啤酒發酵廢水作為污水處理廠外加碳源的可行性研究

許杰 郝萍 王亮

摘 要：本文試驗為日照市大學城污水處理廠，工藝基本原理是AAO，污水處理廠進水基本為生活污水，通過投加啤酒發酵廢水，改善生物污泥活性狀態，增加碳源以減少藥劑乙酸鈉的投加，從而能減少生產成本，為解決日照市生活污水處理碳源不足的生物脫氮工藝提供運行指導意見。

關鍵詞：啤酒發酵廢水；外加碳源；污水處理；節約資金

1日照市污水處理廠去除總氮存在的問題和困難

1.1進水有機物含量低

當前除開發區廢水處理廠外，其他各廠因進水管網未實現雨污分流而存在進水碳氮比失調問題，尤其在汛期特別嚴重，進水COD僅有約50mg/L，而總氮可達20mg/L。因進水碳源不足，可生化有機物含量偏低，導致現有脫氮工藝無法滿足缺氧反硝化階段對碳源的需求，而氮元素的去除恰恰就在反硝化階段進行，這樣反硝化過程受阻，就會大大影響污水處理廠脫氮效果。

1.2污水處理廠設計工藝落后，升改工作滯后 部分廠建設前期設計未嚴格考慮除磷脫氮工藝要求，由于脫氮過程中，硝化、反硝化的充分反應起著關鍵作用，而現有污水處理廠普遍存在設計內回流比較低、缺氧段停留時間較短、曝氣負荷較低等問題，因此難以應對較高的進水總氮，導致無法實現穩定達標，需對生化池進行升級改造或新建反硝化池。

2試驗裝置

試驗工藝單元即污水處理廠的厭、缺氧段。大學城污水處理廠加于預處理缺氧區，擬輔助反硝化脫氮。試驗投加裝置，利用噸桶連接組合制作臨時儲罐和車載儲罐，因開展試驗的兩個污水處理廠均為地下式污水處理廠，發酵廢水進行高位滴加或直接卸池。

3投加發酵廢水對系統總氮的去除的影響

3.1大學城污水處理廠未加啤酒發酵廢水脫氮原始工況

2018年1月-5月（旱季），大學城污水處理廠進水COD均值 316mg/L，總氮均值79.8mg/L（進水設計標準40mg/L），C/N 碳氮比約3.96，明顯低于反硝化最佳條件C/N5～10，必須通過外加碳源來提高脫氮效率。選用乙酸鈉作為外部投加碳源，因為進水超標、曝氣系統老化、沉淀池排泥管經常性堵塞等因素，出水總氮未穩定達標，但加之調控溶解氧及回流泵等工藝系統調試，出水總氮均值21.7mg/L，平均去除率由50%提高到85%左右。

經運行調試來看，當進水總氮低于80mg/L時，通過投加碳源，出水可以達標，穩定在10.9mg/L左右（3月30日-4月6日）。當進水總氮超過80mg/L時，則超出系統處理能力，系統不能完全硝化，出水氨氮、總氮同時上升，1月-5月進出水總氮趨勢分析如下圖1：

3月30日-4月7日該廠系統穩定期間，日均處理水量8332m3/d，進水COD均值314mg/L，總氮均值81.0mg/L，C/N3.88，乙酸鈉（25%乙酸鈉）投加量為2.80噸/天，噸水增加費用約0.41元/噸。6月份至10月份（雨季），該廠進水COD均值216mg/L，總氮均值44.5mg/L，C/N4.85，出水總氮均值10.4mg/L，乙酸鈉日均用量0.87噸，出水總氮穩定達標，6月-10月進出水總氮趨勢分析如下圖2：

3.1.2大學城污水處理廠投加啤酒發酵廢水脫氮情況總結

3月13日-19日，該廠在缺氧區投加發酵廢水試驗。經理論計算和短期投加，可明顯看出污泥濃度的增長，污泥活性增強，并可以對應減少乙酸鈉的投加，節約生產成本，理論可行。由于進水超標、硝化不完全等問題，暫停試驗。5月18日-21日，氣溫回升，污水水溫上升，進水總氮降低，適合再次進行發酵廢水投加試驗。起初試驗階段每天投加發酵廢水1.5t，暫停乙酸鈉投加，出水總氮尚可穩定達標。乙酸鈉每天減少投加約0.7噸，可節省藥劑費用約800元/天。9月6日至9月8日，再次進行投加試驗，停加乙酸鈉并投加啤酒發酵廢水。進水COD、總氮值比較穩定，COD均值124mg/L，總氮均值43.9mg/L，C/N2.82，進水水質穩定，可不考慮進水波動對試驗的影響。試驗分別于6日11：00、7日11：00和16：00、8日11：00，分四次投加啤酒發酵廢水，直接將啤酒發酵廢水卸車于缺氧區，每次投加約5噸。從圖3可以看出，投加8至10小時后，出水總氮有明顯下降趨勢，總氮去除率升高，趨勢如圖3。

經投加試驗可以看出，啤酒發酵廢水可以作為外加碳源來輔助反硝化脫氮，且總氮去除效果明顯，可以完全或部分替代乙酸鈉藥劑。

3.2投加啤酒發酵廢水對污泥系統的影響

大學城污水處理廠3月13-19日，于缺氧區高位、連續滴加啤酒發酵廢水，日均投加量約3噸/天，連續培養7天（未排剩余污泥）觀察污泥形狀和SV30變化。通過投加啤酒發酵廢水，顯示看出，SV30先升高再降低并穩定在35%左右，且污泥絮體良好，上清液澄清，泥水分離較快。隨著污泥濃度的增長，排除剩余污泥，同時對生物除磷起到了很好的輔助作用。

4結論

（1）通過向低碳氮比的城市生活污水廠投加啤酒發酵廢水，可顯出提高系統的脫氮效率，且利用率高、無副產物，通過在日照大學城污水處理廠、山海天污水處理廠試驗，可以作為外加碳源使用。

（2）日照青島啤酒廠啤酒發酵廢水COD約10萬mg/L，可以按照適當的比例在生活污水處理廠投加使用，節省乙酸鈉等其他碳源的使用，極大地減少生產成本。

（3）啤酒發酵廢水的投加，可以改善活性污泥生物活性，提高SV30，可明顯見系統污泥顏色由發黑向黃褐色轉變，污泥絮體良好，可正常排放剩余污泥，提高系統生物除磷能力，對整個污水廠活性污泥系統起到良好的調節作用。

參考文獻：

[1] 段怡彤，劉方婧，......啤酒廢水為外加碳源對A2/O工藝脫氮除磷的影響.安徽農業科學，[J]2014（10）.

（作者單位：日照市水務集團污水處理有限公司）