高浓度啤酒废水治理工业性装置的试验研究邓民玲

总第58期环境保护科学Vol.17No.41日。吏护一….…“:.马套治理技术丢飞“。二“:.。二。二少高浓度啤酒废水治理工业性装置的试验研究邓民玲张世江王升荣(沈阳环境科学研究所(沈阳啤酒厂)提要目前,我国啤酒度水的治理,一般采用了传统的好氮生物法.该法电耗高、占地多、经济效益低,所以难于推广.结合80年代第二代仄氛浦化新工艺一UASB的出现和对啤酒废水进行了全面综合分析的基础上,将含COD和95浓度不同的皮水进行分流,分别对待,低浓度废水与全厂其他废水混合排放,只处理COD浓度50。。mgl/的高浓度废水,它占COD总负荷量的70肠以上而水量只占总水量的5一8肠,这5一8肠的高浓度度水采用UASB新工艺进行消化处理,同时产生和回收沼氧.该工艺首次应用于全国大型啤酒生产厂—沈阳啤酒厂的废水处理,通过一年多的运行,取得了一次投运的成功,运行稳定,COD去除率超过设计指标而达到90肠以上.沼气`产率亦高,综合的社会效益、环境效益和经济效益都比较显著,开拓了处理高浓度啤酒废水的较理想的新工艺、新途径.一、概况随着经济的发展,城市人口的增多,有机废水的污染日趋严重.特别是近儿年来,以农村产品为原料的食品、制糖、酿造等行业得到很快的发展,它所带来的有机污水的治理已成为保护环境的紧迫任务,引起社会的广泛关注.近十年来啤酒行业得到急剧的发展,截止1986年全国已有啤酒厂60。多家,啤酒年产量为400多万吨.每生产一吨啤酒要排出12一20吨废水,年排水总量高达500。一800。万吨.目前除广州等6家啤酒厂采用好氧生物法处理外,均直接排放,其主要原因是现有的传统好氧生化污水治理技术流程长、耗资高、能耗过大、:片地面积广,一般J一`家难以承受.鉴于此种状况,我们对啤酒废水瘾合处理工艺技术进行了小试和工业工程的试脸研究.`一瀚厌氧消化技术!」前在世界范围内引起了人们越来越大的兴趣.上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是厌氧消化第二代设备,它是19了6年以后由荷兰瓦赫宁根农业大学水污染控制系G·莱廷格博士首先推出的.它的出现,结束了厌氧消化时间长(一个月以DOI:10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.1991.04.001上)、效率低的弊病,目前国内对该技术也正处于研究和试验阶段.用于啤酒废水的处理装置,据资料介绍截止1986年底,仅在美国和荷兰各建造了一套工业型的UASB装置.在国内,也只有沈阳环境科学研究所于1990年在我国大型啤酒企业之一的沈阳啤酒厂建成并投产了这套工业化的uAsB装置.二、治理技术路线.21治理技术路线高浓度有机废水的治理技术路线取决于废水的特性,对于以农、牧产品为原料的食品、酿造等行业的废水,其有机组份主要是酪类、蛋自质和脂肪,这类高浓度有机废水,实际上是一种宝贵的资源,可以采用现代化的生物厌氧消化技术加以利用,回收蛋白饲料及能源.而80年代引人瞩目的第二代厌氧消化工艺为啤酒高浓度有机废水的治理提供了广阔的前途.2.1.1治理技术路线确立的依据啤酒厂废水的产生特点、来源及特性是决定其治理技术路线的根本依据.啤酒酿造工艺是在各种罐,槽轮换生产交替中间歇进行.所以每放出一罐(槽)物料,就要进行多次反复洗涤,每次的洗涤排水的COD浓度不同.故每当第一次洗涤时,冲洗水浓度就比较高,第二次、第三次洗涤水中CoD及55含量均大大低于第一次,而污染物主要来源是从各不同工序中排出,这种工序又分传统工艺和新工艺两种传统工艺是:板框过滤机或滤过槽中的麦糟水;酵母添加槽冲洗水;洗酵母水;后发酵冲洗水;酶化麦糟水.新工艺(称一罐法)是:添加槽冲洗水;洗酵母水;锥型罐冲洗水(含废醉母泥);硅藻土滤过机水(其中含BOD。5000009/l).上述生产工艺中、除一r对半固体的酵母渣和粗麦糟,经过物理方法分离出回收原料和作为饲料外所排废水,有高浓度的,也有低浓度的,混合后COD排放浓度均为1200,g八左右.若将高低浓度污水分开,其中只占废水总量5一8帕左右的高浓度废水中其COD及55的负荷量却占总负荷的70肠以上.如果将这部分少最的高浓度有机废水在生产车间使其与低浓度废水和其它废水分开,进行重点处理,就会取得事半功倍的效果,这不仅可以减少投资,节省占地面积.而且还可产生高质量的沼气,对于削减全厂废水的CoD和55负荷来说,最少可以达到60%以上.这是符合我们国情的一条治理有机污水的技术路线,2.1.2治理工艺流程基于对啤酒废水特点的剖析,采取对啤酒废液首先进行高低浓度分流,并对酵母和麦糟等固形物,用物理方法分离进行回收利用.然后将含溶解性CoD高的有机废水用上流式厌氧污泥床(即UASB)反应器进行消化处理,污水中COD及部分55在微生物作用下分解成CH`和CO:即我们常称的沼气.基本工艺流程见图1.2.2若本滚理啤酒废水所含有的有机物质在排入水体后,即变为耗氧的污染物质,而这些有机物都具有一定潜在发热值,是一种能源.污水中一克蛋白质贮存能量约16.74KJ.若用好氧处理,微生物在分解有机物,合成细胞和细胞质的氧化过程中,把一部分能量△H释放水中,难以回收利用.其反应机理有如下三步进行:①有机物氧化:一2一发醛来的高浓度废水图l高浓度啤酒废水固形物回收及厌氧消化工艺流程图酶CxH,O:+02...se知C02+H20+△H②细胞质合成:酶CxH,o:+NH:+o:一细胞+Co:+H20+△H③细胞质氧化酶细胞+0:一Co:+H:0+NH3+△H好氧微生物所需要的氧,必须由人工提供来获得.因而好氧生物处理是一种消耗能量去破坏含能物质的处理办法,从资源角度来看,这是既不经济又不合理的.所以,必须寻找一种既能去除水中有机物,防止水体污染,又能回收能源的合理途径.从污水中回收能源和降低污染物质的工艺必须具备以下特点:①能从污水中将有机物浓缩、转化和分解,达到降低污染成分的效果;②分解或分离出的含能产物必须容易与污水有效的分离;③工艺过程中由外部提供的能量小;④具有较高的能量转换率;⑤工艺过程稳定,操作方便.故厌氧生物处理是满足以上条件的一种比较理想的工艺,有机物的厌氧降解按下式进行转化:/能量十代谢/产物CH。+有机物的厌氧降解一CoZ等\合成细胞在厌氧过程中有50一90肠的有机物所含的能量转化为甲烷,合成的细胞物质极少,污泥量很少,往水中释放的能量很低,厌氧降解所产生的CH4是一种很容易与水分离的可燃气体,从而可以简便的实现能量回收,故亦称之为“产能污水处理”技术.在废水的厌氧消化过程中,有机物的生物转化分为两步进行.第一步是高分子量的化合物通过中间酶(微生物)的作用变成简单的有机酸,一般为乙酸和丙酸,反应式如一F:产酸菌群局分予有机物+CZHSOH一一一CH3C00H+CZHSCOOH产酸菌群C2115C00H+H20--一一卜CHsC00H十C02+H第二步由产甲烷菌将以上化合物转化成最终产物—CH。和COZ反应式如下:产甲烷菌群停留时间:2.5d产气率:o.456m3八sCODCOD去除率:85帕CoD负荷率:4kgCOD/m,·d处理水量:100t/d(一个反应器)为此,我们设计了四个径高比为3:5的UASB反应器,用以处理40ot/d的高浓度有机废水.C2H5C00H+H20一—~~~卜CHsC00H+Coz+HZ菌群C02+HZ一今CH`+H20产甲烷菌群CH3C0oH-一一-一)CH`+CoZ由于分解乙酸和丙酸的产甲烷菌的生长速率极低,因此一般认为产甲烷菌的代谢速率是有机物厌氧处理过程中的控制因素.三、装置的规模及运行情况沈阳啤酒厂排污水量7200t/d,其中高浓度有机废水量约400t/d,仅为总水量的5.5肠,其水质情况如F:CoD浓度:10000一1200omg/lCoD负荷:400okg/d,占CoD总负荷的72肠55浓度:7000mg/l55负荷:2800kg/d,占55总负荷的73.0帕厌废消化处理装置仅对4ootd/废水进行处理,其余6800t/d废水的COD负荷为总负荷的28%不进行处理直接排放.对于第二代厌氧消化新工艺—上流式厌氧污泥床(UASB)的工艺及设备经小试取得成功后,我们越过中试阶段,直接进行了大型工业化装置设计和实施.主要设计参数如下:eoD进水浓度:1Z000mg/1(溶解性)图2反应器污水自反应器底部进入,穿过由高浓度厌氧生物污泥层组成的污泥床,在此大部分有机物被转化为甲烷和二氧化碳,称之为沼气.由于所产沼气的搅动作用,污泥床呈悬浮状态的污泥层.反应器上部设有一个气、液、固三相分离器,沼气由顶部引出,分离的污泥返回反应区.处理后污水由反应器上部溢流口排出,该工艺仅消耗提升污水所需的极少电能和少量的加热用的燕汽.设备本身结构简单适用,制造安装比较容易.该项工程已于1990年6月建成.同时开展了污泥接种及驯化和UASB的启动运行.自1990年6月至今历时一年多运转正常,设备良好,工艺稳定,基本达到设计处理指标,部分指标超过设计要求,主要数据如l`:①沼气产率:o`4osm“/kgCoD沼气中CH`含量:60一69肠热值:23023一28465KJ/m3②COD去除率:90一94肠四、本处理工艺的效益及应用前景4.1经济效益①沼气产量:一个UAsB反应器一年能产生12万m3沼气,按沼气r卜CH`含量为60一59肠,热值为23127.4一28470.24kJ/m3计算,相当于其他能源量如表1:②回收麦糟:5000一6000ta/.罐,20元/t,现卖给猪场作饲料③回收蛋白酵母粉:50ta/.罐,550美元t/,现出口日本国.以上三项收入总值按四个罐全投产计年经济收入总值约为65万元,不仅可以抵偿全年3。万元的运行费用,还可以有部分节余.表1门~~~~~口.~曰~..曰~.~~...,~.~~~目~~~~口~~~~胭~~能源种类lm3沼气相当于其他燃料全年沼气相当于其他燃料天然气城市煤气重油汽油焦炭电力标准煤0.G一o.7ms375一1.〔lm30.5510.5一0.751。.76一。.吐g1.4kw/m30.756一0.97一kg72一8.4万msa/·罐一弓.5一x.3万ms/a·罐6“ms/a·罐6Q一90爪s/a·罐91.2一96t/a·罐一6.5元KW/a·罐94.3一一6.st/。·罐4.2环境效益可改善排水的pH状况,由原来的pH3.2一4.3上升到pH7.2一7.8,每年可减少向城市水体排放CoDl000t以上,55700t以上,大大减轻了对环境污染,而且还不产生二次污染.4.3杜会效益该种污水治理工艺的社会效益不仅可以直接看到,也可以综合体现:①沼气是一种可以代替城市煤气的优质燃料,在现在城市煤气不足的城市中,本装置可以解决150。户居民的用气问题.②回收的饲料直接卖给猪场,可以缓解目前饲料不足的困难.干酵母出口还可以创造外汇收入,③厌氧消化后的排水含有0.7kg/m3的氮肥,如果能加以利用,是很好的肥水,可以直接浇灌农田和菜地.也可以作为将来“沈阳市污水处理场”好氧生物处理法的氮源成分加入,可以节约城市污水处理场的运行费用.消化污泥更是优良的农家肥,比用化肥效果更好,它具有改善土壤结构的能力.有的国家也有把消化污泥做为饲料添加剂使用的.④如果各行各业都能将高浓度有机废水加入厌氧消化处理而回收其中的生物能并加以利用,对于能源紧张的我国,将会起到很大的缓解作用,对于南煤北运的状况也可以适度减轻,那么交通运输业的运力不足也会(下转第13页)染料回收.回收的方法有超滤法及加药法,但以超滤效果比较好.4.5建立流失总盆控制即测定染整加工过程中所用的每一克有机原料的污染综合指标(如COD、BOD。)裁值,再乘以流失量,计算出coD、BoD污染负荷量,这不仅可用于企业的污染负荷总量的计算,亦可对车间、工段(或工序)班组的污染负荷量进行计算,从而可以实行污染负荷总量管理.总之,印染废水通过选择最优化的废水处理方法,改革工艺和降低原材料消耗,搞好回收和综合利用,建立健全污染物流失总量管理的制度.我们相信印染工业的废水一定会得到很好的控制.参考文献1.顾鼎言等编著.印染废水处理.中国