生物滤池在啤酒水处理中的应用

生物滤池在啤酒水处理中的应用_环境工程专项设计案例分析

1.工程名称

青岛某啤酒有限公司废水处理工程。

2.工程概况

设计生产能力为6×104t/a。在生产过程中排出大量啤酒废水。啤酒废水是有机污染物废水,若不经处理直接排放将对周围环境造成严重的污染。为贯彻执行国家的有关政策,保护环境,该公司决定实施废水处理工程,以达到环境、经济、社会三个效益的统一。

该公司废水处理工程采用水解（酸化）—曝气生物滤池工艺处理。啤酒厂所需处理的废水主要为制麦、糖化、发酵、罐装等车间所排放的废液及设备、管道等的洗涤水和地面冲洗水。废水中主要含有淀粉、蛋白质、酵母菌残体、酒花残渣、残余啤酒、少量酒精及洗涤用碱,属于无毒有机废水。另外还有来自办公楼、食堂的生活排水,但水量相对较小。废水中主要污染物指标为COD、BOD5、SS等。

啤酒废水属于中高等浓度有机废水,其BOD5/COD一般在0.5以上,可生化性较好。污染物中的有机物较容易生物降解,所以采用以生化处理为主的工艺流程。目前国内处理啤酒废水的方法很多,但主要为好氧法和厌氧（UASB）法相结合的方法。传统上,利用好氧法处理啤酒废水是可行的,但能耗大,运行费用高。近几年,国内也有数家啤酒厂采用上流式厌氧污泥床（UASB）＋好氧处理工艺。采用UASB处理啤酒废水中的高浓度废水部分是可行的,该方法技术简单、成本低、效率高、可回收能源。但UASB存在工艺调试周期长,颗粒污泥培养时间长,厌氧对废水中悬浮物含量、pH值、温度要求苛刻,操作管理复杂的缺点。为了解决现有啤酒行业废水处理工艺中存在的一些问题,以及本工程由于出水水质要求高,建设场地又较小的局限,所以根据方案比较选择采用了水解（酸化）—曝气生物滤池处理新工艺。

水解（酸化）—曝气生物滤池工艺是近年来在国内开发应用成功的一种新工艺技术,从它在啤酒废水处理中的成功应用以及在实际运行中所表现出的许多特点来看,该技术不仅满足城市污水处理的要求,也完全能够满足中高等浓度废水处理的要求,并使最终处理出水达到枟国家污水综合排放标准枠的一级标准。

3.设计要点

（1）设计原则。在设计流程的确定中遵照以下原则进行:①根据废水特点,选择合理的工艺路线,做到技术可靠、结构简单、操作方便、易于维护检修；②在保证处理效果的前提下,尽量减少占地面积,降低基建投资及正常运行费用；③废水处理设备选用性能可靠、运行稳定、自动化程度高的节能优质产品,确保工程质量及投资效益。

（2）设计规模与水质。待处理的啤酒废水来自工厂各工段所排放的生产废水及生活污水。由于该企业建厂较早,建厂时在排水管道设计上未进行清污分流,所以在新建废水处理站时,待处理废水为混合废水。建设规模为日处理啤酒废水2500m3。进出水水质要求见表2-37。

表2-37　啤酒生产废水水质及排放要求

4.工艺流程与说明

（1）工艺流程。工程采用水解（酸化）—曝气生物滤池工艺,工艺流程如图2-15所示。

图2-15　工艺流程

（2）工艺流程说明。车间各段废水经厂区排水管（渠）收集后,经排水总渠送至废水处理站进行处理。由于废水中含有许多如空麦壳、酵母、纸屑等悬浮物以及破碎的玻璃瓶等物质,这些东西直接进入废水处理系统,将影响处理设施的正常运行,所以在废水进入处理设施前需设置粗、细格栅,以去除废水中的大块悬浮物,栅渣外运。粗、细格栅安装在进水明渠的格栅井内,采用人工清捞栅渣。

经粗、细两道格栅处理后的废水自流进入废水调节池。因为废水排放的水量及水质不均匀,特别是麦芽制备和糖化的排水为间歇排放,所以为了保证后续处理设施的正常运行,设置调节池来调节水质和水量,使调节后的出水水质、水量尽量均匀。

均质、均量后的废水由提升泵提升至水解（酸化）池。水解（酸化）池能最大限度地截留水中悬浮物,将其中部分有机物进行生物降解,一方面减少后续曝气生物滤池截留SS的量,延长滤池的反冲洗周期；同时水解（酸化）池中的兼氧、缺氧微生物将大分子的有机物水解为小分子的有机物并对固体有机物进行降解,减少污泥量,使污泥的性能稳定。

因为废水水质波动较大,虽经调节池进行了调节,但水质波动较大还是会导致水解（酸化）池中的污泥上浮,使水解（酸化）池出水中的SS量过多。为了减少后续曝气生物滤池截留的SS量,同时延长其反冲洗周期,需对水解（酸化）池出水进行中间沉淀,以去除大部分SS。经中间沉淀池沉淀后的废水由提升泵送至上向流曝气生物滤池进行有机物的降解。在上向流曝气生物滤池中,废水中有机污染物成为生长在滤料上的微生物新陈代谢的营养物,使废水中有机污染物在有氧条件下通过微生物的代谢作用而去除。曝气生物滤池具有生物截留作用,其中SS的截留使出水中的SS可达到排放标准,所以曝气生物滤池后面不需设置二沉池。经曝气生物滤池处理后的出水就可达到排放标准,或排放或回用。

水解（酸化）池中稳定污泥和中间沉淀池底泥定期排入污泥均质池,由泵提升至板框压滤机脱水,脱水后的泥饼外运处理。曝气生物滤池的反冲洗废水排入调节池,污泥脱水机的滤后液和脱水机房的地面冲洗废水也经管道汇集至调节池,再进入处理系统进行处理。

5.主要构筑物与设备

（1）粗、细格栅。粗格栅主要用于去除废水中粗大固体,如破布、碎酒瓶、包装纸等无机的固体物质；细格栅主要去除废水中细小固体,如空麦壳、麦粒和酵母等有机物质。

由于进水处理站的明沟为原有设施,沟渠较宽,正常工作时沟内水深较浅,同时考虑到节省投资,所以粗、细格栅均采用固定式栅条型格栅人工清渣。粗格栅采用栅条型格栅,安装在进水明渠中,明渠净宽0.3m,栅条净间距为10mm,过栅流速为0.55m/s,栅前后水位差约为0.07m,相对较小,所以格栅前的沟渠不必设置变速段。渠内栅前流速为0.4m/s。考虑到本工程处理水量,废水中麦粒、麦皮、纸屑较小,所以在粗格栅后面的明沟中设置一道细格栅（细格网）,以去除废水中的细小悬浮物。细格网采用网孔径为2mm×2mm的不锈钢丝格网,网丝直径为1m；支撑网采用网孔径为30mm×30mm的不锈钢丝格网,网丝直径为2.8mm。栅条型粗细格栅的制作可参见枟给水排水标准图集枠。

（2）调节池。由于啤酒废水与发酵工业相似,废水具有间歇排放的特点,因此水质和水量波动较大。水质和水量的波动直接影响到后续处理设施的稳定运行,所以必须设置容积较大的调节池,以对水质和水量进行调节。

由于在清洗糖化罐以及罐装车间清洗酒瓶的过程中不定时地需要排放部分高碱性的废液,导致废水的pH值波动较大,所以必要时需在调节池中添加酸液,以降低废水的pH值至合适的范围。在调试期间,调节池中还需补充一些微生物生长所需的营养物质,如尿素等。

该工程由于水沟渠标高较高,所以调节池设计为地下钢筋混凝土结构。废水处理站Q＝115m3/h,调节时间确定为4.35h,所以调节池的有效容积为500.25m3,尺寸（长×宽×高）为15m×12m×3.65m。

（3）水解（酸化）池。该池具有改善污水可生化性的特点,同时也可去除废水中部分有机物,减少最终排放的剩余污泥量。

废水的水解（酸化）过程在夏季只需2.5～3.0h就可完成,而在冬季由于气温低,水温也相应较低,且进水一般不设加温设施,所以要完成水解（酸化）过程所需的时间比夏季要长,一般为3.5～4.5h。考虑到冬季的不利条件,在进行啤酒废水处理的水解（酸化）池设计时,水力停留时间一般按冬季考虑,即3.5～4.5h。该工程由于地处北方,所以取4.5h。

为了保持水解（酸化）反应池处理的高效率,必须保持池内有足够多的活性污泥,同时要使进入反应池的废水尽快地与活性污泥均匀混合,增加活性污泥与进水有机物的接触,这就要求上升流速越高越好。但过高的上升流速又会破坏活性污泥层对进水中SS的生物截留作用,并会对活性污泥床进行冲刷,从而使活性污泥流失,导致出水效果变差,所以保持合适的上升流速是很有必要的。根据实际经验,水解（酸化）池内上升流速一般控制在0.8～1.8m/h比较合适。该工程的上升流速取1.15m/h,所以水解（酸化）池的有效高度为5.2m,水解（酸化）池最终尺寸（长×宽×高）为10m×10m×5.6m。

在本工程中,为了增加水解（酸化）反应池中活性污泥的浓度,提高反应效率,在池中还另外加设了供微生物栖息的立体弹性填料,填料高度为2.5m,满池布置,填料下部区域为活性污泥层,填料底部距池底1.5m。本工程水解（酸化）反应池池体工艺剖面如图2-16所示。

保障污泥与污水之间的接触水解是（酸化）反应池运行良好的重要条件之一,因此反应池底部进水布水系统应该尽可能地布水均匀。工程采用最简单的穿孔管布水器。穿孔管布水器的布置一般是沿池长方向设置总布水管,沿池宽度方向间隔布置配水横管,即常说的“丰”字形布置。配水横管下部交叉开有布水孔,从横管端面来看布水孔的夹角为45°。配水支管一般采用对称布置,以总布水管为对称线,这种配水系统的特点是采用较长的配水支管增加沿程阻力,达到布水均匀的目的。

图2-16　水解（酸化）池剖面（单位:mm）

（4）中间沉淀池。水解（酸化）池正常情况下出水中的SS一般小于80mg/L,出水可直接进入曝气生物滤池。由于废水水质波动较大,水质虽经过调节池的调节,但有时还会有部分漂泥,使得出水中的SS过高,若直接进入曝气生物滤池将会缩短滤池的反冲洗周期,所以设置中间沉淀池,去除由于水质变化过大而导致水解（酸化）池出水中过多的SS。中间沉淀池主要采用竖流式沉淀池结构。

（5）曝气生物滤池。这是啤酒废水生物处理的主工艺。在曝气生物滤池中,大部分废水中有机物得到降解,使最终出水达到排放标准。曝气生物滤池的结构多样,工程主要采用上向流曝气生物滤池。上向流曝气生物滤池的工艺原理是:在滤池内部装有新型粒状滤料,其表面生长有生物膜,污水由底部向上流过滤料层。滤料层下部提供曝气,气水为同向上向流,使废水中有机物在好氧菌膜的作用下得以降解,同时硝化细菌进行硝化作用。由于新型粒状填料是一种比表面积高和粗糙多孔的粒状陶粒,比表面积达3.98m2/cm3,因此可以积累高浓度的微生物量,微生物量可达10～15g/L。高浓度微生物量导致曝气生物滤池的容积负荷增大,因此池容和占地面积大大降低。曝气生物滤池还可将生物转化过程中产生的剩余污泥和进水带入的悬浮物进一步截留在滤床内,起到物理过滤作用,所以在曝气生物滤池后不需再设二沉池,节省了用地。另外,为避免积累的生物污泥和悬浮固体堵塞生物滤池,需定期利用处理后出水进行反冲洗,排除增殖的活性污泥。

该工程所设计的上向流曝气生物滤池平面布置图和剖面图如图2-17和图2-18所示。

图2-17　曝气生物滤池平面（单位:mm）

图2-18　曝气生物滤池剖面（单位:mm）

曝气生物滤池池体设计主要参数包括BOD有机负荷、COD有机负荷和水力负荷。设计时应根据BOD有机负荷进行计算,并用COD有机负荷和水力负荷进行校核。

BOD有机负荷是指单位容积的滤料在单位时间内供给微生物膜的有机物数量,与被处理水的可生化性以及被处理水中的污染物质有关,也与出水水质要求有关。对于可生化性较好的工业废水,曝气生物滤池的BOD有机负荷一般为3～6kgBOD/（m3滤料·d）,COD有机负荷一般为6～10kgCOD/（m3滤料·d）,空塔水力负荷一般小于5m3/（m2·h）。废水属于可生化性很好的工业废水,其BOD/COD一般为0.5～0.6,所以在设计时可考虑选用较高的BOD有机负荷。

在该工程中,每天进入曝气生物滤池的废水水质要求见表2-38。

表2-38　进水水质和出水水质要求

根据曝气生物滤池的设计计算,BOD有机负荷取4.5kgBOD/（m3滤料·d）,COD有机负荷为7.5kgCOD/（m3滤料·d）；滤料层高度为4m,滤池总高度为7m,滤池分两格,每格尺寸为5.4m×5.4m；穿孔管曝气,气水比为7∶1,采用气水联合反冲洗；派料为直径为4mm的球形滤料,承托层选用鹅卵石,并按一定的级配布置,如表2-39所列,总高度为0.3m。

表2-39　卵石承托层级配

（6）构筑物和设备参数。上述主要构筑物和设备见表2-40和表2-41。

表2-40　废水处理站的构筑物

表2-41　废水处理站的设备

6.运行效果

该工程于1999年9月底竣工,同时开始进水以及微生物培养和驯化。水解（酸化）池内兼性微生物经一个月培养和驯化已达到设计要求；曝气生物滤池内好氧微生物经18天自然挂膜成功,并进行连续进水,至同年11月初达到设计要求。污水处理站试运行阶段处理水量为每天约2000m3,出水水质已远远高于设计要求。

该处理站试运行阶段（1999年11月17日—30日）主要处理构筑物的处理效果见表2-42。

表2-42　运行效果（1999年）

续表

该啤酒厂6—9月份为生产高峰期,高峰期废水处理量约为2800m3/d。该工程已于2000年8月初达到设计的满负荷处理要求,并于2000年8月底通过了当地环保部门的达标验收。

2000年8月25日当地环境监测站对主要处理构筑物出水连续7次进行验收采样监测,最终出水均达到枟污水综合排放标准枠（GB 8978—1996）中的一级标准。验收采样监测数据见表2-43。

表2-43　验收采样监测结果（2000年）

从表2-43中可以得出,平均出水水质BOD保持在25mg/L以下,COD保持在85mg/L左右,达到了枟污水综合排放标准枠（GB 8978—1996）中的一级标准。

7.技术经济指标

主要技术经济指标见表2-44。

表2-44　技术经济指标