水解酸化+UASB+推流式活性污泥法在啤酒污水治理工程中的應用
摘要:根據項目單位提供的廢水水質和水量資料、處理要求及現有地質條件，選用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作為該啤酒生產企業污水處理的核心工藝。該廠污水處理工程的設計規模為4 000 m3 /d，污水處理工程的進水水質為pH: 4．5～6．5 mg /L、COD: 3 000 mg /L、BOD5: 1 500 mg /L、氨氮: 50 mg /L、TP: 20 mg /L、SS: 500 mg /L，經采用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作為主體的工藝治理后，出水可以達到《啤酒工業污染物排放標準》(GB19821-2005)中的排放標準。
關鍵詞:啤酒廢水; 水解酸化; UASB; 推流式好氧活性污泥法
前言
近十年來，中國新建了約1 000 多家啤酒生產企業，每年在生產大量啤酒的過程中，也產生了大量的啤酒廢水。據統計，每生產1 t 啤酒需要10 ～30 t 新鮮水，相應地產生10～20 t 廢水［1］，現在每年排放的啤酒廢水已達1．5 億t［2］。由于這種廢水含有較高濃度的蛋白質、脂肪、纖維、碳水化合物、廢酵母、酒花殘渣等有機無毒成分，排入天然水體后將消耗水中的溶解氧，既造成水體缺氧，還能促使水底沉積化合物的厭氧分解，產生臭氣，惡化水質［3］。
啤酒生產工藝流程包括制麥和釀造兩部分，二者均有冷卻水產生，約占啤酒廠總排水量的65%，水質較好，可循環用于浸洗麥工序中［4］。高污染負荷的廢水主要來自制麥中的浸麥工序和釀造中的糖化、發酵、過濾、包裝工序，其化學需氧量在500～40 000 mg /L 之間，除了包裝工序的廢水連續排放以外，其它廢水均以間歇方式排放［5］。
啤酒廢水各個工段廢水濃度: 浸麥工序COD為500～800 mg /L，間歇排放; 糖化工序COD為20 000～40 000 mg /L，間歇排放; 發酵工序COD為2 000～3 000 mg /L，間歇排放; 包裝工序COD為500～800 mg /L，連續排放。啤酒廠總排水屬于中、高濃度的有機廢水，呈酸性， pH 值為4．5 ～6．5［4］，其中的主要污染因子是化學需氧量(COD) 、生化需氧量(BOD5) 和懸浮物(SS)，啤酒廢水的可生化性較好，BOD5 /COD為0．4～0．6［4］。
該啤酒生產企業地處江蘇蘇南地區，根據該企業的廢水排放情況，我們采用了以下設計方案。
1 工程總體簡介
1．1 工程規模
該污水處理工程的設計規模為5 000 m3 /d，時變化系數Kh = 1．50。
1．2 進出水水質
設計進出水水質情況如表1 所示。
表1 進出水水質一覽表
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1．3 工藝選擇
啤酒污水pH 變化范圍大，COD、BOD 和懸浮物濃度高，可生化性好，可以采用兼氧(或低效率厭氧) + 好氧的處理工藝，但存在處理效率低、投資成本和運行成本較高的缺點。由于該廢水可生化性較好，根據我們的工程實踐，設計良好的UASB 厭氧反應器在進水COD 小于3 000 mg /L 的情況下，其出水COD 可以達到250～350 mg /L。
啤酒污水pH 變化較大，不利于生化系統的運行，甚至對生化系統具有破壞和毒害的作用。同時，啤酒污水懸浮物濃度較高，在不經預處理直接進入UASB 厭氧處理系統后，將導致厭氧處理系統懸浮物過多，引起處理效果下降。因此，我們將改造并重新啟用預沉池進行預處理，以高效地沉淀進水中的懸浮物，降低進入UASB 系統中的懸浮物濃度，同時調節、控制pH 的變化。
根據啤酒污水中的部分污染物質(主要是纖維素) 具有在堿性狀態下溶解，在酸性及近中性狀態下轉變為懸浮物的特性，我們擬在集水及pH 粗調池前進行酸堿的初步調節，以實現在預沉池中盡量多地沉淀懸浮物，盡量減少進入UASB 系統懸浮物的要求。
綜上所述，該項目污水生化處理系統采用UASB 厭氧和推流式好氧活性污泥池。同時，針對啤酒污水的水質特性，在選擇污水處理工藝時，應重點采取強化預處理，即采取嚴格的pH 調節和去除懸浮物的措施，確保厭氧處理系統進水pH 和懸浮物在設定的范圍內，確保厭氧處理的效果，降低后續好氧處理的負擔，確保各項指標達到排放標準的要求。
1．4 工藝流程
污水處理廠工藝流程如圖1 所示。
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圖1 污水處理工藝流程
1．5 工藝流程說明
污水首先經過機械粗格柵攔截大塊雜物，出水進入集水及pH 粗調池。污水在集水及pH 粗調池中經水量和pH 初調后，出水即泵至預沉池上部的固定式細隔柵進行過濾處理。該固定式細格柵柵距為0．5 mm，可以去除污水中的大塊懸浮物。
固定式細隔柵出水進入預沉池，污水中的大部分懸浮物在其中沉淀后，出水進入調節池。污水在調節池中進行水質和水量調節后，出水經提升泵進入UASB 厭氧反應池。污水中的污染物經厭氧細菌分解，成為CH4、CO2、H2和水等小分子無機物，出水中污染物的濃度大幅降低，大大減輕后續好氧反應的負擔。
厭氧處理后的出水進入好氧池，污染物在高濃度好氧微生物的作用下快速分解，出水則進入二沉池。
活性污泥混合液在二沉池中進行泥水分離后，上層清水即可達標排放，二次沉淀池底部的濃縮污泥則經回流泵回流至推流式好氧活性污泥池進水端。
預沉池污泥、二次沉淀池的剩余污泥均匯集至污泥池，經濃縮后，清水則回流至集水及pH 粗調池，濃縮污泥則經污泥泵泵至壓濾機進行脫水處理。脫水污泥進行外運，壓濾液則回流至集水井。
2 工程設計
2．1 主要單體設計參數
根據相關設計規范［4］進行設計，該工程的各個單體的主要設計參數如表2 所示，主要配套設備如表3 所示。
表2 工程的主要構筑物
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表3 工程的主要配套設備
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2．2 平面布置
該污水處理工程位于廠區的西北側，平面布置涉及主要構筑物、建筑物、道路、管線和綠化等，其中，主要構筑物中的集水及pH 粗調池、預沉池、調節池、事故池、酸化池、UASB 厭氧池依次從西向東位于污水處理工程區域北側，風機房、脫水機房、操作間、電控室、好氧池、二沉池依次從西向東位于污水處理工程區域南側。各處理構筑物和建筑物的定位以流程順暢、操作管理方便、盡量減少管道長度為原則，連接各建筑物和構筑物之間的管道盡量橫平豎直，避免迂回曲折。廠區內主干道寬度為6m，次干道寬度為4 m，人行道寬度為2．0 m。
2．3 高程布置
本著降低投資和運行費用，高程布置盡可能采用重力流的原則。由于進水水位較低，同時需要設置預沉池以沉淀其中的懸浮物，集水池不能夠作為調節池使用。因此，該工程設置集水及pH 粗調池一次提升，在調節池中進行二次提升。對于沉淀池污泥回流，則采用水泵提升后回流至好氧池。
高程的計算由三部分組成，包括局部阻力損失、沿程阻力損失、剩余水頭。沿程阻力損失計算公式為: hL = iL，其中，L為管道長度，i為水力坡度，可根據流速和管徑查設計手冊的水力計算表得到; 局部阻力系數為Σ(ξ)，由hm =Σ(ξ) V2 /2 g，可得局部阻力系數之和; 剩余水頭取0．5～1．0 m，由此，得泵后初沉池、調節池、酸化池、厭氧池、好氧池、沉淀池相對于地面的水面高度分別為4．00 m、2．50 m、8．50 m、6．50 m、4．50 m、3．50 m。
2．4 成本預算
鑒于企業連續24 h 生產，污水處理班組采用3班輪流。因此，該企業污水處理站需配備管理人員1 名、操作人員4 名，總計為5 人。根據建設單位相關工程概預算標準，總投資費用為751．3 萬元，其中土建投資為412．5 萬元，設備投資為338．8 萬元。年運行費用為111．3 萬元，運行費用為1．51元/t 水。
2．5 運行效果
該工程在運行期間的進出水水質情況如表4所示。
表4 進出水水質一覽表mg /L
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NH3-N 在厭氧出水后升高是由于厭氧反應的過程中，大量的有機氮轉變為氨氮造成的。從表4 可以看出，厭氧對COD 的去除率可以達到90%以上，BOD、氨氮、SS 和總磷等各項指標均可以達到90%以上的去除率，并實現穩定達標。
3 結論
采用以強化pH 調節和去除懸浮物的預處理工藝，同時配合UASB 厭氧+ 推流式好氧活性污泥法為主體的生化工藝處理啤酒污水具有工藝可行、投資合理、運行管理簡單可靠的優點。該工程建成后，出水達到《啤酒工業水污染物排放標準》(GB19821-2005) 中的排放標準，同時，該工程將減少該企業生產污水排放對周圍水環境的影響，每年可減少排放COD為4 350 t、BOD為2370 t、NH3-N為52．5 t、SS為645 t、總磷為29．25 t，該污水處理工程的建設將為當地水環境質量的改善提供可靠的物質保障。
［參考文獻］
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［3］何增耀，葉兆杰，吳方正．農業環境科學概論［M］．上海: 上海科學技術出版社，1 991．175～177．
［4］李家瑞，翁飛，朱寶珂．工業企業環境保護［J］．北京: 冶金工業出版社，1992．16 0～166．
［5］張國柱．釀酒工業廢水的治理技術．環境保護［J］，1992(12) :9～11．
作者簡介:陳元剛(1973-)，男，重慶永川人，工程師，碩士，主要從事環保科研與工程工作。
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