酒精废水处理高效厌氧技术——MIC反应器.doc

酒精废水处理高效厌氧技术MIC反应器徐 富，吴建华，刘锋，蒋京东，马三剑（苏州科技学院 环保应用技术研究所，江苏 苏州 215011）摘要：针对酒精废水的COD高、温度高、SS高、pH低特点，主要分析了酒精废水的水质及其排水情况。酒精废水中的蛋白质经提取DDG饲料后，采用中温MIC厌氧反应器和卡鲁塞尔氧化沟的两级厌氧和两级好氧工艺，出水可达到国家二级排放标准。也介绍了MIC反应器在厌氧温度控制在3537、pH为45左右、有机负荷为15 kgCODm-3d-1时，COD去除率为88%以上，MIC反应器可长期稳定运行。关键词：酒精废水； MIC反应器；预处理； 氧化沟中图分类号： 文献标识码： 文章编号： The High Efficient Anaerobic Technology of Wastewater Treatment about Alcohol MIC reactorXU Fu ，WU Jianhua，LIU Feng， JIANG Jingdong，MA Sanjian（Institute of Environmental Protection Application Technology， USTS，Suzhou 215011）Abstract：According to the characteristic of alcohol with high COD, high temperature, high SS and low pH , alcohol wastewater quality and drainage of alcohol were analyzed . After withdrawing DDG , MIC reactor and the carrousel oxidation ditch were used as secondary anaerobic process and secondary aerobic process. Then the effluent attained second class discharge standard . The wastewater before entering the MIC anaerobic reactor was cooled off to 35-37 and added alkali to moderate its pH. Then it came to the MIC reactor to treat. When the COD concentration of inflows was about 15 kgCOD m-3d-1， the COD removal rate would remain above 88% and MIC reactor would run steadily.Key words： Alcohol wastewater; MIC anaerobic reactor ;Pre-treatment ; Oxidation ditch以玉米、薯干、小麦等为原料生产酒精，每生产1t酒精可产生1315t工艺废水，该废水具有COD高、温度高、SS高、pH低等特点，属于高浓度有机废水。一个20*104t/a酒精厂日排放的污染量约为300tCOD，相当于约800*104人口的城市污水日排污量，如果该废水不能得到稳定、可靠的处理，势必对环境造成极大的危害。基金项目：江苏省高校高新技术产业化项目（JH01084）作者简介：徐富（1976-），男（满族），河北承德人，硕士研究生，主要从事水污染控制工程工作。废水的厌氧生物处理不仅可以降解有机物质，而且可产生一定的沼气，提高厌氧反应器的有机负荷和确保厌氧的运行稳定一直是厌氧技术发展的动力。为降低废水治理的投资、能耗、运行费用，提高酒精废水的综合利用能力，已开发出了一些新工艺、新设备。MIC厌氧反应器是根据IC反应器原理，研究开发的一种高效多级内循环厌氧反应器1。本文针对酒精废水的特点，提出了高效、节能、先进、稳定的废水处理工艺路线，并重点介绍了MIC厌氧反应器的设计和调试、运行情况。1 酒精生产及废水情况1.1酒精生产工艺简述淀粉质原料发酵法是我国生产酒精的主要方法，该法以含有淀粉的农副产品为主要原料，其可发酵性物质是淀粉，而酵母不能直接利用淀粉发酵为酒精，因此淀粉质原料生产酒精要经过原料粉碎，以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。经蒸煮处理，使淀粉糊化、液化，并破坏细胞，形成均一的发酵液，使其能更好的接受酶的作用并转化为可发酵性糖2。其生产过程的主要化学反应方程式为糖化：（C6H10O5）n(淀粉)H2OC6H10O6(葡萄糖)；发酵：C6H10O62C2H6O（酒精）+2CO2+热量。1.2酒精排水情况酒精生产的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟液，生产设备的洗涤水、冲洗水，以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等2。酒精糟液、洗涤水、冷却水的水质和吨产品排水量见表1。表1 酒精糟液、洗涤水、冷却水的水质和吨产品排水量废水名称排水量/tt-1产品pHCOD/mgL-1BOD5/mgL-1SS/mgL-1酒精糟液131644.557*10424*10414*104精馏塔底残留水345.01000600洗涤水247.060020005001000冷却水501007.0100酒精糟液是高浓度有机废水，其污染物主要包括：悬浮在废水中的固体不溶物、油脂、淀粉、胶；溶解在水中的糖、酸、碱、盐等；温度可高达100左右；悬浮物含量高，其中有机物占94%95%，灰分仅占6%7%；外观混浊、色度高、易腐败。1.3设计水质和排放要求 安徽某20*104t/a玉米酒精厂，酒精糟液经过压滤分离，滤渣做DDG饲料，滤液需进行处理，并回收沼气，该废水水质情况和排放要求见表2。表2 废水水质情况和排放要求项 目水量/m3d-1）pHCOD/mgL-1BOD5/mgL-1T/SS/mgL-1废水水质60003430,000-35,00020,000-30,00055-652,000-3,000排放要求GB8978-1996二级6915030常温1502废水处理工艺2.1 酒精废水预处理（1）、固液分离做DDG饲料酒精废水中过高的SS含量会影响厌氧反应器的正常运行和处理效果，厌氧微生物的动态平衡受到破坏，使水解菌和产酸菌大量繁殖，造成有机酸的积累，抑制了产甲烷菌的代谢，限制了有机酸向甲烷转化，降低了产沼气量，使反应器容易“酸败”。采用板框压滤将废水中的固体蛋白质分离出来做DDG饲料，每1tDDG饲料市场价在600800元左右，回收了资源，又降低了厌氧反应器的运行风险、提高了反应器的有效利用率。（2）、中温厌氧和板式换热器冷却温度是影响厌氧生物处理工艺的重要参数，温度对厌氧微生物细胞内一些酶的活性的作用而影响微生物的生产速率和微生物对基质的代谢速率，进而影响厌氧污泥的活性、有机负荷等。厌氧生化速率在35附近达到一个极大值后，于45左右出现一个低值，继而在53-63之间出现一个极大值，两大极大值的温度分别是中温和高温厌氧。但高温条件下厌氧细菌的净生物产率低，其值是中温的一半，造成高温厌氧启动时间长、对基质变化和毒性的适应能力差、运行不稳定3。因而采用中温厌氧处理酒精废水，需要板式换热器冷却废水，既有传热器传热效率高、占地少、重量轻便于拆装，又可以减少厂区的气味污染。2.2酒精废水厌氧工艺厌氧消化工艺先后经历了厌氧滤池、升流式厌氧污泥层（UASB）反应器、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌氧折流板反应器和厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）等，科技工作者在UASB高效厌氧反应器的基础上进一步开发成功了厌氧内循环（IC）反应器。由于IC反应器具有有机负荷高、处理容量大、相对投资少、占地面积小、运行稳定等特点，代表现阶段厌氧反应器的最高研究水平，值得进一步研究开发和推广应用3。MIC厌氧反应器（Multi-Internal Circulation）由两个反应室垂直串联组成，第一反应室为高负荷反应室，其底部为进水区和回流出水区，上部为低负荷的第二反应室，在两室之间有沼气集气罩，在第二反应室中上部设有三相分离器，反应器的顶部有三相分离包。两反应室和三相分离包用提升管和回流管相联。该反应器由波浪板三相分离器、内循环厌氧反应器回流管防堵装置专利设备集成在一起。2.3酒精废水好氧工艺好氧工艺采用两级好氧，一级好氧采用滴滤床，二级好氧采用卡鲁塞尔氧化沟。滴滤床采用自然通风、自旋布水器布水、内装有聚氯乙烯的波纹状填料，可以冷却废水，以提高氧气利用率，降低二级好氧的进水浓度，减少泡沫问题和污泥膨胀问题。卡鲁塞尔氧化沟包括厌氧段、好氧段、沉淀段，沉淀段沉淀下来的污泥大部分都回流到厌氧段，保证厌氧段的污泥浓度较高。在废水进入氧化沟厌氧段后，沟内的兼性微生物可将废水中的难降解的长链大分子有机物进行分解、断裂，将其分为易分解的小分子物质，可提高废水的可生化性，以利于好氧段的生化反应。2.4 废水处理工艺及说明 酒糟清液处理的工艺路线见图1。图1 废水处理工艺图3 MIC反应器的开发与设计3.1 MIC反应器的成功开发1999年2001年承担的“江苏省环保厅环境保护科技发展基金项目有机废水高负荷处理技术的开发研究（生产规模MIC（多级厌氧内循环）反应器应用的研究）”，所开发的MIC反应器直径8m，高23m，总容水体积1100m3，有效反应体积800m3 。该MIC反应器处理柠檬酸废水，进水量约为30 m3h-1，进水COD为8,00012,000mgL-1。调试经历了反应器升温、污泥驯化、负荷增加、稳定运行等过程。在系统正常运行后， MIC反应器有机负荷达到20 kgCODm-3d-1，水力停留时间为约12 h，COD去除率达到90以上，反应器运行稳定1。 2001年江苏省环境保护厅对该成果进行技术鉴定（苏环鉴字01第016号），其成果“填补了我国处理高浓度有机废水第三代厌氧反应器的空白”，研究成果表明“MIC反应器有机负荷高、水力停留时间短、占地面积小、耐冲击负荷强，在高浓度有机废水处理领域有重要的推广价值”。3.2 MIC反应器的设计一级MIC反应器，共3支，MIC反应器设计进水水质为30,00035,000mgCODL-1，水量为2000m3d-1，设计MIC反应器有机负荷为15 kgCODm-3d-1。本论文以一级MIC反应器（以下简称MIC反应器）为研究对象，该反应器的设计尺寸如下：直径15m，高23m，容积为4000m3，碳钢结构，内部防腐处理。 图2 MIC厌氧反应器结构图MIC反应器采用4个导流盘布水，沿着反应器底均与分布，位于高程11.5m处。该导流盘不需外加动力，自成整体扩散旋流，散射面积大、接触混合效果好。集气罩2层，分别在高程810m处、1921m处。4个分离包，每个分离包有2根混合液上升管、1根下降管，上升管管径为125mm，下降管管径为426mm。MIC厌氧反应器结构图见图2。 4 MIC反应器启动、运行及效果分析4.1 MIC反应器接种和启动MIC反应器接种污泥为城市污水处理厂的厌氧消化污泥，接种量约为50kgMLSSm-3，先用冷却废水与工艺废水混合（1,000CODmgL-1，水温3539）进行启动，恢复污泥的活性，启动时间15d左右。当种泥逐渐适应废水性质后，可以逐步提高进水有机负荷，每次提高有机负荷的幅度为0.51.0 kgCODm-3d-1，并采用出水回流进行驯化。随着负荷的提高，反应器内的污泥逐渐由松散状态变成沉降性能好的絮体，污泥的产甲烷活性也相应的提高，产气量逐渐增大，会出现絮状污泥的流失和淘汰，颗粒污泥逐渐出现，并颗粒化，进水有机负荷为15 kgCODm-3d-1左右，驯化时间为3个月。驯化阶段的MIC反应器运行情况见图3。图3 驯化阶段的MIC有机负荷、MIC出水COD随运行时间的变化 从MIC反应器启动的过程中看，进水有机负荷从6.5 kgCODm-3d-1升高到15 kgCODm-3d-1的过程中，MIC反应器出水从600mgCODL-1升高到1,200mgCODL-1，MIC反应器的COD去除率在85%到95%之间。4.2MIC反应器的运行在正常运行期间，工艺废水与好氧的出水作为MIC反应器的进水，水温稳定控制在3537，有机负荷基本控制在15 kgCODm-3d-1左右，出水COD稳定，COD去除效率保持在88%左右，MIC的出水在1200-1500mgCODL-1。每日3次监测进、出水的水样，监测指标有pH、COD、VFA、温度、流量等。在一年多的运行中，MIC反应器经历了低pH值、有机负荷、停开车等冲击，进一步考察了对低pH值废水的缓冲能力，承受高、低负荷的能力和反应器重新启动效果恢复情况的考验。运行阶段的MIC反应器情况见图4。图4 稳定运行阶段的MIC有机负荷、COD去除率随运行时间的变化4.3 MIC反应器的pHMIC反应器的pH是反应器体系中CO2、H2S、NH3在气液两相间的溶解平衡、液相内的酸碱平衡及固液相间离子溶解平衡等综合作用的结果。酒精废水的pH低、COD浓度高，采用以每m3工艺废水加Ca(OH)2为1.125kg和好氧系统出水混合后作为MIC反应器的进水，利用污泥的颗粒化，MIC反应器的出水pH为6.57.2。MIC反应器出水随进水pH变化图见5。图5 MIC厌氧反应器出水随进水pH变化图MIC反应器正常运行的情况下，产酸菌和甲烷菌会自动保持平衡，并将消化液的pH值维持在6.57.5的近中性范围内。5结语 (1)、采用两级厌氧的MIC反应器和两级好氧的工艺处理酒精废水是可行的，出水能够达到二级排放标