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酒精廢水處理技術

2017-08-18

一．概述酒精工業是國民經濟重要的基礎原料產業，酒精廣泛應用于化工、食品工業、日化、醫藥衛生等領域，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。酒精企業酒精糟的污染是食品與發酵工業***嚴重的污染源之一，由于投資、生產規模、技術、管理等原因，大部分酒精企業的綜合利用率較低。二．酒精生產廢水特點酒精工業的污染以水的污染***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實現DDGS生產，部分企業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，采用高溫發酵，容積負荷可高達7.0kgCOD/(m3.d), 高于傳統全渣厭氧發酵工藝的2—3倍， COD 去除率高達90％。該工藝有以下優點：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。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；二是對系統的污泥進行消化處理。可以與后續的接觸氧化形成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展起來，在接觸氧化池內，由于填料表面積大，所以生物膜發展的每一個階段都是存在的，使去除有機物的能力穩定在一個水平上。接觸氧化工藝的主要優點如下：① 體積負荷高，處理時間短，節約占地面積。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，所以節約占地面積。② 生物活性高。由于曝氣系統設置在填料之下，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；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 出水水質好而且穩定。在進水短期發生變化時，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，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，***大的優點是節省占地。另外，可以減少污泥回流量，有節能效果。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展和PLC控制系統的普及化，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反應器的基礎上發展起來的第三代厭氧生物反應器，它通過出水回流再循環，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，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，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，由此內循環的氣提增大。處理高濃度廢水時，循環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流。因此，內循環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，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，不必開水泵實現強制循環，從而減少能耗。（6）減少藥劑投量，降低運行費用內外循環的液體量相當于***級厭氧出水的回流，對pH起緩沖作用，使反應器內的pH保持穩定。可減少進水的投堿量，從而節約藥劑用量，而減少運行費用。（7）出水的穩定性好因為，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定性好，出水水質穩定。(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。是常規二級生化處理基礎上發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，轉化為硝化態氮，在缺氧段時，活性污泥中的反硝化細菌利用硝化態氨和廢水中的含碳有機物進行反硝化作用，使化合態氨轉化為分子態氨，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的木薯酒精生產企業，氧化塘的廢水停留時間可達數月，由于這類企業多處于市郊或鄉鎮，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。根據環保部門的有關規定，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，可節約標準煤炭15300余噸，每年節約煤款918萬元。除去年運行費用約144萬元，噸水收益5.3元/噸水。

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