一.概述
酒精工(gong)业是国(guo)民经济重要(yao)的基(ji)础原料产业,酒精广泛应用于化工(gong)、食品工(gong)业、日(ri)化、医药卫生等领域,同时又是酒基(ji)、浸提剂、溶剂、洗涤剂和表面活性剂。
我(wo)国酒(jiu)精生产的原(yuan)料比例(li)为:淀粉质原(yuan)料(玉(yu)米、薯干(gan)(gan)、木薯)占(zhan)(zhan)75%,废(fei)糖蜜原(yuan)料占(zhan)(zhan)20%,合成酒(jiu)精占(zhan)(zhan)5%。由此,我(wo)国酒(jiu)精生产的原(yuan)料主要(yao)是玉(yu)米、薯干(gan)(gan)等(deng)淀粉质原(yuan)料。
酒(jiu)精(jing)企(qi)业酒(jiu)精(jing)糟(zao)的污(wu)染是食品与发酵工业***严重(zhong)的污(wu)染源之一,由(you)于投资、生产规模、技(ji)术、管理等原因,大部分酒(jiu)精(jing)企(qi)业的综合利(li)用率较(jiao)低(di)。
二.酒精生产废水特点
酒精工业(ye)的(de)(de)污(wu)染以水(shui)的(de)(de)污(wu)染***为严(yan)重,生产(chan)过程中的(de)(de)废水(shui)主(zhu)要来(lai)自蒸(zheng)馏(liu)发(fa)酵(jiao)(jiao)成熟醪后排出的(de)(de)酒精糟,生产(chan)设备的(de)(de)洗涤(di)水(shui)、冲洗水(shui),以及蒸(zheng)煮、糖化、发(fa)酵(jiao)(jiao)、蒸(zheng)馏(liu)工艺的(de)(de)冷却(que)水(shui)等(deng)。
酒(jiu)精废(fei)水是高浓度、高温(wen)度、高悬浮物的(de)有机废(fei)水,处(chu)理技(ji)术起步(bu)较(jiao)早,发展较(jiao)快。废(fei)液中的(de)废(fei)渣含有粉碎后的(de)木薯皮、根(gen)茎等粗纤(xian)维,这类物质在废(fei)水中是不(bu)溶性的(de)COD;木薯中的(de)纤维素和(he)半(ban)纤维素是多糖类物质(zhi),在(zai)酒精发酵(jiao)中不能成为(wei)(wei)酵(jiao)母(mu)菌(jun)的(de)碳源而被(bei)利用,残留在(zai)废液中,表现为(wei)(wei)溶解性COD;无机灰分的(de)泥(ni)砂(sha)杂质。这些物(wu)质增加了废(fei)水(shui)处理(li)的(de)难度。
三(san)、酒精废水处理主要方法
酒(jiu)精糟(zao)虽然无毒,但是(shi)污染负(fu)荷高成酸性。根据酒(jiu)精生产(chan)的原料(liao)不同,其酒(jiu)精糟(zao)的综合利用和处理采用不同的方法(fa)。
玉米酒精糟生(sheng)产DDGS,既能较彻底的(de)消除(chu)污染,使废水(shui)处(chu)理达标,又能获得(de)高质量(liang)的(de)蛋白饲料。但是DDGS生(sheng)产设备投(tou)资(zi)大,能耗高(1tDDGS需要200kw·h电耗,蒸(zheng)汽2.7t,水耗250t),技(ji)术要求高,所以国内只有一部(bu)分(fen)(fen)企业实现DDGS生产,部(bu)分(fen)(fen)企业仍采(cai)用(yong)(yong)先(xian)进行固液(ye)分(fen)(fen)离,滤(lv)渣生产DDG,做饲料,滤(lv)液(ye)部(bu)分(fen)(fen)回用(yong)(yong)生产,部(bu)分(fen)(fen)经生化(hua)处理(li),逐步实现酒精糟生产DDGS。
部分企业(ye)将薯干酒精糟经(jing)厌氧(yang)+好氧(yang)处理,该(gai)方法COD去除率可(ke)达到80%。还有企业(ye)将酒精糟采用固液分离,滤液回(hui)用生(sheng)产或者经(jing)生(sheng)化处理达标,滤渣直接做(zuo)饲料。
用厌氧消化处理酒精废醪经过30多(duo)年的研(yan)究实践,已(yi)证(zheng)明是一种切实可行的高效产能的处理方法,得(de)到国内外(wai)普遍的承认和应用。我国现行的酒精废(fei)醪(lao)治(zhi)理工程中绝大(da)多(duo)数采用了厌氧消化工艺。
目前(qian),对(dui)糖蜜(mi)酒精糟采(cai)用浓(nong)缩燃烧或者浓(nong)缩后(hou)制作颗粒肥料用,对(dui)综合废水(shui)仍采(cai)用二级生化处理技术。
4.1高效全混厌氧(yang)污泥(ni)罐(EASB)
厌氧反应器采用钢结构,其外形结构类似于第三代厌氧反应器EGSB和IC,能承受高浓度的固体悬浮(fu)物(wu)(SS),是三代厌氧(yang)反应器EGSB和IC不具备的特点,采用高(gao)温发酵,容(rong)积负荷可高(gao)达7.0kgCOD/(m3.d), 高于传统全渣厌氧发酵工艺的2—3倍, COD 去除率(lv)高达90%。该工艺有以下优点:



①对高浓度污染物高SS的(de)酒精(jing)有机废水,耐冲(chong)击(ji)力高承受(shou)力强,可完全(quan)达到高浓度悬浮物(wu)废水处理(li)的(de)要求(qiu)。
②在高(gao)浓度悬浮(fu)液的(de)情况下,虽(sui)不(bu)能或很(hen)难形(xing)成颗粒污泥,但高(gao)效厌氧装置(zhi)可以(yi)培养出沉淀性能很(hen)好和活性很(hen)高(gao)的(de)污泥,这对于保证COD 去除率是关键的。
③在高浓度悬浮(fu)液的情况下,容积负荷比普通全渣反映罐(guan)高很多,所以产沼气量很大,能产生较好的(de)经(jing)济效益。
4.2 UASB+缺氧池+接触氧化
上流式(shi)厌(yan)氧(yang)污泥(ni)反应(ying)器(UASB)技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一,在UASB中(zhong)没有载体(ti),污(wu)水从底部(bu)(bu)均匀(yun)进入(ru),向上流动,颗粒污(wu)泥(ni)(污(wu)泥(ni)絮体(ti))在(zai)上升的水流和(he)气泡作用下(xia)处于悬浮(fu)状态。反(fan)(fan)应器下(xia)部(bu)(bu)是(shi)(shi)浓度较高(gao)的污(wu)泥(ni)床,上部(bu)(bu)是(shi)(shi)浓度较低的悬浮(fu)污(wu)泥(ni)层,有机(ji)物在(zai)此(ci)转化为甲烷和(he)二氧化碳气体(ti)。在(zai)反(fan)(fan)应器的上部(bu)(bu)有三相分离器,可以脱气和(he)使污(wu)泥(ni)沉(chen)淀回到反(fan)(fan)应器中(zhong)。UASB的COD负(fu)荷较高(gao)(gao),反(fan)应器中污泥浓度高(gao)(gao)达100—150 g/L,因此COD去除效率比普通(tong)的(de)厌氧(yang)反应器高三倍,可达80%~95%。
缺氧池具有双(shuang)重作用,一(yi)是(shi)对(dui)废水进行生物预处(chu)(chu)理,改(gai)善其(qi)生化(hua)性,并吸附、降解一(yi)部分有机物;二是(shi)对(dui)系统的污(wu)泥进行消化(hua)处(chu)(chu)理。可以与后续的接触氧化形成A/O模(mo)式,具有(you)同步(bu)脱(tuo)氮除(chu)磷(lin)作(zuo)(zuo)用,其中厌氧(yang)段主要作(zuo)(zuo)用是(shi)去除(chu)有(you)机污(wu)染(ran)物和(he)释放磷(lin),缺(que)氧(yang)段的主要作(zuo)(zuo)用是(shi)反(fan)硝化脱(tuo)氮,由于(yu)具有(you)同步(bu)去除(chu)有(you)机污(wu)染(ran)物、脱(tuo)氮、除(chu)磷(lin)作(zuo)(zuo)用,因而目前(qian)该工艺广泛应(ying)用在需要脱(tuo)氮除(chu)磷(lin)的污(wu)水处理方案中。
生物接触(chu)氧化法(fa)是生物膜法(fa)的一种,属于好氧生化处(chu)理工艺。整个系(xi)统由池体、填料、曝气(qi)设备等组成(cheng)。好(hao)氧生(sheng)化法是细菌及菌类的(de)微生(sheng)物、后生(sheng)动(dong)物等一类的(de)微型动(dong)物在填料(liao)载体上生(sheng)长繁殖,微生(sheng)物


摄取污(wu)水中(zhong)的(de)有机物作为养份(fen),吸附分解污(wu)水中(zhong)的(de)有机物,微生物不(bu)断新陈代谢,保持活性,从而使污(wu)水得(de)以净化。在(zai)(zai)溶解氧和(he)食物(wu)(wu)都充足的(de)情况下,微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)繁殖十分迅速,生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜逐渐增厚,溶解氧和(he)污水中的(de)有机物(wu)(wu)凭(ping)借扩(kuo)散(san)作用(yong),被(bei)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)利用(yong)。当生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜达到(dao)一(yi)定厚度时(shi),氧气无(wu)法向(xiang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜内部扩(kuo)散(san),好氧菌死(si)(si)亡,而(er)兼性细菌和(he)厌(yan)氧菌开(kai)始大(da)量繁殖,形成厌(yan)氧层,利用(yong)死(si)(si)亡的(de)好氧菌为基(ji)质,并(bing)在(zai)(zai)此基(ji)础上不断繁殖厌(yan)氧菌,经过一(yi)段时(shi)间后在(zai)(zai)数(shu)量上开(kai)始下降,加上代谢气体的(de)逸出,使生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜大(da)块脱落。在(zai)(zai)脱落的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜表(biao)面新的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜又重新发展起来,在(zai)(zai)接触氧化池(chi)内,由于填料表(biao)面积大(da),所以生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜发展的(de)每(mei)一(yi)个(ge)阶段都是存在(zai)(zai)的(de),使去除有机物(wu)(wu)的(de)能力稳定在(zai)(zai)一(yi)个(ge)水平上。接触氧化工艺的(de)主要优点如下:
① 体积负荷高,处理时间短,节约占地面积。生物接触氧化法的体积负荷***高可达3~6kgBOD(m3·d),污(wu)水在池内停(ting)留时间(jian)***短(duan)只需0.5~1.5h。同样体积(ji)的设备(bei),生物接触氧化的处理能(neng)力(li)高出几(ji)倍,处理效率高,所以节约占地(di)面积(ji)。
② 生物活性高。由于曝气系统设置在填料之下,不仅供氧充分而且对生物膜起到扰动作用,加速生物膜的更新,大大提高生物膜的活性。曝气形成的紊流使得生物膜不断的连续的与污水中有机物接触,避免形成死角。经过我们在类似工程中的检测,同样湿重的丝状菌生物膜,其好氧速率比活性污泥法高1.8倍。
③ 微生物浓度高,一般的活性污泥法的污泥浓度为2~3g/L,微生(sheng)物在池(chi)中(zhong)处于悬(xuan)浮(fu)状态;而接触氧化池(chi)中(zhong)绝大(da)多数微生(sheng)物附着在填(tian)(tian)料(liao)上(shang),单位(wei)体积内水中(zhong)和填(tian)(tian)料(liao)上(shang)的(de)微生(sheng)物浓度可(ke)达到10~20g/L。由于生物接(jie)触(chu)氧化工艺的微生物浓度高,所以有(you)利(li)于提(ti)高容积(ji)负荷,从而降低(di)占(zhan)地面积(ji)。
④ 污泥(ni)产(chan)量(liang)低。


⑤ 出水(shui)(shui)水(shui)(shui)质(zhi)好而且(qie)稳定。在进水(shui)(shui)短期发生变化时(shi),出水(shui)(shui)水(shui)(shui)质(zhi)受的影响很小,而且(qie)生物(wu)膜活性恢复快,适合短期间断运行的需(xu)要(yao)。
⑥ 运行管理方(fang)便
4.3 EGSB+SBR
EGSB与(yu)UASB非常(chang)相似(si),其区别在于,EGSB采用高达2.5~6m/h的(de)上(shang)(shang)升(sheng)流速,使得反应器(qi)(qi)中的(de)颗(ke)粒(li)污泥(ni)处于部(bu)分(fen)或者完全膨胀化。污泥(ni)颗(ke)粒(li)之间的(de)距离加大从(cong)而(er)使污泥(ni)床(chuang)的(de)体积加大。在(zai)高的(de)上(shang)(shang)升(sheng)流速以(yi)(yi)及产(chan)气的(de)作(zuo)用下,废水中的(de)有机物(wu)与(yu)污泥(ni)床(chuang)更充分(fen)的(de)接触。因(yin)此可以(yi)(yi)允许废水在(zai)反应器(qi)(qi)中有更短的(de)停留时间,从(cong)而(er),EGSB可以用于处理较低浓(nong)度的废水。与UASB相比,它比UASB布水(shui)更容易(yi)均(jun)匀,传质效果更好,有(you)机(ji)物去除(chu)率(lv)更高(gao),能适应高(gao)浓度有(you)机(ji)废水(shui)和低浓度有(you)机(ji)废水(shui),容积(ji)负荷高(gao),COD去除率高。
EGSB优点:
1、使用(yong)范围广,不需要预酸化,流(liu)程简(jian)单;
2、对进水的温度,pH要求不高(gao),进水COD可达~30,000mg/L;
3、依靠(kao)进水和产气(qi)达到(dao)自行膨胀(zhang),并且会根(gen)据负荷的(de)变(bian)化自动(dong)改(gai)变(bian)床(chuang)层的(de)膨胀(zhang)度,无须另外增加循(xun)环泵(beng)保证膨胀(zhang),因此动(dong)力消耗小;
4、反应器中床层的膨胀度由下自上逐渐增大,属于变速膨胀床,其抗冲击负荷能力较强,有机物去除率较高(一般为75%~95%以上(shang)),
5、三项(xiang)分离(li)器(qi):三相分离(li)器(qi)专利设(she)计,有效地将(jiang)气固(gu)液(ye)分离(li)开,保证有效的污泥停留时间;
6、反应(ying)器(qi)没有内循环,上升流速慢,负荷高时也(ye)不影响分离(li);
7、操作维护(hu)容易,便于管(guan)理。
SBR工艺集进水、曝气、沉(chen)淀在一个池子中完(wan)成(cheng)。一般(ban)由多个池子构成(cheng)一组(zu),各池工作状态轮流变换运行,单池由滗(bi)水(shui)器滗(bi)水(shui),间歇(xie)出水,故(gu)又称为序批式(shi)活性污泥法(fa)。
该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布,形成一体化的集约构筑物,并利于实现紧凑的模块布置,***大的优点是节省占地。另外,可以减少污泥回流量,有节能效果。典型的SBR工艺沉淀(dian)时停止进水,静止沉淀(dian)可以获得(de)较(jiao)高的沉淀(dian)效率和较(jiao)好的水质。随着自动化技术(shu)的发(fa)展和PLC控制系统的普(pu)及化,SBR工(gong)(gong)艺(yi)的工(gong)(gong)程应用又进入了一个新的时(shi)代。
4.4 IC+A/O
IC反应(ying)器(qi)即(ji)膨胀颗粒污泥床反应(ying)器(qi),是在UASB反(fan)应(ying)器(qi)的(de)基础上发展起来的(de)第三代厌氧(yang)生物反(fan)应(ying)器(qi),它通过(guo)出水回流再循环,大大提(ti)高(gao)了(le)污(wu)水的(de)上升(sheng)流速,反(fan)应(ying)器(qi)中(zhong)颗(ke)粒污(wu)泥始终处于膨胀状态(tai),加强污(wu)水与微生物之(zhi)间(jian)的(de)接触和传质,获(huo)得(de)较高(gao)的(de)去除(chu)效率,反(fan)应(ying)器(qi)的(de)高(gao)度高(gao)达16-25m。从外观上看,IC反(fan)(fan)应器(qi)由***厌(yan)氧(yang)反(fan)(fan)应室和(he)第二(er)厌(yan)氧(yang)反(fan)(fan)应室叠加而(er)成,每个厌(yan)氧(yang)反(fan)(fan)应器(qi)的顶部各设(she)一个气-固-液三相分离器。如同两个UASB反应(ying)器(qi)的(de)上(shang)下重叠串联。
IC的(de)特点(dian):
(1)容(rong)积负荷(he)率高,水力停留(liu)时间(jian)短
IC反(fan)应器生物(wu)量大(可达(da)到60g/L),污泥龄长。特别是由于存在(zai)着(zhe)内、外循环,传质(zhi)效果好。处(chu)理高(gao)浓度有机废水,进水容积负荷率可(ke)达15~25kgCOD/m3·d。
(2)抗冲(chong)击负荷强
在IC反应器(qi)中,当(dang)COD负荷增加时(shi),沼气的(de)产生量随(sui)之增加,由此内循环(huan)的(de)气提增大。处理高浓度废水时(shi),循环(huan)流量可达进水流量的(de)10~20倍(bei)。废水(shui)中高(gao)浓(nong)度和(he)有害物质得到(dao)充分稀(xi)释,大(da)大(da)降低有害程度,从而提高(gao)了反应器(qi)的耐冲击负荷能力(li);当(dang)COD负荷较低时,沼气(qi)产(chan)量也(ye)低,从而形成较低的内循环流。因(yin)此,内循环实(shi)际为(wei)反应(ying)器起到了(le)自(zi)动平衡(heng)COD冲击(ji)负荷(he)的作用。
(3)避免(mian)了固(gu)形物(wu)沉积(ji)
有一些废水中含有大量的悬浮物质,会在UASB等流(liu)速(su)较慢的(de)反(fan)应器内(nei)容易发生累积,将(jiang)厌(yan)氧污泥逐渐置换,***终使厌(yan)氧反(fan)应器的(de)运行效果恶化乃***失效。而在IC反应器中,高的液(ye)体和气体上升(sheng)流速,将悬浮物冲(chong)击出反应器。
(4)基(ji)建(jian)投(tou)资省和占地面积小
由于IC反应(ying)器的(de)容(rong)积负荷率比(bi)普(pu)通的(de)UASB反(fan)应器要高(gao)3~4倍以(yi)上,则IC反(fan)应器的体积(ji)为普通UASB反应(ying)器的1/4~1/3左右(you)。而且(qie)有很大的高径比,所以,占地(di)面(mian)积特(te)别省,非常使用(yong)于占地(di)面(mian)积紧张的厂矿企业采用(yong)。并(bing)且(qie),可(ke)降低(di)反应(ying)器的基建(jian)投资。
(5)依(yi)靠沼气(qi)提升实现自身的内循(xun)环,减少能耗
厌氧流化床载体的膨胀和流化,是通过出水回流出水泵加压实现。依次必须消耗一部分动力。而IC反应器正常运行(xing)时是以(yi)自身产生的沼气(qi)作为提升的动力,实现混合(he)液内循(xun)环,不必开水(shui)泵(beng)实现强制循(xun)环,从(cong)而减少能耗(hao)。

(6)减少药剂投量,降低(di)运行费用
内外循环的液体量相当于***级厌氧出水的回流,对pH起(qi)缓(huan)冲(chong)作用,使反应器内(nei)的pH保(bao)持(chi)稳(wen)定。可减少进水的投(tou)碱量,从(cong)而(er)节约药剂用(yong)量,而(er)减少运行费用(yong)。
(7)出水的(de)稳(wen)定性好
因为,IC反(fan)应器相(xiang)当有上、下两个(ge)UASB反应器串联运行,下面一个UASB反应器具有(you)很(hen)高的有(you)机(ji)负荷率,起(qi)“粗”处(chu)理(li)作用(yong),上面(mian)一个UASB反应器的(de)负荷较低(di),起(qi)“精”处(chu)理作(zuo)用。一(yi)般说,多级(ji)处(chu)理工艺比单级(ji)处(chu)理的(de)稳(wen)定性好(hao),出水水质稳(wen)定。
(8)IC可(ke)以在较高温度(du)下运行,非常适(shi)合于生(sheng)产废(fei)水温度(du)较高的情况,可(ke)节省污(wu)水蒸汽加热的运行费用(yong)。
A/O工艺:系Anoxic/Oxic(兼氧/好氧)工艺的(de)简(jian)写(xie)。是(shi)常规二级生(sheng)化(hua)处理基础上发展(zhan)起来的(de)生(sheng)物(wu)去(qu)碳除(chu)氮(dan)技术,是(shi)考虑污水(shui)(shui)脱氮(dan)采用较多的(de)一种处理工艺。充分利用缺(que)氧生(sheng)物(wu)和好氧生(sheng)物(wu)的(de)特点(dian),使废水(shui)(shui)得到净(jing)化(hua)。
目前典型A/O工(gong)艺是(shi)把缺氧(yang)工(gong)段(duan)提前到好氧(yang)工(gong)段(duan)前,利(li)用(yong)原水(shui)(shui)中有(you)机物(wu)作为(wei)有(you)机碳(tan)(tan)源,故(gu)称为(wei)前置反(fan)(fan)硝化作用(yong),转化为(wei)硝化态(tai)氮(dan),在缺氧(yang)段(duan)时,活性污(wu)泥中的(de)反(fan)(fan)硝化细菌(jun)利(li)用(yong)硝化态(tai)氨(an)(an)和废(fei)水(shui)(shui)中的(de)含碳(tan)(tan)有(you)机物(wu)进行反(fan)(fan)硝化作用(yong),使化合态(tai)氨(an)(an)转化为(wei)分子态(tai)氨(an)(an),获(huo)得去碳(tan)(tan)脱氮(dan)的(de)效果,同时具有(you)生物(wu)选择(ze)的(de)作用(yong),防止污(wu)泥膨胀。因此A/O工艺不但(dan)具有稳(wen)定(ding)的脱氮功(gong)能,而且对COD、BOD有较高(gao)的去除率(lv),处(chu)理深(shen)度(du)高(gao),剩余(yu)污泥量少。
4.5 UASB+氧化塘
该(gai)工艺特别适合于(yu)建在(zai)郊(jiao)区的木薯(shu)酒精生(sheng)产(chan)企业(ye),氧化塘的废水停留时间可(ke)达数(shu)月,由于(yu)这类(lei)企业(ye)多处于(yu)市(shi)郊(jiao)或乡镇,而(er)且每年的生(sheng)产(chan)期(qi)为(wei)间歇式生(sheng)产(chan),从(cong)而(er)为(wei)这种占地面积大,处理时间长的污(wu)水处理方式提供了可(ke)能。
四、酒精废水(shui)的资源(yuan)化利用
以某木薯酒精厂废水处理工程为例说明。主要生产木薯淀粉,年产6万吨,淀粉废水水量为4800m3/d,CODcr 30000mg/L,BOD5 18000mg/L,SS 2000mg/L,pH 4-5。根据环保(bao)部门的(de)有关规(gui)定(ding),废水排(pai)放(fang)应(ying)达到《污水综合排(pai)放(fang)标准》(GB8978-1996)中(zhong)的一级标准:CODcr ≤100mg/L,BOD5 ≤20mg/L,SS≤70mg/L,pH 6-9。
运行费用:人(ren)工(gong)费用0.05 元/吨水;吨水电耗0.65 元/吨水,药剂费0.25元/吨水,直接费用1.00元/吨水。
效益分析:厌氧段每天接纳COD总(zong)量约为129600公(gong)斤,则沼气日(ri)产(chan)量(liang)为51840m3。沼气发热量约为5500千卡/m3,相当于1kg燃(ran)煤的热值,回(hui)收(shou)用于厂内生(sheng)产(chan)锅(guo)炉燃(ran)烧,每天节约标准煤51吨,吨煤(mei)按600元计(ji),每天可收(shou)益30600元,全(quan)年按300天生产时间计(ji)算,可节约标准煤(mei)炭15300余吨,每年节(jie)约(yue)煤款(kuan)918万元。除去年运行(xing)费用约144万元(yuan),吨水(shui)收益5.3元/吨水。