高浓度酒精废水处理中悬浮物控制技术的研究与应用

悬浮物(suspended solids)指悬浮在水中的固体物质,包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一,且是造成水浑浊的主要原因。其中酒精工业生产过程中排放废水是高悬浮物有机废水中的代表,再加上有机物浓度高、呈酸性、色度深、黏度大等特点,酒精废水的处理利用一直是酒精行业环境保护的一大课题。

本文主要以某酒精生产企业生产过程中排放的高浓度有机废水处理为例,重点探讨悬浮物在高浓度废水处理过程中的影响及去除方面的研究和应用。

1 废水来源、水质性状及处理目标

近年来根据国家酒精工业规划的战略要求,原料多元化、非粮替代成为酒精生产企业发展的方向,该企业主要原料为木薯(60%)、玉米(20%)、小麦陈化粮(10%)等淀粉质原料,酒精废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟,生产设备的洗涤水、冲洗水,以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等。由于原料的多样化带来的废水性质复杂多变,加大了废水处理工艺运行的难度。但该企业为了把酒精废水的环境治理和综合利用作为一个整体考虑,最大限度的开发和利用可再生能源(沼气)作为企业的一个亮点。据长期检测废水水质为CODCr:40000～50000mg/L;BOD5:20000～25000mg/L;SS:20000～25000mg/L;pH =4～5。而废水经过处理需达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)酒精行业一级标准,悬浮物排放指标为70mg/L,总去除率需达到99.77%以上才能达到排放标准,虽然现有技术对SS的去除有物理法、化学药剂法、气浮法、生化减量等多种手段,但针对酒精废水单一的控制技术是难以实现的,需要有多种技术的合理叠加及严格的控制才能实现该目标。

2 处理工艺流程

该酒精废水处理工艺采用的是两级厌氧/两级好氧/絮凝沉淀工艺,深度处理采用的是活性炭过滤技术。一方面保证处理水达标排放(部分中水回用),另一方面最大限度的生产沼气,创造经济效益。工艺流程为:酒精废水—以沉砂池—调节池—高温厌氧罐—沉淀池—气浮—中温厌氧—初沉池—一级氧化沟—二沉池—二级氧化沟—絮凝沉淀池—达标排放;部分排水—活性炭滤罐—回用水池-生产回用。

3 由于高SS对整个工艺方案的制约

酒精废水特别是木薯原料酒精废水中含有大量的悬浮物,来水虽已经初步固液分离,但由于水质的粘度大,分离效果并不理想,仅能去除比重为1.5倍水的固形物,SS仍在20000～25000mg/l之间,这对于厌氧反应器的选择就有了较大的局限性,一级高温厌氧无法采用结构复杂的高效厌氧反应器进行处理,因为高SS负荷容易引起反应器内部堵塞、管壁结垢、活性污泥流失等问题,因此只能选择对悬浮物没有要求的全混厌氧接触工艺,利用外部污泥收集回流手段保证消化器内有足够的厌氧活性污泥,从而保证处理器的容积负荷和去除率。即便是结构并不复杂的UASB厌氧反应器,对进水水质的SS也有非常严格的要求,一般SS应低于4000mg/L,否则造成污泥大量流失,颗粒污泥也无法形成,无法达到理想的处理效率。因此二级UASB厌氧反应器前需增加了中间处理装置沉淀池和气浮确保进水水质条件。如果采用物理分离手段将糟液SS直接降低至5000mg/L以下进行处理,需要有较高的分离技术水平作保障或高的能耗作代价,并且对于大规模的工业生产来说,稳定性、连续性也无法保证,沼气产量也有所限制,对于木薯原料酒精还可能引发糟渣的合理处理处置等问题。在好氧处理阶段,两级氧化沟前后均需设置沉淀池,并后置絮凝沉淀的物化处理手段对好氧出水SS的达标进行强化控制,但结果将增加整个工程投资。

4 悬浮物与各工序之间的关系及去除机理

4.1 沉砂池预处理

主要利用重力沉降原理去除酒精废水中的泥砂、粗纤维、大块儿的木薯渣及比重大于1.5倍水的悬浮颗粒等杂质,一方面减轻对后续水泵等设备的堵塞及磨损；另一方面减少厌氧反应器受无机物质积累而减少有效发酵容积。但由于废水粘度大,且多数SS呈胶体状存在,靠重力沉降效率并不高,当然为了保证有较大的沼气产率,以有机物形态存在的SS不建议在此过多的去除。

4.2 一级全混高温厌氧罐

采用高温全混厌氧发酵技术可以适应高浓度、高悬浮物有机废水的厌氧生化处理,并可实现SS在厌氧条件下减量化和无机化转变。因木薯原料酒精糟渣主要组成部分是粗纤维、纤维素、半纤维素等,也是SS的重要根源,在废水处理中,厌氧微生物菌群可产生直接和间接分解纤维素的酶,进一步打断纤维素的氢键聚合,分解木质素的保护作用,破坏其高度结晶体,从而使纤维素物质在厌氧生化过程中,能有较好的生物降解速率。上述过程使得大量的SS在厌氧反应器中转变成溶解性COD,可以产生更多的沼气,回收更多的能源,为企业节省能源费用,而且大部分有机态的SS也可通过厌氧反应生成沼气而减量化。通过运行证明进水SS在20000～25000mg/L时,出水SS可在8000～9500mg/L之间,并且出水粘度大大降低。

4.3 冷却装置及辐流式沉淀池

酒精废水在经过一级厌氧消化后,一般情况下出水混合液难于在沉淀中进行固液分离,其原因一方面是由于混合液中污泥上附着了大量的气泡,在沉淀过程中易于上浮到水面并随出水带出池外,另一方面是由于消化池排除的污泥仍具有产甲烷活性,在沉淀过程中仍能继续产气,使已下沉的污泥随产生的气体上浮,结果都使出水COD和悬浮物浓度增大。为了提高沉淀池中混合液的固液分离效果,本工程在沉淀池之前设冷却装置,通过对混合液进行急剧冷却处置,不仅能够抑制污泥在沉淀过程中继续产气,有利于固液分离,同时还可以将水温降至中温厌氧消化的温度范围。另外,通过冷却脱气,沉淀池沉淀后,能够将消化液中溶解的大量CO2脱出,使得消化液pH值由7.1升高至7.6,在pH升高过程中消化液中的PO4-、NH4+、Mg+、Ca+等离子易于形成磷酸氨镁、磷酸钙晶体,提高消化液的固液分离效果。通过运行证明在表面负荷1.0m3/m2·h时,该技术可使消化液SS去除率稳定在50%以上。