某酒企污水處理廠工藝調試淺析

張 磊 覃顯淳

(1.貴州茅臺酒股份有限公司,貴州 仁懷 564500;2.桂潤環境科技股份有限公司,南寧 530000)

赤水河作為長江支流之一,有“英雄河”、“美酒河”之稱,物種豐富資源豐富,是長江流域的重要生物寶庫。近年來,在茅臺的帶動下赤水河流域的醬酒企業百花齊放,隨之給赤水河流域的生態環境帶來了巨大壓力。因此,污水處理廠的提標升級勢在必行。同時,對于醬酒企業廢水來說,其廢水水質和水量與制酒工藝密切相關,水質水量隨制酒輪次的提升逐步遞增,波動性較大,導致污水處理廠的運轉出現各種問題。尤其是制酒5-7輪次(對應8-10月份),污水處理廠出水總氮和COD等指標極易出現超標情況,不少企業為解決上述問題,正在大力推進污水處理廠技術改造。

工藝調試作為污水處理廠投運前的一項關鍵工作,目的是解決投運前設施及設備出現的故障,確保在有負荷的條件下正常運行,出水各項指標達到設計要求[1-4]。某酒企的污水處理廠的設計規模為3000 m3/d,用于處理一廠和二廠排出的鍋底水、清洗工具水、車間地坪沖洗水、窖底水等生產廢水和廠區生活污水。針對該污水處理廠的調試結果,分析和總結了各項污染指標的控制參數及要求。

1 工藝概況

1.1 設計進出水質要求

該污水處理廠設計進水為酒廠排放的鍋底水、清洗工具水、車間地坪沖洗水等生產廢水和廠區生活污水,出水水質達到GB27631-2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》表3直接排放標準,設計進水、出水主要水質指標詳見表1。

表1 設計進出水的水質要求

1.2 存在問題

通過后續輪次出現的問題分析,導致總氮和COD極易超標的原因為:一是污水管網不斷完善后引起進水水質濃度不斷提高;二是原有的水解+好氧工藝,好氧池處理能力不足,缺氧單元工藝滿足不了要求,未考慮增加深度處理單元,導致總氮和COD不能有效處理。

1.3 改造工藝流程

釀酒企業在蒸煮、蒸餾及清洗過程中會產生大量廢水,廢水具有高化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)和懸浮物(SS),低 pH,高硫濃度等特性[5-6]。目前,處理釀酒廢水的主要方法有物理化學方法、生物方法、聯用技術等[7-9]。由于釀酒廢水成分復雜處理難度大,很少有獨立技術能夠在嚴格的環境治理標準和降低處理成本之間達到平衡[10],實際運行中常采用生物法和聯用技術進行處理后達標排放。

該污水處理廠采用“UASB+A2/O+A/O”工藝,具體流程為:生產/生活廢水→旋轉微濾機→初沉池→調節池→1號氣浮→水解酸化池→UASB反應器→高效沉降器→2號氣浮→一級A池→一級O池→二級A池→二級O池→二沉池→纖維轉盤→3號/4號氣浮→碳濾池→消毒池→排放口。

廠區收集的綜合污水通過管道流入旋轉微濾機,將污水中的高粱籽、酒糟及其他纖維類物質過濾掉,濾渣經螺旋輸送機送到堆渣間,濾液進入初沉池,廢水中的細小懸浮物在初沉池進行初次沉淀。初沉池出水進入調節池調節后抽至1號氣浮,通過投加純堿調節pH為6～7,投加PAM增加絮凝效果,廢水中殘留的懸浮物或污泥被溶氣水攜帶上浮后刮除。氣浮出水進入水解酸化池,通過水解酸化菌將廢水中部分大分子有機物和難降解有機物水解為小分子有機物和易降解有機物。然后進入UASB厭氧反應器降解大部分有機物,UASB出水攜帶的厭氧污泥在高效沉降器沉淀后部分排至污泥池、部分回流至預酸化池,沉淀出水進入2號氣浮,通過投加聚鐵和PAM,進一步去除廢水中的懸浮物和膠體物質。

2號氣浮出水投加碳源后,分別進入四組一級A池,一級A池通過外回流補充污泥,內回流補充硝化液,在缺氧條件下反硝化菌將回流硝化液中的硝態氮、亞硝態氮轉化為氮氣,進而脫除總氮。一級A池出水進入一級O池,硝化菌在曝氣足夠的條件下將廢水中的大部分氨氮轉化為硝酸鹽和亞硝態氮,一級O池部分混合液回流至一級A池,部分流入二級A池,進行脫氮。

二級A池出水進入二級O池進一步硝化,部分混合液回流至一級A池,部分進入二沉池進行固液分離,二沉池出水進入纖維轉盤去除懸浮物后到3號/4號氣浮,通過投加PAC、PAM進一步降低廢水COD、總磷,通過投加次氯酸鈉進行脫色和消毒,產生的物化污泥通過氣浮刮除,氣浮出水經碳濾池過濾再次吸附有色基團和難降解COD,后排至消毒池,消毒池廢水溢流至巴歇爾槽后外排。

2 調試結果與分析

2.1 調試結果

該處理系統經過調試前的設備修復、設施調整和生化投泥等措施,于10月份趨于平穩運行。調試期間為該廠最大處理水量,處理量為1900 m3/d,來水水質復雜,難生化降解有機物含量高,處理難度較大,調試到此階段時,污水處理系統設備設施運行已趨于穩定,活性污泥逐步成熟,各單元充分發揮處理作用,具有運行代表性,各項指標達到GB27631-2011《發酵酒精和白酒工業水污染物排放標準》表3直排標準,各污染物平均指標詳見表2。另外,通過指示微生物的觀察,發現污微生物主要有輪蟲、腔輪蟲、集蓋蟲(蓋纖蟲)、鼬蟲、表殼蟲、磷殼蟲、游仆蟲等(如圖1所示),表明處理效果佳且出水清澈。因此,選用10月份的數據進行工藝控制要求分析。

圖1 主要指示微生物

表2 各單元各項指標平均濃度及去除率

2.2 COD的控制

2.2.1 厭氧處理單元運行穩定性分析

由于厭氧停留時間足夠長(停留時間3.5d)且初沉池和調節池也發揮了一部分去除作用,因此,UASB運行不受進水COD波動較大的影響,UASB出水COD 維持在300 mg/L以下。通過現場調試的分析來看,維持厭氧處理單元的穩定運行需要控制主要參數如下:

(1)UASB出水經過沉降器之后,沉淀的污泥應及時回流到水解酸化池,厭氧污泥回流量與厭氧進水量之比控制在20%～30%之間為宜,以避免厭氧污泥的過度流失。

(2)調節池底部要保持部分的厭氧污泥,調節池因底部有積泥,對COD有一定降解功能,當進水濃度過高或進水量過大時,可以給厭氧單元起到緩沖作用,避免負荷沖擊。

(3)當揮發酸超過5 mmol/L,應及時補充厭氧污泥和截留污泥流失。

(4)調節池和水解酸化池的pH控制在6.2～6.8之間,UASB的pH控制在6.8～7.5之間。

2.2.2 AO單元及末端加藥對難降解有機物的處理分析

關于難生化降解有機物的去除,除采取及時排泥、保證污泥更新、維持污泥活性之外,還需采用以下幾種方式去除難降解有機污染物:

(1)在末端氣浮投加PAC和次氯酸鈉,兩種藥劑聯合使用去除率在40%～50%之間,通過小試分析,PAC起主要去除作用,次氯酸鈉對COD去除率只有8%左右。

(2)在二級好氧池投加活性炭粉(260目,碘值≥800),吸附難降解物質以達到降低COD的目的。當進水濃度升高導致AO出水COD升高,可適當投加活性炭粉吸附難生化降解物質。

(3)在2號氣浮投加聚合硫酸鐵去除部分難生化COD,COD去除率為11%左右。同時,聚鐵對總磷具有良好的去除作用,2號氣浮出水總磷應控制不低于8 mg/L,避免AO單元污泥缺磷而影響污泥活性。

(4)在末端氣浮濾池投加活性炭顆粒,進一步脫色和吸附COD,COD去除率在37%左右。因粒徑較大的活性炭對懸浮物過濾作用不明顯,濾池底部還需留一層細密的砂濾料攔截懸浮物。

2.3 氨氮的控制

2.3.1 預處理及厭氧單元對氨氮的處理分析

從進水段至UASB出水段,氨氮濃度逐步升高,主要原因是進水中的含氮有機物經厭氧微生物降解后釋放出游離氨基,化合物釋放出來的氨氮大于微生物生長繁殖所需的氨氮,氨氮表現為升高趨勢。

2.3.2 AO單元及后氣浮對氨氮的處理分析

大部分氨氮在一級好氧單元即完成硝化作用,控制良好的硝化作用需要控制以下主要參數:

(1)溫度:5-7輪次時正好對應于8-10月(調試期間),赤水河谷污水水溫穩定在20～35℃,具備氨氮硝化所需溫度條件。

(2)污泥濃度:3500～5000 mg/L;污泥齡:15～20天;溶解氧:一級好氧1～3 mg/L、二級好氧2～4 mg/L。

(3)由于整個AO單元分為獨立并聯的四組,各組進水量是否均衡尤為關鍵,當發現一級好氧氨氮有異常升高,應首先檢查進水量是否過大,及時調節水量平衡,再檢查污泥濃度、溶解氧等其他參數。

(4)進水氨氮負荷波動小于10%,以滿足出水氨氮為限。

(5)當生化單元硝化作用出現異常導致出水氨氮有超標風險時,可考慮后端氣浮加次氯酸鈉,進一步降低氨氮濃度。

2.4 總氮的控制

脫氮主要在AO單元進行,以一級AO為主,二級AO為輔,在兩級AO的基礎上,脫氮主要運行參數控制如下:

(1)碳氮比控制為10～12：1,即處理1kg總氮需要10～12 kg可生化COD,實際碳源投加量以二級氣浮出水總氮值為準,同時控制二級好氧池出水氨氮和總氮的差值小于10 mg/L為宜,并要求二級好氧池出水總氮控制在12 mg/L以下。

(2)一般情況下一級內回流比控制在400%～500%,二級內回流比控制在200%～400%;外回流比控制在100%～200%,當二級O池出水總氮超過12 mg/L,可加大外回流比,使系統內積累的總氮更快的脫除。

(3)缺氧段溶解氧控制在0.2 mg/L以下為佳,且該工況下碳源需求量更少。

2.5 總磷的控制

為了保證后續生化單元有足夠的磷源,2號氣浮出水總磷不宜低于8 mg/L,當進水總磷長期偏低,應額外往生化單元補充磷源,投加量以生化出水總磷不超過2 mg/L為準。當生化出水總磷超過2 mg/L且有持續升高的趨勢時,前端氣浮出水總磷應調整降低,待正常后再回調。當生化出水總磷升高影響到出水達標時,應及時增加末端氣浮PAC的投加量。

2.6 色度的控制

為保證出水色度穩定達標,本工藝段主要在末端氣浮和消毒池等工藝段控制,通過及時更新活性炭和控制次氯酸鈉的藥劑投加量,確保色度達標。

3 調試總結

由于醬香型白酒釀造廢水水質的特殊性質,在本污水處理廠改造后的工藝調試中,通過實際操作、數據收集和理論分析認為,采用合理的參數區間和控制方式,能有效確保污水處理廠穩定運營和達標排放,也可為其他醬香型白酒企業釀造廢水污水處理廠運營調試提供借鑒。COD、氨氮、總氮、總磷等指標運行控制如下:

(1)COD的控制:先控制好高效沉降器單元污泥回流量、厭氧污泥量、揮發酸、pH值等指標,使厭氧單元發揮去除COD的主體作用,保證AO單元有一個適當負荷或低負荷的環境,在此基礎上,再通過適當的加藥控制,確保工藝末端出水COD穩定達標排放。

(2)氨氮的控制:該系統的硝化能力足夠,監控好進水量、進水濃度、污泥濃度、污泥齡、溶解氧等常規參數即可維持平穩運行,同時也應注意當進水濃度或進水量發生較大變化時(比如停產、復產),進水負荷日增幅,以不超過已運行過的最大負荷的10%為宜。

(3)總氮的控制:在正常運行過程中,污泥濃度和氨氮正常的情況下,在缺氧池碳源投加充足甚至過量時,脫氮效率依然難以進一步提高,此時通過加大內回流量、降低好氧末端溶氧量,能起到立竿見影的效果。

(4)總磷的控制:先保證生化單元有足夠的磷源,當生化出水總磷升高時,可通過降低前端氣浮出水總磷或增加末端氣浮PAC的投加量來實現出水總磷的達標排放。

(5)色度的控制:及時更換活性炭濾池(末端氣浮)的活性炭,并根據出水口色度情況,調整消毒池次氯酸鈉投加濃度,能較好保障出水色度穩定達標。