（环境工程专业论文）abr接触氧化组合工艺在酿酒废水处理工程中的应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 皇皇曼皇_ _i _i ii iil l i 曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼 摘要 工业化和城市化进程的发展，水污染已经成为一个热点、难点问题。白酒是我 国特有的、具有悠久历史的传统酒种，拥有庞大的生产规模，白酒生产潜藏着严重 的环境污染问题。探索解决白酒酿造废水污染的新思路和新方法对保障水资源的可 持续利用具有现实和紧迫的意义。 白酒酿造废水是一种非常典型的轻工业废水，水质特点是“两高”即：高有机 物浓度，高悬浮物浓度。如果直接排放，对环境造成的危害将非常巨大，因此必须 经过处理达标后才能排放。 本论文通过仔细调研相关资料，综合对比国内外酿酒废水采用的相关处理技 术，详细分析白酒酿造废水的水量和水质特征，确定废水处理组合工艺，运用厌氧 和好氧技术对四川省古蔺郎酒厂酿酒废水进行处理，并在运行中测试分析，积累数 据。本研究确定厌氧处理采用a b r 厌氧反应器，好氧处理采用接触氧化法工艺，该 组合工艺应用到本工程实践，具有良好的环保效益和经济效益，废水经过处理达到 污水综合排放标准g b 8 9 7 8 1 9 9 6 的一级标准后排放。通过该工程实践，获得工 程数据，总结出规律，我们得到结论：a b r + 接触氧化组合工艺具有容积负荷率高、 处理能力强、抗冲击能力好、运行经济稳定、投资少、维护省、节约占地面积等优 点，是一种很具有吸引力的处理技术。望其它机构就该工艺的技术特点要点进一步 深入研究，积极推广，推动白酒酿造废水处理技术发展，为我国彻底解决白酒生产 废水污染，提供技术保障。 关键词：酿酒废水；a b r 工艺；接触氧化工艺 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t f o l l o w i n gt h ei n d u s t r yd e v e l o p i n g ，w a t e rp o l l u t i o nb e c o m eas e r i o u sp r o b l e m 。w i n e h a sal o n gh i s t o r yi nc h i n a i nt h e s ey e a r s ，o u rc o u n t r ya l l o wal o to ff a c t o r yt op r o d u c e w i n e s om a n yf a c t o r yb r i n gah u g ea m o u n to fw i n ep r o d u c t i o nw a s t ew a t e r f i n dan e w w a yt os o l v et h i sp r o b l e mi sn o ww ee x p e c t i tw i l lb ev e r yb e n e f i tt op r o t e c tw a t e r t h ew i n ep r o d u c t i o nw a s t e w a t e ri sat y p i c a li n d u s t r yw a s t e w a t e rw i t ht h ec h a r a c t e r so f t w oh i g h s ：h i g hc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cm a t t e r s ，h i g hc o n c e n t r a t i o no fs u s p e n d e d s u b s t a n c e i fd i r e c t l yd i s c h a r g e di tm a yh a v eas e r i o u sb a di n f l u e n c eo nt h ee n v i r o n m e n t s oi tm u s tb et r e a t e dt om e e tt h ec r i t e r i o nb e f o r ed i s c h a r g e d t h i sa r t i c l ec o l l e c tc o n c e l t li n f o r m a t i o n ，a n a l y s et h ef l u xa n dt h ef e a t u r eo ft h e w a s t e w a t e r c o m p a r ew i t ht h ed i s p o s a lt e c h n o l o g yo v e r s e a s ，u s ea n a e r o b i ca n da e r o b i c m e t h o d ，d e t e r m i n et h ep r o je c t a n a e r o b i cm e t h o dc h o o s ea b rr e a c t o r , a e r o b i cm e t h o d c h o o s ec o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o r t h i sp r o c e s sc o s tf e wb u th a v eh i g he f f i c i e n c y , a n di tw i l l b ev e r ys t a b i l i z e a f t e rt r e a t m e n t ，t h eq u a l i t yo fw a s t e w a t e rw i l la c h i e v et h es t a n d a r do fo u r c o u n t r y s u mu pr e g u l a rp a t t e r nf r o mt h ep r a c t i c eo ft h i sp r o j e c t t h ep u r p o s ei sc o n c l u d e t h ee x p e r i e n c ea n dt a k ea d v a n t a g eo fb u i l do t h e rp r o j e c t w ee x p e c to t h e ro r g a n i z a t i o nd o m o r er e s e a r c hi nw i n ep r o d u c t i o nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t k e yw o r d s ：w i n ep r o d u c t i o nw a s t e w a t e r , a b r ( a n a e r o b i c b a f f l e d r e a c t o r ) ，c o n t a c to x i d a t i o nr e a c t o r 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密团，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、”) 学位论文作者签名：乏哇 日期：o 口io 7 6 臌各p 日期：劢f p 7 占 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 本论文仔细调研了相关资料，以四川省古蔺郎酒厂酿酒废水为研究对象，综合 对比国内外酿酒废水采用的相关处理技术，通过对三个方案的各项指标进行比选， 最终确定本项目采用a b r + 接触氧化组合工艺，设计出工程方案。同时对系统运行期 进行测试分析，得出结论：处理后废水各项指标均满足排放要求，在水质剧烈变化 下，c o d 的去除率始终能保持在9 8 5 以上，a b r + 接触氧化组合工艺对高浓度有机废 水有较好的处理效果。该工艺针对高浓度有机废水，具有处理效果好，抗冲击能力 强，节约投资占地，运行维护简单等特点，废水经过处理后满足达标排放的要求。 该工艺性能各方面均具有较高的可靠性和先进性，其综合能力优于现有其他方法， 具有较好的推广前景。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确 说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 谈材t - 日期： z 9l 口7 舌 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景和选题意义 第一章绪论 水是战略性经济资源，是维持人类和生态系统生存与发展的控制性资源之一， 是一个国家综合国力的有机组成部分。水量和水质是水资源的基本属性，根据水污 染防治法中的定义：“水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生 物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏 生态环境，造成水质恶化的现象【l 】。”水污染大部分来源于人类的活动，发生愈加 频繁并呈现广泛分布的态势，由此造成许多可用水的数量减少。【2 3 】，。 我国是淡水资源缺乏的国家之一，虽然地表水径流总量居世界第6 ，但人均径流 量仅为世界人均的1 4 ，名列世界第8 8 位，已被联合国列为1 3 个贫水国家之一【4 】。 造成我国水资源严重不足还有非常重要的原因是：伴随着我国经济的发展、人口的 增长和人民生活水平的提高，水资源的需求量急剧增加，同时由于大量工业废水和 生活污水未经处理直接排入江、河、湖、海而使水体污染日益严重，水质明显下 降，相对可以利用的水资源量减少，水资源供需矛盾日趋尖锐。据对我国5 3 2 条河 流的调查，当中有8 2 的河流受到不同程度的污染，有4 2 的城市饮用水源受到严 重污染，农村有7 0 饮用水不符合卫生标准，在许多地方，水资源已经成为制约国 民经济发展的瓶颈【5 j 。 酒精生产工业是我国排放有机污染物浓度最高的一个行业 6 】，同时酒精废水是造 成我国水环境污染第二大的轻工行业。白酒是我国特有的、具有悠久历史的传统酒 种。截止2 0 0 6 年1 2 月底，全国共发放白酒生产许可i j e 8 7 8 8 张f 7 1 。在如此庞大生产规 模的背后，潜藏严重的环境污染问题。白酒酿造废水是典型的高浓度有机废水，包 括：蒸馏底锅水，白酒糟废液，发酵池渗沥水，地下酒库渗漏水，蒸馏工段冲洗水， 制曲废水及粮食浸泡水等，其主要成分为低碳醇，脂肪酸，氨基酸等【8 1 0 1 。 四川省古蔺郎酒厂废水未经处理直接排放，造成了严重的污染，迫切需要妥善治 理。本文对酿酒废水进行分析研究，比选优良工艺路线，设计工程方案，并运用到该 企业废水治理中去，解决了污染的问题。同时以该工程实践，获取数据，总结规律， 为处理同类废水提供经验借鉴。该工程的设计实施，处理效果良好，对提升酿酒废水 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 曼量皂曼鼍曼曼鼍舅曼曼! 曼曼曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼。 m lm_mm- - _i_ m 一一i 一 一一i i 曼曼 处理技术有着积极的意义。 1 2 国内外研究进展 白酒酿造废水属于高浓度、易降解有机废水。为了处理白酒酿造废水，减轻废 水对环境的污染，人们进行了白酒酿造废水综合利用途径的长期探索，取得了许多 成功的经验。目前，国内外对白酒酿造废水的治理技术主要有： 1 浓缩燃烧法 该法的原理是采用多效蒸发器将酿酒废水蒸发浓缩到含水率为4 0 的泥饼，然后 投入到专用燃烧炉中进行燃烧，燃烧产生的能源除了一部分用于再蒸发，其余部分 则用于生产中的酒蒸馏。浓缩燃烧法把生物能转变成热能，热能用来浓缩废液，浓 缩液又用来燃烧产热，形成浓缩燃烧一产汽一再浓缩再燃烧的良性循环，从而 实现处理废液零排放的目的。浓缩燃烧法因为其不但不耗能，甚至还能产热，运行 费用低，灰渣用来做其他用途，甚至还能产生经济效益，正受到高度重视。 目前，浓缩燃烧法己在波兰、泰国、印度、日本、巴西等国家【1 1 】的酒厂使用， 较成熟的技术是荷兰h c g 公司与瑞典a l a f - - l v a a l 公司联合研制的商用酒精废液燃 烧炉，技术上采用了一台专门的燃烧炉，废液与煤粉在燃烧炉内混烧，如图i - i ： 冷凝水冷凝水钾灰 图i - 1 浓缩燃烧法工艺图 2 培养饲料酵母法 白酒酿造废水含有微生物所需要的营养物质，这些物质被微生物利用后，一方 面可以得到有用的产品( 如酵母或其他真菌菌体) ，另方面可以降低废水中的污染 物( 大部分被微生物所利用) ，培养饲料酵母法是治理这类废水的方法之一1 2 】。酵母 饲料是营养丰富、易吸收的饲料，其中粗蛋白含量达4 3 - 4 5 ，在国内外都有着很大 的市场需求。由于酒精废液中培养饲料酵母的营养成分不全或不足，需外加一定量 物质，而且悬浮物含量不能过高，要进行固液分离，所以废液培养饲料酵母的方法 通常是将废水中的大颗粒悬浮物先经过粗滤而与水分离，滤渣干燥后直接用作饲 料。滤液补充一定量的碳源及其它营养成分后，控制温度p h 及通风等条件进行培养 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 z,u。 m & m j_ m 皇曼曼曼! 曼曼曼皇曼皇曼 而成。具体工艺流程图如图卜2 ： 营养物质种子、空气 图卜2 培养饲料酵母法工艺 3 化学混凝沉淀法 杨健等采用预曝气化学混凝沉淀工艺对酿酒厌氧处理消化液进行处理，消化 液c o d c r 4 5 0 0 m g l - 6 0 0 0 m g l 。当预曝气时间为6 小时，混凝剂f e c l 3 添加量为 l o o m g l 时，消化液的c o d c r 和s s 去除率分别为2 4 3 和7 5 4 ，出水水质对后续好 氧处理有利。 4 微电解法 欧阳玉祝等【1 4 】采用铁屑微电解法对白酒废水作预处理。研究表明废水经过电解床 后，c o d c r 去除率达7 5 ，将此法与生物法结合，c o d e r 总去除率达9 8 。使用电解 法无需投加化学试剂，没有二次污染，而且大大提高废水可降解性。 5 厌氧生物法 根据白酒废水高浓度、易生化降解等特点，厌氧生物处理为最佳处理方式，并且 整个过程耗能少，可回收沼气作为生物能源。传统厌氧反应器为厌氧消化池，属于低 负荷系统，效率低。取而代之的是各种高效厌氧生物反应器，如：u a s b ( 上流式厌 氧污泥床) ，e g s b ( 厌氧膨胀颗粒污泥床) ，u a h b 或u b f ( 上流式厌氧复合 床) ，i c ( 厌氧高效内循环) ，a f b ( 厌氧流化床) ，a b r ( 折流板式厌氧反应器) 在莹 1 ro a u a s b u a s b 是基于微生物固定化原理发展起来的第二代厌氧处理器，目前应用较 广。u a s b 即上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) n 习是基于微 生物固定化原理的第二代废水厌氧处理反应器。 在荷兰、英国和日本等国家广泛应用。该反应器的构造特别适于低悬浮固体和 溶解性有机物含量高的废水。h a r a d a n 旬考察了一个容积为1 4 0 l 的处理糖蜜废液的 u a s b 反应器，其b o d 的去除率 8 0 。7 e n i c c k n 7 3 用小型的u a s b 反应器来处理糖蜜 酒精废液，其c o d 去除率为7 8 8 。s h i b a z a k i n 用真空浓缩的方法预处理糖蜜废液， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 再用一个有效容积1 0 3 的u a s b 反应器进行降解，其b o d 去除率大于9 0 。 出水 分离器 图卜3u a s b 反应器示意图 u a s b 具有其他厌氧工艺难以比拟的优点，可实现污泥颗粒化，使其固体停留时间 长达l o o d ，气、固、液的分离实现一体化。因而u a s b 具有很高的处理能力和处理效 率尤其适用于各种高浓度有机废液的处理。 连学林【1 9 】采用两级u a s b 作为底锅水和冲滩水厌氧处理反应器，c o d 去除率达 9 5 。 b e g s b e g s b 反应器中颗粒污泥处于膨胀状态，成功解决堵塞问题，且有传质好，高径 比大等优点。在e g s b 反应器处理米酒废水实验中，在中温，容积负荷为 1 0 k g c o d c r ( m 3 d ) ，反应器稳定运行6 d ，c o d c r - 去除率维持在9 5 左右。当增大容积 负荷至2 0 k g c o d o r ( m 3 d ) 时，c o d c r 去除率也可维持在7 0 以上，而且采j 用u a s b 厌氧污泥接种至i j e g s b 可达到快速启动的目的【1 2 】。目前e g s b 已被用于淀粉，酒精， 屠宰，味精等工业废水，在处理高浓度有机废水中，应用前景较好1 9 1 。 c u a h b u a h b 或u b f 将u a s b 与厌氧生物滤床相结合，其特点是在污泥床与三相分离 器之间加入填料层，可改善传统u a s b 出水水质差的问题。张振家等研究表明，在 5 5 温度下，u a h b 可有效处理酒精糟液。当废水容积负荷在2 0 k g c o d c r ( m 3 d ) ，糟液投配率为7 0 ，水力停留时间缩短至1 4 d ，污泥床可去除7 0 的 c o d e r 和8 0 的有机氮。对于有机氮的去除效果是传统厌氧滤床所没有的。 d ic 享三 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 - - lm l , , i i i m m i m m m i ! ! 曼 i c 厌氧反应器由上下两个厌氧反应区串联组成，废水可在反应器内部实现循 环。其具有效率高、高径比大、占地少等优点。徐富【2 l 】等改进i c i 艺，设计新型m i c 厌氧反应器。该反应器集厌氧多级内循环、波浪式三相分离器、内循环厌氧反应器回 流管防堵装置于一体。将此反应器处理酒精废水，经1 年多的运行表明，在中温， l k g c o d c r ( m 3 d ) 条件下，c o d c r 的去除率在8 8 以上。将此工艺配合两级氧化沟， 出水达二级排放标准。实践证明，此工艺处理白酒酿造废水是可行的。 e 厌氧序批式反应器 厌氧序批式反应器，简称a s b r ，是由美国d a g u e 研究出来的幢2 2 ，其操作模式为图 1 4 。 工艺特点：固液分离效果好，出水澄清，运行操作灵活，处理效果持久，工艺简 单，占地面积少，建设费用低，耐冲击负荷，适应性强，温度影响小，适应范围广， 污泥性能好，处理能力强。工艺效果见表1 - 1 。缺点：a s b r 法研究者较少，绝大部分 工作是由r i c h a r dd a g u e 教授为首的团体完成，可信度需要在实践中总结。 进水阶段反应阶段沉淀阶段排水 图1 - 4a s b r 工艺图 表i - ia s b r 去除率效果 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 量曼曼曼鼍曼曼_ 一i l i i 一| i 一一_ _ i i 曼曼曼鼍曼曼 f a f b a f b 借鉴化工流态化技术，将微生物固定于小颗粒载体上，并使之处于流态 化。反应器具有生物质浓度高、传质好、对各种废水适应性强等特点。徐培等【矧采用 a f b 反应器处理白酒酒糟废水，并对反应器的启动、运行特性、破坏后恢复方式进 行研究。资料表明，常德市武陵酒厂曾采用a f b 法处理酿酒车间废水2 5 1 。国外也研 究了以多孔介质为载体，在高温条件下处理酒厂废水，效果较好【2 6 1 。目前a f b 还没 有大范围工业化使用，自身也存在一些缺陷，如快速启动问题、回流能耗较大及操作 系统控制因素复杂和严格等，此外反应器动力学还需深入研究。 g a b r a b r 是1 9 8 5 年开发研究出的厌氧生物处理工裂2 7 1 ，具有构造简单、能耗低、运 行稳定可靠等优点，水力流态对微生物固体的去除和载流能力，在生物固体种群的分布 方面亦具有独特的优越性，运行管理方便。该反应器是用3 - - 一6 个垂直安装的导流板， 将反应室分成多个串联的反应室外，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系 统( u a s b ) ，废水在反应器内沿折流板作上下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应 室内污泥反应。a b r 工艺的特点：工艺构造简单，不需三相分离管，在没有回流和搅拌 的条件下，混合效果良好，死区百分比率低。水力流局部为完全混合式( c s t r ) ，整体为 推流流动的一种水力态反应器。 6 好氧生物法 好氧生物法一般适合处理中、低浓度的有机废水，适合作为厌氧法后处理工艺。 常用的好氧处理工艺有：s b r ( 间歇式活性污泥) 法，c a s s ( 循环活性污泥) ，生 物接触氧化法，氧化沟法，膜生物反应器等，在酒精废水处理中均有应用2 8 3 0 】。 a 浅层曝气法 2 0 世纪7 0 年代日本采用好氧间歇曝气技术对酒厂废水进行了有效治理、并开发出 一系列相关设备。近年来澳大利亚在传统鼓风曝气装置上又开发出简单实用的多种浅 层射流曝气装置。酒类污染控制领域中的浅层曝气法技术正朝着高效、实用、经济、 操作简便的方向发展。 b s b r 内蒙古某白酒厂采用传统固态发酵工艺生产白酒，综合废水经厌氧处理后仍不达 标，采用s b r i 艺后，废水水质明显提高。s b r 集曝气、沉淀于同一池，构造简单， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 j l ： _i _li ii i h i 量 投资少，产污泥率低，达到较好的脱氮除磷目的。但s b r 主要是间歇操作，当废水排 放与间歇进水不匹配时，往往需要多套反应器并列运行，增加了控制系统的复杂性。 c c a s s c a s s 工艺采用周期性曝气，弥补了s b r 进水的缺点，实现了连续进水，间歇排 水。c a s s 工艺流程简洁，主要是由预反应区和主反应区组成。预反应区控制在缺氧 状态，主反应区为曝气状态。胡滨等【3 1 以c a s s 工艺处理e g s b 反应器出水，c o d c r 去除率为7 0 8 0 ，经分析b o d 5 c o d e r 值低，是影响好氧c o d e r 去除率的一个因素。 这是由于厌氧处理后形成部分还原性物质( 如h 2 s ) ，而这些物质增大了c o d e r 浓度， 使b o d 5 c o d c r 减小。 d c 从s 在厌氧好氧工艺中，若顺利实现厌氧处理与好氧处理之间的衔接，可提高后续 好氧处理效果。王炜等蚴应用c a a s 工艺合理实现了这一点。c a a s 反应器由缺氧 区，预曝气区，沉淀区，曝气区组成。白酒废水经厌氧处理后并非直接曝气，而是现 进入缺氧产酸阶段，将废水中剩余有机物大分子降解为小分子有机物，提高 b o d 5 c o d c r 值。在预曝气区内，使污泥中微生物得到增殖，并可除去部分c o d c r 。 在沉淀区可将前阶段的污泥分离。最后废水可在最佳状态下进入曝气区。c a a s 工艺 使得废水好氧处理c o d c r 去除率提升至8 7 4 ，b o d 5 去除率也提升到8 5 。 e 生物接触氧化法 生物接触氧化法是生物膜法的一种形式，它是在生物滤池的基础上，由生物曝气 法改良演化而来。该法的主要特点就是，在曝气池中放置比表面积很大的填料，微生 物附着在填料上并以生物膜的形式存在，以污水中的有机物作为养料，并依靠外界曝 气获得所需的溶解氧。该技术早己被用来处理各种不同浓度的有机污水，近年来更是 开发出结构和性能很好的新型填料，其对c o d c r 的去除率达9 0 以上，对b o d j 也有较高 的去除效果，较多应用在食品和生活废水的处理上【3 3 3 4 1 。 f m b r 膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物 处理方法相比，具有生化效率高，抗负荷冲击能力强，出水水质稳定，占地面积小， 排泥周期长，易实现自动控制等优点，是目前最有前途的污水处理新技术之一。二十 世纪九十年代以来，在日本、法国、加拿大等国得到了广泛的研究与应用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 7 厌氧一好氧组合工艺 实践证明，采用厌氧+ 好氧工艺比单独使用厌氧工艺或是好氧工艺处理效果更 好。原因是厌氧工艺处理负荷高，好氧工艺深度处理效果好，两者可互补；厌氧工艺 有着良好的耐冲击能力，为好氧创造稳定的进水条件，但是厌氧出水水质不能达标。 好氧能有效处理厌氧出水中剩余有机物，出水水质优于厌氧；厌氧过程可收集沼气， 而好氧工艺相比其它物化方法成本低，耗能少。目前国内大部分白酒生产企业都采用 厌氧+ 好氧工艺处理白酒废水，见表1 2 【3 5 嘲】。 表1 2 国内部分白酒生产企业废水处理工艺选择 企业名称 废水处理工艺 四川五粮液酒厂p 嘞u s a b u b f s b r 广东省九江酒厂 两级e g s b 一生物接触氧化法 贵州茅台酒厂u a s b - 生物接触氧化法一中空纤维膜过滤 四川沱牌集团 a f b - c a s s 河北衡水老白干 u a s b - s b r 青岛第一酿酒厂 u a s b - s b r 安徽文王酿酒有限公司 两船u a s b c a s s 一生物滤池 江苏洋河集团有限公司水解酸化一生物接触氧化一气浮 厦门亚洲酿造有限公司 水解酸化一低负荷活性污泥 湖北劲牌酒业u a s b - 生物接触氧化法一活性污泥法 山东银河酒厂复合厌氧反应器一化学混凝 四川绵阳丰谷酒业水解酸化一u a s b - s b r - 水生生物进化 河南宋河酒业两级u a s b 一絮凝沉淀一两级好氧滤池 1 3 研究的主要内容 本论文以四川省古蔺郎酒厂酿酒废水为研究对象，分别对废水的特性，处理的 工艺以及该工艺的运行进行研究，收集数据分析，总结规律，为处理酿酒废水提供 经验借鉴。 1 3 1 废水的特性分析 白酒酿造，尤其是酱香型白酒酿造为我国独有，该类废水具有c o d 、b o d 、s s 浓 度高、p h 值低及排放不稳定的特点，是一种较难处理的酸性有机废水，因此对酿酒 废水的特性分析将直接影响到该废水的工艺分析与工程应用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 - i j = j = ；m m i = ；i i i i 1 i i i i i _ i i i ；m m ；m - - - - 一- 1 3 2 废水处理组合工艺比选 白酒酿造废水的处理工艺较多，怎样选择种既经济又高效的处理工艺是本论 文首要考虑的问题。本文通过对诸多组合工艺的分析，结合古蔺郎酒厂当地工程建 设条件，选择最佳的组合工艺，达到最佳的处理效果。 1 3 3 废水处理组合工艺应用研究 运用选择的组合工艺于四川省古蔺郎酒厂废水处理，对影响此工艺处理效率的 各因素进行分析，找出此工艺的最佳运行条件，为该工艺应用和推广提供运行参数 参考。 1 4 研究技术路线框架 论文技术路线研究按照“资料收集理论分析工程运行分析一工程应用研究 为主要的方式。整个研究过程是：系统研究分析国内外白酒酿造废水处理技术的现 状，结合实际条件，通过技术方案比选，选择最佳工艺组合，分析白酒酿造废水处 理工艺的可行性，通过在实际工程中应用研究，通过运行中各种参数考察，对本文 提出的工艺技术作出运行效果分析评价。研究技术路线如图1 5 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 土 区困 i 废水特性分析 l 确定工艺路线 i 设计工程方案 i 工程运行论证 分析结果 结论 图1 - 5 本文技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 2 1 基本情况 2 1 1 企业现状 第二章废水特性和工艺比选 四川省古蔺郎酒厂酿造酱香型白酒，该品种为我国特有品种，仅有少数几家酒 厂能生产该类白酒，其生产工艺具有特殊性，概括来说生产工艺的特点为三高三 长。三高是指郎酒生产工艺的高温制曲、高温堆积发酵、高温馏酒。高温制曲是大 曲在发酵过程中温度达6 0 ，比其他白酒的制曲发酵温度都高1 0 - 1 5 。高温堆 积发酵是利用自然微生物，进行自然发酵生香的过程，也是形成郎酒主要香味物质 的过程，其堆积发酵温度达5 0 。c 。高温馏酒是馏酒温度达4 0 。c 以上，比其他白 酒高1 0 2 0 。长三主要指郎酒基酒生产周期长；大曲贮存时间长；郎酒基酒酒龄 长。该白酒生产工艺有别于其他白酒生产工艺，直接造成了废水水质具有一定的特 殊性。 古蔺郎酒厂位于古蔺县二郎镇，生产厂区位于河边缓坡区，距赤水河仅有2 0 0 米的距离，废水处理设施修建区域可利用面积较小。白酒酿造区为二郎生产片区， 二郎生产片区白酒酿造废水直接排入赤水河。 2 1 2 废水水质水量 对郎酒厂二郎生产片区生产废水进行了采样监测。 1 水质测定指标 白酒酿造废水属于高浓度有机废水，确定测定指标为：p h ，s s ，c o d e r ， b o d 5 ，n h 3 - n 和色度。 2 水质测定方法 废水水质指标测定方法见表2 1 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 表2 1 水质测定方法表 3 水质测定结果 测定结果见表2 - 2 ： 表2 - 2 水质指标表 4 水量测定结果 厂方对二郎片区废水连续7 天进行废水水量测定，数据如表2 - 3 所示： 表2 - 3 水量统计表 2 1 3 排放标准 按照环保部门的要求，四川省古蔺郎酒厂白酒酿造废水排放标准按污水综合 排放标准( 6 8 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 中表4 一级标准执行，即： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 m_ i i 表2 - 4 废水排放标准表 2 2 废水特性 从表2 - 3 中可以看出，该企业废水排放日平均为11 5 m 3 d ，其中5 号数据相对于 3 号数据差异率为4 1 2 ，说明该废水水量波动较大，考虑到本工程为该企业生产留 有一定的余量，我们取变化系数k - - i 3 计算，考虑到企业目前排放现状和未来的发 展规划，确定设计进水量为1 5 0m 3 d 。 从表2 2 中可以看出，该白酒酿造废水的c o d c r 、b o d ；、s s 都很高。b o d c o d 比 值高，达到4 5 4 1 ，可生化性强。并且随生产时段的不同，水质变化非常大。古蔺 郎酒厂生产的是酱香型白酒，生产工艺和其他白酒酿造企业区别较大。古蔺郎酒厂 生产工艺特点是高温制曲、高温堆积发酵、高温馏酒。高温制曲过程中发酵温度远 高于其他白酒的制曲发酵。高温堆积发酵为敞开式发酵，其堆积发酵温度远高于其 他白酒堆积发酵过程。通过高温堆积发酵，形成郎酒特殊芳香物，也通过微生物细 胞蛋白产生氨基酸等营养物质。高温馏酒温度也远比其他白酒高，使得白酒产品中 高沸点物质丰富。通常白酒酿造采用固态发酵工艺的，其废水量较小，c o d 值比液 态发酵的低，采用厌氧回收沼气价值不大，故本工程采取不回收沼气。 该废水不同时段水质波动巨大，排放不稳定，考虑为本工程设置一定容量的调 节池，废水水质在调节池内得到一定的均化，按照水质监测结果平均值，同时考虑 为废水处理系统留有一定余量，我们确定设计进水水质为表2 5 所示： 表2 - 5 设计进水水质表 根据该废水水量水质的特点，需选择一种最佳工艺，对废水的指标特点具有较 强的针对性，满足处理后排水达到国家标准的要求。同时要求该工艺抗冲击负荷 强，满足水质水量剧烈变化，以期废水排放稳定达标。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 3 废水处理工艺比选 2 3 1 现有处理方法 根据前文对废水水质的分析，同时结合古蔺郎酒厂的实际情况，我们确定选用生 物处理法进行处理，该方法应用广泛，技术成熟，投资和运行费用合理，能够满足废 水处理的要求。 废水生物处理主要是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和 转化作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。利用生物学方法处理废水，对污 染物有较强、较快的适应性，并可将有关污染物作为底物进行降解或转化，而且还 可以产生许多有用的代谢物。因此，生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、 反应条件温和以及无二次污染等显著特点而备受人们青睐，另外生物处理效果好， 不仅能去除有机物、病原体和有毒物质，还能去除臭味，提高透明度，降低色度 等。所有这些特点都使生物处理技术成为废水处理方法的首要选择。 生物法又分为厌氧生物处理法和好氧生物处理法 1 厌氧生物处理法 厌氧生物处理法主要用于处理高浓度有机污水。厌氧生物处理法是目前处理酿 酒废水最广泛应用的方法之一，它的工艺特点是：可处理污染物浓度高，去除率高， 运行稳定，节约投资等，但其缺点是出水不能直接满足废水排放要求。厌氧生物处 理法经过多年来的发展，现有以下几种技术应用较为广泛： a 厌氧生物滤池( a f ) 厌氧生物滤池，简称a f ，是一种内部装微生物载体的厌氧反应器，由于微生物生 长在填料上，不随水流失，所以a f 有较高的污泥浓度和较长的污泥龄( 长达l o o d 以 上) ，运行稳定。负荷：1 0 一2 0 k g c o d m 3 d 。 优点：处理有机物能力高，产泥量少，耐冲击负荷，无污泥回流，能耗低，管理简 便。缺点：布水不均匀，填料昂贵，且易堵塞。 厌氧生物池还可分为升流式厌氧滤池和降流式厌氧滤池。 b 升流式厌氧污泥床( u a s b ) u a s b 即上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e t ) n 5 1 ，是基于 微生物固定化原理的第二代废水厌氧处理反应器。u a s b 的基本原理是：废水中的有 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 l m - m i i 舅曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 机污染物在厌氧条件下经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳等，所产气体( 沼 气) 含甲烷大于5 0 ，可做为能源再次利用，如用于发电、锅炉燃烧等。这样，既 去除了有机污染物又能回收能源。上流式厌氧污泥床反应器主体是内装颗粒厌氧污 泥的容器，在其上部设置专用的气、液、固分离系统，即三相分离器，它可使反应 器中保持高活性及良好沉淀性能的厌氧微生物，从而在工艺上较一般厌氧装置的效 率高、节省投资与占地面积。厌氧处理出水可作农田灌溉，也可以使污水中的有机 物含量达到工业污水的排放要求。其技术关键为三相分离器、布水系统及该装置的 工艺条件，特别是形成颗粒污泥的工艺条件是使u a s b 装置高效的技术关键。u a s b 反 应器污水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污 泥的污泥床。厌氧反应发生在污水与污泥颗粒的接触过程中。在厌氧状态下产生的 沼气( 主要是甲烷和二氧化碳) 引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有 利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器 顶部上升。上升到表面的污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体 被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置与集气室单元缝隙之下的挡板的作 用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的紊动，会阻碍颗 粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。 优点：工艺结构紧凑，处理能力大，效果好，投资省。缺点：该工艺不适于处理高 悬浮固体浓度的废水，布水器容易堵塞。三相分离器还没有一个成熟的设计方案，颗 粒污泥的培养较困难。 c 内循环厌氧反应器( i c ) 厌氧内循环反应器是由两个u a s b 反应器的单元相互重叠而成。特点是在一个高 的反应器内将沼气的分离分为两个阶段，底部一个处于极端的高负荷，上部一个处于 低负荷。i c 反应器是由4 个不同的功能部分组合而成，即混合部分、膨胀床部分、精 处理部分和回流部分。i c 反应器处理各种工业废水的运行结果如下h 5 1 表2 - 6 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 表2 - 6i c 反应器运行结果表 d 折流板式厌氧反应器( a b r ) 是1 9 8 5 年开发研究出的厌氧生物处理工艺n 6 1 ，具有构造简单、能耗低、运行稳 定可靠等优点，水力流态对微生物固体的去除和载流能力，在生物固体种群的分布方 面亦具有独特的优越性，运行管理方便。该反应器是用3 6 个垂直安装的导流板，将 反应室分成多个串联的反应室外，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统 ( u a s b ) ，废水在反应器内沿折流板作上下折流流动，逐个通过各个反应室并与反应室 内污泥反应。 a b r 工艺的特点：工艺构造简单，不需三相分离管，在没有回流和搅拌的条件下，混 合效果良好，死区百分比率低。水力流局部为完全混合式( c s t r ) ，整体为推流流动的 一种水力态反应器。a b r 技术应用见“6 1 表2 7 。 表2 7a b r 技术应用表 总而言之，厌氧法在获得同样高的b o d ；去除率条件下具有成本低，产生的淤泥 少、稳定、易脱水，占地面积小，操作方便，且产生的甲烷可作为燃料再利用的优 点。但常用的u a s b 、a f 、a s b r 等高效厌氧反应器受污水中悬浮固体及其油脂、脂肪 浓度的影响较大。如果废水中含有的氨氮浓度较高，或者厌氧分解有机物过程产生 的氨氮较多，将会使水质达不到排放标准。我们类比研究了一些以往设计的采用上 述厌氧处理工艺的数据，见表2 8 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 表2 - 8 白酒酿造废水厌氧处理工艺比较 根据厌氧法处理工艺的效果，废水中c o d 去除率均较高，其中a b r 尤其适合该 白酒酿造废水的处理，但对于高浓度废水，仍然不能直接通过厌氧处理达标，所以 一般来说，对高浓度有机污水，都采用厌氧和好氧相结合的方式处理。 2 好氧生物处理技术简述 有多种好氧法被应用于处理酒厂废水，如活性污泥、生物滤池、生物转盘、接 触氧化、氧化沟、m b r 、s b r 、a o 等。以下我们对常用的几种好氧处理方式进行简单 介绍： as b r 序批式活性污泥法 是基干传统的f i l l - d r a w 系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺，近 年来己被广泛用于城市污水、食品加工污水等的处理。试验结果表明，废水经过固 液分离、厌氧消化两级处理后进入s b r 好氧系统，其对c o d c r 的去除率可达7 0 ， 对b o d ；的去除率可达8 0 以上。在s b r 法的基础进行改造后出现了二段s b r 法，系 统设两段s b r 池串联，分别培养出适宜于不同有机物的专性菌，从而使不同种类的 有机物在不同的生化条件下都得到充分降解。该法对水质水量的变化适应能力强， 运行灵活，抗冲击能力强，出水的水质稳定，但不易实现自动化控制。 bm b r 生物膜法 膜生物反应器是( m b r 工艺) 将膜分离技术与生物处理技术相结合而形成的一 种新型、高效的污水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大 分子有机物质截留住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间 ( h r t ) 和污泥停留时间( s r t ) 可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 应、降解。膜组件是膜生物反应器的核心部件，来自调节池的污水在反应器内经过 好氧微生物降解后通过膜片，由于膜片的孔径为0 2 - 0 4pi n ，可以有效去除水中的有 机物、微生物、颗粒杂质、悬浮物等。高效地固液分离将污水中的悬浮物质、胶体 物质、生物单元、流失的微生物菌群与已净化的水分开，微生物菌群始终保持在膜 生物反应器内，高微生物浓度又大大提高了容积负荷和处理效率，降低了运行成 本。由于把膜与生物反应池集成于一体，大大缩小了设备的体积和占地面积，反应 器在高容积、低污泥负荷和长泥龄下运行，可实现剩余污泥微量排放，减少投资成 本，同时膜生物反应器还可以完全实现系统的自动化和智能化。 m b r 工艺作为一种新兴的高效水处理技术，与常规工艺相比，具有以下特点： 污染物去除效率高，生物反应器内微生物浓度高，容积负荷大，设备紧凑，占地面 积小，污泥产生量少，出水水质稳定，对某些难降解的有机物的生物降解十分有 利，但m b r 工艺投资费用很高。 c 接触氧化法 生物接触氧化法是生物膜法的一种形式，它是在生物滤池的基础上，由生物曝 气法改良演化而来。该法的主要特点就是，在曝气池中放置比表面积很大的填料， 微生物附着在填料上并以生物膜的形式存在，以废水中的有机物作为养料，并依靠 外界曝气获得所需的溶解氧。该技术早己被用来处理各种不同浓度的有机废水，近 年来更是开发出结构和性能很好的新型填料，其对c o d c r 的去除率达9 0 以上，对 b o d 。也有较高的去除效果。该方法的特点：b o d 负荷高，m l s s 量大，效率高，并且 对负荷的急剧变动适应性强，处理时间短，占地面积也较小，生物膜容易恢复。 综上所述，s b r 、m b r 、接触氧化法等出水水质均较好，其中s b r 法自动化控制 程度高，能够对废水进行深度处理，具有去除b o d 和脱氮双重作用，其缺点是b o d 负荷较小，占地大，控制难度大。m b r 生物膜法具有处理负荷高，占地面积小，耐冲 击负荷高，污泥产量少，操作简单的特点，但一次性投资很大。该企业废水排放量 不大，建设场地有限，但有机物浓度很高，