混凝+ABR+A/O+MBR工藝處理白酒生產廢水工程實例

(1.四川格瑞斯環境科技有限公司，四川成都，610213；2.四川大學建筑與環境學院，四川成都，610065)

峨眉山某酒業有限公司主要生產窖藏系列濃香型白酒。在釀造生產過程中會排放高濃度有機污染廢水，該類型廢水具有有機污染物濃度高、懸浮物含量高和可生化性好等特點[1]。目前，國內白酒釀造廢水通常采用物化-厭氧-好氧生化法作為主體工藝進行處理[2]。其中，混凝沉淀工藝可通過絮凝劑產生的壓縮雙電層、吸附架橋和網捕等作用大幅去除水中懸浮顆粒物質，同時絮凝劑與廢水中的總磷反應生成不溶性磷酸鹽沉淀物[3]，保障后續生化處理的正常運行。ABR厭氧工藝[4]利用厭氧菌的發酵作用可大幅去除有機物并具有容積負荷率高、污泥活性高、能耗低等優點，可適用于小水量酒廠采用。A/O+MBR組合工藝具有耐沖擊負荷、脫氮除磷效果好、出水水質佳，節省占地面積等優點[5]。經技術經濟分析并結合廢水的水質和水量特征，采用混凝沉淀+ABR+A/O+MBR工藝處理白酒釀造廢水是可行的，處理后出水水質優于《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》(GB27631-2011)中表2新建企業水污染物直排限值[5]。

1 廢水水量、水質及排放要求

該酒廠以高粱為主要原料，在生產過程中不加入任何有毒有害難降解的物質，因此廢水中主要是糧食作物釀酒后的殘留物。按每生產1t白酒產生4～5m3廢水計，高濃度鍋底水、窖池黃水COD高達60000 mg/L以上，泡糧水水質濃度較低，COD濃度約6000～8000 mg/L；本工程設計處理水量為20 m3/d。設計進水水質見表1。

表1 廢水水質及排放標準

2 工藝流程

白酒廢水經過車間排水管道收集后匯入車間外初級沉淀池，經格柵和初級沉淀的作用去除酒糟和大顆粒懸浮物后自流至調節池，均衡水質和水量。調節池出水經提升泵提升至混凝沉淀一體化設備中，并向混凝區投加混凝劑(PAC、PAM)和NaOH，利用混凝劑的吸附和凝聚作用去除廢水中細微懸浮物和膠體微粒，同時去除廢水中的總磷，并將廢水pH值調至7.5～8.0，以滿足后續生化處理所需條件，尤其保證厭氧反應所需堿度。混凝沉淀池出水自流至ABR厭氧池，利用厭氧菌降解有機物以減輕系統后續工藝的處理負荷，同時利用厭氧發酵作用殺滅部分致病菌。ABR厭氧池出水自流進入缺氧池處理，缺氧池中與內循環回流的泥水混合物混合反應，起到反硝化脫氮的作用。隨后進入接觸氧化池內，好氧微生物利用外界提供的氧氣，將污水中的有機污染物進一步分解，一部分用于合成微生物自身結構形成污泥，另一部分則被好氧微生物分解為CO2和H2O，釋放到大氣中，水中的有機污染物在好氧階段被大量去除。在MBR池污水經泥水分離后進入清水池可達到外排標準。系統所產生的物化污泥和剩余污泥排入污泥濃縮池，定期經過廂式壓濾機降低污泥含水率，污泥濃縮池上清液和廂式壓濾機的濾液回流至調節池進行處理。泥餅外運進行衛生填埋處置。具體工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 主要構筑物及設備

3.1 格柵、初沉池

廢水經車間排水管道收集后匯入車間外初級沉淀池，經過人工格柵(寬0.5m，渠深1.5m，柵條間隙5mm，304SUS材質)攔截除去細小的高粱皮、谷殼后進入初沉池(3.0m×2.0m×1.5m，1座)，經初級沉淀后自流進入調節池進行水質、水量的調節。

3.2 調節池

調節池1座，主要用于調節水質、水量，同時起到預酸化作用。有效池容為30m3，HRT為36h。池底設置曝氣穿孔管，氣源由回轉式風機提供。在空氣的攪拌作用下，廢水充分混勻。池體采用全地埋式鋼混結構，內部防腐。配套設備：2臺(1備1用)潛污泵，Q=7.0m3/h，H=8m，N=0.25kW；1臺pH在線監測儀；2臺回轉式風機，1用1備(與A/O池和MBR池共用)，參數為1.77m3/min，0.5kgf/cm2，2.2kW。

3.3 一體化混凝沉淀設備

混凝沉淀設備1套，采用一體化碳鋼防腐結構。通過堿加藥泵向pH值調節區投加質量分數為10%的NaOH，調節廢水pH值至7.5～8.0，并在混合區和絮凝區分別投加PAC和PAM，進行混凝反應，pH值調節區和混合區HRT為20min，有效容積為0.3m3。絮凝反應區HRT為40min，有效容積為0.6m3。沉淀區有效容積為6m3，HRT為4h，水力負荷率為0.4m3/(m2·h)。沉淀區為豎流式并采用重力排泥。配套設備：1套一體化混凝沉淀設備，尺寸為3.0m×2.0m×2.5m，包含1臺pH在線監測儀；2臺快速攪拌機，60rpm，0.75kW，1臺慢速攪拌機，30rpm，0.75kW；1套PAM加藥系統，包括加藥泵1臺，Q=9L/h，N=0.04kW；溶藥桶1套，300L；1套PAC加藥系統，包括加藥泵1臺，Q=15L/h，N=0.25kW；溶藥桶1套，300L；1套堿加藥系統，包括加藥泵1臺，Q=50L/h，N=0.37kW；溶藥桶1套，500L；重力排泥系統1套。

3.4 ABR厭氧池

ABR厭氧池1座，利用厭氧菌群形成污泥床降解有機污染物并完成出水的固液分離。采用半地埋式鋼混結構，內壁防腐。有效容積為80m3，HRT為96h，設計容積負荷為5.0kgCOD/(m3·d)。配套設備：1臺厭氧循環泵，Q=7.0m3/h，H=8m，N=0.25kW；1臺pH在線監測儀；60立方彈性懸掛填料，φ150×2000mm。

3.5 A/O池+MBR池

A/O池+MBR池1座，利用缺氧和好氧環境交替實現生物脫氮除磷，同時去除部分有機物。A/O池均采用半地埋式鋼混結構。缺氧池有效容積為20m3，HRT為24h，設計容積負荷為2.0kgCOD/(m3·d)，MLSS為3000mg/L，DO值控制在0.4mg/L以下。好氧池有效容積為20m3，HRT為24h，DO值為2.0mg/L，設計容積負荷為1.0kgCOD/(m3·d)，MLSS為4000mg/L。MBR池有效容積為20m3，HRT為24h，DO值為2.0mg/L；硝化液自MBR池末端回流至缺氧池，回流比為200%。配套設備：2臺回轉式風機，1用1備(與調節池共用)，參數為1.77m3/min，0.5kgf/cm2，2.2kW，配置變頻器；30立方彈性懸掛填料，φ150×2000mm；膜式曝氣盤微孔曝氣系統，曝氣器及附件36套;硝化液回流泵1臺，Q=7.0m3/h，H=5m，N=0.25kW；MBR膜組件1套，PVDF中空纖維膜150m2；自吸式離心泵各3臺，2用1備，分別作為產水泵和反洗泵使用，Q=3.0m3/h，H=8m，N=0.37kW；2套膜化學在線清洗系統，化學清洗時分別使用堿性次氯酸鈉和檸檬酸進行清洗，300L，25L/h。

3.6 清水池

清水池1座，存儲MBR產水，同時作為MBR膜在線反沖洗水源，采用半地埋式鋼混結構。有效容積為8m3，HRT為8h。

3.7 污泥濃縮池

污泥濃縮池1座，有效容積為8m3。采用半地埋式鋼混結構。采用重力濃縮連續式操作，污泥濃縮時間為48h，池體極限固體通量為30kg/(m3·d)。配套設備：1臺螺桿泵1，Q=2m3/h，P=0.6MPa，N=1.5kW;1臺廂式壓濾機，過濾面積為10m2，N=2.2kW。

4 調試與運行

4.1 工程調試

本工程2017年12月份建成，并于2018年2月開始調試運行，系統采用20h連續運行，調試期約3個月。

4.1.1 混凝沉淀調試

通過加藥泵向混凝區中投加混凝劑(PAC、PAM)和質量分數為10%的NaOH，根據廢水水質和水量確定混凝劑和NaOH的投加比例，以pH值達到7.5～8.0和混凝沉淀效果良好為準。每日需排泥一次，當處理水量和去除效果達到設計要求時，即完成調試。

4.1.2 ABR池調試

ABR厭氧池的接種污泥取自當地鄉鎮污水處理站的濃縮池污泥，接種污泥體積為40%池容。將污泥投入ABR池后加滿用自來水稀釋后的原廢水，稀釋比例為5:1。控制調試階段pH值為7.5～8.0，營養物質比例取COD：N：P=(300～500)：5：1。啟動初期控制進水流量為設計值的1/5，進水COD濃度為3000～4500mg/L。在馴化一段時間后，當COD去除率達到60%左右時，逐步提高進水流量和容積負荷。經過60d左右各反應器進水流量和容積負荷均達到設計要求，COD去除率在70%左右，處理效果穩定。池內填料表面附著一層黑色生物膜，質感粘稠，基本完成掛膜，可認為調試完成。

4.1.3 A/O+MBR系統調試

A/O、MBR調試與ABR厭氧系統調試同時進行，ABR池出水進入A/O池。好氧池和缺氧池的接種污泥均取自當地鄉鎮污水處理站的濃縮池污泥，接種污泥體積為30%池容，投入接種污泥后，灌滿自來水，并悶曝24h，待污泥呈黃褐色后開始進行。缺氧池采用微曝氣，控制缺氧池調試階段pH值為7.5左右，DO值為0.3～0.4mg/L，營養物質比例取COD：N：P=300：5：1。好氧池和膜池調試階段pH值為7.0左右、DO值為2.0～3.0mg/L、營養物質比例取COD：N：P=150～200：5：1。進水方式與ABR池同步。好氧池和膜池內采用連續20h曝氣。硝化液回流到缺氧池前端，回流比為200%。采用逐步提高進水流量和容積負荷的方式進行調試。經過70 d左右，與厭氧池同步進水流量和容積負荷均達到設計值，出水水質達到排放要求，處理效果穩定。同時，在填料表面出現一層黃褐色的生物膜，顯微鏡下可見草履蟲、腎形蟲和累枝蟲等。掛膜階段結束，可認為調試完成。MBR系統調試主要為產水泵和反沖洗泵程序的調試，抽吸泵運行8min，停2min；反復10個周期后進行在線反沖洗1次。產水和反沖洗采用PLC控制。

4.2 運行效果

通過3個月的調試運行，整個系統運行效果穩定，并且出水水質優于《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》(GB27631-2011)中表2新建企業水污染物直排限值。各單元處理效果見表2。

表2 各單元處理效果

5 效益分析

電費：總裝機容量11.15 kW，正常運行5.95 kW，日耗電量為56.95kW·h，工業電費價格按0.6元/kW·h計，則耗電量1.7元/m3。藥劑費：PAC單價1.5元/kg，用量0.15 kg/m3；PAM單價20元/kg，用量0.005 kg/m3；堿單價2.0元/kg，用量0.10 kg/m3，則藥劑費為0.5元/m3。廢水站僅需安排1名兼職管理人員，人工費不計。總運行費用總計為2.3元/m3。

6 結論

針對峨眉山某酒業有限公司濃香型白酒廢水具有有機物濃度高、BOD/COD值較大、氨氮及總磷高等特點，采用“混凝沉淀+ABR+A/O+MBR”工藝進行處理。該工藝處理效果好，抗沖擊負荷能力強，最終出水COD、BOD5、NH3-N、SS濃度分別為68.5、26.3、5.0、6.6 mg/L，達到《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》(GB 27631-2011)中表2新建企業水污染物直排限值。