多級A/O工藝在酒廠廢水脫氮處理工程中的應用

陳亞平，羅思強，肖杰，姜延雄，張愛平，楊靜

1. 四川省生態環境科學研究院（成都 610041）；2. 四川省環保科技工程有限責任公司（成都 610041）；3. 四川師范大學（成都 610031）

白酒工業生產廢水主要來自發酵、蒸餾、設備地面沖洗水等中等偏高濃度有機廢水，其BOD5/COD在0.4左右，營養配比較均衡，是適宜生化處理的無毒有機廢水。四川省某酒廠是國內第一個被許可使用“純糧固態發酵白酒”標志的企業，原有一座處理規模3 000 m3/d的污水處理站，運行負荷80%以上。廢水處理采用“厭氧發酵+好氧”為主體，污泥處理采用帶式濃縮一體機，污泥含水率降至80%后外運。長期運行以來存在問題：（1）因建設年代較早，現有污水處理系統存在充氧效率低、運行管護不方便、處理效果差、穩定達標排放壓力大等現象；（2）酒廠需新增2條生產線，擴建后廢水產生量及排放量均隨之增加，現有廢水處理站不能滿足企業發展需求。

針對該酒廠廢水特點以及原處理工藝存在問題，園區污水處理站經擴建改造，設計處理廢水規模提至4 500 m3/d。廢水處理采用“預處理→厭氧發酵→氣浮→多級A/O→A2/O→超磁除磷”的組合工藝，出水水質滿足GB 27631—2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》，污泥處理采用“濃縮→機械脫水→低溫干化”工藝，污泥含水率降至50%以下外運。擴容改造后，該酒廠設施新增占地約1 412 m2，總投資約2 407萬元。

1 設計進、出水水質及執行的排放標準

設計進、出水水質見表1，出水水質達到GB 27631—2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》直接排放的水污染物排放限值。

表1 設計進、出水水質及執行的排放標準

2 工藝流程及裝置

2.1 工藝的選擇

酒廠原處理廢水的工藝：生產車間廢水→收集池→粗格柵間及提升泵房→細格柵間→儲配池→兩級厭氧發酵→豎流式沉淀池→好氧曝氣池→幅流式沉淀池→超磁除磷。其中，污水站預處理系統、厭氧處理系統運行效果相對穩定高效，僅需對其合理優化即可發揮最佳功效，而好氧系統運行效率較低，氮、磷去除效率低，存在較大環保壓力。酒廠污水各構筑物進水水質見表2。

表2 酒廠原污水站各構筑物進水水質 單位：mg/L

可以看出，該酒廠進水中有機物、NH3-N和TN濃度較高，但經過厭氧反應器高效處理后，好氧池進水COD質量濃度僅150 mg/L，而NH3-N和TN濃度仍有上百毫克每升，而好氧處理系統適宜的C∶N∶P為100∶5∶1[1]，可見污水處理站好氧池中營養比例嚴重失調。分析可知，這是由于部分非溶解態物質在厭氧狀態下由有機氮轉化為NH3-N，溶于水中，而厭氧環境下的微生物對氮、磷元素的降解能力非常有限，只能依靠后續的好氧單元進一步去除[2]。綜上，為確保出水水質達標排放，應全面提升生化處理系統的脫氮除磷能力，故好氧系統的改造是污水站擴容改造的重點。

綜合考慮項目的經濟效益、HJ 575—2010《釀造工業廢水治理工程技術規范》的要求以及釀造廢水應遵循“清污分流，濃淡分離”的原則，擴建改造工程將好氧系統升級為多級A/O工藝。多級A/O工藝又稱“缺氧+好氧法”，是由多個串聯A/O組成[3]，對廢水COD、NH3-N、TN等污染物有較高的去除率。設計方案在既有好氧曝氣池新增微孔曝氣，改造為多級A/O池，采用鼓風曝氣，曝氣設備為管式微孔曝氣器，微孔曝氣系統氧轉移效率較高，通過控制溶解氧濃度可實現短程硝化反硝化，從而提高脫氮效率。

2.2 整體工藝流程

酒廠廢水處理整體工藝見圖1。各生產車間排出的高濃廢水通過污水管道首先進入格柵池，在回轉式格柵機的作用下去除較大的懸浮物，經過回轉格柵后的廢水進入滾筒格柵，對水中的酒糟等較細懸浮物進行進一步的固液分離，廢水進入地埋式集水池，集水池出水進入綜合調配池進行酸堿中和調節，使其堿度達到厭氧發酵的要求后，約85%的廢水在高壓泵作用下通過底部布水系統進入兩組串聯的厭氧反應器，為減少碳源的添加，將剩余15%的廢水直接進入氣浮池，待后續進入多級A/O處理系統。

圖1 酒廠廢水處理整體工藝流程圖

厭氧反應器出水進入豎流式沉淀池進行固液分離，厭氧反應器出水進入氣浮設備進行除渣除磷，物化除磷和除渣后的廢水分別進入改建多級A/O池體，進水與回流的好氧污泥及營養液一道進行充分混合，最后一級好氧池出水進入末端好氧池進一步去除有機物和營養物，廢水中的污染物在此得到進一步的降解后自流進入平流沉淀池單元，廢水流出平流沉淀池后，進入原有12格好氧曝氣池。通過對現有曝氣池的改造，優先改造曝氣方式，改造后為A2/O處理工藝，達到深度生化脫氮除磷效果。經過上述兩段生化工藝，池體部分混合液和污泥回流至各段生化池前段進行反硝化脫氮及生物除磷，可以充分保證廢水COD、NH3-N、TN等指標達標。后進入二次沉淀池泥水分離可實現達標排放，但為保證總磷的穩定達標，其生化出水再經過超磁加藥脫磷反應裝置后排放。

3 主要處理構（建）筑物設計

3.1 預處理系統構筑物

格柵池、應急池、收集池、綜合調配池（利舊），預處理加藥間改造，新增設備。

應急池峰值水量600 m3/h，峰值時間3 h；峰值泥量200 m3/d；新增2臺轉鼓格柵電機，功率為0.75 kW；全自動pH加藥裝置2套（1用1備），1.5 m3加藥箱2套，酸堿攪拌器4套，自動pH監測儀器1套；水泵KQW150/370-37/4，37 kW，2臺。

3.2 厭氧處理系統構筑物

一級厭氧發酵罐1座，鋼筋混凝土結構，土建工程按4 500 m3/d建設，設施尺寸Φ22.0 m，H=24.0 m，有效容積9 000 m3，停留時間HRT=48 h。二級厭氧發酵罐2座鋼筋混凝土結構，罐體（利舊），管路校核后改造，土建工程按4 500 m3/d建設，設施尺寸Φ21.0 m，H=20 m，單座容積7 700 m3，總停留時間HRT=82 h。二級厭氧沼氣罐2座鋼筋混凝土結構，總停留時間HRT=53 h，設施尺寸Φ21.0 m，H=18 m，單座容積5 000 m3，土建工程按4 500 m3/d建設。豎流沉淀池（利舊）1座，新增1座，鋼結構，土建工程按4 500 m3/d建設，改造出水管路200 m。設施尺寸Φ7.0 m，H=11.5 m，總停留時間HRT=2.4 h，單座容積220 m3。

3.3 前置脫氮除磷處理系統構筑物

新建1座4 500 m3/d鋼筋混凝土結構加藥攪拌間，設施尺寸9.6 m×13.8 m×7.1 m，分2格，配套加藥系統2套，分別為PAC、PAM投加裝置，沉淀池2套。新建2座4 500 m3/d鋼筋混凝土結構氣浮池，設施尺寸5.0 m×14.2 m×6.5 m，分2格，表面負荷1.0 m3/（m2·h），HRT小于2 h，配套斜板沉淀4套；反洗設備4套；排泥系統4套。

3.4 多級A/O裝置

1座2組，鋼筋混凝土結構，前置三級A/O一體池+末端好氧池+平流沉淀池，前置三級A/O一體池土建工程按4 500 m3/d建設，尺寸為14.9 m×46.3 m×7.8 m，分2格，配曝氣管路系統4套，曝氣風機2套。末端好氧池按4 500 m3/d建設，尺寸為5.1 m×9.1 m×7.8 m，分2格，配污泥回流泵2套。總停留時間HRT為13.0 h，各級停留時間：HRTA1=1.4 h，HRTO1=2.2 h，HRTA2=0.8 h，HRTO2=3.6 h，HRTA3=1.5 h，HRTO3=3.5 h。新建平流沉淀池1座，鋼筋混凝土結構，按4 500 m3/d建設，設施尺寸5.1 m×10.0 m×6.6 m，表面負荷1.0 m3/（m2·h），HRT約2 h，配桁架泵吸泥機1套。

3.5 除磷加藥系統構筑物

輻流沉淀池及回用水池。利用原有藥劑系統，深度去除水體TP，輻流沉淀池總停留時間HRT=3 h，Φ2.5 m，H=4 m，4座，藥箱2 m×1 m，2座，土建工程按4 500 m3/d建設。計量泵JBM 0.37 kW，4臺，回用水池6.0 m×3.0 m×3.5 m，有效容積60 m3，鋼砼結構。配套潛水泵WQ20-40-7.5，水量20 m3/h，H=40 m，P=7.5 kW，2臺，自耦變頻。

3.6 污泥脫水烘干系統構筑物

新建污泥脫水進料攪拌池2座，高位Φ6.0 m×3.5 m，鋼結構。新建污泥脫水及烘干設施40 m×18 m廠房1座。疊螺污泥脫水機P=3.75 kW 1臺，串螺污泥脫水機P=2.2 kW 1臺，進泥泵P=2.4 kW 2臺，加藥系統P=2.6 kW 171套，螺旋輸送機P=2.2 kW 1套。烘干設備（安尼康配套），處理量20 t/d（進泥含水率75%～80%），干化后污泥含水率50%（≤50%可調節），運行時間21.5 h/d，PLC自控，安裝尺寸2 m×2.4 m×2.78 m，總功率1 77.6 kW/h（380 V/3PH/50 Hz）。冷卻塔P=0.59 kW 2臺，循環液輸送泵P=2.8 kW 2臺。

3.7 工程投資及經濟指標

某酒廠擴容改造項目總投資估算約2 407萬元，其中項目工程第1部分建設費用1 851萬元，項目工程第2部分其他費用321萬元，基本預備費195萬元，鋪底流動資金40萬元。工程采用EPC方式實施，資金全部由企業自籌。

4 運行效果

四川某酒廠擴建工程于2019年5月建成，經16個月的調試運行，處理效果穩定，其長期調試運行數據見表3。經核心工藝多級A/O處理后，COD、NH3-N、TN與TP的處理率分別達99.25%，96.31%，94.92%和85.78%，脫氮效果顯著，且處理過程和出水水質的pH均非常溫和，一直保持在pH 6～9。經多級A/O工藝處理后，輻流沉淀池出水再經超磁除磷工藝處理，出水TP的去除率可達98%及以上，最終出水COD、NH3-N、TN、TP均穩定在100，10，20和0.5 mg/L以下，出水水質優于設計GB 27631—2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》直接排放的水污染物排放限值。

表3 長期調試運行數據

5 結語

與四川某酒廠的生產工藝同步，在不停產的情況下，將既有3 000 m3/d的酒廠廢水處理系統擴建為4 500 m3/d，核心工藝采用多級A/O，出水水質優于G 27631—2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》直接排放的水污染物排放限值。工程擴建方案充分考慮節約投資和占地，具有一定的經濟、環境和社會效應。“預處理+厭氧發酵+氣浮+多級A/O+A2/O+超磁除磷”組合工藝對于去除酒廠廢水COD、NH3-N、TN、TP有明顯效果，可為其他酒廠工藝設計和提標改造提供參考。