某酱香型白酒生产企业根据企业“十二五”发展规划,新建一生产基地,同期配套建设废水处理厂一座。废水处理厂位于生产基地的东、西两区之间,靠近赤水河区域,收纳东西两侧来水,处理出水排入盐津河,最终汇入赤水河。

　　 本工程设计总水量为7 000m³/d,其中,生产废水量4 000m³/d,生活污水量3 000m³/d。

　　 生产废水水质是依据企业现有生产班组清污分流后的实测数据,以及多年积累的排污数据计算而来,生活污水进水水质按典型中低浓度的生活污水进行设计。设计进水水质指标见表1。

　　 本工程处理出水有两个去向,一是再生水供生产基地回用,二是达标排放。回用水质应满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)标准要求,排放水质应满足行业排放标准《发酵酒精和白酒工业污染物排放标准》(GB 27631-2011)中表3直接排放限值要求(见表2)。因排水最终受纳水体为赤水河,为尽可能减少对赤水河的污染,企业对有机物指标提出了更为严格的排放要求,即COD<30mg/L,此限值与《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中IV类水质的COD相同。

　　 本工程废水处理采用预处理—厌氧—好氧—生物活性炭滤池—连续微滤工艺流程,污泥处理采用浓缩—机械脱水工艺流程,厌氧产生的沼气通过脱水—脱硫—储存—沼气锅炉实现能源回收利用。主要工艺流程见图1。

　　 (1)格栅。一级粗格栅6台,为循环耙齿格栅除污机,栅齿间隙10mm,设置在集水井前;一级细格栅6台,为旋转式固液分离机,栅孔间隙1mm,设置在生产废水调节池和好氧池前;二级细格栅2台,为水力筛,栅网间隙1 mm,设置在生产废水调节池后。因生产废水偏酸性,所用格栅主要构件均为不锈钢材质。

　　 (2)生产废水调节池。1座,对生产废水进水水质、水量调节,HRT=12h。尺寸为11m×17m×6.0m,有效容积2 057m³。内设潜水搅拌机4台。

　　 (3)混凝反应池。混合池、反应池各2座,均为钢结构设备,HRT混合=1 min,HRT反应=10 min。混合池单池尺寸Ø0.8m×3.9m,反应池单池尺寸Ø2.5m×3.9m。

　　 (4)初沉池。2座,表面负荷≤1.0 m/h。单池尺寸Ø10m×4.0m,有效容积580m³。每池设中心传动悬挂式刮泥机1台、初沉池排泥泵2台。

　　 (5)中间池。1座,HRT=30 min。池体尺寸9m×4.5m×4.0m,有效容积126m³。配套厌氧池进水泵3台、蒸汽扩散装置1套、pH调节系统1套。

　　 (6)厌氧池。采用UASB工艺,中温厌氧发酵,有机负荷5.2kgCOD/(m³·d),HRT=23.4h。总尺寸为30m×20m×9.0m,分4个序列(8格),总有效容积3 900m³,每个系列配套设置三相分离器、布水系统、收水系统、排泥系统及回流系统。

　　 (7)好氧池。采用五级Bardenpho工艺,BOD₅负荷0.15 kgBOD₅/(kgMLSS·d),污泥回流比50%,混合液回流比300%。总尺寸为30m×21m×6.0m,分4个序列,总有效容积3 000m³,HRT_总=10h,各段停留时间为A1∶A2∶O1∶A3∶O2=2.4∶2.4∶7.2∶1∶1。

　　 (8)二沉池。采用辐流式沉淀池,中心进水周边出水,4座,表面负荷≤0.77m³/(m²·h),沉淀时间4.2h,单池尺寸Ø11 m×4.0m,每池配套刮泥机1台。

　　 (9)生物活性炭滤池(BACF)。设6池,采用颗粒活性炭,BOD容积负荷0.5kgBOD₅/(m³滤料·d)。单池尺寸:4.3m×4.3m×5.4m,总容积600m³。

　　 (10)CMF系统。按膜通量2 m³/(支膜·h),膜面积40 m²/支设计,设4组,每组50只膜管。

　　 (11)污泥浓缩池。共设2座,1座用于初沉污泥浓缩,1座用于剩余污泥浓缩。单池尺寸5.5m×4.5m,总容积190m³,内设浓缩池刮泥机2台。

　　 (12)污泥脱水机。初沉污泥7 240kg/d,剩余污泥3 090kg/d。设叠螺脱水机6台,5用1备,单台处理量240~300kg/h。

　　 (13)事故池。共设2座,事故池1主要用于窖期存水,结构尺寸(30 m×14 m×6 m+22 m×10m),总容积3 840m³,HRT=21h。事故池2主要用于日常周末休息期间存水,结构尺寸22 m×5m×6m,总容积660m³,HRT=3.6h。

　　 白酒酿造产生的废水主要是锅底水、发酵废水(黄水)、冷却水、清洗场地用水及洗瓶用水等。废水主要污染物为糖类、醇类、维生素等,属于典型的高浓度有机废水,具有BOD₅高、可生化性好等特点。本工程采用预处理-高效厌氧发酵-好氧组合处理工艺对废水进行处理,该工艺已在酱香型酒类企业得到成功应用,并有10年以上成功运行经验,对悬浮物、有机物、N、P等污染物均有较好的去除效果。采用厌氧发酵处理技术能回收部分能源、节省运行费;末端用生物活性炭滤池+连续微滤对生化出水做深度处理,可达到较为严格的回用水和排水水质要求。

　　 生产废水含有稻壳等固形物,为避免管道堵塞,本工程在生产废水调节池前后共设置了两级、3道格栅:集水井前设10 mm间隙的机械粗格栅、调节池前设1mm间隙的旋转细格栅,调节池后设1mm间隙的水力筛。调节池前的粗、细机械格栅用以去除废水中颗粒较大的固形物,用机械粗格栅和旋转细格栅取代人工清捞,可以节省劳动力,且效果显著;调节池后的水力筛进一步完成细小固形物的去除,3道格栅可有效保障后续处理设施的顺利运行。针对生产废水中可沉性悬浮物较多的特点,设置加药混凝预沉单元,以去除SS和部分磷。经过预处理后,废水中的悬浮物去除70%以上、COD可去除20%以上,为后续的生化处理单元创造了有利条件。

　　 厌氧工艺有多种形式,其中以UASB、EGSB、IC等高效厌氧反应器最具代表性。目前国内处理高浓度有机废水较为成熟的当属UASB处理工艺,该厌氧反应器具有较为丰富的运行经验。与其他厌氧处理工艺相比,UASB运行更稳定,对于受地质条件限制的地区,更具有独特的优势。由于该生产基地地处赤水河河岸的斜坡上,属侵蚀性低山河谷斜坡地貌类型,而EGSB、IC等装置的高度是UASB高度的1.5~2倍以上,对地载力要求很高,需进行地基处理和加固,造成工程费用增加,同时还大大增加了施工难度,因此本工程采用UASB。

　　 为使后期运行、维护、管理方便,本工程在UASB结构设计上也做了充分考虑:采用耐腐蚀三相分离器,延长反应器核心部件使用寿命;配水系统采用一管一点配水方式,具有布水均匀、不易堵塞、方便观察和检修等优点;底部设置污泥反射锥,利于颗粒污泥的形成;设置污泥回流系统,保证处理效率不受水质、水量变化的影响。

　　 由于生产废水的氮、磷较高,采用传统的生物处理工艺,不能满足排放标准的要求,必须选择具有脱氮除磷功能的生化工艺。本工程采用五级Bardenpho工艺,它是在A²/O工艺的基础上进行了改良,前三级与A²/O相似,但后二级则较单一缺氧区工艺呈现出两个重要的作用:1第二缺氧区进一步强化了反硝化,使出水TN浓度进一步降低;2减少了进入二沉池中硝酸盐的量,从而有利于降低回流污泥对厌氧区除磷的副作用^[1] 。采用五级Bardenpho工艺,可获得较为满意的脱氮除磷效果,稳定实现出水TN<6mg/L、TP<0.5mg/L的目标,其出水水质可满足行业排放标准中表2的要求。主要工艺流程见图2。

　　 本工程深度处理单元采用BACF-CMF组合工艺。BACF工艺主要是依靠微生物降解作用,在水质水量连续稳定的条件下,可以有效实现废水的深度处理。CMF的特点是即投即用,特别是当来水冲击负荷造成BACF出水水质不稳定时,CMF可及时保障出水达标。二者相结合,有效保障了优质处理出水的可靠性、稳定性。

　　 (1)生物活性炭滤池(BACF)。BACF工艺是曝气生物滤池(BAF)中的一种,它采用颗粒活性炭取代BAF中常用的陶粒滤料,利用活性炭和微生物的协同作用,高效去除污水中的各类污染物,在水质浓度较低的情况下,也能取得很好的处理效果。BACF不同于普通的活性炭吸附滤池,污染物的去除不仅依赖于活性炭的吸附能力,更多的是依靠附着在活性炭上生长微生物的净化能力,因此活性炭的使用周期大大延长,一般为2~3年。本工程采用BACF工艺,可以有效去除废水中的大分子有机物、色度、氨氮、总氮,其出水水质可满足行业排放标准GB 27631-2011中表3直接排放限值的要求。

　　 (2)连续微滤(CMF)。微滤是通过孔径为0.1~10μm滤膜的筛分作用,截留去除大分子污染物,它可以显著降低处理水的色度、浊度及有机物浓度,获得极其优异的出水水质。本工程在BACF之后采用CMF,可以使出水COD低至30mg/L以下。

　　 本工程采用紫外-化合氯联合消毒工艺,先对BACF出水进行紫外消毒处理,其出水粪大肠菌群数<1 000个/L,满足排放要求。为进一步满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》标准,对BACF出水或CMF出水进一步进行次氯酸钠消毒,使其出水粪大肠菌群数<3个/L。紫外-化合氯联合消毒方式,不仅可以较大程度上提高消毒效果、减少加氯量,还可大幅度降低生态环境风险^[2] 。

　　 本工程在废水处理厂投入运行的初期阶段,污泥量较少,采用叠螺脱水机进行脱水,脱水后污泥含水率低于80%,泥饼外运进行处置。暂不对污泥进行深度脱水处理,待污泥量较多,且小型化的污泥深度脱水技术较为成熟时,再考虑增设污泥深度脱水处理,使污泥含水率降至60%以下,以达到卫生填埋要求。

　　 本工程自动化程度较高,全厂设自动控制系统和视频监控系统,全部数据上传至办公楼中控室上位机中,并设电视幕墙,可随时监测现场情况,方便远程控制和监督管理。

　　 自动控制系统采用以PLC为主的集中和分散相结合的控制系统。一级为管理控制站,对主要工艺设备的运行状态和生产过程中的工艺参数进行数据采集及显示。二级为现场控制站,在主要构筑物内设现场I/O站,分别负责辖区内设备的控制及数据采集,本工程共设置6个现场I/O站。

　　 (1)水量变化适应性。水量变化体现在两个方面:一是实际生产生活污废水量将按建设进度逐步递增至设计水量;二是窖期水量变化。

　　 依据企业十二五期间产能逐步建成的特点,废水处理量也将逐年达到设计规模。设计上将主工艺单元(厌氧、好氧、二沉池、BACF、CMF)分成4个序列,使废水处理厂可按1/4的设计处理规模递增、逐步投入,避免了全部投运、长期大马拉小车的现象发生。

　　 根据酱香型白酒生产周期特点,事故池除了用于暂时贮存车间事故异常排水外,更重要的作用是在生产窖期停止排水期间,提前贮存一定量生产废水,用于窖期维持废水处理厂运行的最低限度供水。本设计同时设置了两级生产废水事故池,事故池1有效容积3 500m³,用于窖期超过2d以上的期间存水,事故池2有效容积600 m³,用于日常周末休息期间的存水。

　　 (2)水质差异适应性。生产废水为高浓度有机废水,偏酸性;生活污水为中低浓度,中性,二者水质浓度、性质差别均较大。工艺流程上,生产废水先单独进行预处理、厌氧处理,再与生活污水混合进行后续好氧处理、深度处理,可提高处理效率、减小设备型号、缩小水池容积、节省造价。

　　 (3)多目标出水水质适应性。工艺设计上,可满足多个排放要求:二沉池出水可达行业排放标准GB27631-2011表2中要求;BACF出水可达行业排放标准GB 27631-2011中表3要求;CMF出水可达企业内控指标;消毒后达到回用要求。

　　 因此整个处理系统可以根据进水水质、水量的变化,优化运行模式,在保证处理效果的前提下,达到节能降耗目的。

　　 厌氧反应的副产物沼气是一种高热值可燃气体,其主要成份是CH₄和CO₂,CH₄占55%~65%,CO₂占20%~40%。按去除1kgCOD产生沼气0.5m³计,本工程达产后,UASB的沼气产量约为8 500m³/d,其热值相当于6t标煤(1m³沼气热值相当于0.7kg标煤热值)。本工程初期处理水量小,沼气产气量也较少,将沼气送入火炬直接燃烧;待沼气产量大及稳定后再启用沼气锅炉,利用沼气燃烧产生蒸汽,供废水厌氧处理加热使用,实现能源回收,节省运行费用。

　　 生产基地“十二五”规划用地310hm²、中远期用地366hm²,废水处理厂通过变频供水泵-回用管网方式,为生产基地的绿化、卫生、消防等用水提供大量优质再生水。

　　 根据废水处理厂用地狭长、臭气源较为分散的特点,本工程对于臭气较为严重的区域进行有组织的收集和处理。分别设置了3个臭气收集处理区:集水井及地下泵房区、预处理区、污泥浓缩及脱水区。采用生物除臭技术对臭气进行处理,经过处理后的尾气能满足城市污水恶臭污染物排放标准的要求。对于臭气浓度较低、释放面积较大的区域,采用封闭收集和有组织高空排放方式,防止臭气危害。

　　 该工程总占地面积1.9万m²,总投资1.3亿元(其中,土建投资8 000多万元,工艺设备及管线部分4 000多万元)。总装机容量1 336kW,工作容量966kW,达产后满负荷运行的电耗为1.6kW·h/m³,直接运行成本为1.92元/m³。

　　 本工程采用预处理—厌氧—好氧—生物活性炭滤池—连续微滤的工艺流程,结合白酒酿造废水特点和厂址用地条件,合理地选择了单元处理技术,并对全流程进行了较为完善、细致的设计,处理出水水质优良,为企业提供了大量再生水,少量达标排放尾水也减少了对赤水河的污染。该工程于2013年4月开工建设,2014年9月建成通水并顺利投入运行,各项设施运行良好,达到设计的预期效果。排水水质指标和环保设施均通过了当地环保部门的验收。