固化微生物水体净化器处理酿酒废水实验工程技术报告201211222

固化微生物水体净化器（固化微生物水体净化器（Bio-Cleaner）处理酿酒废水）处理酿酒废水 实验工程技术报告实验工程技术报告 1. 前言前言 近些年，随着白酒产业调控政策效果的显现和居民消费结构升 级的拉动，白酒行业进入繁荣发展阶段，白酒总产量和利润水平稳 步提升。我省仁怀市是全国产酒比较集中的地区之一，2011 年仁怀 市规模企业白酒产量 19.8 万千升，占全省规模企业白酒产量 24.66 万千升的 80.3%，占全国白酒产量 1025.6 万千升的 1.93%。工业总 产值约 235.4 亿元。截止到 2011 年底，该市共有酱香型白酒生产窖 池 25800 多个，在建生产窖池 7000 多个，全市共有白酒企业和小作 坊 1086 户。 根据省、遵义市加快发展白酒产业的部署，仁怀市在打造“百 亿仁怀”和“百亿茅台”目标引领下，依托独特的环境资源，把白 酒产业发展提升到极为重要的战略地位。按照规划，到 2015 年，仁 怀市白酒产量 50 万千升，年均增速 34.6%。到 2020 年，该市白酒 产业产能将达 80 万千升，产值超过 1500 亿元。 随着酿酒行业的日益发展，带来的环境问题日趋严重，酿酒废 水处理的技术水平也不断提高，但总体情况不尽如人意，治理比例 低、处理成本高、技术水平不够先进，成套化、系列化、标准化程 度低。 在仁怀地区酿酒生产过程中，每生产 1t 白酒需耗 60m3水，排放 高浓度有机废水（含蒸馏锅底水、发酵盲沟水、蒸馏地面冲洗水、 “下沙”和“糙沙”的高粱冲洗水和浸泡水，占排放废水总量的 5%）和低浓度有机废水（含冷却水、清洗水）共约 48m3，排污量 很大。 为此，贵州青山绿水环保科技有限公司（以下简称“青山绿水 公司”或“该公司”）于 2011 年引进美国的 Biocleaner 技术用以解 决白酒行业日益增加的高污染废水而带来的日益严重的的环境问题。 我所（中国科学院地球化学研究所）与该公司于 2012 年 6 月份开始 对贵州省仁怀市茅台镇赖世家酒业产生的酿酒废水进行治理实验。 本实验采用从美国 Bio Cleaner 公司（以下简称“BOC 公司”） 引进的固化微生物水体净化器技术，探索该固化微生物与仁怀市白 酒行业废水 pH 值最佳适应关系、培养固化微生物利用废水中低碳 醇、脂肪酸等为营养物质的培养、繁殖的适应性，检验该技术（设 备）对高浓度有机废水的治理效果。 纵观世界污水处理方法，从简单的物理方法开始演变，继而出 现一系列的污水处理方法，如化学方法、物理化学方法、生物化学 方法、生物法等。但被广泛应用的是生物法，如活性污泥法、生物 滤池、生物转盘等。因为生物法的核心就是利用自然界中已有的微 生物对污水进行处理，不影响环境，达到处理净化污水的目的。但 现有微生物法中，成千上万的微生物并不全是功能微生物，不具有 降解有机物的能力，只有 5%-15%的微生物具有较强的降解能力， 第 3 页 共 23 页 其余的微生物却会大量消耗污水中的氧气，不仅影响功能微生物的 活性，而且死后会长生大量的污泥，在所有工艺中还要进行污泥回 流，以补充微生物，增加工艺的复杂性。而 Biocleaner 技术，是美 国 Biocleaner 公司的母公司经过近 20 年的研发，将 5%-15%的功能 微生物优选出来，经过提纯，培养驯化，把该组合型功能微生物用 高科技的方法将其固化在专利载体中且与高效节能的曝气技术完美 组合在一起，产生了这一项革命性、创新性的净水技术。这样使提 高处理效率，减少能耗，不产生污泥，运营管理简单方便得到有效 结合，故 Biocleaner 设备也被称为“可移动的污水处理厂”。 美国 Bio Cleaner 公司的固化微生物水体净化器(Bio Cleaner)， 是美国 Bio Cleaner 公司的一种将微生物反应器与曝气装置组合成一 体的革命性创新设备。它特别适用于治理工业废水和生活污水、河 道、湖面、河流、咸水湖、海湾的治理。美国 Bio cleaner 公司位于 美国加利福尼亚州，是专门从事微生物选育驯化应用及设备研发制 造的专业公司，有长期使用驾驭微生物的丰富经验。其可循环治理 环境污染的生物专利技术和产品，已成功应用在美国和世界一些地 区的各类污水、污泥、废弃物、油水分离、有机物等项目的处理中， 获得政府的高度认可并广泛采用。在高危险和高浓度污染项目处理 上，美国 Bio Cleaner 公司的生物治理技术具有世界领先水平，其 11000 余种生物菌的特殊配制，对传统处理技术无法应对的案例能 突显其神奇功效。 本实验在仁怀市环境保护局大力支持及业主单位的良好配合的 情况下进展顺利，达到了实验目的和效果，我们表示诚挚谢意! 2. 实验概况实验概况 2.1. 实验装置实验装置 BOC 公司研发的固化微生物水体净化器与高效曝气装置组合的 专利设备，是根据不同废水水中污染浓度、治理要求不同，选择数 种为特定污染物选配的优势组合微生物植入专利的载体中，以先进 的固化细胞技术使微生物在载体中得到保护。装置设备见图 1。 图图 1 装置设备图装置设备图 2.2. 实验原理实验原理 通过厌氧消化，将难分解的高分子有机物转化为易降解的低分 子有机物，提高 COD 去除率和 BOD/COD 比值。 固化微生物水体净化器与高效曝气装置组合设备，在水体中可 产生出高密度微生物菌群（密度达 106/CC），以不断产生的微生物， 对溶解在水体中污染物进行降解处理；载体中专属微生物将对污水 第 5 页 共 23 页 中可生化污泥等有机物快速降解，达到生物降解净化废水的目的。 工艺原理见图 2。 图图 2 工艺原理图工艺原理图 2.3. 实验目的实验目的 (1)、探索固化微生物与废水 pH 值最佳适应关系； (2)、探索固化微生物对废水中色度、COD、氨氮等污染物的去 除效率； (3)、探索废水处理量、工艺停留时间与污染物去除、处理成本 关系等。 2.4. 实验时间实验时间 2012 年 6 月 14 日2012 年 6 月 29 日为对原有设施改造、设备 与管道安装等实验准备阶段； 2012 年 7 月 3 日2012 年 8 月 31 日为实验运行阶段。 2.5. 实验设施实验设施 (1)、美国 Bio Cleaner 公司固化微生物水体净化器与高效曝气装 置组合设备。 (2)、利用茅台镇赖世家酒业原有污水处理站的 9 个污水处理池， 总容积共 606.4189m3。各污水处理池的情况详见表 1。 表 1 现有污水处理池各容积 序号名 称单体容积 m3 1收集池34.336 2调节池42.7054 3调节池43.7784 4厌氧池119.316 5厌氧池69.6969 6曝气池70.518 7曝气池57.5322 8沉淀池83.6832 9清水池84.8528 合计606.4189 2.6. 实验处理进水量实验处理进水量 自实验开始，每天处理赖世家酒业产生的高度酿酒废水 55m3。 2.7. 实验处理工艺流程实验处理工艺流程 本实验处理工艺流程主要为：废水进入收集池，经调节池调节 pH 值，进入厌氧池（停留时间约 3 天，常温），经厌氧池水解酸化 作用后，进入 Bio Cleaner 曝气池经过微生物的降解，去除废水中的 污染物，最后达标排放。本工艺曝气方式为连续表面曝气，系统能 第 7 页 共 23 页 耗低，同时利于微生物菌群铺散，进而在曝气池底部形成微生物床； 同时由于产生的微生物群中含有大量亲氧性微生物，固氧性能良好， 分解去除污染物效率较高。曝气系统运行约 15 天后达到正常（微生 物充分繁殖并形成生物床），此时曝气池中溶解氧含量稳定在为： 4.5-7mg/L 左右，是传统工艺污水溶解氧的两倍以上，系统经 20 天 稳定运行后，排水水质的色度、COD 等污染物已达标。本工艺另一 个显著特点：不产生污泥；因此，不需污泥处理系统。实验处理工 艺流程见图 3。 图图 3 实验处理工艺流程图实验处理工艺流程图 该组合微生物繁殖生存适应能力较强，在处理后排放的达标水 中仍然存在很多活性微生物，为充分利用该部分微生物，该工艺与 传统工艺一样也采取回流，不同的是，该工艺回流的是富含大量微 生物的清水。用水泵将溢流出的外排清水每日抽 45m3回调节池和 酿酒废水 格栅收集池格栅收集池调节池调节池厌氧池厌氧池 固化微生物水固化微生物水 体净化器与高体净化器与高 效曝气装置曝效曝气装置曝 气池气池 清水池清水池 外排清水回流 达标排放达标排放 外排清水回流 厌氧池，使厌氧池中的厌氧菌、好氧菌以及兼性菌更加丰富，增强 厌氧消化的效率。 2.8. 实验中有关图片实验中有关图片 (1)设备运行情况见图 4图 5。 图 4 废水经过厌氧消化作用流入曝气池，当废水高度 2 米即可将设 备置入曝气池，设备刚放入时的运行情况（曝气效果好，气泡细密 均匀） 第 9 页 共 23 页 图 5 设备置入曝气池后 2 小时运行情况 （开始有黑色泡沫产生，微生物产生以及在适应环境） (2)水样与曝气池中设备运行情况及回流汇总情况见图 6图 12 图 6 从左至右分别为原水水样、曝气池进口未经处理水样，曝 气池出水口第 7 天水样，曝气池出水口第 14 天水样，曝气池出水口 第 21 天水样以及添加聚合氯化铝后的水样。 图 7 曝气池第 1 天水样（COD 等污染物浓度高，呈黑色） 第 11 页 共 23 页 图 8 第二天曝气池情况 由于 COD 等污染物浓度较高，微生物 处于适应阶段，微生物已开始工作，但其量少，效能不高，所以曝 气池泡沫较多。同时说明厌氧池功能很差，第一周情况相似 图 9 曝气池出水口第 7 天水样 （水样是黄色，不稳定，放置一晚后会变黑） 图 10 第 7 天曝气池情况（设备运行正常。经过一周的适应期，微 生物已适应高浓度有机废水环境，量增多，效能提高，泡沫减少。 ） 图 11 曝气池出水口第 14 天水样 （水样颜色为黄色较深，放置一夜依旧变黑，不稳定） 第 13 页 共 23 页 图 12 第 14 天曝气池情况（曝气池中的水已经不黑没有臭味，泡沫 少，说明微生物布满处理池，开始高效工作。） 图 13 曝气池出水口第 21 天水样（水样呈黄色，比较稳定） 图 14 第 21 天曝气池情况 （设备正常运行，曝气池中的泡沫少，COD 已经降低，微生物效 能提高，处理能力增强。） 图 15 曝气池出水口经过近两个月的处理后水样 （水样颜色变浅，已达标） 第 15 页 共 23 页 图 16 近两个月曝气池情况 （设备正常运行。曝气池中的泡沫基本没有，微生物充满整个处理 流程，使处理效果更佳。） 图 17 用泵将外排清水回流至调节池和厌氧池情况 3. 实验结果实验结果 3.1. 实验处理前后色度变化结果实验处理前后色度变化结果 酿酒废水进入污水处理系统时其色度一般为 105 倍稀，经厌氧、 微生物耗氧各系统处理后，其出水色度为 35 倍稀，色度总去除率为 66.67%。酿酒废水进水和出水色度见表 2。 表 2 酿酒废水进水和出水色度 倍稀 废水色度（倍稀） 酿酒废水进水105 处理后出水35 由表 2 可以看出，经过一段时间的处理，色度由进水的 105 倍 稀降至 35 倍稀，低于国家颁布的发酵酒精和白酒工业水污染物排 放标准（GB 27631-2011）中色度出水值为 60 倍稀，说明固化微 生物净水器中组合微生物对废水的去除有着良好的效果。 3.2. 实验处理前后污染物变化结果实验处理前后污染物变化结果 酿酒废水中有机物浓度一般较高，其 COD 浓度一般在 10000mg/L 以上，进入本实验集水池的酿酒废水 COD 浓度为 27995 mg/L，经 pH 值调节、厌氧、微生物好氧系统处理后，其微生物好 氧系统出水 COD 浓度为 51mg/L，仅此 COD 总去除率为 99.82%。 其 COD 出水值已经远低于颁布的发酵酒精和白酒工业水污染物排 放标准（GB 27631-2011）中 COD 限值 150mg/L 的要求，如有必 要还可加入絮凝沉淀等处理措施，使出水水质指标更佳。 试验点连续三天各池酿酒废水见表 3，酿酒废水进水和出水氨 氮量见表 4，COD 与 NH3-N 在处理前后产生量情况见表 5。 表 3 试验点连续三天各池酿酒废水 CODcr值（mg/L） 废水 CODcr （8 月 29 日） CODcr值 （8 月 30 日） CODcr值 （8 月 31 日）均值 第 17 页 共 23 页 酿酒废水收集池279512803927995 pH 值调节池553690629624 厌氧出水400400398399 曝气池出水145173169162 沉淀池出水67535157 表 4 酿酒废水进水和出水氨氮量（mg/L） 废水氨氮量 mg/L 未经处理的废水242.51 经过处理后出水19.806 表 5 减排项目比较表 未经处理废水 传统工艺处理出 水 Bio Cleaner 工艺处理出 水 减排项目 浓度 mg/L 产生量 t/d 浓度 mg/L 产生量 t/d 浓度 mg/L 产生量 t/d COD279951.541500.008510.003 NH3-N242.510.013150.000819.8060.0011 由表 3 可以看出，酿酒废水经过近经两个月的连续工业化应用 试验，废水中 COD 由 27995 mg/L 降至 51mg/L（COD 去除率为 99.82%），使外排废水的 COD 优于发酵酒精和白酒工业水污染 物排放标准（GB 27631-2011）表 1 中直接排放 COD 限值 150mg/L。 由表 4 可以看出，也不加更多繁杂的前处理技术工艺条件下， 废水中 NH3-N 由 242.51 mg/L 降至 19.806mg/L（NH3-N 去除率 91.8%）， 已非常接近发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB 27631- 2011）表 1 中直接排放 NH3-N 限值 15mg/L。 由表 5 可以看出，Bio Cleaner 工艺相比传统工艺处理效果更加 具有优势，对 Bio Cleaner 工艺比传统工艺少排 COD0.005t/d、NH3- N0.0003t/d。 3.3. 实验处理前后异味变化实验处理前后异味变化 酿酒废水在厌氧阶段后，散发着较大的异味，对空气环境有一 定影响，废水进入好氧阶段，在固化微生物水体净化器中组合微生 物对废水的作用下，微生物对溶解在水体中不但对污染物进行降解 处理，同时污水中污泥也是微生物繁殖的食物，其产生的污泥被微 生物快速“吃掉”，使好氧阶段出水基本无异味散发，在达到生物降 解净化废水的目的同时，也对空气环境影响小。同时处理后出水不 用考虑悬浮固体（SS）的问题。在对厌氧池改造初期共投入的 6 吨 污泥，经过处理水回流后，污泥量大量减少。 4. 实验处理成本估算实验处理成本估算 本实验工艺投资概算见表 6，传统工艺投资概算见表 7。 表 6 Biocleaner 工艺投资概算 序号名称规格数量 单价（万 元） 总价（万元） 一、处理站土建部分 1调节池12000900045001座 24.3 2UASB 设备基础650030002座 0.8 3一体化处理系统16000600045001座 30.24 4清水池5000200045001座 4.65 土建工程费合计59.9960.79 二、处理站设备部分 1机械滤网Q=7.5m3/h1套 3.53.5 2污水提升泵 Q=7.5m3/h H=10m N=0.75kW 2台 0.51 3污水提升泵 Q=7.5m3/h H=15m N=0.75kW 2台 0.61.2 第 19 页 共 23 页 4加药装置V=200L2套 1.83.6 5UASB 设备600090002套 3468 6电气控制柜非标制作1套 2.62.6 7管道阀门1批 2.82.8 8UASB 保温材料25m30.153.75 9加热系统1套 3.643.64 小计90.09 三、处理站设备部分其他费用 1安装费设备费的10%9.009 2设计费设备费的3%2.7027 小计11.7117 以上二、三两项项合计设备工程费用101.8017 四、运行费用 项目费用（元/天） 1电费60 2药剂费100 3 人工费（只需一 人） 50 小计210 表 7 传统工艺投资概算表 序号名称规格数量单价（万元） 总价（万 元） 一、处理站土建部分 1调节池 120009000450 0 1座 24.3 2水解酸化池7000500034001座 6 3 UASB 设备基 础 650030002座 0.8 4 一体化处理系 统 160006000450 0 1座 30.24 5 活性炭设备基 础 20003001座 0.3 6污泥浓缩池3000300030001座 1.65 7水生植物塘9000800030001座 10.8 8气浮设备基础40003001座 0.5 9沉淀池5000200045001座 4.65 土建工程费合计79.2480.4 二、处理站设备部分 1机械滤网Q=7.5m3/h1套 3.53.5 2污水提升泵 Q=7.5m3/h H=10m N=0.75KW 2台 0.51 3污水提升泵 Q=7.5m3/h H=15m N=0.75KW 4台 0.62.4 4污泥泵 Q=27.3m3/h，N= 2.2KW 1台 0.80.8 5气浮设备320050001套 88 6风机2台0.81.6 6加药装置V=200L3套 1.85.4 7厌氧填料65m30.031.95 8厌氧填料支架70m30.021.4 9UASB 设备600090002套 3468 10活性炭过滤器180040001套 77 11叠螺式压滤机1套 1515 12阿科曼填料100013000.5320m30.07524 13电气控制柜非标制作1套 2.62.6 14斜管 9 0.050.45 15曝气头3600.0072.52 16 UASB 保温材 料 25m30.153.75 17加热系统1套 3.643.64 18水生植物株 0.033 小计158.81 三、处理站设备部分的其他费用 1安装费直接费10%15.881 2设计费 直接费3%4.7643 3调试费直接费2%3.1762 小计23.8215 以上二、三两项项合计设备工程费用182.6315 四、运行费用 项目费用（元/天） 1电费600 2药剂费600 3 人工费（至少 两人） 100 小计1300 第 21 页 共 23 页 经过上述两种工艺进行比选，本实验的总投资为 219.0917 万元， 每处理每 1 m3酿酒废水平均处理费（含人工、药剂、水费、电费、 维修等费用）为 1.2 元/ m3（不含设备、设施折旧费）。 采用传统工艺的总投资为 263.0315 万元，每处理每 1 m3酿酒废 水平均处理费（含人工、药剂、水费、电费、维修等费用）为 7.2 元/ m3（不含设备、设施折旧费）。 可以看出，本实验从总投资和运行费用上比传统工艺相比减少 43.9398 万元和 6 元/m3。 本技术若在我省酿酒企业推广，有着技术可行、投资较少、运 行费用较低的显著特点。 5. 结论结论 本实验结果表明，高浓度有机酿酒废水经固化微生物净水器与 高效曝气装置组合设备技术处理后，取得了极佳的处理效果。 第一、酿酒废水 COD 总去除率为 99.82%，色度总去除率 51.61%， 废水停留时间为 4.5 天，比传统工艺缩短 2 天；微生物开始高效工 作的时