李曉婷

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春336000）

工程實例

UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水工程實例

李曉婷

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春336000）

通過對啤酒生產(chǎn)制作廢水特點的綜合分析，結(jié)合原有污水處理站工藝及多家同類污水站的實踐經(jīng)驗，提出采用UASB+CASS組合工藝處理啤酒廢水。運行結(jié)果表明：出水COD、BOD5、SS、NH3-N均滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821—2005）一級標(biāo)準(zhǔn)，出水動植物油、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)濟上可行。

啤酒廢水；升流式厭氧污泥床；循環(huán)式活性污泥法

江西某啤酒廠是一家以大麥芽、酒花、酵母、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行凈化處理?，F(xiàn)企業(yè)因擴大生產(chǎn)規(guī)模，增加排放的污水總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有污水處理站原始設(shè)計處理能力，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)，故對現(xiàn)有污水處理站進行擴建改造，確保污水經(jīng)系統(tǒng)處理后出水排放各項污染物指標(biāo)均能達(dá)到國家《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）中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

1　廢水水質(zhì)分析

1.1廢水主要組成及特點

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)過長時間的發(fā)酵釀造而成。該廢水屬于中高濃度的有機污染廢水，廢水的主要來源有：麥芽生產(chǎn)過程的洗麥水、浸麥水、發(fā)芽降溫噴霧水、麥槽水、洗滌水、凝固物洗滌水；糖化過程的糖化、過濾洗滌水；發(fā)酵過程的發(fā)酵罐洗滌水、過濾洗滌水；罐裝過程的洗瓶、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碳、懸浮有機污染物，但氮源污染物質(zhì)較少，其COD、SS、BOD5濃度均較高，pH 11.0～13.0，同時含有一定量的動植物油、陰離子表面活性劑。啤酒廢水屬于有害無毒的有機廢水，但是很容易腐壞，一旦排入水體會消耗受納水體內(nèi)大量的溶解氧，對周圍水體環(huán)境造成嚴(yán)重的危害〔4〕。

1.2廢水水質(zhì)及水量

工程設(shè)計流量為5 000m3/d，本項目廢水有機物濃度較高，懸浮有機污染物含量較高，主要含有大量的麥皮、渣皮等，在生產(chǎn)制作過程中廢水排放不均勻，水質(zhì)水量波動較大，但該類廢水的可生化性良好，有毒物質(zhì)較少，營養(yǎng)配比適中〔4〕。廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

2　廢水處理工藝

2.1廢水處理主體工藝的選擇

目前國內(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)器組合工藝進行處理，工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程

2.2工藝流程說明

（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)過提升泵提升并經(jīng)過水力篩的攔截，將破碎商標(biāo)紙、麥殼等雜物隔除，隔除雜質(zhì)后的污水進入調(diào)節(jié)池后采用液下攪拌進行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，同時在調(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計測定的pH，當(dāng)綜合污水pH大于9時，開啟泵出水管線上去事故池的電動閥門，關(guān)閉去水篩的電動閥門；當(dāng)pH小于9時，則關(guān)閉去水管線上去事故池的電動閥門，同時開啟去水篩的電動閥門。調(diào)節(jié)池中的污水經(jīng)過均質(zhì)、均量后由調(diào)節(jié)泵提升至UASB中進行厭氧分解。厭氧出水靠重力自流入CASS池，在CASS池內(nèi)進行進水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5個工序，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行帶式壓濾機脫水，脫水后污泥外運或者制作磚塊加以利用。

（2）空氣部分。由羅茨鼓風(fēng)機在CASS池底部連續(xù)鼓入進行好氧反應(yīng)所需的空氣，同時往調(diào)節(jié)池中定期鼓入空氣，確保池內(nèi)不會淤積污泥。

（3）儀器、儀表、自控及配電部分。主要包括液位控制儀、流量計、pH在線儀、泵與風(fēng)機自動切換裝置、報警裝置等。

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)計尺寸12.5m×2.5m×3.5m，有效水深1.5m，設(shè)計過水量250m3/h，過柵流速5m/s；配套集水井提升泵兩臺，型號CP（T）515-200沉水式污物泵，流量300m3/h，揚程11m，功率5 kW。

（2）調(diào)節(jié)池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸15m× 12m×6m，有效容積900m3，HRT=4 h；配套設(shè)備包括GL-150型水力篩2臺，篩筒縫隙0.8～1.0mm，材質(zhì)SS304；LPF配套浮球液位計1套；曝氣量為3.0 m3/（m2·h）的環(huán)狀式水下空氣混合裝置1套；LDE-65型電磁流量計1套；KDV-23L型酸計量泵1臺；KDV-23L型堿計量泵1臺；ABBACS140-1K1-1型計量變頻器2臺。

（3）UASB反應(yīng)器。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸23.5 m×14.0 m×8.2 m，有效水深7.5 m，有效容積1 785m3，反應(yīng)區(qū)水力停留時間HRT=8.6 h，反應(yīng)器水力停留時間HRT=11.8 h，COD容積負(fù)荷7.0 kg/（m3·d）。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，廢水由泵輸送進入，自下而上經(jīng)過反應(yīng)器，對廢水中的高濃度有機物從酸化至甲烷化平衡完成，使系統(tǒng)運行負(fù)荷高而且不易發(fā)生酸化現(xiàn)象，經(jīng)過反應(yīng)器反應(yīng)后，產(chǎn)生過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YHWJ-1；厭氧三相分離器20套，材質(zhì)玻璃鋼，尺寸6.5m×2.0m×1.5m，型號YHTS-1；水封罐1臺，材質(zhì)不銹鋼SS304，尺寸D 1.2m×2.3m；氣水分離器1臺，材質(zhì)不銹鋼SS304，尺寸D 1.2m×2.3m；pH計（帶溫度計）2套，規(guī)格alph-pH800；二級提升泵2臺（1用1備），型號G-320-200（4P），流量210m3/h，揚程10m，功率11 kW；厭氧進水泵2臺（1用1備），型號G-330-250（4P），流量400m3/h，揚程10m，功率18.5 kW；電磁流量計1臺，規(guī)格BURKERT 8045 DN250；玻璃鋼罩4個，尺寸3m× 0.8m×0.5m；臭氧洗滌器1套，規(guī)格BIOFILTER-1500，處理風(fēng)量1 500m3/h；臭氧收集風(fēng)機1臺，型號4-71 3.15A，風(fēng)量2 000 m3/h，全壓1 600 Pa，功率1.5 kW（防爆電機）；溫度控制器2套，型號OMRON pt100 0.0～+200℃。

（4）CASS池。1座，3組，鋼混結(jié)構(gòu)，單組設(shè)計尺寸27m×8.3m×6.0m，有效水深5m，總有效容積3 200m3，名義水力停留時間HRT=15.36 h，污泥負(fù)荷（以BOD5/MLVSS計）0.15 kg/（kg·d），污泥質(zhì)量濃度3 000mg/L，潷水率30%。對于該啤酒廢水，在經(jīng)過UASB厭氧生物處理后，有機污染物濃度仍然較高，利用CASS池可以在同一個周期內(nèi)通過調(diào)節(jié)曝氣量以改變運行方式，極大限度地提高有機污染物去除率，保證較好的出水水質(zhì)，尤其是對于一些難降解物質(zhì)，可以在CASS池中通過缺氧-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4臺（3用1備），型號SSR-125，供風(fēng)量18.3m3/min，升壓49 kPa，電機功率22 kW；微孔曝氣頭1 600個，尺寸D=240mm，服務(wù)面積0.3m2，單個出風(fēng)量1.5～3.0m3/h；潷水器3臺，型號SHB-350，潷水量350m3/h，電機功率1.5 kW；污泥回流泵3臺，型號CP（T）51.5-65，流量25m3/h，揚程10m，電機功率1.5 kW。

（5）污泥濃縮池。1座，鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計尺寸3.5m× 2.5m×4.5m，配套G35-1型螺桿泵2臺，XAYJ40/ 800-UB型廂式壓濾機1套，污泥抽吸泵2臺。

（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)計尺寸為8.0m×6.0m×3.0m。

4　工程啟動及運行

4.1UASB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，進水量控制在50m3/h左右，進水方式為白天進水、夜間停止進水。同時及時清理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，則必須停止進水，同時密切監(jiān)控UASB反應(yīng)器的進水總量、進出水pH、溫度，整個啟動階段pH需控制在6.5～8.0之間〔6〕，隨后逐步增大進水量，并控制反應(yīng)器揮發(fā)酸質(zhì)量濃度不高于2.5mg/L，對COD每天定時取樣監(jiān)測，當(dāng)反應(yīng)器出水COD去除率能穩(wěn)定達(dá)到80%左右時，再逐漸加大進水流量，大約經(jīng)過90 d左右的調(diào)試啟動，UASB反應(yīng)器啟動調(diào)試成功并可正常運行。

4.2CASS反應(yīng)池

常規(guī)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)池實質(zhì)上屬于間歇式處理反應(yīng)器，此反應(yīng)器可以通過調(diào)節(jié)曝氣量使得反應(yīng)器內(nèi)不斷進行曝氣與非曝氣交替循環(huán)過程，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一步的深度處理。CASS池內(nèi)污水處理循環(huán)主要包括進水/曝氣/污泥回流階段—完成生物降解過程、非曝氣/污泥沉淀階段—泥水分離過程、潷水/剩余污泥排放階段—上清液排出過程、閑置階段—恢復(fù)污泥活性過程。

一個完整的循環(huán)操作周期由上述四個階段組成，可根據(jù)污水水量及所含有機污染物濃度的高低，靈活選擇運轉(zhuǎn)形式周期（每周期的運作時間可選6、8、12 h等）。在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廢水進行預(yù)曝氣處理，同時往池內(nèi)投加一定量的營養(yǎng)物質(zhì)（營養(yǎng)物質(zhì)比例按照C、N、P的質(zhì)量比為100∶5∶1計）〔8〕，并且由池內(nèi)污泥沉降比的變化曲線來不斷調(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25 d的處理后，CASS反應(yīng)池內(nèi)污泥沉降比可穩(wěn)步增長至20%以上。進行實驗室鏡像檢測可以發(fā)現(xiàn)，此時CASS池內(nèi)微生物種群種類豐富，存在著大量的活性菌膠團、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，活性污泥菌膠團結(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，說明CASS反應(yīng)池內(nèi)的生物種群已經(jīng)適應(yīng)了本項目需處理的啤酒廢水，馴化菌種的培養(yǎng)過程已經(jīng)基本成功。CASS反應(yīng)池處理負(fù)荷在經(jīng)過60 d左右的調(diào)試啟動后可完全達(dá)到設(shè)計能力，全系統(tǒng)能夠運行穩(wěn)定。

4.3潷水器

潷水器是CASS處理法的重要設(shè)備，本項目采用的旋轉(zhuǎn)式潷水器運行穩(wěn)定可靠，負(fù)荷大、潷水深度行程大，可操控性好。

4.4運行效果

廢水處理效果如表2所示。

表2　工程運行監(jiān)測結(jié)果

由表2可以看出，該工程對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)濟指標(biāo)及環(huán)境效益分析

（1）工程造價。該工程總投資為319.26萬元，其中土建費34.89萬元，設(shè)備材料費256.15萬元，其他設(shè)計、安裝、運輸及調(diào)試等間接費用12.99萬元。

（2）運行成本。單位廢水的處理成本約為1.48元/m3（不計設(shè)備折舊、維修費用），其中電費0.58元/m3，人工費0.33元/m3（污水處理站操作人員按10人計），藥劑費合計0.57元/m3（HCl投加質(zhì)量濃度按100 mg/L計、PAC投加質(zhì)量濃度按100 mg/L計、PAM投加質(zhì)量濃度按5.0mg/L計）。

（3）環(huán)境效益。污水處理站改建運行投入使用后，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目啤酒廢水，系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間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)到國家《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821—2005）及《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）UASB反應(yīng)器是整個組合處理工藝的核心組成部分，具有較高的COD容積負(fù)荷，啟動運行調(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養(yǎng)環(huán)境、維持適宜的進水酸堿度及適時地調(diào)整進水水力負(fù)荷，同時UASB反應(yīng)系統(tǒng)運行平穩(wěn)，具有很強的耐沖擊負(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、操作管理簡便等顯著特點。

（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，同時運行管理更加方便、基建投資更省、抗沖擊負(fù)荷能力更強。對于本項目啤酒廢水，在UASB厭氧生物處理后，UASB反應(yīng)器出水在CASS反應(yīng)器內(nèi)可以通過調(diào)節(jié)曝氣量從而改變反應(yīng)器的運行方式來得到進一步的處理，進而最大程度地提高UASB反應(yīng)器出水中有機污染物質(zhì)的去除效果，保證系統(tǒng)最終出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。尤其是針對那些難降解的有機污染物質(zhì)，在CASS反應(yīng)器內(nèi)可以通過缺氧-好氧的反復(fù)循環(huán)作用得到相對徹底的去除。

（4）總體來看，內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器+好氧CASS反應(yīng)器組合工藝針對性強，工程設(shè)施投入半年多來運行穩(wěn)定、操作簡便，綜合運行成本穩(wěn)定在1.48元/m3左右，同時能夠取得很好大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，適宜推廣。

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Case study on the combined process，UASB+CASS for the treatmentofbeerwastewater

LiXiaoting
（Life Science＆Resources Environment Institute，JiangxiYichun University，Yichun 336000，China）

Based on the comprehensive analysisof the characteristicsof thewastewater from beer production，combiningwith the original technology in water treatmentstationsand a number of practicalexperiencesof similarwastewater plants，it is proposed that the combined process，UASB+CASS，is to be used for the treatment of beer wastewater.The running resultsshow thatall theeffluentCOD，BOD5，SS，and NH3-N canmeet the requirementsspecified in Level lof the Discharge Standard of Pollutants for Beer Industry（GB 19821—2005）.The effluent，animaland plant oils，and anionic surfactant canmeet the requirements specified in Level lof IntegratedWastewater Discharge Standard（GB 8978—1996）.Using the combined process for the treatmentofwastewater from beer production is technically and economically feasible.

beerwastewater；upflow anaerobic sludge bed；cyclic activated sludgemethod

X703.1

B

1005-829X（2016）03-0093-04

李曉婷（1982—），講師。電話：13979599984，E-mail：xiaoxiao68022@sina.com。

2016-01-20（修改稿）