截至2009年底，我國約有木薯酒精生產(chǎn)企業(yè)30多家，木薯酒精產(chǎn)量700萬t/a，平均每家企業(yè)產(chǎn)量133t/al。以木薯為原料生產(chǎn)酒精在我國廣西、廣東、湖北、江蘇等省有較為廣闊的市場。常規(guī)生產(chǎn)工藝中每生產(chǎn)1t木薯酒精排出的廢水約為12~15t，且木薯酒精廢槽液出水溫度高，含有大量的有機(jī)化合物及懸浮物，CODcr高達(dá)50~80g/L，SS(懸浮物)高達(dá)60~80g/L，屬于典型的高濃度有機(jī)廢水。
酒精釀造是借助高活性微生物的代謝作用，使用淀粉類物質(zhì)(木薯、谷類及玉米等)轉(zhuǎn)化為糖，繼而生成酒精的過程。工業(yè)生產(chǎn)過程包括粉碎、糖化、發(fā)酵、精餾、分子篩脫水等過程，其中精餾過程產(chǎn)生的廢醪液為酒精釀造的主要廢水來源。
廣東某木薯酒精加工企業(yè)，燃料乙醇年產(chǎn)量達(dá)15萬噸/年，廢醪液排放量達(dá)4000t/d。因木薯酒精廢醪液含有大量的有機(jī)化合物及懸浮物，其濃度高、粘度大，直接固液分離處理較為困難，且分離后的醪渣由于蛋白質(zhì)含量低，做飼料銷售困難。建設(shè)方出于資源化利用的考慮，采用“高溫CSTR厭氧反應(yīng)器”工藝，通過厭氧生物處理回收大量沼氣用于發(fā)電。
項(xiàng)目建成后投產(chǎn)運(yùn)行，CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物經(jīng)“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”工藝處理后依然高達(dá)8~15g/L，影響后續(xù)二級(jí)UASB厭氧系統(tǒng)和A/O好氧系統(tǒng)的運(yùn)行效果，最終出水的CODcr和SS均不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。于是對CSTR厭氧反應(yīng)器的出水懸浮物去除工藝進(jìn)行技術(shù)改造，改造后各項(xiàng)出水指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本工藝改造案例可為同類型木薯酒精廢水處理提供參考。
1、污水處理站運(yùn)行概況
1.1 進(jìn)出水水質(zhì)及原工藝流程
木薯酒精廢醪液處理規(guī)模為4000t/d，溫度高達(dá)80℃以上。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水的CODcrq為60~80g/L，SS為50~70g/L，總氮為1g/L，總磷為0.3g/L。設(shè)計(jì)出水執(zhí)行廣東地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)的第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。處理工藝如下：
1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
(1)CSTR高溫厭氧反應(yīng)器工藝：8個(gè)厭氧發(fā)酵罐，單個(gè)罐體規(guī)格尺寸：φ24.00x23.00m，有效容積8000m，容積負(fù)荷4.45kgCODcr/(m3·d)，停留時(shí)間16d；
(2)斜篩過濾工藝：過濾目數(shù)為60目，安裝角度為60°；
(3)混凝氣浮工藝：處理能力為100m3/h，數(shù)量為2臺(tái)；
(4)平流沉淀工藝：平流沉淀池，表面負(fù)荷0.2m3/m2·h；
(5)UASB中溫厭氧反應(yīng)器工藝：容積負(fù)荷2.0kgCODcr/(m3·d)，停留時(shí)間2.8d；
(6)A/O生化池工藝：污泥負(fù)荷為0.09kgBOD5/(kgMLSS·d)，停留時(shí)間130h；氣水比110：1。
(7)芬頓氧化工藝：芬頓氧化塔1座，規(guī)格尺寸：φ3.6x15m；
(8)污泥處理系統(tǒng)：板框壓濾機(jī)9臺(tái)，過濾目數(shù)200目，過濾面積450m2，用于處理厭氧污泥；帶式壓濾機(jī)2臺(tái)，帶寬3m，用于處理好氧系統(tǒng)及芬頓系統(tǒng)的污泥。
1.3 設(shè)計(jì)水質(zhì)與實(shí)際水質(zhì)對比
CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物經(jīng)“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”工藝處理后依然高達(dá)8~15g/L，大量的懸浮物進(jìn)入后續(xù)的處理單元，導(dǎo)致后續(xù)二級(jí)UASB厭氧系統(tǒng)產(chǎn)沼氣率和CODcr去除率低，A/O生化系統(tǒng)的SVI指數(shù)低于80，活性污泥結(jié)塊成團(tuán)下沉等情況，最終出水的CODcr和SS均不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。污水處理站運(yùn)行1年，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及實(shí)際出水質(zhì)對比如下：
2、現(xiàn)狀問題診斷及原因分析
2.1 實(shí)際運(yùn)行主要存在的問題
CSTR工藝為完全混合式厭氧反應(yīng)器，罐內(nèi)設(shè)置水力攪拌裝置，出水SS與反應(yīng)器內(nèi)部的濃度一致，高達(dá)20~30g/L。原處理工藝采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”的組合工藝，計(jì)劃將CSTR厭氧出水懸浮物降低至5g/L以下，再進(jìn)入二級(jí)UASB厭氧工藝。
實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝后，出水懸浮物高達(dá)8~15g/L，且每個(gè)工藝段經(jīng)常出現(xiàn)不同的問題，不能穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。各工藝段的問題如下：
(1)“斜篩過濾”工藝段：斜篩的進(jìn)水懸浮物高達(dá)20-30g/L，在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)篩上物很多為編織物，經(jīng)分析，農(nóng)民的木薯通常采用編織袋裝好木薯運(yùn)送至收集單位，木薯加工段的粉碎機(jī)將編織袋及木薯一并粉碎，最終編織物在污水處理設(shè)施的斜篩上截留下來，同時(shí)還有部分粒徑小的編織物通過斜篩后，進(jìn)入后續(xù)的污水處理設(shè)置，影響后續(xù)的生化處理及深度處理系統(tǒng)。同時(shí)，斜篩過濾的進(jìn)水懸浮物量大，篩網(wǎng)經(jīng)常堵塞，需要操作工人采用高壓噴槍沖洗，剛清洗后又很快堵塞。CSTR高溫厭氧反應(yīng)器出水溫度高達(dá)60℃，而斜篩過濾區(qū)域需考慮加蓋除臭，工人的操作環(huán)境很差。
(2)“混凝氣浮”工藝段：因斜篩出水的SS還是高達(dá)15g/L以上，用混凝氣浮法去除SS，SS去除率能達(dá)到40%~50%，混凝氣浮后SS仍然達(dá)到8~10g/L，氣浮機(jī)的溶氣釋放器因進(jìn)水的懸浮物含量高導(dǎo)致經(jīng)常堵塞，經(jīng)氣浮后出水的SS去除率不能得到保障，影響后續(xù)的工段運(yùn)行。
(3)“平流沉淀”工藝段：主要作用是通過重力沉淀，分離污水中的懸浮物。本項(xiàng)目的表面負(fù)荷為0.2m3/m2·h，在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，平流沉淀效果不佳，主要原因是該懸浮物不易沉淀，排泥不干凈，導(dǎo)致很快形成厭氧的情況，產(chǎn)生的沼氣帶動(dòng)污泥上浮。類比同類型的木薯酒精廢水處理項(xiàng)目，CSTR厭氧反應(yīng)器出水后設(shè)置停留時(shí)間超過30h的輻流式沉淀池，用于分離出水的懸浮物。
2.2 出水污染物濃度超標(biāo)原因分析
本項(xiàng)目計(jì)劃采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，將CSTR出水中生化性較差的懸浮物分離處理，分離后的清液再進(jìn)入后續(xù)的二級(jí)厭氧和好氧生化系統(tǒng)。但是實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，該組合工藝不能穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，出水SS在8~10g/L之間波動(dòng)，出水中的SS主要為難降解的纖維素、木質(zhì)素及經(jīng)粉碎后的編織物，進(jìn)入后續(xù)的二級(jí)厭氧及好氧生化系統(tǒng)，嚴(yán)重影響后續(xù)的生化處理效果，導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)。
該組合工藝繁雜，工人操作量大，且衛(wèi)生環(huán)境差。斜篩和氣浮釋放器經(jīng)常堵塞，平流沉淀池排泥等都需要大量的人工操作，衛(wèi)生條件極差，且一旦失誤，SS進(jìn)入后續(xù)的生化系統(tǒng)，導(dǎo)致最終出水不達(dá)標(biāo)。
3、工藝運(yùn)行調(diào)整
CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物多為生化性較差的木質(zhì)素、纖維素等，懸浮物沒有在“斜篩+混凝氣浮+平流沉淀”的組合工藝中得到有效穩(wěn)定的去除，對后續(xù)的厭氧和好氧系統(tǒng)有較大的影響，最終出水不達(dá)標(biāo)。通過考察同類型的木薯酒精廢水處理站，CSTR厭氧出水多采用輻流式沉淀池進(jìn)行分離去除懸浮物，停留時(shí)間長達(dá)30h，且最終的去除率只有50%左右，因此需要一種更高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的處理工藝，解決CSTR厭氧出水懸浮物高的問題。
因本項(xiàng)目CSTR厭氧反應(yīng)器出水懸浮物的去除是采用“斜篩+混凝氣浮+平流沉淀”的物理分離工藝，懸浮物始終沒有得到根本的去除(沒有增減)，只是從污水中通過重力、機(jī)械等的作用分離出來，最終去到污泥系統(tǒng)通過板框壓濾分離，污泥處理的規(guī)模是按絕干污泥量計(jì)算的，因此污泥處理的建設(shè)規(guī)模并沒有因此而減少。
CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物高達(dá)20~30g/L，已經(jīng)滿足板框壓濾機(jī)的進(jìn)料要求了，不需進(jìn)一步的濃縮，可以直接經(jīng)泵加壓進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，懸浮物經(jīng)脫水后形成泥餅，含水率可降至60%~65%，因有機(jī)物含量高，可作有機(jī)肥料出售，板框壓濾機(jī)的濾液再進(jìn)入后續(xù)的厭氧和好氧系統(tǒng)處理。板框壓濾機(jī)濾布的目數(shù)為200目(孔徑為75微米)，對濾液進(jìn)行化驗(yàn)分析，濾液的懸浮物穩(wěn)定在3g/L以下，滿足降低CSTR出水去除懸浮物的工藝需求。
一般的市政污水，板框壓濾機(jī)的進(jìn)料泵采用螺桿泵，采用高、低壓進(jìn)料的方式，將污泥加壓提升進(jìn)入高壓隔膜板框脫水機(jī)內(nèi)，高壓進(jìn)料螺桿泵為0.6Mpa，低壓進(jìn)料螺桿泵為0.2Mpa。因?yàn)槟臼韼в心嗌�，在生產(chǎn)燃料乙醇的粉碎機(jī)工藝段，會(huì)將木薯上的泥沙一并粉碎，最終粉碎的泥沙會(huì)從蒸餾塔上隨酒精廢醪液一起進(jìn)入污水處理系統(tǒng)。如果采用螺桿泵，粉碎的泥沙容易磨壞螺桿泵的轉(zhuǎn)子。經(jīng)經(jīng)濟(jì)比較及考察同類型的木薯酒精廢水處理項(xiàng)目，采用臥式離心泵更適合于作為板框壓濾機(jī)的進(jìn)料泵，進(jìn)料快且較為穩(wěn)定，而且采用臥式離心泵可以通過自動(dòng)閥門的切換，一組臥式離心進(jìn)料泵可為4臺(tái)板框壓濾機(jī)進(jìn)料，進(jìn)料時(shí)間可以控制在0.7h之內(nèi)。
3.1 工藝流程圖及說明
改造工藝流程說明：CSTR厭氧反應(yīng)器出水的SS高達(dá)20~30g/L，出水后進(jìn)入水量緩存池A，調(diào)節(jié)水量，采用離心泵作為進(jìn)料泵，將污水提升加壓進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行過濾脫水，濾液進(jìn)入水量緩沖池B，濾液的含水率在3g/L以下。污水中的懸浮物經(jīng)板框的濾布截留脫水壓榨，最終形成泥餅(含水率在60%~65%左右)。
3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算及可行性分析
(1)設(shè)計(jì)進(jìn)水懸浮物為20g/L，板框過濾脫水后，濾液的懸浮物為3g/L，每天處理的絕干泥量為68t/d，懸浮物的去除率為85%；
(2)原設(shè)計(jì)有9臺(tái)板框脫水機(jī)用于厭氧污泥脫水，過濾面積450m2，過濾濾布的目數(shù)為200目(孔徑為75微米)，且會(huì)在濾布上形成一個(gè)污泥層，過濾效果更佳。按每100m2過濾面積處理0.4t絕干污泥計(jì)算，每臺(tái)板框壓濾機(jī)工作周期按3.0h設(shè)置(因處理的是厭氧污泥，含纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)較多，脫水效果較好)，板框壓濾機(jī)進(jìn)料的時(shí)間控制在0.7h以內(nèi)，板框脫水機(jī)每天工作5個(gè)周期，處理能力=450/100x0.4x5x9=81t絕干污泥；因此，將原有的9臺(tái)過濾面積為450m2的板框脫水機(jī)，改造后作為CSTR厭氧反應(yīng)器出水懸浮物的去除工藝，能完成過濾分離CSTR反應(yīng)器出水懸浮物的任務(wù)，同時(shí)兼具污泥脫水的功能。
4、工藝改造優(yōu)勢及經(jīng)濟(jì)性
(1)原工藝是采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，計(jì)劃將CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物從20~30g/L降至5g/L以下，物理分離后的懸浮物最終進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，需處理的絕干污泥量為60t/d。采用“板框過濾”工藝，直接處理CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物，懸浮物從20~30g/L降至3g/L以下，需處理的絕干泥量為68t/d，同樣需要9臺(tái)過濾面積450m2的板框脫水機(jī)。工藝改造后，將污泥處理工藝直接作為CSTR反應(yīng)器出水去除懸浮物的工藝，省去“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。
(2)板框壓濾機(jī)進(jìn)泥含固率要求達(dá)到2%~3%，本項(xiàng)目CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物濃度符合板框壓濾機(jī)的進(jìn)泥含固率的要求，不需設(shè)置污泥濃縮工藝，可以直接進(jìn)料至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水。
(3)因CSTR厭氧反應(yīng)器的停留時(shí)間高達(dá)16d，廢醪液中大部分易生化的懸浮物及有機(jī)物已經(jīng)在厭氧反應(yīng)器中去除，并轉(zhuǎn)化為熱量及沼氣。CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物多為生化性較差的木質(zhì)素、纖維素等。經(jīng)板框過濾出水的懸浮物能穩(wěn)定降低至3g/L以下，減少了懸浮物對后續(xù)厭氧和好氧系統(tǒng)的沖擊，進(jìn)入芬頓系統(tǒng)的CODcr及懸浮物含量均有較大的降低，大大減少了項(xiàng)目的運(yùn)行費(fèi)用，最終出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
5、優(yōu)化后的水質(zhì)
本項(xiàng)目經(jīng)工藝改造后，我們對各污水處理工藝段的出水CODcr及懸浮物做了橫向?qū)Ρ�。結(jié)果如下：
經(jīng)工藝改造后，將“板框過濾”作為CSTR厭氧出水后過濾分離懸浮物的工藝，板框?yàn)V液的懸浮物能穩(wěn)定在3g/L以下，懸浮物去除率在80%~88%左右。通過對比工藝改造前后各污水處理單元CODcr及SS的出水水質(zhì)發(fā)現(xiàn)，工藝改造后，二級(jí)厭氧系統(tǒng)和A/O生化池系統(tǒng)的CODcr及SS的去除率均提升10%~20%左右，出水水質(zhì)均能達(dá)到預(yù)期的效果，同時(shí)，因進(jìn)入芬頓流化床的CODcr及SS降低，因芬頓加藥量減少，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)也能進(jìn)一步降低。
6、結(jié)論
(1)CSTR厭氧反應(yīng)器的出水需分離污水中大量的懸浮物，用“板框過濾”工藝代替“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，懸浮物的去除率可高達(dá)85%~88%，并穩(wěn)定在3g/L以下；
(2)工藝調(diào)整后，“板框過濾”工藝同時(shí)兼具污泥脫水和CSTR厭氧反應(yīng)器出水懸浮物去除的功能，不需額外再設(shè)置CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物去除工藝，節(jié)省工程投資費(fèi)用；
(3)CSTR厭氧反應(yīng)器出水的懸浮物因采用“板框過濾”工藝得到有效的分離去除，二級(jí)UASB厭氧反應(yīng)器的產(chǎn)氣率得到提高，A/O好氧池污泥SVI指數(shù)也回到100~150以下，最終進(jìn)入芬頓流化床的進(jìn)水CODcr從改造前的0.56g/L降低至0.24g/L，SS從改造前的0.9g/L降低至0.15g/L。因CODcr及SS指標(biāo)降低，芬頓系統(tǒng)的加藥量得到大大降低，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。（來源：中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司）
