截至2009年底，我國約有木薯酒精生產企業(yè)30多家，木薯酒精產量700萬t/a，平均每家企業(yè)產量133t/al。以木薯為原料生產酒精在我國廣西、廣東、湖北、江蘇等省有較為廣闊的市場。常規(guī)生產工藝中每生產1t木薯酒精排出的廢水約為12~15t，且木薯酒精廢槽液出水溫度高，含有大量的有機化合物及懸浮物，CODcr高達50~80g/L，SS(懸浮物)高達60~80g/L，屬于典型的高濃度有機廢水。
酒精釀造是借助高活性微生物的代謝作用，使用淀粉類物質(木薯、谷類及玉米等)轉化為糖，繼而生成酒精的過程。工業(yè)生產過程包括粉碎、糖化、發(fā)酵、精餾、分子篩脫水等過程，其中精餾過程產生的廢醪液為酒精釀造的主要廢水來源。
廣東某木薯酒精加工企業(yè)，燃料乙醇年產量達15萬噸/年，廢醪液排放量達4000t/d。因木薯酒精廢醪液含有大量的有機化合物及懸浮物，其濃度高、粘度大，直接固液分離處理較為困難，且分離后的醪渣由于蛋白質含量低，做飼料銷售困難。建設方出于資源化利用的考慮，采用“高溫CSTR厭氧反應器”工藝，通過厭氧生物處理回收大量沼氣用于發(fā)電。
項目建成后投產運行，CSTR厭氧反應器出水的懸浮物經“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”工藝處理后依然高達8~15g/L，影響后續(xù)二級UASB厭氧系統(tǒng)和A/O好氧系統(tǒng)的運行效果，最終出水的CODcr和SS均不能穩(wěn)定達標。于是對CSTR厭氧反應器的出水懸浮物去除工藝進行技術改造，改造后各項出水指標穩(wěn)定達到設計要求，本工藝改造案例可為同類型木薯酒精廢水處理提供參考。
1、污水處理站運行概況
1.1 進出水水質及原工藝流程
木薯酒精廢醪液處理規(guī)模為4000t/d，溫度高達80℃以上。本項目設計進水的CODcrq為60~80g/L，SS為50~70g/L，總氮為1g/L，總磷為0.3g/L。設計出水執(zhí)行廣東地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)的第二時段一級標準。處理工藝如下：
1.2 主要設計參數
(1)CSTR高溫厭氧反應器工藝：8個厭氧發(fā)酵罐，單個罐體規(guī)格尺寸：φ24.00x23.00m，有效容積8000m，容積負荷4.45kgCODcr/(m3·d)，停留時間16d；
(2)斜篩過濾工藝：過濾目數為60目，安裝角度為60°；
(3)混凝氣浮工藝：處理能力為100m3/h，數量為2臺；
(4)平流沉淀工藝：平流沉淀池，表面負荷0.2m3/m2·h；
(5)UASB中溫厭氧反應器工藝：容積負荷2.0kgCODcr/(m3·d)，停留時間2.8d；
(6)A/O生化池工藝：污泥負荷為0.09kgBOD5/(kgMLSS·d)，停留時間130h；氣水比110：1。
(7)芬頓氧化工藝：芬頓氧化塔1座，規(guī)格尺寸：φ3.6x15m；
(8)污泥處理系統(tǒng)：板框壓濾機9臺，過濾目數200目，過濾面積450m2，用于處理厭氧污泥；帶式壓濾機2臺，帶寬3m，用于處理好氧系統(tǒng)及芬頓系統(tǒng)的污泥。
1.3 設計水質與實際水質對比
CSTR厭氧反應器出水的懸浮物經“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”工藝處理后依然高達8~15g/L，大量的懸浮物進入后續(xù)的處理單元，導致后續(xù)二級UASB厭氧系統(tǒng)產沼氣率和CODcr去除率低，A/O生化系統(tǒng)的SVI指數低于80，活性污泥結塊成團下沉等情況，最終出水的CODcr和SS均不能穩(wěn)定達標排放。污水處理站運行1年，設計進、出水水質及實際出水質對比如下：
2、現狀問題診斷及原因分析
2.1 實際運行主要存在的問題
CSTR工藝為完全混合式厭氧反應器，罐內設置水力攪拌裝置，出水SS與反應器內部的濃度一致，高達20~30g/L。原處理工藝采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”的組合工藝，計劃將CSTR厭氧出水懸浮物降低至5g/L以下，再進入二級UASB厭氧工藝。
實際運行中發(fā)現，采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝后，出水懸浮物高達8~15g/L，且每個工藝段經常出現不同的問題，不能穩(wěn)定連續(xù)運行。各工藝段的問題如下：
(1)“斜篩過濾”工藝段：斜篩的進水懸浮物高達20-30g/L，在實際運行中發(fā)現篩上物很多為編織物，經分析，農民的木薯通常采用編織袋裝好木薯運送至收集單位，木薯加工段的粉碎機將編織袋及木薯一并粉碎，最終編織物在污水處理設施的斜篩上截留下來，同時還有部分粒徑小的編織物通過斜篩后，進入后續(xù)的污水處理設置，影響后續(xù)的生化處理及深度處理系統(tǒng)。同時，斜篩過濾的進水懸浮物量大，篩網經常堵塞，需要操作工人采用高壓噴槍沖洗，剛清洗后又很快堵塞。CSTR高溫厭氧反應器出水溫度高達60℃，而斜篩過濾區(qū)域需考慮加蓋除臭，工人的操作環(huán)境很差。
(2)“混凝氣浮”工藝段：因斜篩出水的SS還是高達15g/L以上，用混凝氣浮法去除SS，SS去除率能達到40%~50%，混凝氣浮后SS仍然達到8~10g/L，氣浮機的溶氣釋放器因進水的懸浮物含量高導致經常堵塞，經氣浮后出水的SS去除率不能得到保障，影響后續(xù)的工段運行。
(3)“平流沉淀”工藝段：主要作用是通過重力沉淀，分離污水中的懸浮物。本項目的表面負荷為0.2m3/m2·h，在實際運行中發(fā)現，平流沉淀效果不佳，主要原因是該懸浮物不易沉淀，排泥不干凈，導致很快形成厭氧的情況，產生的沼氣帶動污泥上浮。類比同類型的木薯酒精廢水處理項目，CSTR厭氧反應器出水后設置停留時間超過30h的輻流式沉淀池，用于分離出水的懸浮物。
2.2 出水污染物濃度超標原因分析
本項目計劃采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，將CSTR出水中生化性較差的懸浮物分離處理，分離后的清液再進入后續(xù)的二級厭氧和好氧生化系統(tǒng)。但是實際運行中發(fā)現，該組合工藝不能穩(wěn)定連續(xù)運行，出水SS在8~10g/L之間波動，出水中的SS主要為難降解的纖維素、木質素及經粉碎后的編織物，進入后續(xù)的二級厭氧及好氧生化系統(tǒng)，嚴重影響后續(xù)的生化處理效果，導致出水不達標。
該組合工藝繁雜，工人操作量大，且衛(wèi)生環(huán)境差。斜篩和氣浮釋放器經常堵塞，平流沉淀池排泥等都需要大量的人工操作，衛(wèi)生條件極差，且一旦失誤，SS進入后續(xù)的生化系統(tǒng)，導致最終出水不達標。
3、工藝運行調整
CSTR厭氧反應器出水的懸浮物多為生化性較差的木質素、纖維素等，懸浮物沒有在“斜篩+混凝氣浮+平流沉淀”的組合工藝中得到有效穩(wěn)定的去除，對后續(xù)的厭氧和好氧系統(tǒng)有較大的影響，最終出水不達標。通過考察同類型的木薯酒精廢水處理站，CSTR厭氧出水多采用輻流式沉淀池進行分離去除懸浮物，停留時間長達30h，且最終的去除率只有50%左右，因此需要一種更高效、經濟、穩(wěn)定的處理工藝，解決CSTR厭氧出水懸浮物高的問題。
因本項目CSTR厭氧反應器出水懸浮物的去除是采用“斜篩+混凝氣浮+平流沉淀”的物理分離工藝，懸浮物始終沒有得到根本的去除(沒有增減)，只是從污水中通過重力、機械等的作用分離出來，最終去到污泥系統(tǒng)通過板框壓濾分離，污泥處理的規(guī)模是按絕干污泥量計算的，因此污泥處理的建設規(guī)模并沒有因此而減少。
CSTR厭氧反應器出水的懸浮物高達20~30g/L，已經滿足板框壓濾機的進料要求了，不需進一步的濃縮，可以直接經泵加壓進入板框壓濾機進行脫水，懸浮物經脫水后形成泥餅，含水率可降至60%~65%，因有機物含量高，可作有機肥料出售，板框壓濾機的濾液再進入后續(xù)的厭氧和好氧系統(tǒng)處理。板框壓濾機濾布的目數為200目(孔徑為75微米)，對濾液進行化驗分析，濾液的懸浮物穩(wěn)定在3g/L以下，滿足降低CSTR出水去除懸浮物的工藝需求。
一般的市政污水，板框壓濾機的進料泵采用螺桿泵，采用高、低壓進料的方式，將污泥加壓提升進入高壓隔膜板框脫水機內，高壓進料螺桿泵為0.6Mpa，低壓進料螺桿泵為0.2Mpa。因為木薯帶有泥沙，在生產燃料乙醇的粉碎機工藝段，會將木薯上的泥沙一并粉碎，最終粉碎的泥沙會從蒸餾塔上隨酒精廢醪液一起進入污水處理系統(tǒng)。如果采用螺桿泵，粉碎的泥沙容易磨壞螺桿泵的轉子。經經濟比較及考察同類型的木薯酒精廢水處理項目，采用臥式離心泵更適合于作為板框壓濾機的進料泵，進料快且較為穩(wěn)定，而且采用臥式離心泵可以通過自動閥門的切換，一組臥式離心進料泵可為4臺板框壓濾機進料，進料時間可以控制在0.7h之內。
3.1 工藝流程圖及說明
改造工藝流程說明：CSTR厭氧反應器出水的SS高達20~30g/L，出水后進入水量緩存池A，調節(jié)水量，采用離心泵作為進料泵，將污水提升加壓進入板框壓濾機進行過濾脫水，濾液進入水量緩沖池B，濾液的含水率在3g/L以下。污水中的懸浮物經板框的濾布截留脫水壓榨，最終形成泥餅(含水率在60%~65%左右)。
3.2 設計計算及可行性分析
(1)設計進水懸浮物為20g/L，板框過濾脫水后，濾液的懸浮物為3g/L，每天處理的絕干泥量為68t/d，懸浮物的去除率為85%；
(2)原設計有9臺板框脫水機用于厭氧污泥脫水，過濾面積450m2，過濾濾布的目數為200目(孔徑為75微米)，且會在濾布上形成一個污泥層，過濾效果更佳。按每100m2過濾面積處理0.4t絕干污泥計算，每臺板框壓濾機工作周期按3.0h設置(因處理的是厭氧污泥，含纖維素、木質素等物質較多，脫水效果較好)，板框壓濾機進料的時間控制在0.7h以內，板框脫水機每天工作5個周期，處理能力=450/100x0.4x5x9=81t絕干污泥；因此，將原有的9臺過濾面積為450m2的板框脫水機，改造后作為CSTR厭氧反應器出水懸浮物的去除工藝，能完成過濾分離CSTR反應器出水懸浮物的任務，同時兼具污泥脫水的功能。
4、工藝改造優(yōu)勢及經濟性
(1)原工藝是采用“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，計劃將CSTR厭氧反應器出水的懸浮物從20~30g/L降至5g/L以下，物理分離后的懸浮物最終進入污泥處理系統(tǒng)，需處理的絕干污泥量為60t/d。采用“板框過濾”工藝，直接處理CSTR厭氧反應器出水的懸浮物，懸浮物從20~30g/L降至3g/L以下，需處理的絕干泥量為68t/d，同樣需要9臺過濾面積450m2的板框脫水機。工藝改造后，將污泥處理工藝直接作為CSTR反應器出水去除懸浮物的工藝，省去“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，節(jié)省了運行費用。
(2)板框壓濾機進泥含固率要求達到2%~3%，本項目CSTR厭氧反應器出水的懸浮物濃度符合板框壓濾機的進泥含固率的要求，不需設置污泥濃縮工藝，可以直接進料至板框壓濾機進行脫水。
(3)因CSTR厭氧反應器的停留時間高達16d，廢醪液中大部分易生化的懸浮物及有機物已經在厭氧反應器中去除，并轉化為熱量及沼氣。CSTR厭氧反應器出水的懸浮物多為生化性較差的木質素、纖維素等。經板框過濾出水的懸浮物能穩(wěn)定降低至3g/L以下，減少了懸浮物對后續(xù)厭氧和好氧系統(tǒng)的沖擊，進入芬頓系統(tǒng)的CODcr及懸浮物含量均有較大的降低，大大減少了項目的運行費用，最終出水能穩(wěn)定達標。
5、優(yōu)化后的水質
本項目經工藝改造后，我們對各污水處理工藝段的出水CODcr及懸浮物做了橫向對比。結果如下：
經工藝改造后，將“板框過濾”作為CSTR厭氧出水后過濾分離懸浮物的工藝，板框濾液的懸浮物能穩(wěn)定在3g/L以下，懸浮物去除率在80%~88%左右。通過對比工藝改造前后各污水處理單元CODcr及SS的出水水質發(fā)現，工藝改造后，二級厭氧系統(tǒng)和A/O生化池系統(tǒng)的CODcr及SS的去除率均提升10%~20%左右，出水水質均能達到預期的效果，同時，因進入芬頓流化床的CODcr及SS降低，因芬頓加藥量減少，整個系統(tǒng)的運行費也能進一步降低。
6、結論
(1)CSTR厭氧反應器的出水需分離污水中大量的懸浮物，用“板框過濾”工藝代替“斜篩過濾+混凝氣浮+平流沉淀”組合工藝，懸浮物的去除率可高達85%~88%，并穩(wěn)定在3g/L以下；
(2)工藝調整后，“板框過濾”工藝同時兼具污泥脫水和CSTR厭氧反應器出水懸浮物去除的功能，不需額外再設置CSTR厭氧反應器出水的懸浮物去除工藝，節(jié)省工程投資費用；
(3)CSTR厭氧反應器出水的懸浮物因采用“板框過濾”工藝得到有效的分離去除，二級UASB厭氧反應器的產氣率得到提高，A/O好氧池污泥SVI指數也回到100~150以下，最終進入芬頓流化床的進水CODcr從改造前的0.56g/L降低至0.24g/L，SS從改造前的0.9g/L降低至0.15g/L。因CODcr及SS指標降低，芬頓系統(tǒng)的加藥量得到大大降低，節(jié)省了運行費用。（來源：中交第四航務工程勘察設計院有限公司）
