玉米发酵生产酒精废水处理工艺研究与设计 4页

净水技术Vol.28,No.2,2009净水技术2009，28（2）：53-56WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYWaterPurificationTechnologyApril25th,2009玉米发酵生产酒精废水处理工艺研究与设计刘丹，栾永翔，陈静静，胡国林（同济大学建筑设计研究院，上海200092）摘要针对某公司玉米发酵生产酒精废水水质的特点，经研究比选，采用UASB＋ICEAS＋接触氧化工艺进行处理，出水水质达到《废水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准，并有较显著的经济效益，同时对有关设计参数、运行经验进行介绍。关键词玉米发酵酒精废水UASBICEAS接触氧化中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1009-0177（2009）02-0053-04StudyandDesignofAlcoholWastewaterTreatmentProcessfromEthanolFermentedbyCornLIUDan,LUANYong-xiang,CHENJing-jing,HUGuo-lin(TheArchitecturalDesign&ResearchInstituteofTongJiUniversity,Shanghai20092,China)AbstractBasedonthecharacteristicsofwastewaterofethanolfermentedbycorn,aprocessofUASB,ICEASandcontactoxidationwasusedtotreatit,theeffluentscanmeasureupthefirstlevelof《Integratedwastewaterdischargestandard》(GB8978—1996).Designparameterandoperationexperiencesofthisprocesswasintroducedalso.KeywordsfermentedbycornalcoholwastewaterUASBICEAScontactoxidation酒精废水是一种高浓度有机废水，是我国排放表1废水水量表有机污染物浓度最高、造成水环境污染严重的第二Tab.1Influentflowofwastewater[1]废水来源废水量/（m3·h-1）大轻工废水。若直接将这些废水排放，将会对周围粉碎车间排水120环境造成严重污染。胚芽浸油车间排水5某公司150×104t玉米深加工项目是以玉米生精馏工段排水60酵母工段排水5产绿色能源酒精为主，生产DDGS高蛋白饲料、玉米发酵工段排水10油、玉米粕等为辅的大型综合项目。采用UASB＋合计200ICEAS＋接触氧化工艺处理其生产过程中产生的酒表2设计进出水水质精废水，出水水质可达到《废水综合排放标准》（GBTab.2Qualityofdesignedinfluentsandeffluents8978—1996）一级标准。废水粉碎车胚芽浸油精馏工酵母工发酵工排放来源间排水车间排水段排水段排水段排水标准1水量与水质CODCr/(mg·L-1)1250030030001000010000100BOD/(mg-15·L)500015015004000400030本项目工业废水来源和水量如表1所示，据此SS/(mg·L-1)20006060200020007033NH-N/(mg·L-1)250205520020015确定本工程设计水量为Qd=4800m/d，Qh=200m/h，3pH5.685.056.57.277.276～9根据车间排水规律，时变化系数为1.5。由于其工业废水来源较多，必须合理确定其混本工程厂址位于南水北调工程流域，处理后的合后的水质情况。在每个车间的排放口分别取样，每出水水质要求达到《废水综合排放标准》（GB4h取样一次，每次取1000mL，连续取样24h，并8978—1996）一级标准。参考国内类似厂家的废水水质，设计废水主要水质鉴于废水来水途径较复杂，且各车间排水时间指标如表2所示。不一致性，导致了本工程废水在水量和水质上波动较大。废水中SS占COD的比例较高，需要先进行预[收稿日期]2008-07-11处理浓缩脱水。B/C比一般在0.4～0.5，废水的可生[作者简介]刘丹（1981-），男，工学学士，主要从事水污染控制工程研究。电话:021-65980397;E-mail:tjad.liudan@gmail.com。化性较好。-53-n刘丹，栾永翔，陈静静，等.玉米发酵生产酒精废水处理工艺研究与设计Vol.28,No.2,2009中SS和COD的浓度较高，必须进行预处理，在降低2工艺流程SS的同时去除COD，然后再与胚芽浸油、精馏工段根据废水水质情况，采用以生化方法为主体的的废水混合处理。处理工艺。由于粉碎、酵母、发酵工段三个车间废水设计工艺流程如图1所示。图1废水处理工艺流程图Fig.1Treatmentprocessofwastewater2.1水质水量均衡泥。废水以一定的流速自下向上流动以及厌氧过程生产废水的排放具有班次周期，水质非常复杂，产生大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解[7]必须设置调节池，以均衡水质水量，使后续的处理稳。反应器中可以形成沉淀性能非定运行。由于废水的SS较高，为防止在调节池沉淀，常好的颗粒污泥，能够允许较大的上升流速和很高设置穿孔曝气管进行定期曝气搅拌，同时投加石灰的容积负荷。与其它厌氧工艺相比，具有运转简单，乳进行pH调节。适应负荷范围大，在国内酒精行业具有较多的成功应用等优点[8-10]2.2预处理。废水中SS和COD的浓度较高，因此采用浓缩好氧生物处理工艺按生物生长状态，分为活性脱水预处理，以降低其浓度。固液分离选用带式浓缩污泥法、生物膜法。根据厌氧处理后的水质情况，采脱水一体机，这是一种新的尝试和突破，优点是自动用一级活性污泥工艺约可去除90%的污染物，此时化程度高、噪声小、电耗低，经过带式压滤机对酒糟废水中污染物浓度较低，已不利于活性污泥的生长，废液进行固液分离以后，滤液的SS及COD等大幅必须采用生物膜法进行深度处理，进一步降解水中度降低，对减轻后续生物处理负荷具有明显效果。厌的污染物，确保废水达标排放。氧处理前进行固液分离，是本工程与传统酒精废醪连续进水的ICEAS（IntermittentCycleExtended处理的显著区别。针对三个车间的混合废水，在实验AerationSystem）工艺是一种改良型SBR，在传统室对废水进行烧杯试验，发现pH在9左右，阳离子SBR反应池中增加一道隔墙，将反应池分为预反应PAM投加量在0.3mg/L，反应沉淀和污泥脱水均取区和主反应区，废水连续进入预反应区，通过隔墙得较好的效果。下端的开孔以层流速度进入主反应区，沿主反应区2.3池底扩散，对主反应区的混合液不造成扰动，从而生物处理保证连续进水条件下，主反应区可以同时沉淀、排废水的BOD、COD值较高，如直接采用好氧处水，不影响出水水质。在去除有机物的同时，由于池理，必然造成运行成本过高。根据国内外类似工程的中的同步硝化反硝化反应的存在，ICEAS工艺对氮成功经验，采用厌氧-好氧结合工艺是处理该类废水也具有明显的去除效果，氨氮的去除率可达85%最经济成熟的技术工艺，也是目前我国高浓度酒精[2-6]以上。废水应用最为广泛和成功的技术工艺。ICEAS工艺出水进入生物膜处理段。生物接触上流式厌氧污泥床反应器（UASB）为无填料的氧化法工艺通过配以填料，具有对冲击负荷和温度容器，废水由反应器底部进入，其中含有大量厌氧污-54-n净水技术Vol.28,No.2,2009WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYApril25th,2009变化适应能力强、不易产生污泥膨胀、污泥生成量厂废水处理站UASB的脱水污泥30t，并且每天定量少、运行稳定、操作管理方便等特点。加入淀粉和尿素等营养物，期间每周对池内废水进与国内外传统酒精废水处理工艺相比，本工艺行一次更换。8周后生物系统调试基本完成，处理效具有以下优点：果基本稳定达标。（1）在预处理的固液分离工序中使用带式浓缩4.2运行结果脱水一体机替代板框压滤机和离心脱水机，自动化经过几个月的调试与试运行，2004年1月当地程度高、噪声小、电耗少，并提高了糟渣回收率和糟环保部门在排放口设置CODCr在线监测仪表，运行液SS及COD去除率。效果稳定，出水CODCr稳定在80～100mg/L，其它指（2）好氧处理中采用活性污泥法＋生物膜法联标也全部达到设计要求。用，保证了处理的效果可以达到排放标准。4.3运行经验（3）选用ICEAS工艺作为好氧处理的主要工艺，（1）UASB反应器具有较高的缓冲能力，能承受不但能有效地去除废水中的有机物质，还具有良好较高的冲击负荷，运行至今曾有过7次冲击负荷，的脱氮除磷效果。最高15kgCOD3Cr/(m·d)，但对反应器未形成明显影响。3工艺参数设计（2）运行期间发酵温度不必严格控制在52℃，本工程的主要工艺设计参数如表3所示。反应器温度在40～50℃之间对处理效率影响不大。表3主要工艺设计参数但反应器温度应保持一定的稳定性，温度变化控制Tab.3Maindesignparameters在±2℃/d，以利于反应池高效稳定，提高有机物的序号名称设计参数备注去除率。1调节池1停留时间：24h间歇鼓风曝气，（3）ICEAS池中剩余污泥必须及时排除，否则过调节pH量的难生物降解物质积累，会对生物活性有抑制作2调节池2停留时间：12h间歇鼓风曝气，调节pH用，从而影响处理效果。3浓缩池停留时间：3h2座交替运行4水解选择池停留时间：4h填料填充比50%5经济分析5UASB沼气量为5500m3/d停留时间：24h体积负荷：7kgCOD/(d3Cr·m)5.1运行成本6ICEAS池污泥负荷：0.1kgBOD5/运行周期：4h；运行成本分析基本参数如下：(kgMLSS·d)其中：氧利用率：18%曝气2.0h，沉淀（1）计算用电负荷及电费：1.0h，排水1.0h计算用电负荷：210kW；电费：0.60元/度7接触氧化池停留时间：6h填料填充比80%氧利用率：18%（2）加药量及药剂费：8二沉池沉淀时间：3.6h投加PAC50mg/L石灰药剂投加量：100mg/L；药剂费：500元/t。表面负荷：0.75m3/(m2·h)污泥脱水PAM投加量：5g/kg干泥；药剂费：9预处理带式浓缩脱水机2台带宽2.5米脱水污泥泥饼含水率：75%20000元/t。干泥体积：36m3/d混凝剂投加量：50mg/L；药剂费：800元/t。污泥锅炉房焚烧（3）人工费：10剩余污泥带式浓缩脱水机1台带宽2.0米泥饼含水率：75%本工程定员5人，人均工资15000元/人·a干泥体积：20m3/d外运填埋（4）污泥处理费用：本工程剩余污泥脱水后产生的干泥产量为204调试与运行结果t/d，污泥外运填埋处置的费用按40元/t计，每天的污泥处置费用为800元/d。4.1调试（5）设备折旧与维修：工程于2003年8月施工基本完成，首先进行整废水处理设备折旧费用约为108万元/a，维修个处理系统的设备联动，在UASB、ICEAS池、生物费25万元/a。接触氧化池充入废水后，停止进水；在每池内投加养综上，本工程的直接运行成本为1.242元/m3猪厂的100t粪便并进行曝气，每池又加入附近化纤水，年总成本217.6万元。-55-n刘丹，栾永翔，陈静静，等.玉米发酵生产酒精废水处理工艺研究与设计Vol.28,No.2,20095.2经济效益参考文献经厌氧产生沼气量5500m3/d，折合煤5.5t/d，煤价按260元/t计，则通过沼气回收的效益约为每[1]李卓丹.论我国酒精工业推行清洁生产的潜力和机会[J].环境科学研究,1999,12(2):1-7.年52万元。[2]钱易.现代废水处理新技术[M].北京:中国环境科学出版社,1999.6结论[3]耿土锁.过滤-厌氧-好氧工艺处理酒精废水[J].江苏环境科技.（1）采用UASB＋ICEAS＋接触氧化工艺处理高浓2001,14(3):11-14.[4]田宁宁,王凯军.固液分离-UASB-SBR技术处理酒精糟液工程度酒精废水具有工艺简单、运行可靠、节省投资、日[J].给水排水.2000,26(9):49-51.常维护简单等特点，工程运行实践表明，该工艺运行[5]刘广亮,买文宁,赵雅光.酒精废水处理工程实例[J].工业用水稳定，各项污染物指标能够达到《废水综合排放标与废水.2007,38(1):86-88.准》（GB8978—1996）一级标准的要求。[6]贾晓凤,王晓睿,买文宁.酒精废水处理工程的设计与运行[J].工业用水与废水.2004,35(6):73-74.（2）UASB反应器设备简单、运行方便、污泥量[7]买文宁.生物化工废水处理技术及工程实例[M].北京:化学工少、易于管理，且CODCr容积负荷高、池容小、颗粒污业出版社,2002.泥浓度高、处理效果好。好氧反应选用ICEAS＋接触[8]杜兵,齐文钰,申立贤,等.UASB处理酒精废水生产运行研究[J].氧化池，不仅使有机物得到进一步降解，并且可以实中国沼气.1999,17(2):14-17.[9]李梅,刘艳菊,张兆海.UASB+接触氧化+SBR工艺在酒精废水现脱氮除磷。处理中的应用[J].水处理技术.2007,33(8):82-84.（3）对沼气的合理利用，可产生较大的经济效[10]樊新生,林王春,高建强,等.升流式厌氧污泥床-接触氧化工艺益，使得本项目在整体上可产生一定的效益。在酒精废水处理中的应用[J].环境工程.2005,23(2):21-23.（上接第52页）参考文献出和P-NP的还原在铜电极表面同时发生，是一对竞争反应，并且在酸性和中性条件下，由于析氢反应[1]张惠玲，郑利祥，徐亮，等.微波强化内电解对含硝基苯酚废水的竞争，使得P-NP还原为对亚硝基苯酚的还原峰的处理[J].武汉科技大学学报（自然科学版）,2007,30(6):632-不明显。通过在酸性溶液中不同电位还原效率的对635.[2]彭晓兰，陈晨，龙娟，等.超声内电解协同作用对对硝基苯酚的比，以及不同pH下的还原效率，表明P-NP的还原处理[J].工业给排水，2007，33（5）：164－167.需要有H+的参与，但是去除效率并不与电位和pH[3]SonghuYuan,MengTian,YanpingCui,etal.Treatmentofnitro-呈现正相关的关系。结合不同条件下P-NP在铜电phenolsbycathodereductionandelectro-Fentonmethods[J].极表面的循环伏安曲线，P-NP在铜电极表面电解还JournalofHazardousMaterialsB,2006,137:573-580.原以得到电子的直接电化学还原为主，氢气的析出[4]KevinC.Honeychurch,JohnP.Hart.Voltammetriccbehaviorofp-nitrophenolanditstracedeterminationinhumanurinebyliq-对去除效率有作用但影响不大。uidchromatographywithadualreductivemodeelectrochemical3结论detectionsystem[J].Electroanalysis,2007,19(21):2176-2184.[5]万年升，顾继东，黄锦辉，等.AchromobacterxylosoxidansNS12P-NP在不同pH的溶液中，在铜电极表面还原的分离和对硝基苯酚的降解[J].环境科学，2007，28（2）：422-电位有明显差异，在试验选定的-0.6V的电位下，在426.[6]樊金红，徐文英，高廷耀，等.Fe-Cu催化还原法处理硝基苯类化pH=6的时候在铜电极上还原去除P-NP的效率最合物废水[J].同济大学学报（自然科学版），2007，35（7）：945-948.高，与P-NP在铜电极表面的循环伏安曲线还原电[7]樊金红，徐文英，马鲁铭.催化还原法处理硝基苯类废水的技位一致。pH过高P-NP的还原电位负移明显，不利术经济分析[J].同济大学学报（自然科学版），2008，36（7）：于还原。在酸性条件下，pH的降低和电位负移与还937-941.原效率不呈现正相关。由于铜电极有较高的析氢超[8]刘国杰，邓桂春，张渝阳，等.分光光度法测定药厂废水中对硝基苯酚的含量[J].渤海大学学报（自然科学版），2006，27（1）：电势，结合P-NP在大量析氢电位下的去除效率，我14-17.们认为对P-NP在铜电极表面以直接还原为主，氢[9]李美超，吴海峰，胡佳琦，等.对硝基苯酚在酸性介质中的电化还原影响不大。学还原反应机理[J].物理化学学报，2008，24（10）：1937-1940.-56-