USR-UASB-好氧工藝處理酒糟廢液及沼氣高值利用
導讀:：厭氧出水經好氧工藝及混凝沉淀池處理后排放。最大限度的回收沼氣。
關鍵詞：]酒糟廢水，升流式厭氧固體反應器，好氧工藝，沼氣
山東某酒精廠以薯干為原料生產酒精，日排酒糟廢液2600 m3。以薯干為原料的酒精生產排放的酒糟廢水是一種粘度大、有機物濃度高、溫度高、懸浮物含量高的酸性有機廢水，固液分離效果差，有機物成分主要為淀粉、 粗蛋白、 纖維素和菌絲體等物質, 可生化性好，蛋白含量低、生物質能回收潛力大。因此，該廠酒精糟液處理工程采用“全糟厭氧 +UASB+ 曝氣池” 工藝，最大限度的回收沼氣，并對沼氣進行凈化提純使其達到車用天然氣的標準。 生產運行證明，該工藝運行穩(wěn)定可靠、 經濟可行，實現了污染物的達標排放和能源回收的目的，符合循環(huán)經濟發(fā)展要求，也為生物質能的高值利用提供了一條途徑。
1. 廢水水質及水量
該廠酒精生產排放的酒糟廢液日平均廢水量為2600m3，廢水含固量高，總固體中有機物含量在 90%以上，主要是碳水化合物，其次是含氮有機物。酒糟廢水的溫度在 80～90 ℃之間，pH 值為 3～5，COD約為50000mg/L左右，其中以懸浮固體狀態(tài)存在的約占 60%～80%，BOD/COD為0.4～0.6，具有良好的可生物降解性。該廠污水處理出水進入城市污水廠，產生的沼氣50%用于發(fā)電，另外50%進入沼氣凈化提純站生產生物天然氣。設計進出水水質見表1，生物天然氣純度見表2.。
表1 設計進出水水質
|
pH |
COD （mg/L） |
BOD （mg/L） |
SS （mg/L） |
|
|
酒糟廢水 |
4~5 |
50000 |
25000 |
25000 |
|
出水水質 |
6~9 |
≤300 |
≤100 |
≤150 |
表2 設計沼氣與天然氣成分
|
甲烷含量（%） |
硫化氫含量（mg/Nm3） |
|
|
沼氣 |
55 |
120～200 |
|
生物天然氣 |
≥90 |
≤ 30 |
2. 工藝流程及技術參數改進
2.1 污水處理與沼氣凈化流程
根據酒糟廢液的粘度大不易分離的水質特點[1]和回收沼氣的目的，采用全糟厭氧發(fā)酵工藝作為一級厭氧，采用經過改進的高效上流式固體厭氧反應器，由于該反應器出水COD仍然較高，一級厭氧出水進入UASB反應器進一步降解有機物并產生沼氣，厭氧出水經好氧工藝及混凝沉淀池處理后排放，工藝主體流程如下：
酒精廢渣 → 降溫塔 → 降溫沉砂池 → 集水井 → 上流式固體厭氧反應器→沉淀濃縮池 → 中間池 → UASB反應器 → 曝氣池 → 二沉池 → 混凝池→ 沉淀池 →達標排放。
沼氣凈化與提純工藝主體流程如下：
沼氣→ 沼氣儲柜 →沼氣加壓 →氣液分離器→沼氣脫硫 →沼氣脫碳 → 沼氣深度脫水→ 生物天然氣供應
2.2 工藝流程說明及參數
(1) 降溫塔及沉砂降溫渠
由于酒糟廢水溫度較高，為了保證厭氧反應器的高效運行，采用降溫塔進行降溫;由于酒糟廢水中含有較多的砂粒及細小顆粒(木薯原料摻雜物)，在重力作用下廢水中的泥沙在沉砂渠內自然沉降，以減少對設備的磨損，保護后續(xù)反應器，同時水溫進一步得到降低。為了保證后續(xù)厭氧罐內處于高溫發(fā)酵高效區(qū)，且保持反應溫度基本恒定，進罐水溫一般在60℃以上，且根據季節(jié)調控廢水的降溫幅度。
(2)USR厭氧反應器
由于該工程以充分回收沼氣資源為目的，因此，采用適于全糟發(fā)酵的上流式固體反應器，并設計較低的有機負荷。為了充分利用水溫并提高厭氧反應速率，提高產氣效率，采用高溫厭氧發(fā)酵方式，厭氧反應溫度控制在53℃左右。采用 8 個 Φ22 m ×18 m 的厭氧罐，總容積 36000 m3。
接種污泥為其它酒廠污水站厭氧污泥和城市污水廠污泥，接種量為15gVSS/L，以0.5kgCOD/(m3.d)的負荷開始間歇進水，并進行回流循環(huán)，逐步緩慢提高負荷到1.5kgCOD/ (m3.d)時，即進入正常提高負荷階段。酒精糟液的pH 值為4～5，為保證反應器內pH為中性和充足的堿度，在進水中投加一定量的石灰調節(jié)，調試階段向水中投加石灰量約為0.15kg CaO/m3，穩(wěn)定運行過程中一般不需投堿，反應器混合液堿度保持在3000mg/L左右，出水揮發(fā)酸一般在500mg/L以下，出水pH在6.9～7.6范圍，保證了反應器的穩(wěn)定運行。負荷從 1.5 kgCOD/ (m3.d)起，按每10天提高0.5 kgCOD/ (m3.d)的幅度提高負荷，全部高濃度廢水進入厭氧池，USR運行的水力停留時間為13.5d，有機負荷為4kgCOD/(m3.d)環(huán)境保護，單位體積廢水產氣量為25m3/m3廢水，單位池容產氣量為1.8 m3/m3。
該厭氧罐下部為錐體，利于攪拌混合及排泥。罐內底部設置了水泵回流水力強制攪拌系統(tǒng)，罐內一定高度(中部)設置了沼氣集氣破殼裝置，出水設分離裝置與溢流堰。水力強制攪拌采用間歇運行方式，保證了反應罐下部區(qū)域混合液的攪拌混合，提高了基質與微生物的接觸傳質效率，提高了反應速率和沼氣產率。罐內設置集氣裝置，將罐中一定面積內的沼氣收集后集中從集氣裝置頂部釋放，大大提高了沼氣的釋放強度，又防止了表面污泥結殼，保證了反應器的運行效率。
(3)沉淀濃縮池：USR出水中仍含有一定量的懸浮物, 為了保證后續(xù)UASB反應器的運行，因此沉淀裝置進一步去除懸浮物, 使廢水得以澄清。沉淀污泥經脫水處理后至鍋爐作為燃料燃燒。
(4)UASB 反應器
采用1座 Φ26 m ×7 m 的UASB厭氧罐， 總容積 3700m3，UASB發(fā)酵溫度 35℃左右。
(5)曝氣池
采用推流式活性污泥法，曝氣池池體尺寸為30m×39m×5m，曝氣系統(tǒng)采用微孔曝氣器，采用羅茨風機供氣，曝氣池內保持溶解氧為4～6 mg/L。
(6)二次沉淀池1座，池體直徑24m，總高度5m，表面負荷為0.5 m3/ (m2.h)，
設回流泵將沉淀污泥提升回流至曝氣池，剩余污泥排入污泥濃縮池。
(7)沼氣凈化與提純：
沼氣首先經過氣液分離器分離沼氣中的水分和油，然后經脫硫罐(Fe2O3作為脫硫劑)脫除沼氣中的硫化氫，再經過變壓吸附塔[2]除去沼氣中的CO2，使甲烷含量達到90%以上，吸附塔中裝填吸附劑為活性氧化鋁，提純后的氣體再經過干燥器進行深度脫水，得到高純甲烷含量的生物天然氣。
1)設置脫硫塔2個，單塔容積4.2m3，設計溫度50℃，設計壓力0.4Mpa，以Fe2O3作為脫硫吸附劑。
2)變壓吸附脫碳塔共5個，吸附劑為活性氧化鋁，設計壓力為0.5Mpa，單塔容積為7.4m3。使用真空泵抽真空使填料脫附，恢復填料吸附能力發(fā)表。
3. 運行效果與效益分析
3.1 運行效果
(1)對COD去除效果
進水COD為45000～60000mg/L的條件下，USR出水COD為3000～8000mg/L，UASB出水COD為800～1200mg/L，好氧工藝出水COD為300～400mg/L，總排放口COD小于300mg/L。廢水處理工藝對COD的總去除率達到99%以上。
(2)沼氣凈化效果
經過凈化提純環(huán)境保護，沼氣硫化氫含量小于20 mg/Nm3，甲烷含量大于98%，日產生物天然氣15000m3，生物天然氣已供應市場。
3.2 效益分析
(1)減少CODcr排放量
該工程每年削減 CODcr排放量4.67萬t，環(huán)境效益顯著。
(2)沼氣高值利用效益
污水處理工程厭氧反應器每天產沼氣總量為60000 m3, 沼氣中甲烷含量55%左右。每天生物天然氣產量15000m3，甲烷含量達到98%以上，生物天然氣達到車用標準，按4元/m3天然氣計算，每天沼氣高值利用的產值可達6萬左右，與沼氣直接燃燒利用相比，高值利用效益大大提高。
4. 小結
(1)在工藝前段采取降溫措施是必要的，可以保證厭氧工藝處于高效溫區(qū)。采用USR工藝全糟高溫發(fā)酵，降解效率高，對COD去除率可達90%，沼氣產量也較高。
(2)全糟厭氧USR-UASB-好氧工藝處理酒精糟液是可行的，既盡可能回收了沼氣，又降低了污水處理運行費用，出水COD達到了當地排放要求。
(3)經過凈化提純，沼氣硫化氫含量小于20 mg/Nm3，甲烷含量大于98%，沼氣高值利用具有顯著的經濟效益，又為解決能源短缺提供了途徑。
參考文獻
[1]印輝,魏梅.“全糟厭氧+UASB+好氧”工藝在酒糟廢水治理中的應用. 江蘇環(huán)境科技,2005,18(4):21~23.
[2]汪玉同。天然氣中CO2 脫除技術。油氣田地面工程，2008，27(3)：51～52.。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”
