IC+二級(jí)A/O工藝處理白酒廢水
瀘州某釀酒廠(chǎng)秉承了傳承百年的秘制釀造技術(shù)，依靠百年積淀而成的有機(jī)酸窖泥，釀制出具有瀘州獨(dú)特風(fēng)味的優(yōu)質(zhì)白酒。白酒釀造過(guò)程中產(chǎn)生一種高COD、高SS含量、高色度的，成分復(fù)雜的白酒廢水，且廢水中有機(jī)物多為碳水化合物，容易實(shí)現(xiàn)降解、可生化性較好[1-2]。在處理白酒廢水和與其相類(lèi)似的釀造廢水研究中，有很多方法雖然去除效果很好，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，但均存在不同程度的活性污泥發(fā)黑、曝氣不足的現(xiàn)象[3-8]。因此采用“IC+二級(jí)A/O”工藝處理該企業(yè)排放的白酒廢水。
1、廢水及分析方法
廢水工藝流程如圖1所示。
廢水經(jīng)過(guò)收集管道，用泵提升進(jìn)入細(xì)格柵，去除酒糟及大顆粒懸浮物，之后自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。在2臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用下，快速混勻。混勻后的廢水經(jīng)3臺(tái)自吸泵進(jìn)入初沉池，進(jìn)一步去除大顆粒懸浮物。經(jīng)初沉池后，廢水自流入循環(huán)池，污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。流入循環(huán)池的廢水由泵抽入IC厭氧反應(yīng)器中。在厭氧反應(yīng)器中，廢水與厭氧微生物充分接觸，水中90%污染物被去除，并從頂部出水，一部分流入二級(jí)A/O池，另一部分回流至循環(huán)池。流入二級(jí)A/O反應(yīng)器的廢水，分別在缺氧（A1）、好氧（O1）、缺氧（A2）、好氧（O2）不同環(huán)境中進(jìn)一步凈化，然后在二沉池實(shí)現(xiàn)泥水分離，污泥則由刮泥機(jī)的吸泥泵打入污泥管道，進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。二沉池出水進(jìn)入曝氣絮凝池，在空氣的攪拌作用下，廢水與藥劑充分混合，通過(guò)穿孔花墻流入三沉池。達(dá)標(biāo)廢水則由排水管道排出廠(chǎng)外。
3、主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
3.1 IC反應(yīng)器
IC反應(yīng)器1座，圓柱體，直徑d=6.68m，高h(yuǎn)=21m，有效容積800m3，碳鋼材質(zhì)。COD負(fù)荷8.0kg/(m3·d)，高徑比3:1。IC反應(yīng)器為反應(yīng)器沿著污水流動(dòng)方向設(shè)5個(gè)取樣口，分別為1.2、4.7、8.2、11.7、16.6m，便于在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中觀察反應(yīng)器內(nèi)部變化情況[11]。
IC反應(yīng)器三相分離器d=6.50，h=2.3m，采用聚丙烯（PP）特殊塑料材質(zhì)。反應(yīng)器出水分配罐h=6.0 m采用環(huán)氧樹(shù)脂纏繞玻璃鋼（FRP）材質(zhì)。反應(yīng)器內(nèi)涂環(huán)氧煤瀝青、外涂環(huán)氧鐵紅，作防腐處理。罐體外部采用巖棉保溫，外部用彩瓦圍擋。
3.2 一體化二級(jí)A/O反應(yīng)器
一體化二級(jí)A/O反應(yīng)器長(zhǎng)×寬×高（l×b×h）=37.3m×15.4m×4.5m（超高0.5m），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積2300m3。
一體化構(gòu)筑物包括初沉池、循環(huán)池、缺氧池A1、好氧池O1、缺氧池A2、好氧池O2、二沉池、曝氣絮凝池、三沉池，其中，二級(jí)A/O池l×b=24.9m×15.4m，有效容積1500m3，污泥COD負(fù)荷取0.1kg/(kg·d)。A、O容積比1:1，一級(jí)A/O、二級(jí)A/O容積比4:1。二沉池采用平流式，l×b=4.0m×12.7m，進(jìn)水前端設(shè)置有l(wèi)×b=150mm×150mm的穿孔配水花墻。
4、工程調(diào)試
采用接種馴化方法培養(yǎng)的活性污泥，可大大縮短污泥馴化時(shí)間，同時(shí)縮短調(diào)試時(shí)間[12-17]。二級(jí)A/O反應(yīng)器內(nèi)接種泥取自瀘縣污水處理廠(chǎng)污泥脫水車(chē)間壓濾混合污泥，初次投入約4.0kg。
4.1 IC反應(yīng)器的啟動(dòng)
啟動(dòng)前用螺桿泵泵入IC反應(yīng)器內(nèi)400m3接種污泥，根據(jù)以往調(diào)試經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)分析，起始COD負(fù)荷定于0.5kg/(m3·d)，體積流量qV =80m3/d，進(jìn)水COD為7～8g/L[18-21]。啟動(dòng)期間，進(jìn)水溫度30～33℃。每天每4h進(jìn)水25～28m3，體積流量qV1=6～7m3/h。強(qiáng)制外循環(huán)體積流量qV2=2qV1，每次間隔進(jìn)水前，監(jiān)測(cè)出水COD、pH、揮發(fā)性脂肪酸（VFA）含量的變化。若進(jìn)水前，出水pH≥6.80及VFA濃度≤1～2mmol/L，說(shuō)明IC反應(yīng)器穩(wěn)定啟動(dòng)中，則繼續(xù)執(zhí)行此啟動(dòng)方案。啟動(dòng)方案持續(xù)34d。
啟動(dòng)進(jìn)行115d時(shí)，反應(yīng)器底部顆粒污泥直徑0.2～2.5mm，沉降速度54～65m/h，說(shuō)明已經(jīng)完成污泥顆；。IC反應(yīng)器進(jìn)、出水COD的變化見(jiàn)圖2。
由圖2可見(jiàn)，啟動(dòng)前10d，COD負(fù)荷維持在0.5kg/(m3·d)左右，出水COD不斷增加，最高達(dá)到4～4.5g/L；COD去除率不斷下降，跌至45%。分析有2部分原因：
1）啟動(dòng)初期，反應(yīng)器內(nèi)絮狀污泥仍在馴化，不能完全適應(yīng)水質(zhì)，故對(duì)有機(jī)物的降解能力未完全發(fā)揮。而且，啟動(dòng)初期維持COD負(fù)荷≥0.5m3/(m2·h)，出水SS含量增加，致使出水COD增加。11d后，絮狀污泥逐漸適應(yīng)水質(zhì)，生物活性有所增強(qiáng)，且此時(shí)輕質(zhì)絮狀泥大部分從IC反應(yīng)器中沖走，故此時(shí)COD去除率逐步上升。
2）啟動(dòng)初期，IC反應(yīng)器罐內(nèi)已有約400m3的清水，前期IC反應(yīng)器出水大部分是原水被稀釋后的水質(zhì)，COD去除率很高。隨著進(jìn)水增多，原水在罐內(nèi)所占比例變大，故出水COD逐漸增加；20d左右COD去除率明顯增加，從55%增加至73%。原因是沼氣的產(chǎn)生具有攪拌作用，使得污泥床膨化度增加，污泥與廢水接觸面積變大；34d提高負(fù)荷，每次提高，COD去除率基本都有先降后升的過(guò)程，但隨著負(fù)荷的提高，降幅程度和速率減小，升高速率變快。原因是伴隨啟動(dòng)時(shí)間的推移，IC反應(yīng)器耐沖擊負(fù)荷能力逐漸增強(qiáng)，水質(zhì)和水量變化影響逐漸降低；第94－106天，COD去除率≥85%，穩(wěn)定時(shí)可達(dá)92.4%。
IC啟動(dòng)期間pH和VFA含量變化見(jiàn)圖3。
從圖3可知，第80天，COD負(fù)荷從3.5kg/(m3·d)提升至4.7kg/(m3·d)時(shí)，VFA的濃度立即從1.54mmol/L躍升至4.94mmol/L，而在第82天，pH才出現(xiàn)下降趨勢(shì)。原因是反應(yīng)器內(nèi)存在由弱酸（如HCO3-鹽及銨鹽）組成的緩沖系統(tǒng)，使IC反應(yīng)器具有一定的抗pH沖擊能力。
4.2 二級(jí)A/O反應(yīng)器的啟動(dòng)
基于小試研究結(jié)果，當(dāng)污泥負(fù)荷Ns=0.1～0.2kg/(kg·d)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物去除率達(dá)到最大。因此二級(jí)A/O反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程中，污泥負(fù)荷保持在0.1～0.2kg/(kg·d)。
第93天，即COD負(fù)荷達(dá)到6.0kg/(m3·d)時(shí)開(kāi)始。IC反應(yīng)器啟動(dòng)前3d，向二級(jí)A/O反應(yīng)器投入接種污泥約20t。投入3/4清水+1/4原水，悶曝2.5d，使其恢復(fù)活性。2.5d后，污泥顏色呈黃褐色，土腥味，能快速沉降，且泥水界面清晰。鏡檢能清晰觀察到一些原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，如鐘蟲(chóng)及少量絲狀菌。此時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)出水指標(biāo)正常，認(rèn)為反應(yīng)器接種污泥成功。圖4是二級(jí)A/O出水COD變化。
從圖4可知，93～97d，二級(jí)A/O進(jìn)水COD在1.109～1.631 mg/L波動(dòng)，出水COD在207～110mg/L波動(dòng)，COD去除率在92%左右。原因分析：第93天，前段IC反應(yīng)器剛提升至滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，還未適應(yīng)，從而反應(yīng)器出水（即二級(jí)A/O進(jìn)水）COD波動(dòng)比較大。98～107d，IC反應(yīng)器漸趨穩(wěn)定及二級(jí)A/O反應(yīng)器的活性污泥逐步成熟，出水COD在60.24～80.25 mg/L波動(dòng)，此時(shí)出水已達(dá)標(biāo)。第108－116天，出水COD為51.03～68.34 mg/L，去除率94%～95%。
從圖5可知，啟動(dòng)前期出水水質(zhì)變化較大，原因是進(jìn)水負(fù)荷存在波動(dòng)。第97天，TN、NH3-N去除率有較為明顯的變化，出水TP含量變化不大。第104天，將回流體積比由200%提高到220%；第109天，控制排泥頻率，曝氣量以及活性污泥含量，改變污泥停留時(shí)間（SRT）為12d，從而提高TP的去除率。
5、效益分析
工程竣工后，COD去除量每天高達(dá)5.95t，大大減輕了水體污染，有效的促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善。
廢水處理裝置年運(yùn)行費(fèi)用為60萬(wàn)元，處理成本為3.28元/m3。廢水處理工程中，在厭氧處理環(huán)節(jié)，日產(chǎn)生沼氣量為2380m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），按沼氣0.5元/m3計(jì)算，每年可獲得經(jīng)濟(jì)效益43.435萬(wàn)元，則每年的實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用為16.565萬(wàn)元，處理成本為0.91元/m3。采用此工藝經(jīng)濟(jì)可行，值得推廣。
6、結(jié) 論
實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，采用“IC+二級(jí)A/O"工藝處理白酒廢水切實(shí)可行，去除效果很好，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，而且解決了之前類(lèi)似廢水研究中出現(xiàn)的活性污泥發(fā)黑、曝氣不足的現(xiàn)象。
從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)角度考慮，污泥負(fù)荷為0.1～0.2kg/(kg·d)、回流體積比200%～250%、SRT為10～15 d時(shí)，二級(jí)A/O工藝對(duì)COD，TN，TP的去除效果最好。
工程啟動(dòng)調(diào)試共116d，COD、氨氮、TN、TP的去除率分別達(dá)到99.57%、96.0%、86.55%、99.1%，出水水質(zhì)滿(mǎn)足GB 27631－2011要求。
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