水解酸化+UASB+推流式活性污泥法在啤酒污水治理工程中的应用
摘要:根据项目单位提供的废水水质和水量资料、处理要求及现有地质条件，选用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作为该啤酒生产企业污水处理的核心工艺。该厂污水处理工程的设计规模为4 000 m3 /d，污水处理工程的进水水质为pH: 4．5～6．5 mg /L、COD: 3 000 mg /L、BOD5: 1 500 mg /L、氨氮: 50 mg /L、TP: 20 mg /L、SS: 500 mg /L，经采用水解酸化+ UASB + 推流式好氧活性污泥法作为主体的工艺治理后，出水可以达到《啤酒工业污染物排放标准》(GB19821-2005)中的排放标准。
关键词:啤酒废水; 水解酸化; UASB; 推流式好氧活性污泥法
前言
近十年来，中国新建了约1 000 多家啤酒生产企业，每年在生产大量啤酒的过程中，也产生了大量的啤酒废水。据统计，每生产1 t 啤酒需要10 ～30 t 新鲜水，相应地产生10～20 t 废水［1］，现在每年排放的啤酒废水已达1．5 亿t［2］。由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母、酒花残渣等有机无毒成分，排入天然水体后将消耗水中的溶解氧，既造成水体缺氧，还能促使水底沉积化合物的厌氧分解，产生臭气，恶化水质［3］。
啤酒生产工艺流程包括制麦和酿造两部分，二者均有冷却水产生，约占啤酒厂总排水量的65%，水质较好，可循环用于浸洗麦工序中［4］。高污染负荷的废水主要来自制麦中的浸麦工序和酿造中的糖化、发酵、过滤、包装工序，其化学需氧量在500～40 000 mg /L 之间，除了包装工序的废水连续排放以外，其它废水均以间歇方式排放［5］。
啤酒废水各个工段废水浓度: 浸麦工序COD为500～800 mg /L，间歇排放; 糖化工序COD为20 000～40 000 mg /L，间歇排放; 发酵工序COD为2 000～3 000 mg /L，间歇排放; 包装工序COD为500～800 mg /L，连续排放。啤酒厂总排水属于中、高浓度的有机废水，呈酸性， pH 值为4．5 ～6．5［4］，其中的主要污染因子是化学需氧量(COD) 、生化需氧量(BOD5) 和悬浮物(SS)，啤酒废水的可生化性较好，BOD5 /COD为0．4～0．6［4］。
该啤酒生产企业地处江苏苏南地区，根据该企业的废水排放情况，我们采用了以下设计方案。
1 工程总体简介
1．1 工程规模
该污水处理工程的设计规模为5 000 m3 /d，时变化系数Kh = 1．50。
1．2 进出水水质
设计进出水水质情况如表1 所示。
表1 进出水水质一览表
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1．3 工艺选择
啤酒污水pH 变化范围大，COD、BOD 和悬浮物浓度高，可生化性好，可以采用兼氧(或低效率厌氧) + 好氧的处理工艺，但存在处理效率低、投资成本和运行成本较高的缺点。由于该废水可生化性较好，根据我们的工程实践，设计良好的UASB 厌氧反应器在进水COD 小于3 000 mg /L 的情况下，其出水COD 可以达到250～350 mg /L。
啤酒污水pH 变化较大，不利于生化系统的运行，甚至对生化系统具有破坏和毒害的作用。同时，啤酒污水悬浮物浓度较高，在不经预处理直接进入UASB 厌氧处理系统后，将导致厌氧处理系统悬浮物过多，引起处理效果下降。因此，我们将改造并重新启用预沉池进行预处理，以高效地沉淀进水中的悬浮物，降低进入UASB 系统中的悬浮物浓度，同时调节、控制pH 的变化。
根据啤酒污水中的部分污染物质(主要是纤维素) 具有在碱性状态下溶解，在酸性及近中性状态下转变为悬浮物的特性，我们拟在集水及pH 粗调池前进行酸碱的初步调节，以实现在预沉池中尽量多地沉淀悬浮物，尽量减少进入UASB 系统悬浮物的要求。
综上所述，该项目污水生化处理系统采用UASB 厌氧和推流式好氧活性污泥池。同时，针对啤酒污水的水质特性，在选择污水处理工艺时，应重点采取强化预处理，即采取严格的pH 调节和去除悬浮物的措施，确保厌氧处理系统进水pH 和悬浮物在设定的范围内，确保厌氧处理的效果，降低后续好氧处理的负担，确保各项指标达到排放标准的要求。
1．4 工艺流程
污水处理厂工艺流程如图1 所示。
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图1 污水处理工艺流程
1．5 工艺流程说明
污水首先经过机械粗格栅拦截大块杂物，出水进入集水及pH 粗调池。污水在集水及pH 粗调池中经水量和pH 初调后，出水即泵至预沉池上部的固定式细隔栅进行过滤处理。该固定式细格栅栅距为0．5 mm，可以去除污水中的大块悬浮物。
固定式细隔栅出水进入预沉池，污水中的大部分悬浮物在其中沉淀后，出水进入调节池。污水在调节池中进行水质和水量调节后，出水经提升泵进入UASB 厌氧反应池。污水中的污染物经厌氧细菌分解，成为CH4、CO2、H2和水等小分子无机物，出水中污染物的浓度大幅降低，大大减轻后续好氧反应的负担。
厌氧处理后的出水进入好氧池，污染物在高浓度好氧微生物的作用下快速分解，出水则进入二沉池。
活性污泥混合液在二沉池中进行泥水分离后，上层清水即可达标排放，二次沉淀池底部的浓缩污泥则经回流泵回流至推流式好氧活性污泥池进水端。
预沉池污泥、二次沉淀池的剩余污泥均汇集至污泥池，经浓缩后，清水则回流至集水及pH 粗调池，浓缩污泥则经污泥泵泵至压滤机进行脱水处理。脱水污泥进行外运，压滤液则回流至集水井。
2 工程设计
2．1 主要单体设计参数
根据相关设计规范［4］进行设计，该工程的各个单体的主要设计参数如表2 所示，主要配套设备如表3 所示。
表2 工程的主要构筑物
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表3 工程的主要配套设备
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2．2 平面布置
该污水处理工程位于厂区的西北侧，平面布置涉及主要构筑物、建筑物、道路、管线和绿化等，其中，主要构筑物中的集水及pH 粗调池、预沉池、调节池、事故池、酸化池、UASB 厌氧池依次从西向东位于污水处理工程区域北侧，风机房、脱水机房、操作间、电控室、好氧池、二沉池依次从西向东位于污水处理工程区域南侧。各处理构筑物和建筑物的定位以流程顺畅、操作管理方便、尽量减少管道长度为原则，连接各建筑物和构筑物之间的管道尽量横平竖直，避免迂回曲折。厂区内主干道宽度为6m，次干道宽度为4 m，人行道宽度为2．0 m。
2．3 高程布置
本着降低投资和运行费用，高程布置尽可能采用重力流的原则。由于进水水位较低，同时需要设置预沉池以沉淀其中的悬浮物，集水池不能够作为调节池使用。因此，该工程设置集水及pH 粗调池一次提升，在调节池中进行二次提升。对于沉淀池污泥回流，则采用水泵提升后回流至好氧池。
高程的计算由三部分组成，包括局部阻力损失、沿程阻力损失、剩余水头。沿程阻力损失计算公式为: hL = iL，其中，L为管道长度，i为水力坡度，可根据流速和管径查设计手册的水力计算表得到; 局部阻力系数为Σ(ξ)，由hm =Σ(ξ) V2 /2 g，可得局部阻力系数之和; 剩余水头取0．5～1．0 m，由此，得泵后初沉池、调节池、酸化池、厌氧池、好氧池、沉淀池相对于地面的水面高度分别为4．00 m、2．50 m、8．50 m、6．50 m、4．50 m、3．50 m。
2．4 成本预算
鉴于企业连续24 h 生产，污水处理班组采用3班轮流。因此，该企业污水处理站需配备管理人员1 名、操作人员4 名，总计为5 人。根据建设单位相关工程概预算标准，总投资费用为751．3 万元，其中土建投资为412．5 万元，设备投资为338．8 万元。年运行费用为111．3 万元，运行费用为1．51元/t 水。
2．5 运行效果
该工程在运行期间的进出水水质情况如表4所示。
表4 进出水水质一览表mg /L
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NH3-N 在厌氧出水后升高是由于厌氧反应的过程中，大量的有机氮转变为氨氮造成的。从表4 可以看出，厌氧对COD 的去除率可以达到90%以上，BOD、氨氮、SS 和总磷等各项指标均可以达到90%以上的去除率，并实现稳定达标。
3 结论
采用以强化pH 调节和去除悬浮物的预处理工艺，同时配合UASB 厌氧+ 推流式好氧活性污泥法为主体的生化工艺处理啤酒污水具有工艺可行、投资合理、运行管理简单可靠的优点。该工程建成后，出水达到《啤酒工业水污染物排放标准》(GB19821-2005) 中的排放标准，同时，该工程将减少该企业生产污水排放对周围水环境的影响，每年可减少排放COD为4 350 t、BOD为2370 t、NH3-N为52．5 t、SS为645 t、总磷为29．25 t，该污水处理工程的建设将为当地水环境质量的改善提供可靠的物质保障。
［参考文献］
［1］黄继飞，庞玫．啤酒工业副产品的回收与利用［J］．轻工环保，1990(2) : 11～15．
［2］李红光．环境保护与白色农业［J］．饲料，1997 (7) : 5～7．
［3］何增耀，叶兆杰，吴方正．农业环境科学概论［M］．上海: 上海科学技术出版社，1 991．175～177．
［4］李家瑞，翁飞，朱宝珂．工业企业环境保护［J］．北京: 冶金工业出版社，1992．16 0～166．
［5］张国柱．酿酒工业废水的治理技术．环境保护［J］，1992(12) :9～11．
作者简介:陈元刚(1973-)，男，重庆永川人，工程师，硕士，主要从事环保科研与工程工作。
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