USR-UASB-好氧工艺处理酒糟废液及沼气高值利用
导读:：厌氧出水经好氧工艺及混凝沉淀池处理后排放。最大限度的回收沼气。
关键词：]酒糟废水，升流式厌氧固体反应器，好氧工艺，沼气
山东某酒精厂以薯干为原料生产酒精，日排酒糟废液2600 m3。以薯干为原料的酒精生产排放的酒糟废水是一种粘度大、有机物浓度高、温度高、悬浮物含量高的酸性有机废水，固液分离效果差，有机物成分主要为淀粉、 粗蛋白、 纤维素和菌丝体等物质, 可生化性好，蛋白含量低、生物质能回收潜力大。因此，该厂酒精糟液处理工程采用“全糟厌氧 +UASB+ 曝气池” 工艺，最大限度的回收沼气，并对沼气进行净化提纯使其达到车用天然气的标准。 生产运行证明，该工艺运行稳定可靠、 经济可行，实现了污染物的达标排放和能源回收的目的，符合循环经济发展要求，也为生物质能的高值利用提供了一条途径。
1. 废水水质及水量
该厂酒精生产排放的酒糟废液日平均废水量为2600m3，废水含固量高，总固体中有机物含量在 90%以上，主要是碳水化合物，其次是含氮有机物。酒糟废水的温度在 80～90 ℃之间，pH 值为 3～5，COD约为50000mg/L左右，其中以悬浮固体状态存在的约占 60%～80%，BOD/COD为0.4～0.6，具有良好的可生物降解性。该厂污水处理出水进入城市污水厂，产生的沼气50%用于发电，另外50%进入沼气净化提纯站生产生物天然气。设计进出水水质见表1，生物天然气纯度见表2.。
表1 设计进出水水质
|
pH |
COD （mg/L） |
BOD （mg/L） |
SS （mg/L） |
|
|
酒糟废水 |
4~5 |
50000 |
25000 |
25000 |
|
出水水质 |
6~9 |
≤300 |
≤100 |
≤150 |
表2 设计沼气与天然气成分
|
甲烷含量（%） |
硫化氢含量（mg/Nm3） |
|
|
沼气 |
55 |
120～200 |
|
生物天然气 |
≥90 |
≤ 30 |
2. 工艺流程及技术参数改进
2.1 污水处理与沼气净化流程
根据酒糟废液的粘度大不易分离的水质特点[1]和回收沼气的目的，采用全糟厌氧发酵工艺作为一级厌氧，采用经过改进的高效上流式固体厌氧反应器，由于该反应器出水COD仍然较高，一级厌氧出水进入UASB反应器进一步降解有机物并产生沼气，厌氧出水经好氧工艺及混凝沉淀池处理后排放，工艺主体流程如下：
酒精废渣 → 降温塔 → 降温沉砂池 → 集水井 → 上流式固体厌氧反应器→沉淀浓缩池 → 中间池 → UASB反应器 → 曝气池 → 二沉池 → 混凝池→ 沉淀池 →达标排放。
沼气净化与提纯工艺主体流程如下：
沼气→ 沼气储柜 →沼气加压 →气液分离器→沼气脱硫 →沼气脱碳 → 沼气深度脱水→ 生物天然气供应
2.2 工艺流程说明及参数
(1) 降温塔及沉砂降温渠
由于酒糟废水温度较高，为了保证厌氧反应器的高效运行，采用降温塔进行降温;由于酒糟废水中含有较多的砂粒及细小颗粒(木薯原料掺杂物)，在重力作用下废水中的泥沙在沉砂渠内自然沉降，以减少对设备的磨损，保护后续反应器，同时水温进一步得到降低。为了保证后续厌氧罐内处于高温发酵高效区，且保持反应温度基本恒定，进罐水温一般在60℃以上，且根据季节调控废水的降温幅度。
(2)USR厌氧反应器
由于该工程以充分回收沼气资源为目的，因此，采用适于全糟发酵的上流式固体反应器，并设计较低的有机负荷。为了充分利用水温并提高厌氧反应速率，提高产气效率，采用高温厌氧发酵方式，厌氧反应温度控制在53℃左右。采用 8 个 Φ22 m ×18 m 的厌氧罐，总容积 36000 m3。
接种污泥为其它酒厂污水站厌氧污泥和城市污水厂污泥，接种量为15gVSS/L，以0.5kgCOD/(m3.d)的负荷开始间歇进水，并进行回流循环，逐步缓慢提高负荷到1.5kgCOD/ (m3.d)时，即进入正常提高负荷阶段。酒精糟液的pH 值为4～5，为保证反应器内pH为中性和充足的碱度，在进水中投加一定量的石灰调节，调试阶段向水中投加石灰量约为0.15kg CaO/m3，稳定运行过程中一般不需投碱，反应器混合液碱度保持在3000mg/L左右，出水挥发酸一般在500mg/L以下，出水pH在6.9～7.6范围，保证了反应器的稳定运行。负荷从 1.5 kgCOD/ (m3.d)起，按每10天提高0.5 kgCOD/ (m3.d)的幅度提高负荷，全部高浓度废水进入厌氧池，USR运行的水力停留时间为13.5d，有机负荷为4kgCOD/(m3.d)环境保护，单位体积废水产气量为25m3/m3废水，单位池容产气量为1.8 m3/m3。
该厌氧罐下部为锥体，利于搅拌混合及排泥。罐内底部设置了水泵回流水力强制搅拌系统，罐内一定高度(中部)设置了沼气集气破壳装置，出水设分离装置与溢流堰。水力强制搅拌采用间歇运行方式，保证了反应罐下部区域混合液的搅拌混合，提高了基质与微生物的接触传质效率，提高了反应速率和沼气产率。罐内设置集气装置，将罐中一定面积内的沼气收集后集中从集气装置顶部释放，大大提高了沼气的释放强度，又防止了表面污泥结壳，保证了反应器的运行效率。
(3)沉淀浓缩池：USR出水中仍含有一定量的悬浮物, 为了保证后续UASB反应器的运行，因此沉淀装置进一步去除悬浮物, 使废水得以澄清。沉淀污泥经脱水处理后至锅炉作为燃料燃烧。
(4)UASB 反应器
采用1座 Φ26 m ×7 m 的UASB厌氧罐， 总容积 3700m3，UASB发酵温度 35℃左右。
(5)曝气池
采用推流式活性污泥法，曝气池池体尺寸为30m×39m×5m，曝气系统采用微孔曝气器，采用罗茨风机供气，曝气池内保持溶解氧为4～6 mg/L。
(6)二次沉淀池1座，池体直径24m，总高度5m，表面负荷为0.5 m3/ (m2.h)，
设回流泵将沉淀污泥提升回流至曝气池，剩余污泥排入污泥浓缩池。
(7)沼气净化与提纯：
沼气首先经过气液分离器分离沼气中的水分和油，然后经脱硫罐(Fe2O3作为脱硫剂)脱除沼气中的硫化氢，再经过变压吸附塔[2]除去沼气中的CO2，使甲烷含量达到90%以上，吸附塔中装填吸附剂为活性氧化铝，提纯后的气体再经过干燥器进行深度脱水，得到高纯甲烷含量的生物天然气。
1)设置脱硫塔2个，单塔容积4.2m3，设计温度50℃，设计压力0.4Mpa，以Fe2O3作为脱硫吸附剂。
2)变压吸附脱碳塔共5个，吸附剂为活性氧化铝，设计压力为0.5Mpa，单塔容积为7.4m3。使用真空泵抽真空使填料脱附，恢复填料吸附能力发表。
3. 运行效果与效益分析
3.1 运行效果
(1)对COD去除效果
进水COD为45000～60000mg/L的条件下，USR出水COD为3000～8000mg/L，UASB出水COD为800～1200mg/L，好氧工艺出水COD为300～400mg/L，总排放口COD小于300mg/L。废水处理工艺对COD的总去除率达到99%以上。
(2)沼气净化效果
经过净化提纯环境保护，沼气硫化氢含量小于20 mg/Nm3，甲烷含量大于98%，日产生物天然气15000m3，生物天然气已供应市场。
3.2 效益分析
(1)减少CODcr排放量
该工程每年削减 CODcr排放量4.67万t，环境效益显著。
(2)沼气高值利用效益
污水处理工程厌氧反应器每天产沼气总量为60000 m3, 沼气中甲烷含量55%左右。每天生物天然气产量15000m3，甲烷含量达到98%以上，生物天然气达到车用标准，按4元/m3天然气计算，每天沼气高值利用的产值可达6万左右，与沼气直接燃烧利用相比，高值利用效益大大提高。
4. 小结
(1)在工艺前段采取降温措施是必要的，可以保证厌氧工艺处于高效温区。采用USR工艺全糟高温发酵，降解效率高，对COD去除率可达90%，沼气产量也较高。
(2)全糟厌氧USR-UASB-好氧工艺处理酒精糟液是可行的，既尽可能回收了沼气，又降低了污水处理运行费用，出水COD达到了当地排放要求。
(3)经过净化提纯，沼气硫化氢含量小于20 mg/Nm3，甲烷含量大于98%，沼气高值利用具有显著的经济效益，又为解决能源短缺提供了途径。
参考文献
[1]印辉,魏梅.“全糟厌氧+UASB+好氧”工艺在酒糟废水治理中的应用. 江苏环境科技,2005,18(4):21~23.
[2]汪玉同。天然气中CO2 脱除技术。油气田地面工程，2008，27(3)：51～52.。
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