（环境工程专业论文）酒精废水处理及综合利用研究.pdf

摘要 摘要 酒精废水是高浓度有机废水的重要组成部分，具有c o d 浓度高、酸度高、含 固量高等特点，给治理工作带来较多的困难，若不采取有效的措施，可对环境造 成严重的污染。 本文介绍了酒精废水的高效低耗处理工艺，即“固液分离二级厌氧一 一组合生化”整个生产性试验的主要研究结果如下： 1 在生产性u a s b 反应器高温发酵处理酒糟废水工艺的启动过程中，其主要 影响因素为反应器的升温方式、p h 等，研究结果表明，控制出水回流是启动过程 中控制反应器温度和p h 的有效方法。 2 接种污泥量和活性是u a s b 反应器能否在短时间内顺利启动的基本条件， 高温u a s b 反应器接种污泥可直接使用普通厌氧污泥，通过控制合理的升温速率 可缩短污泥的驯化时白j ，研究结果表明升温速率以每日2 3 左右为宣。 3 启动过程的进水方式、有机负荷等是影响反应器快速启动的重要条件。研 究结果表明，启动起始负荷为0 5 k ( m 3 d ) ，初始进水浓度为4 0 0 0 - 5 0 0 0 m l 。首 先采用1 白j 歇周期( 进水回流静沉) 进水方式，当反应器达到定的有机负荷 后( 6 5k ( m 3 d ) ) ，再连续进水并提高进水c o d 的浓度，可稳定、快速地完成反 应器房动。 4 反应器启动进程是一个动态进程，有机负荷这一静态值不能全面合理地描 述反应器启动与否，采用有机负荷的冲击试验来考察整个体系的稳定性，可作为 判断u a s b 结束能否在短时间内顺利启动的基本条件，高温u a s b 反应器启动进 程是否结束的一个动态指标。 5 采用单级高温u a s b 反应器处理酒精废液，当进水2 0 0 0 0 2 3 0 0 0 m l ，有 机负荷在6 6 2 7 1 3 k 烈m 3d ) ，水力停留时间2 5 1 2 6 2 d 的条件下c o d 去除率在 8 3 9 8 6 5 范围内：将两级u a s b 反应器串联，在相近的运行条件下，出水水质 可降到2 0 0 0 m l 左右。 6 将一级高温u a s b 与一级中温u a s b 反应器串联，由于可发挥不同种类 厌氧微生物的效能，在基本相同的条件下，与两相高温u a s b 串联方式相比，系 江南大学预：i ：学位论义 统出水c o d 可进一步降低到1 5 0 0 m l 以下，大量有机物去除，有助于在此基础 上采用好氧处理后，并节约了大量的动力消耗，是生产性u a s b 反应器成功运行 的范例。 7 c a a s 系统设计采用均负荷推流式反应器，充分利用好氧活性污泥与生物 膜的协同作用，避免了活性污泥膨胀，同时增加污泥回流，保证运行稳定性，因 此具有更高的去除率。 8 首先用卧螺式分离机去除8 5 左右的悬浮物并回收作粗饲料；其次，借助原 水高温特点，i 级采用高温u a s b 厌氧反应器进行消化；1 1 级采用中温u a s b 厌 氧反应器充分消化：使废水的c o d 降解了9 2 9 4 ；最后为好氧处理工段，整 个工艺对c o d 和s s 地去除率分别高达9 9 4 和9 9 6 ，不仅处理率高，而且能 耗很低，还可以回收粗饲料和沼气能源。c o d 总消减量为6 3 3 0 t ，系统出水达到污 水混合排放标准，( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中的二级标准要求。 9 此处理工艺能够处理高强度的有机污染物质，并不会产生二次污染问题。该 处理技术能够有效减少污泥产量，又能够改善工艺运行稳定性。经济效益分析表 明，废水日运行费用为2 7 3 4 元，采用沼气发电利用沼气能源，f = | 发电量达 7 8 4 0 k w h ，日净收益2 5 8 7 2 元，分离的酒精渣出售用于饲料，同收益4 5 0 0 元， 年经济收益达1 9 8 4 4 万元，净收益达1 1 1 2 1 8 9 万元，具有较好经济效益。 将以u a s b 反应器为主体的厌氧生物处理与接触氧化法为主体的好氧生物处 理工艺结合，充分发挥各自的优势，处理酒精生产高浓度有机废水，达到国家排 放标准，具有良好的环境效益及社会经济效益。 综上所述，u a s b c a a s 技术处理酒精废液是可行的适合我国现有的国情， 工艺处理酒精废液是可行的，充分利用u a s b 高效高负荷的处理优势，使废水得 到有效的治理，结果表明废水经颗粒化u a s b 反应器稳定后，出水c o d 降至 1 5 0 0 m l 以下，然后再经c a a s 处理后，出水c o d 可降到1 5 0 m l 以下出水清 澈，该处理系统具有耐冲击负荷，处理效果稳定，运行简单，运行费用低等特点。 关键词酒精废水过滤u a s b 反应器 厌氧生化好氧生化 a b s t r a c t a l c o h o ls e w a g e ，w i t hh i g hc o dc o n c e n t r a t i o n ，h i g ha c i d i t ya n dh i g hs o l i d c o n c e n t r a t i o n ，i sav e r yi m p o r t a n tp a no fh i g h - c o n c e n t r a t e do 唱a n i cs e w a g e ，a n dh a s c a u s e dg r e a td i m c u l t vi ns e w a 2 ed i s p o s a li fn oe f f e c t i v em e a s u r e sw e r et a k e n ， s e “o u sd o l l u t i o nw o u l db ec a u s e dt ot h ee n v i r o m e n t h i g h e 脏c t i v el o w - c o n s u m i n gt e c h n o l o g y ，n a m e l y “s e p a r a t i o no fs o l i d a n d l l q u i d ，t w o s t a g ea n a e r o b i cp r o c e s s ，c o m b i n e db i o r e a c t i o n ”，i si n t r o d u c e di n t h i s d a p e rt h er e s u i to ft h ep i l o ts c a l ee x p e r i m e n ti ss h o w na sf o l l o w s ： 1t h eh e a t i n 2m a n n e ro ft h er e a c t o ra n dp hi st h em a i o rf a c t o ri nt h es t a r t u po f t h eh i g h - t e m p e r a t u r et e c l l n o l o g yi nd i s p o s i n go fa l c o h o l1 e e ss e w a g eb yp i l o t s c a l e u a s br e a c t o li t i sa l s os h o w nt h a tc o n t r o lo fc i r c u m n u e n c eo fe f f l u e n ti sa ne f r e c t i v e w a vi nc o n t r o l l i n 譬t h et e m p e r a t u r ea n dp ho f t h er e a c t i o ni nt h es t a 九u d 2t h ei n o c u l a t i o ns i z ea 1 1 da c t i v i t yo fs e w a 2 ei st h ep r i n c i p a lf a c t o ri nw h e t h e r t h eu a s br e a c t i o nc a ns t a nu ps m o o t h l yi nas h o nt i m e o r d i n a r ya 1 1 a e r o b i cs l u d g e c a nb eu s e dd i r e c t l yi nt h ei n o c u l a t i o no fh i g h t e m p e r a t u r eu a s br e a c t i o n r e a s o n a b l eh e a c i n gr a t ec a ns h o f c e nt h ea c c l i m a “z a “o nt i m eo fc h es e w a 2 e ，a f l dt h e h e a t i n 2r a t ei so p t i m u m a sa p p r o x i m a t e l y2 3 3t h ea d d i n gm o d eo fw a t e ri nt h es t a r t u pa j l do r g a n i cl o a di sh i g h l yi m p o r t a n t f a c t o ri nt h es t a n u po ft h eu a s br e a c t o li ti ss h o w nt h a tt h ei n i t i a l l o a di so p t i m u m a so 5 k g f m d )a n di h ej n i i j a l w a t e r a d d j n gc o n c e n l r a t i o n4 0 0 0 5 0 0 0 m g l i n t e m l i t t e n tw a t e 卜a d d i n gm o d ei sm s t l yt a k e n ，a n dc o n t i n u o u sw a t e 卜a d d i n gr a t ei s t h e nt a k e nw h e no r g a n i c1 0 a dr e a c h e s6 5k g ( m 3d ) ，a n dr a i s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no f 0 0 di nt h ew a t e r - i nc a nc o m p l e t et h es t a n u po ft h er e a c t o rs t a b l ya n dn e e t l y 4 t h es t a n u po ft h er e a c t o ri sad y n a m i cc o u r s e ，o r g a n i cl o a dt h a ti sas t a t i cv a l u e c a nn o td e s c r i b ec o m p r e h e n s i v e l ya n dr e a s o n a b l yw h e t h e rt h er e a c t o rs t a nu po rn o t t h r o u g hl h ei m p u l s i o nt e s to ft h eo r g a n i c1 0 a dt h es t a b i l i t yo ft h ew h o l es y s t e mi s r e v i e w e d ，a n di ti sa l s oc o n c l u d e dw h e t h e rt h eu a s br e a c t o rc a ns t a nu ps m o o t h l yi n as h o nt i m e ，s ot 1 1 ei m p u l s i o nt e s to ft h eo r g a n i cl o a dc a nb es e e na sad y n a m i ci n d e x f o rw h e t h e rt h es t a n u po ft h eh i g h t e m p e r a t u r eu a s br e a c t o ri se n d e d 5w h e nt h ea l c o h o ls e w a g ei sd i s p o s e dw i t hs i n 9 1 e s t a g eh i g h t e m p e r a t u r eu a s b r e a c t o la n dc o di nt h ew a t e “ni s2 0 0 0 0 2 3 0 0 0 m g l ，t h eo r g a n i cl o a di s 6 6 2 7 1 3 k g ( m 。d ) ，t h es e t t l et i m eo f w a t e r p o w e ri s2 5 1 2 6 2 d ，t h er e d u c t i o no f t h e c o dr e a c h e s8 3 9 8 6 5 ；a n dw h e nt h et w os t a g e so fu a s br e a c t o r sa r ep u ti n s e r i e s ，a n dt h eu a s br e a c t o ri so p e r a t e di nc l o s ec o n d i t i o n s ，c o di nt h ew a f e r - o u ti s r e d u c e dt o2 0 0 0m d l 6 w h e na s t a g e o f h i g h t e m p e r a t u r e u a s br e a c t o ra n das t a g eo f m e d i u m t e m p e r a f u r eu a s br e a c t o ri sp u ti ns e 打e s ，e m c i e n c yo fd m e r e n tk i n d so f a n a e r o b i cm i c r o b ei sb r i n 2i n t op l a ya n dt h e0 0 do ft h ew a t e r o u tc a nb ef u n h e r m o r e r e d u c e dt ol e s st h a n15 0 0 m l t h ec o n s e q u e n tg r e a tr e d u c t i o no ft h eo r 2 a n i c m a t e “a lc a nh e l pt of u n h e ra e r o b i ct r e a t m e n t ，c a na l s os a v em u c ho p e r a t i o n c o n s u m p t j o n ，c a nb es e e na sag o o de x 帅p 】eo fs u c c e s s f u lo p e r a n o no ft h ep j l o ts c a j e 扛南人学坝f ：学协论史 l j a s br e a c t o l 7 e q u a l1 0 a dp m p e l l i n gr e a c t o ri su s e di nc a a ss v s t e md e s i g n ，n l a k e st h eb e s to f t h es v n e r g i s mb e h v e e na e r o b i ca c t i v es l u d 譬ea n db i o l o g i c a lm e m b m n e ，a v o i d sm e s w e l lo fn i ea c t i v es l u d g e ，i n c r c a s e st h ec i r c u m n u c n c eo ft h es l u d g e a s s u r e st h e o p e r a d n gs t a b i l i t y ，a c c o r d i n g l yr a i s i n gt h er e d u c t i o nm t eo f c o di nt h es e w a g c 8f i r s t i y 8 5 o fs u s p e n s i o nw a ss e p a r a t c da n dr e c l 血n e da sc o a r s er o d d e ru s i n g 1 y i n gs p i r a ls h d is 印a r a t o r s e c o n d ly i nv i e wo f l h eo n g i n a lh i 曲一t e m p e r a t u r es e 、v a g e ， h i 出- t e m p e r 黼a n a e m b i cu a s br e a c t o ri su s e di n 廿1 e _ e i r s t s t a g ed i s p o s a l ，a n d m e d i 哪一t e m p e r a m r ea n a e r o b i cu a s br e a c t o ri su s e dj nm cs e c 0 d - s t a g ed i s p o s a l ，t h e ”d u c t i o nr a t eo f t h es e w a g er e a c h i n g9 2 9 4 ；丘n a 】l 弘a e m b i cp r o c e s s i n gi su s e d a s t h ew h o l ep r o c e s s i n 窖s t a 窑e sa r eo v e l 也er e d u c t i o nr a t eo fc o da 1 1 ds sr e a c h e s s e p a r a t e l y 9 9 4 a n d9 9 6 t h i st e c h l l o l o g yi sh i g h l ye m c i e n t ，l o we n e r g y c o n s 啪j n 戤c o a r s ef o d d e ra n dm a r s hg a sc a na j s ob er e c l a i m e d t h er e d u c t i o nr a 把d c o di s6 3 3 0t a i l dt h ew a t e r - o u ti nt h es v s t e mc o n f o m l st o 吐1 es e c o n ds t a n d a di n 也e s t a n d a r do f l e t t i n go u to f m i x e ds e w a g e ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 9 t 1 1 i st e c h n o l o g yc a n o to n l yd i s p o s es e r i o u s l yp o l i u t e do r g a n i cm a t e r i a l 谢t h o u tc r e a t i n gp 南c c s sn or c p o 】1 u 虹o n ，b u ta l s oe 街c i e n t l yd e c 糟a s ef h op r o d u c d o n o f t h es i u d g e ，a tt h es 唧et i m ei m p r o v e sm es t a b i l i t yo f t l l eo p e r a t i o n ni ss h o w nb y e c o n o m i ce 街c i e n c ya 】1 a i y s i st h a lt h ed a i l vo p e r a t i n ge x p e n s ei s2 7 3 4y u a n ，t h a tt h e d a i l ye l e c t r i c i t yg e n e r a t e db y 也em a r s hg a sr e a c h e s7 8 4 0 k w ha n dd a i l yn e tp m n ti s 2 5 8 7 2 r u a r i ，t 1 “d a i l yp r o 瞰疔o m 诧e ds e p a r a t e df o ma i c o h o ir e s i d u e si s4 5 0 0m l a l l ， 1 h a ta 咖u a lp r o f i t 锄dn e t ) n ti ss e p a r a t e l y1 9 8 44t h o u s a n dy u a l la 1 1 dl1 1 ，2 1 8 9 t h o t l s a n dy u a n t h u sa c h i e 、r i n 已g o ( ) dp t o n t 1 1 1 i st e c h n o l o 盯c o m b i n e st h ea d v a m a g e so f b o t ha 1 1 a e r o b i cp r o c e s s i n gb a s e do n u a s br e a c t o ra n da e r o b i cp r o c e s s i n gb 8 s e do nc o n t a c to x i d a t i o n ，h a v n gg o o ds o c i a i ， e c o n o m i ca n de n v i r o m e n t a lb e n e 6 t s s 哪m 雒i l y ，u a s b - c a a st e c m 0 1 0 9 yr l o t0 1 1 1 yi sp m c d c a li nd i s p o s m ga l c o h o l s e w a g e ，b u ta l s os u i 乜w i t ht h es i t u 撕o no fo u rc o 吼拉y nm a k e sm eb e s to ft h e a d v 卸c a g eo f h i 曲e 伍c i e n c ya n d 扯g hl o a do fu a s br e a c t o lb n g sm es e w a g eu n d e r e f f c c t i v ec o n t r 0 1 ni ss h o w nt h a tv 巾e nt h es e w a g ew a sp r o c e s s e db yg r a 【1 u i a t i o n u a s br e a c t o r ，c o di nt 1 1 e 啪t e r - o u tw a sr e d u c e dt 0l e s st h a n15 0 0 m g ，l ，卸dc o di n 7 0 ) ，i 级u a s b 反应 器采取高温厌氧发酵方式，而i i 级采取中温厌氧消化( 3 5 3 7 ) ，反应器中厌 q 江南人学硕十学位论文 氧微生物种类多，有利于废水中较难降解的有物进一步净化，因此i i 级u a s b 系统采用中温发酵，为后续处理出水达标排放创造了良好的条件。 在生物处理中，接种污泥的数量和活性是影响反应器成功启动的重要因素， 不同的污泥接种量宏观地表现为反应器中污泥床高度不同。h e e r t g e s 试验表明 j ：在污泥床层高度为o 4 m 时，短流率达7 0 - 8 0 ，污泥床层高度为1 2 m 时， l 3 进水短流：污泥床为2 2 m 时，短流率又再度增加。v a nd e rm e e r 等人的试 验结果提出，污泥床高度以2 3 m 为宜，若床层过高将会加大进水的沟流和短 流，因条件不同，所报道的结果存在着一定的差异但从中可以看出，污泥床高 度对反应器的工作状况产生较大的影响，但从多年的实践和研究认为，反应器 内污泥量维持占1 2 1 3 是适宜的。 本生产中接种污泥取自邻县酒厂，中温3 7 发酵正常运行的厌氧罐中回流 污泥，经沉淀去除上清液，污泥的悬浮固体含量为6 0 6 m g l ，最大比产甲烷速 率为4 6 3 m l c h 4 ( v s s d ) ，经过3 5 d 的静沉，污泥床层高度为2 9 m 左右。 2 2 分析方法 分析方法均采用国家环保总局编制的水和废水监测分析方法e 1 3 。“。监测项 目及具体分析方法见表2 1 。 表2 1 监测项目及分析方法 t 曲l e2 1t h ei t e m so f m e a s u r e m e n ta n da n a l y t i cm e t l l o d s 1 0 第三章酒槽废水厌氧好氧组合处理技术研究 第三章酒槽废水厌氧好氧组合处理技术研究 3 1 厌氧反应器的运行特性 3 1 1 厌氧反应器的启动运行 反应器启动初期，由于反应器所能承受的有机负荷较低，进水方式在一定 程度上影响到反应器的启动时间采用间歇周期性( 进水全回流静沉) 进水方式可使反应器在预期时间内成功启动，每天5 7 个进水周期，在一个进 水周期过程中，各阶段的时间分配比例随着反应器启动进程中进水负荷的变化， 进行适当的调整。启动初期，其时间分配比例控制在1 ：2 ：2 1 ：2 ：3 范围内，随着 反应器处理效率的提高，逐渐增加进水时间，同时缩短全回流和静沉时间，直 至实现连续进水。 3 1 2 反应器升温速率对产甲烷活性的影响 不同种群产甲烷细菌对适宜生长的温度范围均有严格要求。将己适应中温 条件的厌氧污泥接种于高温发酵u a s b 反应器，控制合理的升温有利反应器在 短时间内成功启动。 为了考察升温速率对反应器启动过程的影响，3 座u a s b 反应器在完成污 泥接种后，分别控制不同的升温速率，同时测定了反应器中污泥的生产甲烷活 性，结果如图3 1 所示。从图中可以看出反应器升温速率过快，会导致其内部 污泥的产甲烷活性短期下降，为了确保反应器在短时间内快速启动，建议较合 理的升温速率为每天2 5 3 ，最快不宣超过5 。 6 0 一5 0 耄4 0 名 立3 0 蝰 誉2 0 _ l 1 0 0 1234567891 0 温度( t ) 图3 1升温速率对污泥产甲烷菌活性的影响 f i g3 1e f r e c to f t e m p e r a t u r e o nt h ea c t i v i t yo f m e t h a n o g e n si ns l u d g e 1 1 江南大学硕士学位论文 3 1 3 进水p h 值及v e a 的控制 在厌氧发酵过程中，环境的p h 值对产甲烷细菌的活性影响很大，通常认为 最适的p h 为6 5 7 5 。因此启动初期进水p h 应控制在7 5 8 o 范围内，同时将 出水的v f a 控制在2 0 0 m l 以下，由二f 酒精废液的p h 值为3 8 4 2 ，开始启动时， 进入需经碱中和后再进入反应器中，当反应器出水p h 稳定在6 8 7 5 时与逐步 由回流水和原水混合进水过渡到直接采用原液进水。 3 1 4 反应器进水温度的控制 影响反应器消化温度的主要因素包括，进水中的热量值，反应器中有机物 的降解产能和反应器的散热速率。在生产性反应器的启动初期，应采取一定措 施，平衡这些影响因素对反应器消化温度的影响，确保厌氧反应器在适宜温度 下进行，本工艺根据酒糟废液的实际情况采用高温厌氧发酵( 5 3 5 5 ) ，实际 工作中发现，在启动时，通过对回流水补加原酒精废液和蒸汽加热，将进水温 度维持在6 0 6 5 范围可保证反应器中微生物在高温( 5 3 5 5 ) 的条件下进行 正常的厌氧发酵。 6 o 5 5 5 0 5 莓4o 宴” 遘3o 鬣2 5 枯2o 善” 10 o 5 o1 02 0 3 04 05 06 0 天( d ) 图3 2u a s b 反应器启动运行结果 f i g3 2s t a n u po p e r a t i o no fu a s br e a c t o r 1 2 踮佰砷：2弱 乎瓣堑书oou 第三章酒槽废水厌氧好氧组合处理技术研究 3 1 5 反应器的容积负荷 反应器的容积负荷直接反映了基质与微生物之间的平衡关系。在确定的反 应器中不同运行时期微生物对有机物降解能力存在差异，反应器启动初期。容 积负荷应控制在合理的范围内，否则将会引起反应器性能的恶化，影响反应器 的正常启动过程。 本生产性反应器的启动起始负荷为0 5 k g c 0 d ( m 3 d ) ，初始进水浓度为 4 0 0 0 一5 0 0 0 m g l ，启动操作控制条件为：当c o d 去除率大于8 0 ，出水p h 为 7 o 7 5 稳定运行3 4 d 后，再提高负荷，每次负荷提高的幅度为0 5 1 o k 叠 c o d ( m 3 d ) ，经过3 5 d 的启动运行，c o d 负荷达到55k 2 c o d ( m 3 d ) ，反应器 启动过程运行结果见图3 2 。 连续运