酒精廢水

酒精廢水

酒精廢水是高濃度、高溫度、高懸浮物的有機廢水,酒精工業的污染以水的污染最為嚴重,生產過程中的廢水主要來自蒸餾發酵成熟醪後排出的酒精糟,生產設備的洗滌水、沖洗水,以及蒸煮、糖化、發酵、蒸餾工藝的冷卻水等。

酒精

工業是國民經濟重要的基礎原料產業,酒精廣泛套用於化工、食品工業、日化、醫藥衛生等領域,同時又是酒基、浸提劑、溶劑、洗滌劑和表面活性劑。

我國酒精生產的原料比例為:澱粉質原料(玉米、薯乾、木薯)占75%,廢糖蜜原料占20%,合成酒精占5%。由此,我國酒精生產的原料主要是玉米、薯乾等澱粉質原料。

酒精企業酒精糟的污染是食品與發酵工業最嚴重的污染源之一,由於投資、生產規模、技術、管理等原因,大部分酒精企業的綜合利用率較低。

酒精廢水是高濃度、高溫度、高懸浮物的有機廢水,處理技術起步較早,發展較快。廢液中的廢渣含有粉碎後的木薯皮、根莖等粗纖維,這類物質在廢水中是不溶性的COD;木薯中的纖維素和半纖維素是多糖類物質,在酒精發酵中不能成為酵母菌的碳源而被利用,殘留在廢液中,表現為溶解性COD;無機灰分的泥砂雜質。這些物質增加了廢水處理的難度。

處理主要方法

酒精糟雖然無毒,但是污染負荷高成酸性。根據酒精生產的原料不同,其酒精糟的綜合利用和處理採用不同的方法。

玉米酒精糟的綜合利用

酒精工業 酒精工業

玉米酒精糟生產DDGS,既能較徹底的消除污染,使廢水處理達標,又能獲得高質量的蛋白飼料。但是DDGS生產設備投資大,能耗高(1tDDGS需要200kw·h電耗,蒸汽2.7t,水耗250t),技術要求高,所以國內只有一部分企業實現DDGS生產,部分企業仍採用先進行固液分離,濾渣生產DDG,做飼料,濾液部分回用生產,部分經生化處理,逐步實現酒精糟生產DDGS。

薯乾酒精糟的綜合利用

部分企業將薯乾酒精糟經厭氧+好氧處理,該方法COD去除率可達到80%。還有企業將酒精糟採用固液分離,濾液回用生產或者經生化處理達標,濾渣直接做飼料。

用厭氧消化處理酒精廢醪經過30多年的研究實踐,已證明是一種切實可行的高效產能的處理方法,得到國內外普遍的承認和套用。我國現行的酒精廢醪治理工程中絕大多數採用了厭氧消化工藝。

糖蜜酒精廢水處理方法

對糖蜜酒精糟採用濃縮燃燒或者濃縮後製作顆粒肥料用,對綜合廢水仍採用二級生化處理技術。

常用處理工藝

高效全混厭氧污泥罐

EASB反應器 EASB反應器

厭氧反應器採用鋼結構,其外形結構類似於第三代厭氧反應器EGSB和IC,能承受高濃度的固體懸浮物(SS),是三代厭氧反應器EGSB和IC不具備的特點,採用高溫發酵,容積負荷可高達7.0kgCOD/(m3.d), 高於傳統全渣厭氧發酵工藝的2—3倍, COD 去除率高達90%。該工藝有以下優點:

①對高濃度污染物高SS的酒精有機廢水,耐衝擊力高承受力強,可完全達到高濃度懸浮物廢水處理的要求。

②在高濃度懸浮液的情況下,雖不能或很難形成顆粒污泥,但高效厭氧裝置可以培養出沉澱性能很好和活性很高的污泥,這對於保證COD 去除率是關鍵的。

③在高濃度懸浮液的情況下,容積負荷比普通全渣反映罐高很多,所以產沼氣量很大,能產生較好的經濟效益。

UASB+缺氧池+接觸氧化

UASB構造圖 UASB構造圖

上流式厭氧污泥反應器(UASB)技術在國內外已經發展成為厭氧處理的主流技術之一,在UASB中沒有載體,污水從底部均勻進入,向上流動,顆粒污泥(污泥絮體)在上升的水流和氣泡作用下處於懸浮狀態。反應器下部是濃度較高的污泥床,上部是濃度較低的懸浮污泥層,有機物在此轉化為甲烷和二氧化碳氣體。在反應器的上部有三相分離器,可以脫氣和使污泥沉澱回到反應器中。UASB的COD負荷較高,反應器中污泥濃度高達100—150 g/L,因此COD去除效率比普通的厭氧反應器高三倍,可達80%~95%。

缺氧池具有雙重作用,一是對廢水進行生物預處理,改善其生化性,並吸附、降解一部分有機物;二是對系統的污泥進行消化處理。可以與後續的接觸氧化形成A/O模式,具有同步脫氮除磷作用,其中厭氧段主要作用是去除有機污染物和釋放磷,缺氧段的主要作用是反硝化脫氮,由於具有同步去除有機污染物、脫氮、除磷作用,因而該工藝廣泛套用在需要脫氮除磷的污水處理方案中。

生物接觸氧化法是生物膜法的一種,屬於好氧生化處理工藝。整個系統由池體、填料、曝氣設備等組成。好氧生化法是細菌及菌類的微生物、後生動物等一類的微型動物在填料載體上生長繁殖,微生物攝取污水中的有機物作為養份,吸附分解污水中的有機物,微生物不斷新陳代謝,保持活性,從而使污水得以淨化。在溶解氧和食物都充足的情況下,微生物繁殖十分迅速,生物膜逐漸增厚,溶解氧和污水中的有機物憑藉擴散作用,被微生物利用。當生物膜達到一定厚度時,氧氣無法向生物膜內部擴散,好氧菌死亡,而兼性細菌和厭氧菌開始大量繁殖,形成厭氧層,利用死亡的好氧菌為基質,並在此基礎上不斷繁殖厭氧菌,經過一段時間後在數量上開始下降,加上代謝氣體的逸出,使生物膜大塊脫落。在脫落的生物膜表面新的生物膜又重新發展起來,在接觸氧化池內,由於填料表面積大,所以生物膜發展的每一個階段都是存在的,使去除有機物的能力穩定在一個水平上。接觸氧化工藝的主要優點如下:

漂浮大量死泥的缺氧池(非正常狀況) 漂浮大量死泥的缺氧池(非正常狀況)

① 體積負荷高,處理時間短,節約占地面積。生物接觸氧化法的體積負荷最高可達3~6kgBOD(m3·d),污水在池內停留時間最短只需0.5~1.5h。同樣體積的設備,生物接觸氧化的處理能力高出幾倍,處理效率高,所以節約占地面積。

② 生物活性高。由於曝氣系統設定在填料之下,不僅供氧充分而且對生物膜起到擾動作用,加速生物膜的更新,大大提高生物膜的活性。曝氣形成的紊流使得生物膜不斷的連續的與污水中有機物接觸,避免形成死角。經過我們在類似工程中的檢測,同樣濕重的絲狀菌生物膜,其好氧速率比活性污泥法高1.8倍。

③ 微生物濃度高,一般的活性污泥法的污泥濃度為2~3g/L,微生物在池中處於懸浮狀態;而接觸氧化池中絕大多數微生物附著在填料上,單位體積內水中和填料上的微生物濃度可達到10~20g/L。由於生物接觸氧化工藝的微生物濃度高,所以有利於提高容積負荷,從而降低占地面積。

④ 污泥產量低。

UASB+缺氧池+接觸氧化工藝流程圖 UASB+缺氧池+接觸氧化工藝流程圖

⑤ 出水水質好而且穩定。在進水短期發生變化時,出水水質受的影響很小,而且生物膜活性恢復快,適合短期間斷運行的需要。

⑥ 運行管理方便

工藝流程如右所示:

EGSB+SBR

EGSB反應器構造圖 EGSB反應器構造圖

EGSB與UASB非常相似,其區別在於,EGSB採用高達2.5~6m/h的上升流速,使得反應器中的顆粒污泥處於部分或者完全膨脹化。污泥顆粒之間的距離加大從而使污泥床的體積加大。在高的上升流速以及產氣的作用下,廢水中的有機物與污泥床更充分的接觸。因此可以允許廢水在反應器中有更短的停留時間,從而,EGSB可以用於處理較低濃度的廢水。與UASB相比,它比UASB布水更容易均勻,傳質效果更好,有機物去除率更高,能適應高濃度有機廢水和低濃度有機廢水,容積負荷高,COD去除率高。

EGSB優點:

1、使用範圍廣,不需要預酸化,流程簡單;

2、對進水的溫度,pH要求不高,進水COD可達~30,000mg/L;

3、依靠進水和產氣達到自行膨脹,並且會根據負荷的變化自動改變床層的膨脹度,無須另外增加循環泵保證膨脹,因此動力消耗小;

SBR反應器原理圖 SBR反應器原理圖

4、反應器中床層的膨脹度由下自上逐漸增大,屬於變速膨脹床,其抗衝擊負荷能力較強,有機物去除率較高(一般為75%~95%以上);5、三項分離器:三相分離器專利設計,有效地將氣固液分離開,保證有效的污泥停留時間;

6、反應器沒有內循環,上升流速慢,負荷高時也不影響分離;

7、操作維護容易,便於管理。

SBR工藝集進水、曝氣、沉澱在一個池子中完成。一般由多個池子構成一組,各池工作狀態輪流變換運行,單池由潷水器潷水,間歇出水,故又稱為序批式活性污泥法。

該工藝將傳統的曝氣池、沉澱池由空間上的分布改為時間上的分布,形成一體化的集約構築物,並利於實現緊湊的模組布置,最大的優點是節省占地。另外,可以減少污泥回流量,

EGSB+SBR工藝流程圖 EGSB+SBR工藝流程圖

有節能效果。典型的SBR工藝沉澱時停止進水,靜止沉澱可以獲得較高的沉澱效率和較好的水質。隨著自動化技術的發展和PLC控制系統的普及化,SBR工藝的工程套用又進入了一個新的時代。

工藝流程如右所示:

IC+A/O

IC厭氧反應器原理圖 IC厭氧反應器原理圖

IC反應器即膨脹顆粒污泥床反應器,是在UASB反應器的基礎上發展起來的第三代厭氧生物反應器,它通過出水回流再循環,大大提高了污水的上升流速,反應器中顆粒污泥始終處於膨脹狀態,加強污水與微生物之間的接觸和傳質,獲得較高的去除效率,反應器的高度高達16-25m。從外觀上看,IC反應器由第一厭氧反應室和第二厭氧反應室疊加而成,每個厭氧反應器的頂部各設一個氣-固-液三相分離器。如同兩個UASB反應器的上下重疊串聯。

IC的特點:

(1)容積負荷率高,水力停留時間短

IC反應器生物量大(可達到60g/L),污泥齡長。特別是由於存在著內、外循環,傳質效果好。處理高濃度有機廢水,進水容積負荷率可達15~25kgCOD/m3·d。

(2)抗衝擊負荷強

在IC反應器中,當COD負荷增加時,沼氣的產生量隨之增加,由此內循環的氣提增大。處理高濃度廢水時,循環流量可達進水流量的10~20倍。廢水中高濃度和有害物質得到充分稀釋,大大降低有害程度,從而提高了反應器的耐衝擊負荷能力;當COD負荷較低時,沼氣產量也低,從而形成較低的內循環流。因此,內循環實際為反應器起到了自動平衡COD衝擊負荷的作用。

(3)避免了固形物沉積

有一些廢水中含有大量的懸浮物質,會在UASB等流速較慢的反應器內容易發生累積,將厭氧污泥逐漸置換,最終使厭氧反應器的運行效果惡化乃至失效。而在IC反應器中,高的液體和氣體上升流速,將懸浮物衝擊出反應器。

(4)基建投資省和占地面積小

A/O中的好氧池 A/O中的好氧池

由於IC反應器的容積負荷率比普通的UASB反應器要高3~4倍以上,則IC反應器的體積為普通UASB反應器的1/4~1/3左右。而且有很大的高徑比,所以,占地面積特別省,非常使用於占地面積緊張的廠礦企業採用。並且,可降低反應器的基建投資。

(5)依靠沼氣提升實現自身的內循環,減少能耗

厭氧流化床載體的膨脹和流化,是通過出水回流出水泵加壓實現。依次必須消耗一部分動力。而IC反應器正常運行時是以自身產生的沼氣作為提升的動力,實現混合液內循環,不必開水泵實現強制循環,從而減少能耗。

(6)減少藥劑投量,降低運行費用

內外循環的液體量相當於第一級厭氧出水的回流,對pH起緩衝作用,使反應器內的pH保持穩定。可減少進水的投鹼量,從而節約藥劑用量,而減少運行費用。

(7)出水的穩定性好

因為,IC反應器相當有上、下兩個UASB反應器串聯運行,下面一個UASB反應器具有很高的有機負荷率,起“粗”處理作用,上面一個UASB反應器的負荷較低,起“精”處理作用。一般說,多級處理工藝比單級處理的穩定性好,出水水質穩定。

(8)IC可以在較高溫度下運行,非常適合於生產廢水溫度較高的情況,可節省污水蒸汽加熱的運行費用。

A/O工藝系Anoxic/Oxic(兼氧/好氧)工藝的簡寫。是常規二級生化處理基礎上發展起來的生物去碳除氮技術,是考慮污水脫氮採用較多的一種處理工藝。充分利用缺氧生物和好氧生物的特點,使廢水得到淨化。

典型A/O工藝是把缺氧工段提前到好氧工段前,利用原水中有機物作為有機碳源,故稱為前置反硝化作用,轉化為硝化態氮,在缺氧段時,活性污泥中的反硝化細菌利用硝

IC+A/O工藝流程圖 IC+A/O工藝流程圖

化態氨和廢水中的含碳有機物進行反硝化作用,使化合態氨轉化為分子態氨,獲得去碳脫氮的效果,同時具有生物選擇的作用,防止污泥膨脹。因此A/O工藝不但具有穩定的脫氮功能,而且對COD、BOD有較高的去除率,處理深度高,剩餘污泥量少。

工藝流程圖如右所示:

UASB+氧化塘

該工藝特別適合於建在郊區的木薯酒精生產企業,氧化塘的廢水停

UASB+氧化塘工藝流程圖 UASB+氧化塘工藝流程圖

留時間可達數月,由於這類企業多處於市郊或鄉鎮,而且每年的生產期為間歇式生產,從而為這種占地面積大,處理時間長的污水處理方式提供了可能。

資源化利用

以某木薯酒精廠廢水處理工程為例說明。主要生產木薯澱粉,年產6萬噸,澱粉廢水水量為4800m3/d,CODcr 30000mg/L,BOD5 18000mg/L,SS 2000mg/L,pH 4-5。

根據環保部門的有關規定,廢水排放應達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級標準:CODcr ≤100mg/L,BOD5 ≤20mg/L,SS≤70mg/L,pH 6-9。

運行費用:人工費用0.05 元/噸水;噸水電耗0.65 元/噸水,藥劑費0.25元/噸水,直接費用1.00元/噸水。

效益分析:厭氧段每天接納COD總量約為129600公斤,則沼氣日產量為51840m3。沼氣發熱量約為5500千卡/m3,相當於1kg燃煤的熱值,回收用於廠內生產鍋爐燃燒,每天節約標準煤51噸,噸煤按600元計,每天可收益30600元,全年按300天生產時間計算,可節約標準煤炭15300餘噸,每年節約煤款918萬元。除去年運行費用約144萬元,噸水收益5.3元/噸水。

特點

酒精廠污水都具備如下特點:

1、懸浮物含量高,平均懸浮物含量高達40000mg/L;

2、溫度高,平均水溫達70℃,蒸餾釜底排出的廢水溫度高達100℃;

3、濃度高,廢水的COD高達2-3萬,包括懸浮固體、溶解性COD和膠體,有機物占93%-94%,無機物占6%-7%,有機物的成分是碳水化合物,其次是含氮化合物,生物菌和未分解出去的產品:如丁醇、乙醇等,此外還有500mg/L的有機酸;

4、廢水含有約500mg/L左右的有機酸,廢水呈酸性,運行初期可考慮加鹼或污泥的回流以平衡廢水的酸鹼度,運行穩定後系統具備足夠的緩衝能力,則不需要加鹼或回流;

5、無機物主要是來自原料中的灰塵和雜質。

處理技術說明

廢水處理系統採用固液分離提取飼料,厭氧處理製取沼氣,好氧處理達標排放的技術路線。厭氧處理前的固液分離採用XM80/800-u型板框壓濾機,所得濾渣含水率為75%左右,經烘乾成為DDG蛋白飼料。濾液中由於大部分懸浮物(90%以上)被去除,使COD的質量濃度降至25000mg/L,BOD的濃度降至6000mg/L,SS的質量濃度降至2500mg/L。出水30%(約300m3)回用酒精車間拌料。

厭氧處理採用新型高效的厭氧複合床反應器(UBF),進水用該厂部分低濃度廢水調節。設計溫度為35-38℃;設計流量1200m3/d;進水COD的質量濃度為18 000-20 000mg/L;去除率85%-90%;反應器單體直徑8m,總高度12m,有效容積500m3;污泥懸浮層高度為2m;填料層2m;填料層和三相分離器的間隔高度設計為1m;三相分離器和排水高度設計為4m;UBF中安裝YDT彈性立體填料。

UBF反應器的啟動是整個工程能夠順利運行的關鍵。首先就是接種污泥的性質,本工程中不管是採用性質相似的厭氧污泥還是好氧污泥(來自二沉池),均能將UBF成功啟動且形成顆粒污泥。但是,用好氧污泥,所需時間長,形成的顆粒污泥小。接種污泥濃度不低於10kg[VLSS]/m3。本工程UBF反應器啟動過程分成2個主要階段進行:①採用低濃度進水且保持進水濃度不變,逐漸增加進水量以提高有機負荷直至達到設計進水量;②保持進水量不變,逐漸增加廢水濃度以提高有機負荷直至達到設計進水濃度。當UBF反應器達到了設計的水質水量,反應器中形成顆粒污泥則進人穩定運行期。

好氧處理採用周期循環活性污泥法(CASS)技術。原設計CASS的運行周期是4h,其中曝氣2h,沉澱1h,排水1h。調試過程中發現厭氧出水濃度比設計濃度低,經過調整,運行採用限量曝氣方式,進水4h,然後曝氣2h,沉澱1h,排水1h。出水達到國家《污水綜合排放標準》GB8978-1996酒精工業二級排放標準。

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