固化微生物水体净化器处理酿酒废水实验工程技术报告.doc

固化微生物水体净化器（Bio-Cleaner）处理酿酒废水实验工程技术报告1. 前言近些年，随着白酒产业调控政策效果的显现和居民消费结构升级的拉动，白酒行业进入繁荣发展阶段，白酒总产量和利润水平稳步提升。我省仁怀市是全国产酒比较集中的地区之一，2011年仁怀市规模企业白酒产量19.8万千升，占全省规模企业白酒产量24.66万千升的80.3%，占全国白酒产量1025.6万千升的1.93%。工业总产值约235.4亿元。截止到2011年底，该市共有酱香型白酒生产窖池25800多个，在建生产窖池7000多个，全市共有白酒企业和小作坊1086户。根据省、遵义市加快发展白酒产业的部署，仁怀市在打造“百亿仁怀”和“百亿茅台”目标引领下，依托独特的环境资源，把白酒产业发展提升到极为重要的战略地位。按照规划，到2015年，仁怀市白酒产量50万千升，年均增速34.6%。到2020年，该市白酒产业产能将达80万千升，产值超过1500亿元。随着酿酒行业的日益发展，带来的环境问题日趋严重，酿酒废水处理的技术水平也不断提高，但总体情况不尽如人意，治理比例低、处理成本高、技术水平不够先进，成套化、系列化、标准化程度低。在仁怀地区酿酒生产过程中，每生产1t白酒需耗60m3水，排放高浓度有机废水（含蒸馏锅底水、发酵盲沟水、蒸馏地面冲洗水、“下沙”和“糙沙”的高粱冲洗水和浸泡水，占排放废水总量的5%）和低浓度有机废水（含冷却水、清洗水）共约48m3，排污量很大。为此，贵州青山绿水环保科技有限公司（以下简称“青山绿水公司”或“该公司”）于2011年引进美国的Biocleaner技术用以解决白酒行业日益增加的高污染废水而带来的日益严重的的环境问题。我所（中国科学院地球化学研究所）与该公司于2012年6月份开始对贵州省仁怀市茅台镇赖世家酒业产生的酿酒废水进行治理实验。本实验采用从美国Bio Cleaner公司（以下简称“BOC公司”）引进的固化微生物水体净化器技术，探索该固化微生物与仁怀市白酒行业废水pH值最佳适应关系、培养固化微生物利用废水中低碳醇、脂肪酸等为营养物质的培养、繁殖的适应性，检验该技术（设备）对高浓度有机废水的治理效果。纵观世界污水处理方法，从简单的物理方法开始演变，继而出现一系列的污水处理方法，如化学方法、物理化学方法、生物化学方法、生物法等。但被广泛应用的是生物法，如活性污泥法、生物滤池、生物转盘等。因为生物法的核心就是利用自然界中已有的微生物对污水进行处理，不影响环境，达到处理净化污水的目的。但现有微生物法中，成千上万的微生物并不全是功能微生物，不具有降解有机物的能力，只有5%-15%的微生物具有较强的降解能力，其余的微生物却会大量消耗污水中的氧气，不仅影响功能微生物的活性，而且死后会长生大量的污泥，在所有工艺中还要进行污泥回流，以补充微生物，增加工艺的复杂性。而Biocleaner技术，是美国Biocleaner公司的母公司经过近20年的研发，将5%-15%的功能微生物优选出来，经过提纯，培养驯化，把该组合型功能微生物用高科技的方法将其固化在专利载体中且与高效节能的曝气技术完美组合在一起，产生了这一项革命性、创新性的净水技术。这样使提高处理效率，减少能耗，不产生污泥，运营管理简单方便得到有效结合，故Biocleaner设备也被称为“可移动的污水处理厂”。美国Bio Cleaner公司的固化微生物水体净化器(Bio Cleaner)，是美国Bio Cleaner公司的一种将微生物反应器与曝气装置组合成一体的革命性创新设备。它特别适用于治理工业废水和生活污水、河道、湖面、河流、咸水湖、海湾的治理。美国Bio cleaner公司位于美国加利福尼亚州，是专门从事微生物选育驯化应用及设备研发制造的专业公司，有长期使用驾驭微生物的丰富经验。其可循环治理环境污染的生物专利技术和产品，已成功应用在美国和世界一些地区的各类污水、污泥、废弃物、油水分离、有机物等项目的处理中，获得政府的高度认可并广泛采用。在高危险和高浓度污染项目处理上，美国Bio Cleaner公司的生物治理技术具有世界领先水平，其11000余种生物菌的特殊配制，对传统处理技术无法应对的案例能突显其神奇功效。本实验在仁怀市环境保护局大力支持及业主单位的良好配合的情况下进展顺利，达到了实验目的和效果，我们表示诚挚谢意!2. 实验概况2.1. 实验装置BOC公司研发的固化微生物水体净化器与高效曝气装置组合的专利设备，是根据不同废水水中污染浓度、治理要求不同，选择数种为特定污染物选配的优势组合微生物植入专利的载体中，以先进的固化细胞技术使微生物在载体中得到保护。装置设备见图1。图1装置设备图2.2. 实验原理通过厌氧消化，将难分解的高分子有机物转化为易降解的低分子有机物，提高COD去除率和BOD/COD比值。固化微生物水体净化器与高效曝气装置组合设备，在水体中可产生出高密度微生物菌群（密度达106/CC），以不断产生的微生物，对溶解在水体中污染物进行降解处理；载体中专属微生物将对污水中可生化污泥等有机物快速降解，达到生物降解净化废水的目的。工艺原理见图2。图2 工艺原理图2.3. 实验目的(1)、探索固化微生物与废水pH值最佳适应关系；(2)、探索固化微生物对废水中色度、COD、氨氮等污染物的去除效率；(3)、探索废水处理量、工艺停留时间与污染物去除、处理成本关系等。2.4. 实验时间 2012年6月14日2012年6月29日为对原有设施改造、设备与管道安装等实验准备阶段；2012年7月3日2012年8月31日为实验运行阶段。2.5. 实验设施(1)、美国Bio Cleaner公司固化微生物水体净化器与高效曝气装置组合设备。(2)、利用茅台镇赖世家酒业原有污水处理站的9个污水处理池，总容积共606.4189m3。各污水处理池的情况详见表1。表1 现有污水处理池各容积序号名 称单体容积m31收集池34.3362调节池42.70543调节池43.77844厌氧池119.3165厌氧池69.69696曝气池70.5187曝气池57.53228沉淀池83.68329清水池84.8528合计606.41892.6. 实验处理进水量自实验开始，每天处理赖世家酒业产生的高度酿酒废水55m3。2.7. 实验处理工艺流程 本实验处理工艺流程主要为：废水进入收集池，经调节池调节pH值，进入厌氧池（停留时间约3天，常温），经厌氧池水解酸化作用后，进入Bio Cleaner曝气池经过微生物的降解，去除废水中的污染物，最后达标排放。本工艺曝气方式为连续表面曝气，系统能耗低，同时利于微生物菌群铺散，进而在曝气池底部形成微生物床；同时由于产生的微生物群中含有大量亲氧性微生物，固氧性能良好，分解去除污染物效率较高。曝气系统运行约15天后达到正常（微生物充分繁殖并形成生物床），此时曝气池中溶解氧含量稳定在为：4.5-7mg/L左右，是传统工艺污水溶解氧的两倍以上，系统经20天稳定运行后，排水水质的色度、COD等污染物已达标。本工艺另一个显著特点：不产生污泥；因此，不需污泥处理系统。实验处理工艺流程见图3。外排清水回流酿酒废水厌氧池调节池格栅收集池外排清水回流固化微生物水体净化器与高效曝气装置曝气池达标排放清水池图3 实验处理工艺流程图该组合微生物繁殖生存适应能力较强，在处理后排放的达标水中仍然存在很多活性微生物，为充分利用该部分微生物，该工艺与传统工艺一样也采取回流，不同的是，该工艺回流的是富含大量微生物的清水。用水泵将溢流出的外排清水每日抽45m3回调节池和厌氧池，使厌氧池中的厌氧菌、好氧菌以及兼性菌更加丰富，增强厌氧消化的效率。2.8. 实验中有关图片 (1)设备运行情况见图4图5。图4 废水经过厌氧消化作用流入曝气池，当废水高度2米即可将设备置入曝气池，设备刚放入时的运行情况（曝气效果好，气泡细密均匀）图5设备置入曝气池后2小时运行情况（开始有黑色泡沫产生，微生物产生以及在适应环境）(2)水样与曝气池中设备运行情况及回流汇总情况见图6图12图6 从左至右分别为原水水样、曝气池进口未经处理水样，曝气池出水口第7天水样，曝气池出水口第14天水样，曝气池出水口第21天水样以及添加聚合氯化铝后的水样。 图7 曝气池第1天水样（COD等污染物浓度高，呈黑色） 图8 第二天曝气池情况 由于COD等污染物浓度较高，微生物处于适应阶段，微生物已开始工作，但其量少，效能不高，所以曝气池泡沫较多。同时说明厌氧池功能很差，第一周情况相似 图9 曝气池出水口第7天水样（水样是黄色，不稳定，放置一晚后会变黑） 图10 第7天曝气池情况（设备运行正常。经过一周的适应期，微生物已适应高浓度有机废水环境，量增多，效能提高，泡沫减少。） 图11 曝气池出水口第14天水样（水样颜色为黄色较深，放置一夜依旧变黑，不稳定） 图12 第14天曝气池情况（曝气池中的水已经不黑没有臭味，泡沫少，说明微生物布满处理池，开始高效工作。） 图13 曝气池出水口第21天水样（水样呈黄色，比较稳定）图14 第21天曝气池情况（设备正常运行，曝气池中的泡沫少，COD已经降低，微生物效能提高，处理能力增强。） 图15 曝气池出水口经过近两个月的处理后水样（水样颜色变浅，已达标） 图16 近两个月曝气池情况（设备正常运行。曝气池中的泡沫基本没有，微生物充满整个处理流程，使处理效果更佳。） 图17 用泵将外排清水回流至调节池和厌氧池情况3. 实验结果3.1. 实验处理前后色度变化结果 酿酒废水进入污水处理系统时其色度一般为105倍稀，经厌氧、微生物耗氧各系统处理后，其出水色度为35倍稀，色度总去除率为66.67%。酿酒废水进水和出水色度见表2。表2 酿酒废水进水和出水色度 倍稀废水色度（倍稀）酿酒废水进水105处理后出水35由表2可以看出，经过一段时间的处理，色度由进水的105倍稀降至35倍稀，低于国家颁布的发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB 27631-2011）中色度出水值为60倍稀，说明固化微生物净水器中组合微生物对废水的去除有着良好的效果。3.2. 实验处理前后污染物变化结果 酿酒废水中有机物浓度一般较高，其COD浓度一般在10000mg/L以上，进入本实验集水池的酿酒废水COD浓度为27995 mg/L，经pH值调节、厌氧、微生物好氧系统处理后，其微生物好氧系统出水COD浓度为51mg/L，仅此COD总去除率为99.82%。其COD出水值已经远低于颁布的发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB 27631-2011）中COD限值150mg/L的要求，如有必要还可加入絮凝沉淀等处理措施，使出水水质指标更佳。 试验点连续三天各池酿酒废水见表3，酿酒废水进水和出水氨氮量见表4，COD与NH3-N在处理前后产生量情况见表5。表3 试验点连续三天各池酿酒废水CODcr值（mg/L）废水CODcr（8月29日）CODcr值（8月30日）CODcr值（8月31日）均值酿酒废水收集池279512803927995pH值调节池553690629624厌氧出水400400398399曝气池出水145173169162沉淀池出水67535157表4 酿酒废水进水和出水氨氮量（mg/L）废水氨氮量mg/L未经处理的废水242.51经过处理后出水19.806表5 减排项目比较表减排项目未经处理废水传统工艺处理出水Bio Cleaner工艺处理出水浓度mg/L产生量t/d浓度mg/L产生量t/d浓度mg/L产生量t/dCOD279951.541500.008510.003NH3-N242.510.013150.000819.8060.0011由表3可以看出，酿酒废水经过近经两个月的连续工业化应用试验，废水中COD由27995 mg/L降至51mg/L（COD去除率为99.82%），使外排废水的COD优于发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB 27631-2011）表1中直接排放COD限值150mg/L。由表4可以看出，也不加更多繁杂的前处理技术工艺条件下，废水中NH3-N由242.51 mg/L降至19.806mg/L（NH3-N去除率91.8%），已非常接近发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准（GB 27631-2011）表1中直接排放NH3-N限值15mg/L。由表5可以看出，Bio Cleaner工艺相比传统工艺处理效果更加具有优势，对Bio Cleaner工艺比传统工艺少排COD0.005t/d、NH3-N0.0003t/d。3.3. 实验处理前后异味变化酿酒废水在厌氧阶段后，散发着较大的异味，对空气环境有一定影响，废水进入好氧阶段，在固化微生物水体净化器中组合微生物对废水的作用下，微生物对溶解在水体中不但对污染物进行降解处理，同时污水中污泥也是微生物繁殖的食物，其产生的污泥被微生物快速“吃掉”，使好氧阶段出水基本无异味散发，在达到生物降解净化废水的目的同时，也对空气环境影响小。同时处理后出水不用考虑悬浮固体（SS）的问题。在对厌氧池改造初期共投入的6吨污泥，经过处理水回流后，污泥量大量减少。4. 实验处理成本估算 本实验工艺投资概算见表6，传统工艺投资概算见表7。表6 Biocleaner工艺投资概算序号名称规格数量单价（万元）总价（万元）一、处理站土建部分1调节池12000900045001座 24.32UASB设备基础650030002座 0.83一体化处理系统16000600045001座 30.244清水池5000200045001座 4.65土建工程费合计59.9960.79二、处理站设备部分1机械滤网Q=7.5m3/h1套 3.53.52污水提升泵Q=7.5m3/h H=10m N=0.75kW2台 0.513污水提升泵Q=7.5m3/h H=15m N=0.75kW2台 0.61.24加药装置V=200L2套 1.83.65UASB设备600090002套 34686电气控制柜非标制作1套 2.62.67管道阀门1批 2.82.88UASB保温材料25m30.153.759加热系统1套 3.643.64小计90.09三、处理站设备部分其他费用1安装费设备费的10%9.0092设计费设备费的3%2.7027小计11.7117以上二、三两项项合计设备工程费用101.8017四、运行费用项目费用（元/天）1电费602药剂费1003人工费（只需一人）50小计210表7 传统工艺投资概算表序号名称规格数量单价（万元）总价（万元）一、处理站土建部分1调节池12000900045001座 24.32水解酸化池7000500034001座 63UASB设备基础650030002座 0.84一体化处理系统16000600045001座 30.245活性炭设备基础20003001座 0.36污泥浓缩池3000300030001座 1.657水生植物塘9000800030001座 10.88气浮设备基础40003001座 0.59沉淀池5000200045001座 4.65土建工程费合计79.2480.4二、处理站设备部分1机械滤网Q=7.5m3/h1套 3.53.52污水提升泵Q=7.5m3/h H=10m N=0.75KW2台 0.513污水提升泵Q=7.5m3/h H=15m N=0.75KW4台 0.62.44污泥泵Q=27.3m3/h，N=2.2KW 1台 0.80.85气浮设备320050001套 886风机2台0.81.66加药装置V=200L3套 1.85.47厌氧填料65m30.031.958厌氧填料支架70m30.021.49UASB设备600090002套 346810活性炭过滤器180040001套 7711叠螺式压滤机1套 151512阿科曼填料100013000.5320m30.0752413电气控制柜非标制作1套 2.62.614斜管90.050.4515曝气头3600.0072.5216UASB保温材料25m30.153.7517加热系统1套 3.643.6418水生植物株 0.033小计158.81三、处理站设备部分的其他费用1安装费直接费10%15.8812设计费 直接费3%4.76433调试费直接费2%3.1762小计23.8215以上二、三两项项合计设备工程费用182.6315四、运行费用项目费用（元/天）1电费6002药剂费6003人工费（至少两人）100小计1300 经过上述两种工艺进行比选，本实验的总投资为219.0917万元，每处理每1 m3酿酒废水平均处理费（含人工、药剂、水费、电费、维修等费用）为1.2元/ m3（不含设备、设施折旧费）。 采用传统工艺的总投资为263.0315万元，每处理每1 m3酿酒废水平均处理费（含人工、药剂、水费、电费、维修等费用）为7.2元/ m3（不含设备、设施折旧费）。 可以看出，本实验从总投资和运行费用上比传统工艺相比减少43.9398万元和6元/m3。本技术若在我省酿酒企业推广，有着技术可行、投资较少、运行费用较低的显著特点。5. 结论本实验结果表明，高浓度有机酿酒废水经固化微生物净水器与高效曝气装置组合设备技术处理后，取得了极佳的处理效果。第一、酿酒废水COD总去除率为99.82%，色度总去除率51.61%，废水停留时间为4.5天，比传统工艺缩短2天；微生物开始高效工作的时间为5-7天，适应时间短，处理效率极高；第二、该设备的能耗较低，只需传统处理工艺的1/10；第三、工艺简单。传统工艺处理流程通常为：格栅- pH调节池-气浮-水解-UASB-阿科曼接触氧化-沉淀-活性炭过滤-水生植物塘-达标排放，污泥处理系统等；Bio Cleaner工艺处理流程为：格栅-pH调节池-UASB-曝气池（设备放置处）-清水池-达标排放。相比而言，Biocleaner工艺更简单，工程投资更节约，占地更少；第四、Biocleaner工艺运行费用低，处理1m3废水的费用只有传统工艺技术的1/4，且该工艺技术能在极短时间内形成较为稳定的生物床，废水处理效率较高，出水稳定达标，不需要经常进行调试；第五、设备维护简单方便，不需要专业人员进行维护且可以连续使用20年（加入较少固体微生物载体）。第六、组合微生物的兼氧性极强。在对调节池和厌氧池进行回流后，厌氧池功能恢复极佳，去除COD的效果比传统工艺的更好，其COD可降低至350mg/L以下。说明该组合微生物不仅在好氧阶段处理能力较强，也能更好的应用于厌氧阶段。第七、节能与减排节能：固化微生物净水器（Bio Cleaner）整个设备的额定功率为1.795kWh，一天耗电量为43.08度且为民用电。但传统工艺处理过程中，全部用电设备功率约为25 kWh，一天耗电量为600度。相比较而言，Biocleaner处理工艺更加节能。减排：固化微生物净水器能迅速、稳定工作，COD、NH3-N排放达标且去除率高，减排效果明显。当前，全社会大力提倡“节能、减排”，国家明确并制定了“十二五”目标，为达到这一目标，各级政府均感到较大的压力和挑战。在仁怀市，白酒是支柱产业，产量迅速增加，面临的节能减排形势严峻，该技术的科学合理利用，必将为仁怀市的经济社会发展做出巨大贡献。综合以上各项对比结果，固化微生物净水器与高效曝气装置组合设备技术对高浓度有机酿酒废水处理是一项投资少、见效快，具有很强推广价值的实用新型工艺技术。第 22 页 共 22 页