其中沉淀后，出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池。污水在調(diào)節(jié)池中進(jìn)行水質(zhì)和水量調(diào)節(jié)后，出水經(jīng)提升泵進(jìn)入U(xiǎn)ASB 厭氧反應(yīng)池。污水中的污染物經(jīng)厭氧細(xì)菌分解，成為CH4、CO2、H2和水等小分子無(wú)機(jī)物，出水中污染物的濃度大幅降低，大大減輕后續(xù)好氧反應(yīng)的負(fù)擔(dān)。
厭氧處理后的出水進(jìn)入好氧池，污染物在高濃度好氧微生物的作用下快速分解，出水則進(jìn)入二沉池。
活性污泥混合液在二沉池中進(jìn)行泥水分離后，上層清水即可達(dá)標(biāo)排放，二次沉淀池底部的濃縮污泥則經(jīng)回流泵回流至推流式好氧活性污泥池進(jìn)水端。
預(yù)沉池污泥、二次沉淀池的剩余污泥均匯集至污泥池，經(jīng)濃縮后，清水則回流至集水及pH 粗調(diào)池，濃縮污泥則經(jīng)污泥泵泵至壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。脫水污泥進(jìn)行外運(yùn)，壓濾液則回流至集水井。
2 工程設(shè)計(jì)
2．1 主要單體設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范［4］進(jìn)行設(shè)計(jì)，該工程的各個(gè)單體的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示，主要配套設(shè)備如表3 所示。
表2 工程的主要構(gòu)筑物
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表3 工程的主要配套設(shè)備
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2．2 平面布置
該污水處理工程位于廠區(qū)的西北側(cè)，平面布置涉及主要構(gòu)筑物、建筑物、道路、管線和綠化等，其中，主要構(gòu)筑物中的集水及pH 粗調(diào)池、預(yù)沉池、調(diào)節(jié)池、事故池、酸化池、UASB 厭氧池依次從西向東位于污水處理工程區(qū)域北側(cè)，風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、操作間、電控室、好氧池、二沉池依次從西向東位于污水處理工程區(qū)域南側(cè)。各處理構(gòu)筑物和建筑物的定位以流程順暢、操作管理方便、盡量減少管道長(zhǎng)度為原則，連接各建筑物和構(gòu)筑物之間的管道盡量橫平豎直，避免迂回曲折。廠區(qū)內(nèi)主干道寬度為6m，次干道寬度為4 m，人行道寬度為2．0 m。
2．3 高程布置
本著降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，高程布置盡可能采用重力流的原則。由于進(jìn)水水位較低，同時(shí)需要設(shè)置預(yù)沉池以沉淀其中的懸浮物，集水池不能夠作為調(diào)節(jié)池使用。因此，該工程設(shè)置集水及pH 粗調(diào)池一次提升，在調(diào)節(jié)池中進(jìn)行二次提升。對(duì)于沉淀池污泥回流，則采用水泵提升后回流至好氧池。
高程的計(jì)算由三部分組成，包括局部阻力損失、沿程阻力損失、剩余水頭。沿程阻力損失計(jì)算公式為: hL = iL，其中，L為管道長(zhǎng)度，i為水力坡度，可根據(jù)流速和管徑查設(shè)計(jì)手冊(cè)的水力計(jì)算表得到; 局部阻力系數(shù)為Σ(ξ)，由hm =Σ(ξ) V2 /2 g，可得局部阻力系數(shù)之和; 剩余水頭取0．5～1．0 m，由此，得泵后初沉池、調(diào)節(jié)池、酸化池、厭氧池、好氧池、沉淀池相對(duì)于地面的水面高度分別為4．00 m、2．50 m、8．50 m、6．50 m、4．50 m、3．50 m。
2．4 成本預(yù)算
鑒于企業(yè)連續(xù)24 h 生產(chǎn)，污水處理班組采用3班輪流。因此，該企業(yè)污水處理站需配備管理人員1 名、操作人員4 名，總計(jì)為5 人。根據(jù)建設(shè)單位相關(guān)工程概預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)，總投資費(fèi)用為751．3 萬(wàn)元，其中土建投資為412．5 萬(wàn)元，設(shè)備投資為338．8 萬(wàn)元。年運(yùn)行費(fèi)用為111．3 萬(wàn)元，運(yùn)行費(fèi)用為1．51元/t 水。
2．5 運(yùn)行效果
該工程在運(yùn)行期間的進(jìn)出水水質(zhì)情況如表4所示。
表4 進(jìn)出水水質(zhì)一覽表mg /L
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NH3-N 在厭氧出水后升高是由于厭氧反應(yīng)的過(guò)程中，大量的有機(jī)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡斐傻摹谋? 可以看出，厭氧對(duì)COD 的去除率可以達(dá)到90%以上，BOD、氨氮、SS 和總磷等各項(xiàng)指標(biāo)均可以達(dá)到90%以上的去除率，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
3 結(jié)論
采用以強(qiáng)化pH 調(diào)節(jié)和去除懸浮物的預(yù)處理工藝，同時(shí)配合UASB 厭氧+ 推流式好氧活性污泥法為主體的生化工藝處理啤酒污水具有工藝可行、投資合理、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)。該工程建成后，出水達(dá)到《啤酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB19821-2005) 中的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，該工程將減少該企業(yè)生產(chǎn)污水排放對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，每年可減少排放COD為4 350 t、BOD為2370 t、NH3-N為52．5 t、SS為645 t、總磷為29．25 t，該污水處理工程的建設(shè)將為當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量的改善提供可靠的物質(zhì)保障。
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作者簡(jiǎn)介:陳元?jiǎng)?1973-)，男，重慶永川人，工程師，碩士，主要從事環(huán)？蒲信c工程工作。
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