固液分離-UASB-SBR技術(shù)處理酒精糟液工程

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簡介： 論述了薯干原料酒廠酒精糟液的處理技術(shù)，提出帶式壓濾機(jī)固液分離-UASB-SBR的酒精槽液處理工藝。以某酒廠的應(yīng)用實(shí)例說明工程設(shè)計方案、調(diào)試過程和處理效果。
關(guān)鍵字：薯干制酒 酒精糟液 固液分離-UASB-SBR 帶式壓濾機(jī)

酒精工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)。酒精廣泛應(yīng)用于化學(xué)、食品、日用化工、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。我國的酒精年產(chǎn)量約為300萬t，生產(chǎn)原料以糧食(玉米、薯干等)為主，糧食酒精中約有80%是用薯干釀造的。酒精生產(chǎn)過程中蒸餾工序排放的酒精糟液是一種含高懸浮物、高濃度的有機(jī)廢液。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1t酒精，排放的有機(jī)物含量達(dá)500kg 以上。全國每年排放的酒精工業(yè)廢水約為1200萬m³。大量的高濃度有機(jī)廢水如果不經(jīng)嚴(yán)格的處理直接排放，將會造成嚴(yán)重的污染。資源浪費(fèi)、污染環(huán)境已成為制約國內(nèi)酒精工業(yè)發(fā)展的一個重要因素。

　　安徽省泗州酒廠是一個以薯干為原料生產(chǎn)酒精的白酒廠，年產(chǎn)酒精5000t。正常生產(chǎn)時排放酒精糟液250m³/d，糟液溫度為90℃。廢水中主要含糖類、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)和纖維素等，有機(jī)物濃度很高，COD_Cr達(dá)到30000～45000mg/L，BOD₅達(dá)到15000～25000mg/ L。糟液非常渾濁，SS約為40000mg/L。廢液呈酸性，pH為3～4。酒精糟液雖然污染物濃度高，但沒有生物毒性，可生化性好。該廠屬于淮河流域限期治理項(xiàng)目。為了徹底根治其對周圍環(huán)境和地下水資源的嚴(yán)重污染，該廠對酒糟廢液進(jìn)行綜合利用，建成處理能力為250m³/ d的高濃度有機(jī)廢水(酒精糟液)處理廠。同時回收糟液中的飼料和生產(chǎn)沼氣。

　　設(shè)計廢水水質(zhì)指標(biāo)為： COD_Cr：40000mg/L；BOD₅：25000mg/L；SS：20000mg/L；pH：3.5～4。處理后出水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-88)中的行業(yè)一級標(biāo)準(zhǔn)：COD_Cr：＜350mg/L；BOD₅：＜200mg/L；SS：＜200mg/L；pH：6～9。

1　處理工藝選擇

　　酒精糟液綜合利用和深度處理的關(guān)鍵之一是對酒精糟液進(jìn)行有效的固液分離。薯干酒精糟液的脫水處理具有很大難度，過去采用離心脫水機(jī)和箱式壓濾機(jī)兩種脫水設(shè)備進(jìn)行脫水試驗(yàn)，由于薯干酒精糟液粘度大，粒度小，容易將離心脫水機(jī)的濾網(wǎng)和箱式壓濾機(jī)的濾布堵塞，結(jié)果均不很成功。因而無法應(yīng)用于薯干酒精糟液的脫水。

　　原機(jī)械部環(huán)保所對酒精糟液脫水工藝進(jìn)行了深入研究，開發(fā)研制出新型帶式壓濾機(jī)(見圖1 )。新型帶式壓濾機(jī)特點(diǎn)如下：①超長的重力脫水區(qū)；②超長的斜式楔形區(qū)；③結(jié)構(gòu)緊湊、壓力遞增的壓榨區(qū)；④獨(dú)創(chuàng)濾帶偏移檢測方式和雙端糾偏機(jī)構(gòu)；⑤性能好、效率高的反沖洗方式。

圖1　新型帶式壓濾機(jī)工作原理
1 帶壓機(jī)　2 反應(yīng)器　3 流量計　4 速溶機(jī)　5 加藥泵　6 輸料泵　7 空壓機(jī)　8 沖洗泵　9 輸送機(jī)

　　在某釀酒廠進(jìn)行的工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示：進(jìn)料酒精糟液含水率為96%～96.5%，pH值為4.0 ，溫度為70℃。脫水處理后酒糟濾餅含水率72%。利用帶式壓濾機(jī)進(jìn)行酒精糟液脫水是一種嘗試和突破。技術(shù)關(guān)鍵是針對性地提出調(diào)節(jié)等電點(diǎn)和相應(yīng)的絮凝處理工藝，可以提高糟渣回收率，提高糟液COD_Cr去除率(74%)，對減輕后部濾液深度處理負(fù)荷具有明顯效果。

　　經(jīng)過帶式壓濾機(jī)對酒糟廢液進(jìn)行固液分離以后，濾液的COD_Cr可降低50%左右，SS 也大幅度降低，有利于廢水的厭氧和好氧的生化處理。后續(xù)的厭氧工藝采用上流式厭氧污泥床(UASB)，好氧工藝采用序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)。

2　處理工藝介紹

　　本工藝的核心是：固液分離、UASB和SBR。酒糟廢液經(jīng)過粗格柵進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行冷卻和調(diào)節(jié)，再用立式污泥泵將糟液泵入污泥濃縮池，濃縮后的糟液進(jìn)入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離。濾渣經(jīng)擠壓、干燥可制成直接供銷售的飼料。濾液泵入?yún)捬鮑ASB和好氧SBR單元進(jìn)行處理，出水達(dá)標(biāo)排放。UASB產(chǎn)生的沼氣經(jīng)水封阻火器后進(jìn)入儲氣柜或輸送到工廠鍋爐直接燃燒(見圖2)。

圖2　泗州酒廠酒精糟液處理流程

3　主要處理構(gòu)筑物、設(shè)備的設(shè)計

3.1　調(diào)節(jié)沉淀池

　　調(diào)節(jié)沉淀池為地下結(jié)構(gòu)，總體尺寸為：長10m，寬4.5m，深3.0m，水力停留時間 ?2.0h 。調(diào)節(jié)池底部設(shè)污泥斗，污泥斗傾角50°，斗內(nèi)設(shè)污泥提升泵將沉淀污泥提升至濃縮池。調(diào)節(jié)池淺水區(qū)設(shè)厭氧進(jìn)水泵2臺，1用1備。

3.2　UASB反應(yīng)器

　　酒糟廢液經(jīng)固液分離后COD_Cr去除50%，UASB進(jìn)水COD_Cr=20000mg/L，Q＝ 225m³/d。設(shè)計負(fù)荷為7.0kgCOD_Cr/(m³·d)，消化溫度35～37℃。UASB反應(yīng)罐選用D＝11m ，H＝8.0m，有效水深H＝7.5m。UASB內(nèi)設(shè)有供水、泥、氣分離用的三相分離器，以維持反應(yīng)罐內(nèi)高活性的厭氧污泥菌群，并有效地回收沼氣，UASB出水COD_Cr≤3000 mg/L，SS≤1 500mg/L。其沼氣產(chǎn)量為2 000m³/d。3.3　SBR反應(yīng)器進(jìn)水COD_Cr≤3000mg/L，SS≤1500mg/L，污泥負(fù)荷為0.3kgCOD/(kgMLSS·d) ，污泥濃度為3g/L，SBR反應(yīng)器有效容積為750m³。依據(jù)廢水處理工藝要求設(shè)置2座圓形SBR反應(yīng)器。每座SBR反應(yīng)器的尺寸為：D＝11m，H＝5.0m，有效水深4.5m。

　　根據(jù)SBR反應(yīng)器的運(yùn)行規(guī)律和設(shè)計要求確定不同的運(yùn)行周期，排水方式采用篦水器排水，依據(jù)時間控制其升降實(shí)現(xiàn)排水。

　　曝氣裝置采用中微孔曝氣器曝氣，曝氣器的氧利用率按10%計算，曝氣池對COD_Cr去除率為90%，則供氣量應(yīng)為10m³/min，選SSR100風(fēng)機(jī)3臺，2用1備。

3.4　風(fēng)機(jī)房

　　風(fēng)機(jī)房安裝3臺SSR100離心風(fēng)機(jī)，2用1備。單機(jī)風(fēng)量為6.73m³/min，H＝5.0m。

　　風(fēng)機(jī)房設(shè)有隔音的配電室及操作休息間，風(fēng)機(jī)房總尺寸：長×寬×高＝10m×5m×7m。

3.5　污泥濃縮池

　　酒糟液進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池后，大部分污泥將沉淀于污泥斗內(nèi)，經(jīng)污泥泵提升至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，以利于后續(xù)的污泥機(jī)械脫水。污泥濃縮池為半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其幾何尺寸為：D×H＝5.0m×7.0m。

　　濃縮后污泥進(jìn)入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械脫水，濃縮池上清液回流至調(diào)節(jié)池后進(jìn)入UASB厭氧反應(yīng)器進(jìn)行處理。

3.6　污泥脫水機(jī)及脫水機(jī)房

　　濃縮以后的糟液和污泥，用泥漿泵輸送到管道混合器與高分子絮凝劑和助凝劑混合，在折板式絮凝反應(yīng)器中反應(yīng)后流入帶式壓濾機(jī)脫水，設(shè)計中選用帶式壓濾機(jī)，帶寬1.5m，處理量為13.5m³濕泥/h。脫水機(jī)濾后的上清液回流至調(diào)節(jié)池后進(jìn)入UASB進(jìn)一步處理，帶式壓濾機(jī)反沖洗所用的自來水和空氣由離心泵和空壓機(jī)供給。脫水以后的污泥餅(含水率80%) 有很高的營養(yǎng)價值。工藝中所用藥劑經(jīng)藥品毒理試驗(yàn)及飼用試驗(yàn)均證明對牲畜無毒無害，所以帶式壓濾機(jī)分離出的泥餅可直接做飼料，若以每t飼料(干物質(zhì))500元計，每年以300個工作日計算，則年收益為120萬元。

　　污泥脫水機(jī)房由機(jī)房、配電室及值班室組成。內(nèi)裝有帶寬1.5m的帶式壓濾機(jī)1臺及相應(yīng)的污泥泵、溶藥罐、空壓機(jī)等輔助設(shè)備，脫水機(jī)房平面尺寸：L×B＝12.0m×5.0 m，檐高5.0m，磚混結(jié)構(gòu)。

4　運(yùn)行調(diào)試和處理效果

　　工程調(diào)試先從厭氧部分開始，分為三個階段：污泥馴化培養(yǎng)期、負(fù)荷提高期和滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)期。從1997年10月開始厭氧部分的調(diào)試，至1998年4月酒精廢水全部進(jìn)入UASB反應(yīng)器，有機(jī)負(fù)荷達(dá)8.0kgCOD_Cr/(m³·d)，COD_Cr去除率穩(wěn)定在90%以上，出水COD_Cr為2500mg/L左右，SS為1500mg/L左右。1998年3月好氧系統(tǒng)也投入運(yùn)行，經(jīng)過3個月的運(yùn)轉(zhuǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

　　第一階段污泥馴化培養(yǎng)期：利用鄰縣的靈璧酒廠厭氧處理裝置中的厭氧污泥接種，接種后反應(yīng)器污泥濃度約為20.0g/L。由于兩廠水質(zhì)及發(fā)酵溫度相似，因此污泥不需要進(jìn)行馴化，從而縮短啟動時間。厭氧罐由20℃升至37℃，每日升溫1～2℃。將少量調(diào)節(jié)池中的高溫廢水泵入?yún)捬豕?，多余廢水流出，如此進(jìn)行加熱循環(huán)。控制進(jìn)水量為4～6m³/h。同時控制以0.1～0.3kg COD_Cr/(m³·d)的容積負(fù)荷投加廢水，當(dāng)溫度升高到37℃時，負(fù)荷達(dá)2kg COD_Cr/(m³·d)時，進(jìn)入提高負(fù)荷階段。

　　第二階段負(fù)荷提高期：在反應(yīng)罐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，負(fù)荷從2kgCOD_Cr/(m³·d)提高到設(shè)計負(fù)荷7.0kgCOD_Cr/(m³·d)。馴化期內(nèi)間歇進(jìn)水，一天兩次，根據(jù)濃度和水量控制負(fù)荷。要求控制反應(yīng)罐出水揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)小于200mg/L，pH 7.2以上，COD_Cr去除率80%以上且產(chǎn)氣正常，方可進(jìn)一步提高負(fù)荷。整個調(diào)試期約7個月(第一階段4個月，第二階段3個月)，自1998年4月UASB達(dá)到設(shè)計負(fù)荷后，COD_Cr去除率一直維持在90%以上。雖然水質(zhì)有波動，但有機(jī)負(fù)荷總是穩(wěn)定在7.0kgCOD_Cr/(m³·d)以上。隨著有機(jī)負(fù)荷的提高，產(chǎn)氣量也相應(yīng)提高，產(chǎn)氣率為2.6～3.7m³/(m³·d)。SBR好氧反應(yīng)器的調(diào)試比較簡單。先在反應(yīng)器中注入清水和少量廢液開始曝氣，待生長出污泥后逐漸增加廢水量。1998年3月開始達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，COD_Cr去除率達(dá)到90%以上，出水水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站于1998年5月19～21日對酒廠生產(chǎn)排放廢水進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明：泗州酒廠酒精生產(chǎn)排放廢水COD_Cr、SS平均濃度、pH值及酒精噸排水量均符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－88)中發(fā)酵、釀造工業(yè)的有關(guān)規(guī)定。

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　 ○作者通訊處：100037 北京市阜外大街北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院
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　　　修回日期：2000-4-5