張 磊 覃顯淳

(1.貴州茅臺(tái)酒股份有限公司,貴州 仁懷 564500;2.桂潤(rùn)環(huán)境科技股份有限公司,南寧 530000)

赤水河作為長(zhǎng)江支流之一,有“英雄河”、“美酒河”之稱,物種豐富資源豐富,是長(zhǎng)江流域的重要生物寶庫。近年來,在茅臺(tái)的帶動(dòng)下赤水河流域的醬酒企業(yè)百花齊放,隨之給赤水河流域的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。因此,污水處理廠的提標(biāo)升級(jí)勢(shì)在必行。同時(shí),對(duì)于醬酒企業(yè)廢水來說,其廢水水質(zhì)和水量與制酒工藝密切相關(guān),水質(zhì)水量隨制酒輪次的提升逐步遞增,波動(dòng)性較大,導(dǎo)致污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)各種問題。尤其是制酒5-7輪次(對(duì)應(yīng)8-10月份),污水處理廠出水總氮和COD等指標(biāo)極易出現(xiàn)超標(biāo)情況,不少企業(yè)為解決上述問題,正在大力推進(jìn)污水處理廠技術(shù)改造。

工藝調(diào)試作為污水處理廠投運(yùn)前的一項(xiàng)關(guān)鍵工作,目的是解決投運(yùn)前設(shè)施及設(shè)備出現(xiàn)的故障,確保在有負(fù)荷的條件下正常運(yùn)行,出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求[1-4]。某酒企的污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為3000 m3/d,用于處理一廠和二廠排出的鍋底水、清洗工具水、車間地坪沖洗水、窖底水等生產(chǎn)廢水和廠區(qū)生活污水。針對(duì)該污水處理廠的調(diào)試結(jié)果,分析和總結(jié)了各項(xiàng)污染指標(biāo)的控制參數(shù)及要求。

1 工藝概況

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)要求

該污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水為酒廠排放的鍋底水、清洗工具水、車間地坪沖洗水等生產(chǎn)廢水和廠區(qū)生活污水,出水水質(zhì)達(dá)到GB27631-2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表3直接排放標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水主要水質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水的水質(zhì)要求

1.2 存在問題

通過后續(xù)輪次出現(xiàn)的問題分析,導(dǎo)致總氮和COD極易超標(biāo)的原因?yàn)?一是污水管網(wǎng)不斷完善后引起進(jìn)水水質(zhì)濃度不斷提高;二是原有的水解+好氧工藝,好氧池處理能力不足,缺氧單元工藝滿足不了要求,未考慮增加深度處理單元,導(dǎo)致總氮和COD不能有效處理。

1.3 改造工藝流程

釀酒企業(yè)在蒸煮、蒸餾及清洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水,廢水具有高化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)和懸浮物(SS),低 pH,高硫濃度等特性[5-6]。目前,處理釀酒廢水的主要方法有物理化學(xué)方法、生物方法、聯(lián)用技術(shù)等[7-9]。由于釀酒廢水成分復(fù)雜處理難度大,很少有獨(dú)立技術(shù)能夠在嚴(yán)格的環(huán)境治理標(biāo)準(zhǔn)和降低處理成本之間達(dá)到平衡[10],實(shí)際運(yùn)行中常采用生物法和聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。

該污水處理廠采用“UASB+A2/O+A/O”工藝,具體流程為:生產(chǎn)/生活廢水→旋轉(zhuǎn)微濾機(jī)→初沉池→調(diào)節(jié)池→1號(hào)氣浮→水解酸化池→UASB反應(yīng)器→高效沉降器→2號(hào)氣浮→一級(jí)A池→一級(jí)O池→二級(jí)A池→二級(jí)O池→二沉池→纖維轉(zhuǎn)盤→3號(hào)/4號(hào)氣浮→碳濾池→消毒池→排放口。

廠區(qū)收集的綜合污水通過管道流入旋轉(zhuǎn)微濾機(jī),將污水中的高粱籽、酒糟及其他纖維類物質(zhì)過濾掉,濾渣經(jīng)螺旋輸送機(jī)送到堆渣間,濾液進(jìn)入初沉池,廢水中的細(xì)小懸浮物在初沉池進(jìn)行初次沉淀。初沉池出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后抽至1號(hào)氣浮,通過投加純堿調(diào)節(jié)pH為6～7,投加PAM增加絮凝效果,廢水中殘留的懸浮物或污泥被溶氣水?dāng)y帶上浮后刮除。氣浮出水進(jìn)入水解酸化池,通過水解酸化菌將廢水中部分大分子有機(jī)物和難降解有機(jī)物水解為小分子有機(jī)物和易降解有機(jī)物。然后進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器降解大部分有機(jī)物,UASB出水?dāng)y帶的厭氧污泥在高效沉降器沉淀后部分排至污泥池、部分回流至預(yù)酸化池,沉淀出水進(jìn)入2號(hào)氣浮,通過投加聚鐵和PAM,進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物和膠體物質(zhì)。

2號(hào)氣浮出水投加碳源后,分別進(jìn)入四組一級(jí)A池,一級(jí)A池通過外回流補(bǔ)充污泥,內(nèi)回流補(bǔ)充硝化液,在缺氧條件下反硝化菌將回流硝化液中的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?進(jìn)而脫除總氮。一級(jí)A池出水進(jìn)入一級(jí)O池,硝化菌在曝氣足夠的條件下將廢水中的大部分氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝態(tài)氮,一級(jí)O池部分混合液回流至一級(jí)A池,部分流入二級(jí)A池,進(jìn)行脫氮。

二級(jí)A池出水進(jìn)入二級(jí)O池進(jìn)一步硝化,部分混合液回流至一級(jí)A池,部分進(jìn)入二沉池進(jìn)行固液分離,二沉池出水進(jìn)入纖維轉(zhuǎn)盤去除懸浮物后到3號(hào)/4號(hào)氣浮,通過投加PAC、PAM進(jìn)一步降低廢水COD、總磷,通過投加次氯酸鈉進(jìn)行脫色和消毒,產(chǎn)生的物化污泥通過氣浮刮除,氣浮出水經(jīng)碳濾池過濾再次吸附有色基團(tuán)和難降解COD,后排至消毒池,消毒池廢水溢流至巴歇爾槽后外排。

2 調(diào)試結(jié)果與分析

2.1 調(diào)試結(jié)果

該處理系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試前的設(shè)備修復(fù)、設(shè)施調(diào)整和生化投泥等措施,于10月份趨于平穩(wěn)運(yùn)行。調(diào)試期間為該廠最大處理水量,處理量為1900 m3/d,來水水質(zhì)復(fù)雜,難生化降解有機(jī)物含量高,處理難度較大,調(diào)試到此階段時(shí),污水處理系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行已趨于穩(wěn)定,活性污泥逐步成熟,各單元充分發(fā)揮處理作用,具有運(yùn)行代表性,各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到GB27631-2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表3直排標(biāo)準(zhǔn),各污染物平均指標(biāo)詳見表2。另外,通過指示微生物的觀察,發(fā)現(xiàn)污微生物主要有輪蟲、腔輪蟲、集蓋蟲(蓋纖蟲)、鼬蟲、表殼蟲、磷殼蟲、游仆蟲等(如圖1所示),表明處理效果佳且出水清澈。因此,選用10月份的數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝控制要求分析。

圖1 主要指示微生物

表2 各單元各項(xiàng)指標(biāo)平均濃度及去除率

2.2 COD的控制

2.2.1 厭氧處理單元運(yùn)行穩(wěn)定性分析

由于厭氧停留時(shí)間足夠長(zhǎng)(停留時(shí)間3.5d)且初沉池和調(diào)節(jié)池也發(fā)揮了一部分去除作用,因此,UASB運(yùn)行不受進(jìn)水COD波動(dòng)較大的影響,UASB出水COD 維持在300 mg/L以下。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的分析來看,維持厭氧處理單元的穩(wěn)定運(yùn)行需要控制主要參數(shù)如下:

(1)UASB出水經(jīng)過沉降器之后,沉淀的污泥應(yīng)及時(shí)回流到水解酸化池,厭氧污泥回流量與厭氧進(jìn)水量之比控制在20%～30%之間為宜,以避免厭氧污泥的過度流失。

(2)調(diào)節(jié)池底部要保持部分的厭氧污泥,調(diào)節(jié)池因底部有積泥,對(duì)COD有一定降解功能,當(dāng)進(jìn)水濃度過高或進(jìn)水量過大時(shí),可以給厭氧單元起到緩沖作用,避免負(fù)荷沖擊。

(3)當(dāng)揮發(fā)酸超過5 mmol/L,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充厭氧污泥和截留污泥流失。

(4)調(diào)節(jié)池和水解酸化池的pH控制在6.2～6.8之間,UASB的pH控制在6.8～7.5之間。

2.2.2 AO單元及末端加藥對(duì)難降解有機(jī)物的處理分析

關(guān)于難生化降解有機(jī)物的去除,除采取及時(shí)排泥、保證污泥更新、維持污泥活性之外,還需采用以下幾種方式去除難降解有機(jī)污染物:

(1)在末端氣浮投加PAC和次氯酸鈉,兩種藥劑聯(lián)合使用去除率在40%～50%之間,通過小試分析,PAC起主要去除作用,次氯酸鈉對(duì)COD去除率只有8%左右。

(2)在二級(jí)好氧池投加活性炭粉(260目,碘值≥800),吸附難降解物質(zhì)以達(dá)到降低COD的目的。當(dāng)進(jìn)水濃度升高導(dǎo)致AO出水COD升高,可適當(dāng)投加活性炭粉吸附難生化降解物質(zhì)。

(3)在2號(hào)氣浮投加聚合硫酸鐵去除部分難生化COD,COD去除率為11%左右。同時(shí),聚鐵對(duì)總磷具有良好的去除作用,2號(hào)氣浮出水總磷應(yīng)控制不低于8 mg/L,避免AO單元污泥缺磷而影響污泥活性。

(4)在末端氣浮濾池投加活性炭顆粒,進(jìn)一步脫色和吸附COD,COD去除率在37%左右。因粒徑較大的活性炭對(duì)懸浮物過濾作用不明顯,濾池底部還需留一層細(xì)密的砂濾料攔截懸浮物。

2.3 氨氮的控制

2.3.1 預(yù)處理及厭氧單元對(duì)氨氮的處理分析

從進(jìn)水段至UASB出水段,氨氮濃度逐步升高,主要原因是進(jìn)水中的含氮有機(jī)物經(jīng)厭氧微生物降解后釋放出游離氨基,化合物釋放出來的氨氮大于微生物生長(zhǎng)繁殖所需的氨氮,氨氮表現(xiàn)為升高趨勢(shì)。

2.3.2 AO單元及后氣浮對(duì)氨氮的處理分析

大部分氨氮在一級(jí)好氧單元即完成硝化作用,控制良好的硝化作用需要控制以下主要參數(shù):

(1)溫度:5-7輪次時(shí)正好對(duì)應(yīng)于8-10月(調(diào)試期間),赤水河谷污水水溫穩(wěn)定在20～35℃,具備氨氮硝化所需溫度條件。

(2)污泥濃度:3500～5000 mg/L;污泥齡:15～20天;溶解氧:一級(jí)好氧1～3 mg/L、二級(jí)好氧2～4 mg/L。

(3)由于整個(gè)AO單元分為獨(dú)立并聯(lián)的四組,各組進(jìn)水量是否均衡尤為關(guān)鍵,當(dāng)發(fā)現(xiàn)一級(jí)好氧氨氮有異常升高,應(yīng)首先檢查進(jìn)水量是否過大,及時(shí)調(diào)節(jié)水量平衡,再檢查污泥濃度、溶解氧等其他參數(shù)。

(4)進(jìn)水氨氮負(fù)荷波動(dòng)小于10%,以滿足出水氨氮為限。

(5)當(dāng)生化單元硝化作用出現(xiàn)異常導(dǎo)致出水氨氮有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)時(shí),可考慮后端氣浮加次氯酸鈉,進(jìn)一步降低氨氮濃度。

2.4 總氮的控制

脫氮主要在AO單元進(jìn)行,以一級(jí)AO為主,二級(jí)AO為輔,在兩級(jí)AO的基礎(chǔ)上,脫氮主要運(yùn)行參數(shù)控制如下:

(1)碳氮比控制為10～12：1,即處理1kg總氮需要10～12 kg可生化COD,實(shí)際碳源投加量以二級(jí)氣浮出水總氮值為準(zhǔn),同時(shí)控制二級(jí)好氧池出水氨氮和總氮的差值小于10 mg/L為宜,并要求二級(jí)好氧池出水總氮控制在12 mg/L以下。

(2)一般情況下一級(jí)內(nèi)回流比控制在400%～500%,二級(jí)內(nèi)回流比控制在200%～400%;外回流比控制在100%～200%,當(dāng)二級(jí)O池出水總氮超過12 mg/L,可加大外回流比,使系統(tǒng)內(nèi)積累的總氮更快的脫除。

(3)缺氧段溶解氧控制在0.2 mg/L以下為佳,且該工況下碳源需求量更少。

2.5 總磷的控制

為了保證后續(xù)生化單元有足夠的磷源,2號(hào)氣浮出水總磷不宜低于8 mg/L,當(dāng)進(jìn)水總磷長(zhǎng)期偏低,應(yīng)額外往生化單元補(bǔ)充磷源,投加量以生化出水總磷不超過2 mg/L為準(zhǔn)。當(dāng)生化出水總磷超過2 mg/L且有持續(xù)升高的趨勢(shì)時(shí),前端氣浮出水總磷應(yīng)調(diào)整降低,待正常后再回調(diào)。當(dāng)生化出水總磷升高影響到出水達(dá)標(biāo)時(shí),應(yīng)及時(shí)增加末端氣浮PAC的投加量。

2.6 色度的控制

為保證出水色度穩(wěn)定達(dá)標(biāo),本工藝段主要在末端氣浮和消毒池等工藝段控制,通過及時(shí)更新活性炭和控制次氯酸鈉的藥劑投加量,確保色度達(dá)標(biāo)。

3 調(diào)試總結(jié)

由于醬香型白酒釀造廢水水質(zhì)的特殊性質(zhì),在本污水處理廠改造后的工藝調(diào)試中,通過實(shí)際操作、數(shù)據(jù)收集和理論分析認(rèn)為,采用合理的參數(shù)區(qū)間和控制方式,能有效確保污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)和達(dá)標(biāo)排放,也可為其他醬香型白酒企業(yè)釀造廢水污水處理廠運(yùn)營(yíng)調(diào)試提供借鑒。COD、氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)運(yùn)行控制如下:

(1)COD的控制:先控制好高效沉降器單元污泥回流量、厭氧污泥量、揮發(fā)酸、pH值等指標(biāo),使厭氧單元發(fā)揮去除COD的主體作用,保證AO單元有一個(gè)適當(dāng)負(fù)荷或低負(fù)荷的環(huán)境,在此基礎(chǔ)上,再通過適當(dāng)?shù)募铀幙刂?確保工藝末端出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

(2)氨氮的控制:該系統(tǒng)的硝化能力足夠,監(jiān)控好進(jìn)水量、進(jìn)水濃度、污泥濃度、污泥齡、溶解氧等常規(guī)參數(shù)即可維持平穩(wěn)運(yùn)行,同時(shí)也應(yīng)注意當(dāng)進(jìn)水濃度或進(jìn)水量發(fā)生較大變化時(shí)(比如停產(chǎn)、復(fù)產(chǎn)),進(jìn)水負(fù)荷日增幅,以不超過已運(yùn)行過的最大負(fù)荷的10%為宜。

(3)總氮的控制:在正常運(yùn)行過程中,污泥濃度和氨氮正常的情況下,在缺氧池碳源投加充足甚至過量時(shí),脫氮效率依然難以進(jìn)一步提高,此時(shí)通過加大內(nèi)回流量、降低好氧末端溶氧量,能起到立竿見影的效果。

(4)總磷的控制:先保證生化單元有足夠的磷源,當(dāng)生化出水總磷升高時(shí),可通過降低前端氣浮出水總磷或增加末端氣浮PAC的投加量來實(shí)現(xiàn)出水總磷的達(dá)標(biāo)排放。

(5)色度的控制:及時(shí)更換活性炭濾池(末端氣浮)的活性炭,并根據(jù)出水口色度情況,調(diào)整消毒池次氯酸鈉投加濃度,能較好保障出水色度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。