UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水工程實(shí)例

1、引用本文李曉婷 . UASB+CASS 組合工藝處理啤酒廢水工程實(shí)例J 工業(yè)水處理, 2016, 36(3): 93-96.Li Xiaoting. Case study on the combined process,UASB+CASS for the treatment of beer wastewaterJ INDUSTRIAL WATER TREATMENT, 2016, 36(3): 93-96.UASB+CASS 組合工藝處理啤酒廢水工程實(shí)例 李曉婷 摘要 ：通過(guò)對(duì)啤酒生產(chǎn)制作廢水特點(diǎn)的綜合分析,結(jié)合原有污水處理站工藝及多家同類污水站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出采用UASB+CASS 組合工藝

2、處理啤酒廢水。運(yùn)行結(jié)果表明:出水 COD 、 BOD 5、 SS、 NH3-N 均滿足啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 19821-2005) 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),出水動(dòng)植物油、陰離子表面活性劑滿足污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 8978-1996) 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),采用該組合工藝處理啤酒生產(chǎn)廢水,在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行。關(guān)鍵詞 ： 啤酒廢水升流式厭氧污泥床循環(huán)式活性污泥法Case study on the combined process,UASB+CASS for the treatment of beer wastewaterLi XiaotingAbstract : Based on the comprehensiv

3、e analysis of the characteristics of the wastewater from beer production, combining with the original technology in water treatment stations and a number of practical experiences of similar waste-water plants, it is proposed that the combined process, UASB+CASS, is to be used for the treatment of be

4、er waste-water.The running results show that all the effluent COD, BOD5,SS, and NH 3-N can meet the requirements specified in Level l of the Discharge Standard of Pollutants for Beer Industry(GB 19821-2005).The effluent, animal and plant oils, and anionic surfactant can meet the requirements specifi

5、ed in Level l of Integrated Wastewater Discharge Standard(GB 8978- 1996).Using the combined process for the treatment of wastewater from beer production is technically and economically feasible.Key words : beer wastewater upflow anaerobic sludge bed cyclic activated sludge method江西某啤酒廠是一家以大麥芽、酒花、酵母、

6、釀造用水為主要原料，以玉米、大米、大麥、小麥、糖類等為輔助原料1，生產(chǎn)及精加工飽含二氧化碳的低酒精度酒的生產(chǎn)企業(yè)，企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水由原有廢水處理站采用水解酸化+接觸氧化組合工藝進(jìn)行凈化處理?，F(xiàn)企業(yè)因擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，增加排放的污水總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有污水處理站原始設(shè)計(jì)處理能力，導(dǎo)致廢水中所含污染物降解去除效果持續(xù)降低，出 水水質(zhì)不斷惡化且不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，故對(duì)現(xiàn)有污水處理站進(jìn)行擴(kuò)建改造，確保污水經(jīng)系統(tǒng)處理后出水排 放各項(xiàng)污染物指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 19821 2005 )、污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( GB 8978 1996 )中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。1 廢水水質(zhì)分析1.1 廢水主要

7、組成及特點(diǎn)啤酒生產(chǎn)主要是以大麥和大米為主要原料，輔之以啤酒花及鮮酵母，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵釀造而成。該廢水屬于中高濃度的有機(jī)污染廢水，廢水的主要來(lái)源有：麥芽生產(chǎn)過(guò)程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴 霧水、麥槽水、洗滌水、凝固物洗滌水；糖化過(guò)程的糖化、過(guò)濾洗滌水；發(fā)酵過(guò)程的發(fā)酵罐洗滌水、過(guò)濾 洗滌水；罐裝過(guò)程的洗瓶、滅菌、破瓶啤酒；冷卻水和成品車間沖洗地面水；生產(chǎn)、生活區(qū)的生活污水 2,3。啤酒廢水含有大量的有機(jī)碳、懸浮有機(jī)污染物，但氮源污染物質(zhì)較少，其COD 、 SS 、 BOD5 濃度均4較高， pH 11.013.0 ，同時(shí)含有一定量的動(dòng)植物油、陰離子表面活性劑。啤酒廢水屬于有害無(wú)毒的有機(jī)廢 水，

8、但是很容易腐壞，一旦排入水體會(huì)消耗受納水體內(nèi)大量的溶解氧，對(duì)周圍水體環(huán)境造成嚴(yán)重的危害1.2 廢水水質(zhì)及水量工程設(shè)計(jì)流量為5 000 m 3/d ，本項(xiàng)目廢水有機(jī)物濃度較高，懸浮有機(jī)污染物含量較高，主要含有大量的麥皮、渣皮等，在生產(chǎn)制作過(guò)程中廢水排放不均勻，水質(zhì)水量波動(dòng)較大，但該類廢水的可生化性良好，有毒物質(zhì)較少，營(yíng)養(yǎng)配比適中4。廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 1。表選項(xiàng)表 1 廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目COD/(mg L-1)BOD 5/(mg L-1)SS/(mg L-1)pHNH 3-N/(mg L-1)廢水水質(zhì)2 5003 50022025030040011.013.03555排放標(biāo)準(zhǔn) 100 2

9、0 706.09.0 152 廢水處理工藝2.1 廢水處理主體工藝的選擇目前國(guó)內(nèi)外常用的啤酒廢水處理方法主要包括生化處理法、物化與生化相結(jié)合的處理辦法。具體有水解酸化+SBR 法、 UASB+ 好氧接觸氧化法、新型獨(dú)立接觸氧化法、生物接觸氧化法、內(nèi)循環(huán)UASB 反應(yīng)器 +氧化溝法、UASB+SBR 法等5。結(jié)合該公司啤酒廢水的水質(zhì)及排放狀況，且兼顧因地制宜等因素，確定采用內(nèi)循環(huán)UASB 反應(yīng)器 +好氧 CASS 反應(yīng)器組合工藝進(jìn)行處理，工藝流程見(jiàn)圖 1 。圖 1 工藝流程圖選項(xiàng)2.2 工藝流程說(shuō)明（ 1 ）污水、污泥部分。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污水經(jīng)廠區(qū)管網(wǎng)匯集到污水處理站的格柵集水井，經(jīng)過(guò)提升泵提

10、升并經(jīng)過(guò)水力篩的攔截，將破碎商標(biāo)紙、麥殼等雜物隔除，隔除雜質(zhì)后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池后采用液下攪拌進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，同時(shí)在調(diào)節(jié)池的前端還設(shè)置了事故池，根據(jù)集水井的在線pH 計(jì)測(cè)定的pH ，當(dāng)綜合污水pH 大于 9 時(shí)，開啟泵出水管線上去事故池的電動(dòng)閥門，關(guān)閉去水篩的電動(dòng)閥門；當(dāng)pH小于 9 時(shí)，則關(guān)閉去水管線上去事故池的電動(dòng)閥門，同時(shí)開啟去水篩的電動(dòng)閥門。調(diào)節(jié)池中的污水經(jīng)過(guò)均質(zhì)、均量后由調(diào)節(jié)泵提升至UASB 中進(jìn)行厭氧分解。厭氧出水靠重力自流入CASS 池，在 CASS 池內(nèi)進(jìn)行進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5 個(gè)工序，沉淀池污泥、反應(yīng)器剩余污泥由污泥泵提升入污泥濃縮池后再進(jìn)行帶式壓濾機(jī)脫水，脫水

11、后污泥外運(yùn)或者制作磚塊加以利用。（ 2）空氣部分。由羅茨鼓風(fēng)機(jī)在CASS 池底部連續(xù)鼓入進(jìn)行好氧反應(yīng)所需的空氣，同時(shí)往調(diào)節(jié)池（ 3）儀器、儀表、自控及配電部分。主要包括液位控制儀、流量計(jì)、pH 在線儀、泵與風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換裝置、報(bào)警裝置等。3 主要構(gòu)筑物及配套設(shè)備技術(shù)參數(shù)（ 1 ）格柵集水井。1 座，地下式砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸12.5 m 2.5 m3.5 m ，有效水深1.5 m ，設(shè)計(jì)過(guò)水量 250 m 3/h，過(guò)柵流速5 m/s；配套集水井提升泵兩臺(tái)，型號(hào)CP（ T） 515-200 沉水式污物泵，流量300 m 3/h ，揚(yáng)程11 m ，功率 5 kW 。（ 2）調(diào)節(jié)池。1 座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)

12、尺寸15 m 12 m 6 m ，有效容積900 m 3， HRT=4 h ；配套設(shè)備包括 GL-150 型水力篩2 臺(tái)，篩筒縫隙0.81.0 mm ，材質(zhì) SS304 ； LPF 配套浮球液位計(jì)1 套；曝氣量為 3.0 m 3/（ m2h）的環(huán)狀式水下空氣混合裝置1 套； LDE-65 型電磁流量計(jì)1 套； KDV-23L 型酸計(jì)量泵1 臺(tái)； KDV-23L 型堿計(jì)量泵1 臺(tái)； ABB ACS140-1K1-1 型計(jì)量變頻器2 臺(tái)。（ 3） UASB 反應(yīng)器。1 座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸23.5 m 14.0 m 8.2 m ，有效水深7.5 m ，有效容積 1 785 m 3，反應(yīng)區(qū)水力停留

13、時(shí)間HRT=8.6 h ，反應(yīng)器水力停留時(shí)間HRT=11.8 h ， COD 容積負(fù)荷37.0kg/（ m3d）。該裝置主要由污泥床區(qū)、污泥懸浮區(qū)和沉降區(qū)三部分組成，廢水由泵輸送進(jìn)入，自下而上經(jīng)過(guò)反應(yīng)器，對(duì)廢水中的高濃度有機(jī)物從酸化至甲烷化平衡完成，使系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷高而且不易發(fā)生酸化現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器反應(yīng)后，產(chǎn)生過(guò)量的沼氣則由火炬燃燒處理。配套設(shè)備包括：出水斜板沉淀池（與UASB 反應(yīng)器合建）2座，鋼混結(jié)構(gòu)，單池設(shè)計(jì)尺寸6.0m 11.5 m 8.2 m ；厭氧布水器20 套，材質(zhì)不銹鋼SS304 ，型號(hào) YHWJ-1 ；厭氧三相分離器20 套，材質(zhì)玻璃鋼，尺寸6.5 m 2.0 m1.5 m ，

14、型號(hào) YHTS-1 ；水封罐1 臺(tái)，材質(zhì)不銹鋼SS304 ，尺寸 D 1.2 m 2.3m ；氣水分離器1 臺(tái)，材質(zhì)不銹鋼SS304 ，尺寸 D 1.2 m 2.3 m ； pH 計(jì)（帶溫度計(jì)）2 套，規(guī)格alph-pH800 ；二級(jí)提升泵2 臺(tái)（ 1 用 1 備），型號(hào)G-320-200 （ 4P），流量210 m 3/h，揚(yáng)程10 m ，功率 11kW；厭氧進(jìn)水泵2 臺(tái)（ 1 用 1 備），型號(hào)G-330-250 （ 4P），流量400 m3/h，揚(yáng)程10 m ，功率 18.5kW；電磁流量計(jì)1 臺(tái)，規(guī)格BURKERT 8045 DN250 ；玻璃鋼罩4 個(gè)，尺寸3 m 0.8 m 0.5

15、 m ；臭氧洗滌器 1 套，規(guī)格BIOFILTER-1500 ，處理風(fēng)量1 500 m 3/h；臭氧收集風(fēng)機(jī)1 臺(tái)，型號(hào)4-71 3.15A ，風(fēng)量 2000 m 3/h，全壓 1 600 Pa ，功率 1.5 kW （防爆電機(jī)）；溫度控制器2套，型號(hào)OMRON pt100 0.0 +200 。（ 4） CASS 池。 1 座， 3 組，鋼混結(jié)構(gòu)，單組設(shè)計(jì)尺寸27 m 8.3 m6.0 m ，有效水深5 m ，總有效容積 3 200 m 3，名義水力停留時(shí)間HRT=15.36 h ，污泥負(fù)荷（以BOD5/MLVSS 計(jì)） 0.15 kg/ （ kg d），污泥質(zhì)量濃度3 000 mg/L ，潷

16、水率30% 。對(duì)于該啤酒廢水，在經(jīng)過(guò)UASB 厭氧生物處理后，有機(jī)污染物濃度仍然較高，利用CASS 池可以在同一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量以改變運(yùn)行方式，極大限度地提高有機(jī)污染物去除率，保證較好的出水水質(zhì)，尤其是對(duì)于一些難降解物質(zhì)，可以在CASS 池中通過(guò)缺氧-好氧的循環(huán)作用得到良好的去除效果。配套設(shè)備包括：鼓風(fēng)機(jī)4 臺(tái)（ 3 用 1 備），型號(hào)SSR-125 ，供風(fēng)量18.3 m 3/min，升壓49 kPa ，電機(jī)功率 22 kW ；微孔曝氣頭1 600 個(gè)，尺寸D=240 mm ，服務(wù)面積0.3 m 2，單個(gè)出風(fēng)量1.5 3.0 m 3/h；潷水器 3 臺(tái)，型號(hào)SHB-350 ，潷水量350

17、 m 3/h，電機(jī)功率1.5 kW ；污泥回流泵3 臺(tái)，型號(hào)CP（ T）51.5-65 ，流量 25 m3/h，揚(yáng)程10 m ，電機(jī)功率1.5 kW 。（ 5）污泥濃縮池。1 座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸3.5 m 2.5 m 4.5 m ，配套 G35-1 型螺桿泵2 臺(tái)，XAYJ40/800-UB 型廂式壓濾機(jī)1 套，污泥抽吸泵2臺(tái)。 （ 6）綜合操作間。1 座（利用原有），地上磚混結(jié)構(gòu)加彩鋼瓦，設(shè)計(jì)尺寸為8.0 m 6.0 m 3.0 m 。4 工程啟動(dòng)及運(yùn)行4.1 UASB 反應(yīng)器本次調(diào)試所接種的污泥取自某城市污水處理廠的脫水硝化污泥，開始階段首先將UASB 反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在30 左右，

18、進(jìn)水量控制在50 m 3/h 左右，進(jìn)水方式為白天進(jìn)水、夜間停止進(jìn)水。同時(shí)及時(shí)清理 UASB 反應(yīng)器液面上由污泥帶入的懸浮雜物，并且注意觀察液面，避免反應(yīng)器內(nèi)的接種污泥流失。一旦出水中帶有大量污泥，則必須停止進(jìn)水，同時(shí)密切監(jiān)控UASB 反應(yīng)器的進(jìn)水總量、進(jìn)出水pH、溫度，整個(gè)啟動(dòng)階段pH 需控制在6.5 8.0 之間6，隨后逐步增大進(jìn)水量，并控制反應(yīng)器揮發(fā)酸質(zhì)量濃度不高于2.5 mg/L ，對(duì) COD 每天定時(shí)取樣監(jiān)測(cè)，當(dāng)反應(yīng)器出水COD 去除率能穩(wěn)定達(dá)到80% 左右時(shí)，再逐漸加大進(jìn)水流量，大約經(jīng)過(guò)90 d 左右的調(diào)試啟動(dòng)，UASB 反應(yīng)器啟動(dòng)調(diào)試成功并可正常運(yùn)行。4.2 CASS 反應(yīng)池常規(guī)

19、 CASS 反應(yīng)池主要組成部分為生物選擇區(qū)、兼氧區(qū)、好氧區(qū)7。 CASS 反應(yīng)池實(shí)質(zhì)上屬于間歇式處理反應(yīng)器，此反應(yīng)器可以通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣量使得反應(yīng)器內(nèi)不斷進(jìn)行曝氣與非曝氣交替循環(huán)過(guò)程，如此，UASB 反應(yīng)器出水在CASS 池內(nèi)按一定的周期及階段得到進(jìn)一步的深度處理。CASS 池內(nèi)污水處理循環(huán)主要包括進(jìn)水/曝氣/污泥回流階段 完成生物降解過(guò)程、非曝氣/污泥沉淀階段 泥水分離過(guò)程、潷水/剩余污泥排放階段 上清液排出過(guò)程、閑置階段 恢復(fù)污泥活性過(guò)程。一個(gè)完整的循環(huán)操作周期由上述四個(gè)階段組成，可根據(jù)污水水量及所含有機(jī)污染物濃度的高低，靈活選擇運(yùn)轉(zhuǎn)形式周期（每周期的運(yùn)作時(shí)間可選6、 8、 12 h 等）。在

20、CASS 反應(yīng)池調(diào)試初期，需先往CASS 池內(nèi)泵入少量的中低濃度有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)曝氣處理，同時(shí)往池內(nèi)投加一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比例按照C、 N、 P 的質(zhì)量比為100 5 1 計(jì)） 8，并且由池內(nèi)污泥沉降比的變化曲線來(lái)不斷調(diào)整CASS反應(yīng)池內(nèi)的污泥負(fù)荷。隨后便開始慢慢加大進(jìn)水水量，使CASS 反應(yīng)池內(nèi)的好氧活性污泥微生物種群可以逐步適應(yīng)待處理的啤酒廢水。大約經(jīng)過(guò)25 d 的處理后，CASS 反應(yīng)池內(nèi)污泥沉降比可穩(wěn)步增長(zhǎng)至20%以上。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室鏡像檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)CASS 池內(nèi)微生物種群種類豐富，存在著大量的活性菌膠團(tuán)、鐘蟲及輪蟲9，此現(xiàn)象表明，CASS 反應(yīng)池內(nèi)已經(jīng)形成了良好的生物相體系，

21、活性污泥菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)致密、沉降速率快、泥水分離速度快，上清液出水清澈透明，水質(zhì)狀況良好，說(shuō)明CASS 反應(yīng)池內(nèi)的生物種群已經(jīng)適應(yīng)了本項(xiàng)目需處理的啤酒廢水，馴化菌種的培養(yǎng)過(guò)程已經(jīng)基本成功。CASS 反應(yīng)池處理負(fù)荷在經(jīng)過(guò)60 d 左右的調(diào)試啟動(dòng)后可完全達(dá)到設(shè)計(jì)能力，全系統(tǒng)能夠運(yùn)行穩(wěn)定。4.3 潷水器潷水器是CASS 處理法的重要設(shè)備，本項(xiàng)目采用的旋轉(zhuǎn)式潷水器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，負(fù)荷大、潷水深度行程大，可操控性好。4.4 運(yùn)行效果廢水處理效果如表 2 所示。表 2 工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果項(xiàng)目pHCOD/(mg L-1)BOD 5/(mg L-1)SS/(mg L-1)氨氮 /(mg L-1)原水平均進(jìn)水11.01

22、3.03 00025030045調(diào)節(jié)池出口7.198.932 75522619640UASB 出口7.758.45523.538.426615CASS 出口8.148.2849.15.613.70.685表選項(xiàng)由 表 2 可以看出，該工程對(duì)COD 、 BOD 、 SS 、氨氮的總體去除率可分別達(dá)到98.4% 、 97.8% 、95.4% 、 98.5% 。5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及環(huán)境效益分析（ 1 ）工程造價(jià)。該工程總投資為319.26 萬(wàn)元，其中土建費(fèi)34.89 萬(wàn)元，設(shè)備材料費(fèi)256.15 萬(wàn)元，其他設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)輸及調(diào)試等間接費(fèi)用12.99 萬(wàn)元。（ 2）運(yùn)行成本。單位廢水的處理成本約為1.48

23、元 /m 3（不計(jì)設(shè)備折舊、維修費(fèi)用），其中電費(fèi)0.58 元 /m3，人工費(fèi)0.33 元 /m3（污水處理站操作人員按10 人計(jì)），藥劑費(fèi)合計(jì)0.57 元 /m3（ HCl 投加質(zhì)量濃度按100 mg/L 計(jì)、 PAC 投加質(zhì)量濃度按100 mg/L 計(jì)、 PAM 投加質(zhì)量濃度按5.0 mg/L 計(jì)）。（ 3）環(huán)境效益。污水處理站改建運(yùn)行投入使用后，企業(yè)每年可減少COD 約 3 896.64 t 、 BOD5 約322.74 t 、 SS 約 377.78 t ，大量減排的污染物質(zhì)對(duì)改善周圍水體環(huán)境能夠起到非常關(guān)鍵的作用。6 結(jié)論（ 1 ）采用內(nèi)循環(huán)UASB 反應(yīng)器 +好氧 CASS 反應(yīng)器組

24、合工藝處理啤酒廢水可以取得很好的處理效果。采用該工藝處理本項(xiàng)目啤酒廢水，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間COD 、 BOD5 、 SS、氨氮平均去除率分別達(dá)98.4% 、 97.8% 、 95.4% 、 98.5% ，系統(tǒng)出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB19821 2005 ）及污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978 1996 ）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。（ 2） UASB 反應(yīng)器是整個(gè)組合處理工藝的核心組成部分，具有較高的COD 容積負(fù)荷，啟動(dòng)運(yùn)行調(diào)試的關(guān)鍵在于反應(yīng)器內(nèi)厭氧顆粒污泥良好沉降性能的培養(yǎng)，而培養(yǎng)厭氧顆粒污泥群的前提條件是為其提供良好的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、維持適宜的進(jìn)水酸堿度及適時(shí)地調(diào)整進(jìn)水水力負(fù)荷，同時(shí)UASB 反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，具有很強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，高效低耗、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、剩余污泥產(chǎn)量少、操作管理簡(jiǎn)便等顯著 特點(diǎn)。（ 3） CASS 是 SBR 工藝的改良型。它既涵蓋了傳統(tǒng)SBR 工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)行管理更加方便、基建投資更省、抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)。對(duì)于本項(xiàng)目啤酒廢水，在UASB