五級Bardenpho +MBR 膜工藝在醬香型白酒廢水中脫氮效果的應用研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0097-06

中圖分類號：X703.1文獻標志碼：B

Application of Five Stage Bardenpho + MBR Membrane Process in Nitrogen Removal from Sauce- flavored Liquor Production Wastewater

PanGuangshuai，Liu Kaihua，Chen Xuzhou，Zhong Xing，Jiang Songzhu （Guizhou Xijiu Co.，Ltd.，Xishui 56460O，China）

Abstract：Thisstudyexaminesthedenitrificationperformanceofafive-stageBardenphocoupledwithanMBRmembraneproces employedbyasaucefavoredhiteliquoroverthecourseofoneproductionyear.Thefindingsindicatethatthoverallnitrogenremoval efficiency of the five-stage Bardenpho + MBR system reaches 87. 12% throughout the year.The most eficient period for total nitrogen removalccursuringepteberctoberndoeberocidingwitteompanyfftithndventhtatiohs， with removal rates exceeding 89% in each of these months.The monthly average total nitrogen removal rate remains consistently above （204 80% for the entire year.The annual average ammonia nitrogen removal rate stands at 97.51% ，with optimal performance also observed during September，October，and November.In these months，theammonia nitrogen removal eficiency surpasses 99% ．For the entire year，the monthly average ammonia nitrogen removal rate remains above 90% .In conclusion，the five-stage Bardenpho + MBR membraneprocesdmonstratesmarkablednitrficationefiiencyprtularlysuitableforectivelyemovingothtotlrgend monia nitrogen in the wastewater generated by sauce-flavored liquor.

Keywords：five-stage Bardenpho +MBR membrane；sauce-flavored liquorproduction wastewater；denitrification effect

前言

中國食品報披露中國醬香型白酒市場正處于成長期，醬酒的消費人群不斷擴大[1]。醬酒的釀造伴隨著釀造廢水的產生，自2009年起，中國每年都會排放超過10000萬t釀酒廢水，而白酒廢水在釀酒廢水中占據了極大的比例。這些廢水含有雜質、污染物濃度極高，若未經處理達標直接排放，隨徑流流入水體，將嚴重危害自然環境[2]。另一方面，由于大部分醬香型白酒企業產生的釀造廢水中氨氮及總氮的濃度較高，傳統活性污泥法難適用于此類廢水的處理。

五級Bardenpho工藝是在傳統AAO工藝上進行改進的新工藝，具有較好的脫氮處理效果。工藝在“慶氧 + 缺氧 + 好氧”的基礎上，后置“缺氧 + 好氧池”，能夠讓污水中的氨氮再次發生反硝化及硝化反應，從而加強脫氮效果。部分污水處理廠在實際運行過程中為了進一步加強脫氮效果，將后置好氧池更換為MBR膜池，提高硝化菌的種群密度，讓污水與硝化菌的接觸面更大。這種“五級Bardenpho+ MBR膜”的工藝模式不僅占地面積小，而且脫氮效果得到進一步提高。

赤水河中游某醬香型白酒企業配套的污水處理廠采用“五級Bardenpho +MBR 膜”工藝，能夠穩定將釀酒廢水中的氨氮、總氮濃度很好地去除。文章研究該污水處理廠在2023年一個醬香型白酒生產輪次中，不同濃度的生產廢水通過五級“Bardenpho+ MBR膜”工藝后對氨氮、總氮的去除效果。

1污水處理工藝及進水水質介紹

1.1 污水處理工藝介紹

該污水處理廠的五級Bardenpho +MBR 膜處理單元前，還設置有 5mm 間隙的粗格柵 ，3mm 固液分離機 ?1mm 固液分離機、溶氣氣浮池、一級絮凝沉淀池、調節池、UASB池、化學脫氮除磷單元對污水進行處理。

1.2五級Bardenpho + MBR膜工藝進水水質介紹

該污水處理廠接收的廢水中污染物指標主要包括COD、氨氮、 TN，TP 。其中，TP經過化學脫氮除磷單元處理后，進入五級Bardenpho +MBR 膜工藝單元的TP年平均進水濃度為 1.25mg/L ，最大日均值濃度為 13.01mg/L ，最小日均值濃度為 0.08mg/L 。

COD經過該污水處理廠的UASB厭氧處理單元處理后，進入到五級Bardenpho +MBR 膜工藝單元的年平均進水濃度為 110.81mg/L ，最大日均值濃度為 488.20mg/L ，最小日均值濃度為 20.5mg/L_o 為保障五級Bardenpho +MBR 膜工藝單元的C：N滿足微生物的需求，一般保持進水的C：N在 8～10 左右，同時也可將調節池的污水通過超越管道超越至該單元作為碳源使用，降低運行成本。（見表1）

文章主要對該五級Bardenpho + MBR膜工藝單元對總氮、氨氮的去除效果進行研究，故不再對該系統的TP、COD 進行分析。該五級Bardenpho + MBR膜工藝單元進水中總氮及氨氮濃度變化趨勢在全年呈現倒V型變化趨勢，均在10月份達到最高峰，在1月份達最低值。總氮月平均濃度最高為89.52mg/L ，最低為 10.77mg/L ；氨氮月平均最高濃度為 79.57mg/L ，最低為 9.06mg/L 。

從進水的總氮濃度變化趨勢分析，總氮全年最大日均值超過 120mg/L ，最小值低于 2mg/L 。總氮濃度在7月份之前數據波動較小，且濃度增長變化幅度不大；自7月份后，總氮濃度變化趨勢較大，至10月份達峰值后呈下降趨勢。

從進水的氨氮濃度變化趨勢分析，氨氮全年最大日均值為 113.88mg/L ，最小日均值為 0.24mg/ L，濃度落差較大。氨氮濃度在7月份之前數據波動較小；自7月份后，氨氮濃度變化趨勢較大，至10月份達峰值，然后呈現下降趨勢。（見圖1）

2“五級Bardenpho + MBR膜”工藝介紹

醬香型白酒釀造企業產生的污水中總氮、氨氮等污染物濃度較傳統生活污水中的濃度高，且傳統的AAO工藝受碳因素影響較多，很難保證生化單元處理后的污水中總氮、氨氮的濃度降低至《發酵酒精和白酒工業污染物排放標準》（GB27631－2011）表3標準。1976年，由Barnard提出的五級Bardenpho 工藝具有高效的脫氮效果[3]。五級Bardenpho工藝在AAO工藝的基礎上進行了改良，前三級與AAO 相似，但后二級則較單一缺氧區工藝呈現出兩個重要的作用：1.2#缺氧區進一步強化了反硝化，使出水TN濃度進一步降低；2.減少了下一單元中硝酸鹽的量。但傳統的五級Bardenpho工藝受限于流程長，占地面積大，因而應用較少[4]。五級Barden-pho +MBR 膜工藝則是在傳統五級Bardenpho工藝的基礎上，將2#好氧池更換為MBR膜池。這不僅能減少占地面積，還能夠提高污泥濃度并且具有較好的泥水分離效果[5]。該工藝結構為\"厭氧處理單元 +1 #缺氧處理單元 + 好氧處理單元 +2 #缺氧處理單元+MBR 膜處理單元”[6]

3主要構筑物及運行效果

3.1 厭氧單元

有效容積 120m³ ，水力停留時間 2.67h ，溶解氧濃度保持在 0.1～0.2mg/L，pH 值維持在7＼～8之間。污水進入五級Bardenpho + MBR膜工藝單元時，先發生氨化反應，即在厭氧單元將污水中的有機氮氨化為氨氮。除此之外，厭氧單元還能促進聚磷菌釋放體內多聚磷酸鹽，提高聚磷菌在好氧單元除磷效率。

3.2 1#缺氧單元

有效容積 360m³ ，水力停留時間 ，溶解氧濃度 ?0.5mg/L 。該單元通過反硝化作用將污水中的硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮反硝化為氮氣、氧化氮等氣體，從而降低污水中的總氮含量。

3.3 好氧單元

好氧單元容積為 360m³ ，水力停留時間為 ，溶解氧濃度維持在 4～5mg/L 之間，污泥濃度維持在 8000～12000mg/L ，污泥負荷為 0.18kg COD/kgMLSS?d ，污泥齡為20d，硝化液回流比為 300% 。MBR系統好氧池中污泥質量濃度高于常規工藝，存在大量的硝化菌，對 NH₃-N 具有較高去除能力[7]

污水中的有機氮在厭氧池氨化為氨氮后，在好氧池發生硝化作用，氨氮硝化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。這部分硝酸鹽氮以及亞硝酸鹽氮再通過好氧單元內回流泵的作用回流到1#缺氧池發生反硝化作用。經過上述氨化、硝化、反硝化作用后，該系統的總氮及氨氮已去除大部分。

好氧池出水總氮月均值最低的月份為2月，濃度為 1.53mg/L ;好氧池出水總氮月均值最高為8月，濃度為 11.35mg/L 。好氧池出水氨氮月均值濃度最低為2月，濃度為 0.56mg/L ；好氧池出水氨氮月均值濃度最高為8月，濃度為 1.95mg/L 。從好氧池總氮日均值變化趨勢看，好氧池總氮濃度呈現逐漸上升的趨勢，并在11月過后逐漸下降，其最大日均值為 15.62mg/L ，最小日均值為 0.57mg/L ，全年平均值為 7.00mg/L ;好氧池氨氮濃度日均值濃度最高為 3.69mg/L ，最低為 0.03mg/L ，全年濃度平均值為 1.04mg/L （見表2）

如圖2所示，經過好氧池處理后污水中的總氮濃度基本滿足《發酵酒精和白酒工業污染物排放標準》（GB27631－2011）表3標準要求的 TN?15 的排放要求，但還存在少數情況不能滿足。經過好氧池處理后污水中的氨氮濃度均遠低于《發酵酒精和白酒工業污染物排放標準》（GB27631－2011）表3標準要求的氨氮 ?5 的排放要求。

3.42#缺氧單元

該單元有效容積為 120m³ ，水力停留時間為

2.67h ，溶解氧濃度同1#缺氧單元。污水中的總氮經過好氧池和1#缺氧池反硝化、硝化反應后，已經降低至較低水平，但依然不能保障此時水中的總氮能夠穩定達到《發酵酒精和白酒工業污染物排放標準》（GB27631－2011）表3標準。因此為避免某時總氮數據異常導致超標情況發生，需要將好氧池中殘留的硝酸鹽、亞硝酸鹽在2#缺氧池通過反硝化作用進一步降解。（見表3）

3.5 MBR膜處理單元

該單元容積為 240m³ ，水力停留時間為 5.34h ，溶解氧濃度在 8～9mg/L 之間，污泥濃度在 9000～ 12000mg/L 之間。MBR膜通量 0.3m³/m²?d ，膜面積大于 3333m² ，污泥回流量為 100% 。該單元能夠保持較高的污泥負荷，有效降低污水中的氨氮濃度。

3.6“五級Bardenpho +MBR 膜”工藝對總氮、氨氮的去除效果分析

通過對MBR膜池出水進行分析，總氮月均值濃度最大為 10.60mg/L ，最低為 1.17mg/L ，月均去除率最高為 89.67% ，出現在2月；最低為 83.98% ，出現在6月，全年月均去除率均大于 80% 。MBR膜池出水中氨氮月均最大濃度為 1. 25mg/L ，最低為0.29mg/L ，去除率最高為 99.49% ，出現在11月；最低為 92.72% ，出現在1月，全年月均去除率均大于 90% 。

從MBR膜池出水總氮日均值濃度變化趨勢看，經過五級Bardenpho + MBR膜工藝處理后的污水中總氮濃度穩定在 15mg/L 以內，能夠穩定達到《發酵酒精和白酒工業污染物排放標準》（GB27631-2011）表3標準。

MBR膜池出水中氨氮日均值濃度最大值為3.69mg/L ，最小值為 0.03mg/L ，全年出水氨氮濃度較為穩定，大部分時間低于 1mg/L ，濃度高峰期出現在7月至9月，但濃度基本不高于 2mg/L （見圖3）

4結論

五級Bardenpho + MBR膜工藝對總氮的年均去除率為 87.12% ，出水總氮年均濃度為 6.30mg/L 氨氮年均去除率為 97.51% ，出水氨氮年均濃度為0.71mg/L 。總氮、氨氮去除效果最高時間為9月至11月，該期間正值該公司生產的五、六、七輪次，污水水量較大且濃度較高。總氮月均去除率方差 σ₁²=σ 0.0056，氨氮月均去除率方差 σ₂²=0.0046 。方差σ₁² σ₂² 均較小，表明五級 Bardenpho +MBR 膜工藝對氨氮及總氮的去除率波動較小，全年脫氮效果較為穩定，對氨氮及總氮的去除效果較好，在醬香白酒廢水的處理中有很好的應用前景。

參考文獻：

[1]顧雨霏.堅持長期主義醬酒仍是“好機會\"[N].中國食品報，2024-03-04.

[2]黃生林，陳小光，馬春燕，等.我國白酒廢水處理工藝探討[J].中國釀造，2023，42（3）：28-33.

[3]劉雷斌，高守有.七段Bardenpho工藝在污水處理廠中的實踐及效果分析[J].給水排水，2021，57（9）：21-25.

[4]楊平，周家中，管勇杰，等.基于MBBR的AAO和Bar-denpho工藝改造效果對比[J].中國給水排水，2021，37（7）：11-19.

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[7]吳思，馬志龍，楊占強，等.MBR工藝強化脫氮除磷處理滇池農業面源污水的調控方法及實際應用[J].重慶大學學報，2023，46（1） ：68-75.