米酒糟廢水處理工藝

在米香型白酒釀造過程中，大米中的淀粉基本被消化完畢，而大米中的大部分蛋白、粗脂肪則以COD 的形式殘留在酒糟水中，經(jīng)檢測(cè)，米香型白酒釀造過程中產(chǎn)生的酒糟水的COD 約為50 g/L。目前已有不少相關(guān)實(shí)驗(yàn)性報(bào)道利用堿提酸沉法回收利用酒糟水中的米蛋白，以減輕后續(xù)的廢水處理壓力，但多局限于理論領(lǐng)域、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)論領(lǐng)域及一些中小型試驗(yàn)領(lǐng)域。同時(shí)此類處理方式不可避免會(huì)遇到堿提酸沉后續(xù)排污問題、蛋白回收后的干燥、儲(chǔ)存問題、高堿濃度下蛋白質(zhì)變性問題、美拉德反應(yīng)產(chǎn)生褐變問題、甚至產(chǎn)生有毒物質(zhì)Lysinoalnin，這些問題得到充分解決后才能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，大部分米香型白酒釀造企業(yè)將其米酒糟水低價(jià)出售或免費(fèi)送給一些養(yǎng)殖企業(yè)，但這種處理方式存在極大不確定性，其處理量完全取決于養(yǎng)殖企業(yè)的需求量。因此，在米酒生產(chǎn)企業(yè)還不具備足夠的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、足夠的技術(shù)手段來從米酒糟水中提取回收高質(zhì)量的米蛋白時(shí)，尋求一種運(yùn)行成本較低甚至微盈利、又可以達(dá)到環(huán)保要求的酒糟水處理工藝就成了當(dāng)務(wù)之急。與其他厭氧生物處理技術(shù)相比，升流式厭氧污泥床（UASB）運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用及構(gòu)筑物造價(jià)均較低，對(duì)不同污水的適應(yīng)性也強(qiáng)，環(huán)境效益及示范作用較為顯著，因而越來越受到重視[8-9]。本文主要探討了UASB 工藝規(guī)?；幚砻拙圃銖U水過程中，其厭氧消化及后續(xù)好氧處理工藝。

1 米酒糟水水質(zhì)與水量

設(shè)計(jì)進(jìn)水量90～130 m3/d。米糟水的水質(zhì)：COD 為40～50 g/L；BOD5 為24～30 g/L；SS 質(zhì)量濃度10 g/L；pH 為3.5～4。

處理后的廢水滿足國(guó)家污水 綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978－1996）中的一級(jí)排放要求：COD 小于100 mg/L；BOD5 小于30 mg/L，SS 質(zhì)量濃度小于70mg/L；pH 6～9。

2 米酒糟水UASB 工藝流程

2.1 厭氧- 好氧處理工藝

米酒糟水厭氧、好氧處理工藝流程見圖1。

 圖1 米酒糟水及其他生產(chǎn)、生活廢水的厭氧- 好氧處理流程

Fig.1 Anaerobic and aerobic treatment process of rice wine lees and other production and living waste water

2.2 厭氧反應(yīng)器中種子厭氧菌種的馴化

米酒糟水具有蛋白含量豐富、化學(xué)需氧量高、酸度低等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上還很難找到專一的厭氧菌能有效的消化分解米酒糟水。本公司采取的辦法是緩慢馴化并逐級(jí)擴(kuò)培，最終得到足夠量的、可以有效消化分解米酒糟水的厭氧菌種，菌種來源為興寧市污水處理廠活性好氧污泥。規(guī)?；N馴化流程如圖2 所示。

 圖2 厭氧種子菌馴化培養(yǎng)流程

Fig.2 Flow chart of acclimation and culture of anaerobic bacteria seeds

種子菌馴化過程中，各階段的工藝要求如下：第一階段，20 t 活性污泥和40 m3低濃度米酒糟水（COD=1.5 g/L）加入調(diào)節(jié)池后，調(diào)節(jié)pH 6.5～7.5，維持溫度不低于30℃，靜置128 h，使混合液中初步適應(yīng)米酒糟水環(huán)境的厭氧菌增殖；第二階段，繼續(xù)往調(diào)節(jié)池添加0.5 m3高濃度米酒槽水（COD=50g/L），此時(shí)混合液pH 會(huì)降低至5.5 左右，維持溫度不低于30℃，靜置，并每隔8 h 檢測(cè)pH，直至pH 恢復(fù)至6.8 左右，此階段目標(biāo)是使厭氧菌繼續(xù)增殖并具備初步環(huán)境修復(fù)能力；第三階段，添加1.0 m3高濃度米酒糟水，此時(shí)混合液pH 會(huì)降低至5.2 左右，維持溫度不低于30 ℃，靜置，并每隔8 h 檢測(cè)pH，直至pH 恢復(fù)到6.8 左右，此刻液面會(huì)有少許氣泡產(chǎn)生（甲烷、二氧化碳等）；后續(xù)階段以0.5 m3增量為梯度，逐級(jí)增加高濃度米酒糟水添加量，當(dāng)高濃度米酒糟水的添加量達(dá)到5.0 m3，靜置，48 h 內(nèi)，混合液pH可恢復(fù)至6.8 左右，且液面會(huì)有大量氣泡產(chǎn)生（甲烷、二氧化碳等），視為該批厭氧種子菌的馴化已完成，可以進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐。

2.3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備

厭氧消化工藝設(shè)備設(shè)施：1 600 m3厭氧發(fā)酵罐；60 m3調(diào)節(jié)池；5.5 kW進(jìn)料泵2 臺(tái)（一用一備，揚(yáng)程20 m，流量30 m3/h）；600 m3雙模式沼氣儲(chǔ)氣柜；止回閥等。

后續(xù)好氧處理工藝設(shè)備設(shè)施：60 m3第一級(jí)曝氣池，100 m3第一級(jí)沉淀池，500 m3第二級(jí)、第三級(jí)曝氣池，250 m3第二級(jí)沉淀池，40 m3混合池，60 m3第三級(jí)斜板沉淀池，橡膠膜微孔曝氣頭400 個(gè)（通風(fēng)量1.5 m3/h），2.2 kW 污泥泵6 臺(tái)（三用三備，揚(yáng)程10m，流量15 m3/h），18.5 kW 曝氣鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（一用一備，流量11 m3/min），絮凝劑自動(dòng)添加設(shè)備1 臺(tái)。

2.4 檢驗(yàn)儀器、米酒糟指標(biāo)的檢測(cè)方法

檢驗(yàn)儀器：KDN-01A 型半自動(dòng)凱氏定氮儀，DJM-15L 膠體磨。

米酒糟指標(biāo)的檢測(cè)方法：米酒糟樣品先經(jīng)過膠體磨處理10 min，然后用Folin- 酚法測(cè)定液體中的蛋白含量，重鉻酸鹽法測(cè)定米酒糟水的化學(xué)需氧量COD。

3 調(diào)試和運(yùn)行

3.1 厭氧消化環(huán)節(jié)工藝要求及參數(shù)確定

厭氧菌擴(kuò)培和厭氧發(fā)酵罐啟動(dòng)為同步過程，即往厭氧發(fā)酵罐中逐級(jí)添加米酒糟水，期間定時(shí)追蹤罐內(nèi)醪液的pH，并嚴(yán)格控制罐內(nèi)溫度，各種參數(shù)控制同厭氧菌的馴化階段，每次添加的米酒糟水的量：取決于厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的pH、溫度情況及揮發(fā)酸等情況，當(dāng)1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐完全充滿米酒糟水發(fā)酵醪液時(shí)，本項(xiàng)目視為厭氧發(fā)酵罐啟動(dòng)結(jié)束。后續(xù)即為厭氧發(fā)酵罐正式運(yùn)行階段。

3.1.1厭氧發(fā)酵罐處理米酒糟水的能力

在1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐正式運(yùn)行后，根據(jù)厭氧發(fā)酵行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，每立方體積厭氧發(fā)酵罐24 h 可消化3.2 kg COD，即1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐每24 h 可消化5 160 kg COD。探索厭氧罐實(shí)際處理米酒糟水的能力，方法為：以7 d 一個(gè)周期，每天往厭氧發(fā)酵罐內(nèi)加同樣數(shù)量的米酒糟，同時(shí)自厭氧發(fā)酵罐頂端溢流口取樣，即消化分解完畢后的醪液，并檢測(cè)其COD，最終此周期內(nèi)消化分解完畢后醪液的COD取這7 d 檢測(cè)結(jié)果的平均值。此探索過程共分7 個(gè)周期完成，每個(gè)周期往厭氧發(fā)酵罐加入的米酒糟的量分別為10、30、50、70、90、110、130 m3，檢測(cè)結(jié)果如圖3 所示。

 圖3 酒糟水添加量與COD 去除效果的關(guān)系

Fig.3 The effect of wine lees dosage on COD removal efficiency

由圖3 可知，往厭氧發(fā)酵罐內(nèi)加入米酒糟水為90 m3以內(nèi)時(shí)，經(jīng)厭氧發(fā)酵后的醪液COD 變化范圍不是很大，并可以控制在8 g/L 以內(nèi)，同時(shí)厭氧發(fā)酵罐總消耗COD 的量會(huì)隨著酒糟水添加量的增加迅速上升。當(dāng)酒糟水添加量超過90 m3時(shí)，出水水質(zhì)的COD 會(huì)迅速上升，當(dāng)酒糟水添加量達(dá)到130 m3時(shí)，出水水質(zhì)的COD 高達(dá)35 g/L，而總消耗COD 則呈下降趨勢(shì)。這個(gè)探索結(jié)果說明本廠設(shè)計(jì)的厭氧發(fā)酵罐處理本廠酒糟水能力的界限非常明確，即1 600m3 厭氧發(fā)酵罐，通過本調(diào)試工藝，最多消化處理半固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生的米酒糟水90 m3/d，每天最多能消耗COD 3 700 kg 左右，每立方厭氧發(fā)酵罐每24 小時(shí)可消耗COD 2.31 kg，較行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值每24 小時(shí)每立方厭氧發(fā)酵罐可消化3.2 kg COD 低約27.8%，這也說明某些領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)數(shù)值可以作為參考，卻不能作為實(shí)際控制水平應(yīng)用于生產(chǎn)，物料性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境等因素都可能會(huì)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)造成較大影響。

 圖4 進(jìn)料方式對(duì)厭氧罐內(nèi)pH 和溫度的影響

Fig.4 The effect of feeding method on pH and temperature in anaerobic tank

3.1.2厭氧發(fā)酵罐進(jìn)料方式對(duì)溫度、pH 的影響

當(dāng)厭氧發(fā)酵罐正式運(yùn)行后，厭氧罐內(nèi)厭氧細(xì)菌占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，且新陳代謝旺盛、活力優(yōu)良，同時(shí)對(duì)待消化物（米酒糟水）具有良好的適應(yīng)性。但酒糟水是經(jīng)過釀酒車間蒸餾后排出的，酒糟水的溫度較高，待準(zhǔn)備進(jìn)厭氧發(fā)酵罐處理時(shí)，酒糟水的溫度約在60 ℃，同時(shí)酒糟水pH 較低，約為3.5，一次性加入90 m3酒糟水對(duì)厭氧罐內(nèi)的環(huán)境勢(shì)必影響較大。90 m3酒糟水24 小時(shí)內(nèi)一次性加入與均分3 次加入對(duì)厭氧罐內(nèi)pH、溫度影響對(duì)比如圖4 所示。

從圖4 中可以看出，一次性加入90 m3酒糟水，對(duì)厭氧罐內(nèi)pH、溫度等因素的影響還是較大的，而24 h 內(nèi)均分3 次加入，厭氧罐內(nèi)發(fā)酵環(huán)境則穩(wěn)定的多。實(shí)踐證明，均分3 次加入既可以保證一線操作工人排班的方便性，又可以保證沼氣產(chǎn)量的穩(wěn)定性、持續(xù)性，從而更方便沼氣的利用。另外經(jīng)測(cè)量，均分3次加入酒糟水沼氣的日均產(chǎn)量要比一次性加入酒糟水沼氣的日均產(chǎn)量高出10%，這也從另一個(gè)角度證明了均分3 次加入酒糟水更有利于厭氧細(xì)菌的新陳代謝，也更有利于酒糟水中COD 的消除。

3.2 好氧處理階段工藝要求及參數(shù)確定

好氧階段是使厭氧菌失活、好氧菌快速增長(zhǎng)并消化廢水中絕大部分殘存COD 的過程。其中，第一級(jí)曝氣的主要功能是使經(jīng)厭氧消化后的廢水中的厭氧菌失活，然后經(jīng)過第一級(jí)沉淀使大部分失活的菌體沉淀并回流至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行重新消化，此階段要求曝氣氣泡細(xì)膩均勻、廢水中的溶氧量在1.8mg/L 以上。第二級(jí)、第三級(jí)曝氣連續(xù)布置，其主要功能為使經(jīng)過第一級(jí)沉淀后廢水中的好氧菌迅速增長(zhǎng)并消化大部分廢水中的COD，此過程要求曝氣氣泡細(xì)膩均勻、廢水中的溶氧量在2.0 mg/L 以上。在第二級(jí)、第三級(jí)曝氣池中，要求曝氣頭布置均勻、穩(wěn)定。

后續(xù)第二級(jí)、第三級(jí)沉淀需不定期對(duì)其沉淀下來的好氧污泥進(jìn)行處理，方法為回流至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行二次消化?；亓鞯念l率根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果而定，根據(jù)本項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，第二級(jí)沉淀池出水COD 一般穩(wěn)定在250 mg/L 左右，當(dāng)此環(huán)節(jié)出水COD 超過300mg/L 或明顯有絮狀污泥上浮時(shí)，即要及時(shí)開啟此環(huán)節(jié)的污泥回流系統(tǒng)；而第三級(jí)沉淀池的出水COD正常情況下可控制在100 mg/L 以內(nèi)，當(dāng)日常監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)出水COD 有明顯上升趨勢(shì)而第二級(jí)沉淀池出水又無異常時(shí)，則要進(jìn)行第三級(jí)沉淀池的回流工作。

4 沼氣產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析

沼氣輸送管道上加裝沼氣流量計(jì)，可以方便的記錄檢測(cè)沼氣的產(chǎn)生速度，也更加有助于厭氧罐內(nèi)的發(fā)酵狀態(tài)。經(jīng)測(cè)算，每24 小時(shí)消化酒糟水90m3，折算后，即清除COD3 700 kg/d，可以產(chǎn)生沼氣3 500 m3。采用目前行業(yè)內(nèi)比較先進(jìn)的雙膜儲(chǔ)氣柜進(jìn)行暫儲(chǔ)緩沖，然后引至鍋爐燃燒，即可節(jié)約3.5 t/d 原煤，每年即可節(jié)約近千噸原煤，價(jià)值近百萬元，足以補(bǔ)貼本項(xiàng)目運(yùn)行過程中的電耗費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用、人工費(fèi)用等。同時(shí)，這其中節(jié)能降耗產(chǎn)生的生態(tài)效益更值得肯定。具體參見m.tax-pages.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結(jié)論

米酒糟廢水為高濃度有機(jī)廢水，無毒有害，其BOD5/COD 很高，適宜采用UASB 厭氧- 好氧處理工藝。米酒糟廢水及其他生產(chǎn)廢水、生活污水等經(jīng)UASB 工藝處理后，達(dá)到了國(guó)家一級(jí)達(dá)標(biāo)排放。并且通過成本核算，本項(xiàng)目運(yùn)行過程中還可以達(dá)到盈利狀態(tài)（產(chǎn)生沼氣價(jià)值大于項(xiàng)目運(yùn)行成本），這在一般生產(chǎn)型企業(yè)進(jìn)行廢水處理環(huán)節(jié)中所不多見的。所以，立足現(xiàn)實(shí)，采用厭氧消化和好氧曝氣兩步法處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的米酒糟廢水、生活污水等，實(shí)踐證明，該項(xiàng)目運(yùn)行效果良好，徹底解決了企業(yè)在發(fā)展過程中遇到的排污瓶頸問題。同時(shí)，給行業(yè)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)提供積極的借鑒意義。