白酒废水处理工程研究开题报告
2020-04-26 12:49:26
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
文 献 综 述
1. 研究背景
白酒是世界上六大蒸馏酒之一。近年来，随着人们生活水平的提高，白酒的消费量也越来越大，在各大酒厂纷纷扩建以增大产量的同时，也带来了日益严重的污染问题,白酒行业面临着”环保瓶颈”的问题。在国外，大多数制糖工业和乙醇蒸馏厂将大量的高浓度废水排放到环境中，没有得到充分的处理。乙醇蒸馏厂的废水在生产的各个阶段都会产生，发酵罐污泥、废洗液和废酒糟的废水都是造成环境污染的主要原因[1]。因此,白酒工业废水处理应引起高度重视。
2. 研究目的
白酒是我国传统的蒸馏酒，白酒的消费量随着人们生活水平的提高日益增大。然而，在白酒产生的同时也带来了日益严重的污染问题。为达到国标GB27631-2011《发酵酒精和白酒工业水污染排放标准》，白酒酿造行业必须具备相应的污水处理设施及工艺，将产生的高浓度废水进行处理达标后才能排放。本课题通过对比分析各种处理工艺的去除效果、经济性和可操作性以及各酒厂的白酒废水处理工艺，选取相对合适的工艺对某项目白酒废水进行设计处理，达标排放。
3. 白酒废水的特性
白酒废水有机物浓度较高，一般情况下CODcr浓度在10000 mg/L以上，BOD5浓度为4000～5000 mg/L（主要是制酒车间锅底水）；白酒废水多易生物降解，主要来源于粮食发酵，废水中COD的主要成分为小分子有机物，生物降解性好，在指标上体现为废水BOD/COD值比较高；白酒废水的处理要求较高，虽然废水易生化处理，但由于出水要求高，进水中有机物在生化处理过程中会转化产生生物代谢终产物等难降解或不可降解的有机物，这在处理工艺上体现在污水处理到COD浓度较低，尤其是COD小于150mg/L后再继续降解难度很大；废水处理过程中，进水含有大量酒糟、粮食碎屑等悬浮污染物 REF _Ref6865144 * MERGEFORMAT [2]。
4. 白酒废水处理方法的研究进展
到目前为止，废水处理技术主要包括物理法、化学法、生物法。物理处理技术主要是机械分离法，主要是围绕悬浮物（SS）去除进行固液分离。SS去除法具有突出的”SS”去除能力 ,同时COD去除率高，不仅能使废水达到国家要求的排放标准,而且可以省去传统工艺中耗能较高的好氧处理环节,从而减少运行费用 REF _Ref6865268 * MERGEFORMAT [3]。白酒废水属于有机废水，且有很好的可生化性。白酒废水的治理大多采用生化法，一般分好氧法、厌氧法和厌氧－好氧法等 REF _Ref6865275 * MERGEFORMAT [4]。好氧生化处理法利用好氧微生物降解有机物实现废水处理。不产生带臭味的物质，处理时间短，适应范围广，处理效率高，主要包含活性污泥法和生物膜法两种形式。厌氧法更适用于处理高浓度机废水，具有高负荷、高效率、低能耗、投资省，而且还能回收能源等优点。白酒废水处理的其他相关研究还有电解预处理、膜分离技术、微波催化氧化法、纳米TiO2氧化法等 REF _Ref6865283 * MERGEFORMAT [5]。
5. 白酒废水处理方法
5.1 预处理
白酒废水中含有酒糟等粮食颗粒物，若进入后续处理工艺将对后续处理工艺非常不利。预处理的方法包括设置格栅、混凝沉淀、水解酸化调节池等。白酒废水PH值偏小，对微生物的生长不利，设调节池调节水质、水量，以达到减轻后续处理负荷和为后续处理创造稳定条件的目的 REF _Ref6865292 * MERGEFORMAT [6]。
5.2 厌氧生物法
生物处理技术是基于微生物对废水、空气、土壤修复的作用方式，在工业活动包括食品工业、农业、制药、环境保护和防治污染等方面有着重要的作用 REF _Ref6865300 * MERGEFORMAT [7]。目前在白酒废水处理中，常采用的厌氧处理方法有升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）等。
5.2.1 升流式厌氧反应器（UASB）
UASB反应器内可以培养出大量厌氧颗粒污泥，使反应器的负荷很高。UASB反应器占地较少，投资省，能耗低，便于操作，运行稳定。王倩 REF _Ref6865310 * MERGEFORMAT [8]等人在用UASB 缺氧 二级接触氧化组合工艺处理酿酒废水的研究中表明：采用UASB工艺处理高浓度废水可以降低运行成本，并能产生能源，减少能源费用的支出。朱元华 REF _Ref6865319 * MERGEFORMAT [9]在UASB工艺处理白酒废水的研究中表明：UASB工艺CODcr去除率基本在85%以上，为后续处理带来了极大的方便。
5.2.2 厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）
EGSB反应器中污泥处于膨胀状态，并且具有布水均匀、传质效果好、有机物去除高、能够在更高的进水浓度和更高的容积负荷下运行的优点。此外，EGSB反应器的高度可以为UASB的高度的2倍以上，因而其占地面积更小 REF _Ref6865332 * MERGEFORMAT [10]。李春林 REF _Ref6865339 * MERGEFORMAT [11]等人在研究EGSB处理白酒废水研究中表明：EGSB处理白酒生产废水时，负荷可高达12.5kgCOD/(m3#903;d)，颗粒污泥形成后，COD去除率可达94.0%以上。
5.2.3 厌氧内循环反应器（IC）
IC反应器弥补了UASB反应器的缺点，具有容积负荷高，抗冲击性好且出水稳定，占地面积小的优点，IC反应器内由气体导致污水内部循环，沼气的产生受污水水质影响，不稳定。卢振 REF _Ref6865353 * MERGEFORMAT [12]等人在处理白酒废水的实验研究中表明：用IC A/O两级工艺处理白酒废水时容易出现污泥老化，使得出水中SS增加，COD去除率降低。
5.3 好氧生物法
厌氧生物处理可大幅度降低CODcr、BOD5，但一般条件下，除去磷酸盐和氨氮的作用有限。好氧生物法适合处理中、低浓度的有机废水，与厌氧生物处理相结合能有效去除废水中的磷酸盐和氨氮。好氧处理法包括活性污泥法和生物膜法，常见的有A2/O法、SBR法、接触氧化法、CASS法等
5.3.1 A2/O法
A2/O工艺能够同时做到脱氮除磷和有机物的降解，工艺流程简洁，去除污染物的效率高，运行稳定，且耐冲击负荷较好污泥沉降性能比普通活性污泥好。此工艺流程较简单，总水力停留时间也少[13] 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000C0000005F0052006500660037003600320036003000380039000000 。徐一兰、沈晓佳等[14] 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000C0000005F0052006500660037003600320036003100360034000000 以某厂两组平行运行的SBR和A2/O为研究对象，分析两种处理工艺的污染物去除性能结果表明，通过外加碳源，将SBR工艺和A2/O工艺COD/ρ（TN）分别控制在8.6和7.2以上时，出水TN可以达到GB18918-2002一级A标。在进水碳源利用上，通过A2/O工艺二沉池硝化混合液回流至曝气沉砂池体积比为20%~40%，在不额外投加碳源的情况下，出水各指标都能达到GB18918-2002一级A标。
5.3.2 SBR法
SBR工艺包含多个间歇操作反应器，能够实现自动化控制 REF _Ref6865381 * MERGEFORMAT [15]。蔡秀萍、刘连成 REF _Ref6865386 * MERGEFORMAT [16]在SBR工艺处理白酒废水的研究中表明：采用SBR法处理白酒废水的脱氮除磷，在瞬时进水，厌氧搅拌2.5h，好氧8h，投加少量甲醇缺氧搅拌3h，曝气30min，然后沉淀排泥排水，周期为14h。经过8h的好氧曝气，水中的有机物已很少。SBR法在去除有机物的同时，具有良好的脱氮除磷功能，出水浓度达到一级排放标准。
5.3.3 CASS法
CASS工艺采用间歇反应器体系的连续进水、周期排水、污泥回流、延时曝气好氧活性污泥工艺 ,为 SBR处理工艺的改良型,最大特点是在反应器的进水端增加了预反应区 ,运行方式为连续进水,没有明显的反应和闲置阶段,经 CASS好氧处理后 ,废水污染物浓度可基本达到排放标准。梁宗余 REF _Ref6865397 * MERGEFORMAT [17]等人采用UASB CASS 混凝气浮处理白酒生产废水，可以确保高浓度酿酒废水处理后达标排放。具有去除效率高 、耐冲击负荷能力强 、剩余污泥量少、处理成本低和管理简单等优点。
5.4 深度处理工艺
后续的深度处理工艺更能有效的保证出水水质的达标。曝气生物滤池（BAF）是一种集生物吸附、生物氧化、固液分离于一体的高效污水处理设备，具有占地面积小、出水水质优良、节省投资、灵活性高等优点 REF _Ref6865409 * MERGEFORMAT [18]。S.I.Abou-Elela REF _Ref6865421 * MERGEFORMAT [19]等人为了提高厌氧处理后出水的水质，采用曝气生物滤池对P-UASB进行后处理。该系统在3.2h的停留时间、7 m3/天的流速和0.9kg COD/m3/天的有机负荷率下运行。结果表明可以大幅度去除有机和无机污染物。TCOD、SCOD、BOD5和TSS的平均去除率分别为87%、80%、89%和91%。
6. 白酒废水处理的案例
马金文 REF _Ref6865430 * MERGEFORMAT [20]对仁怀市苍龙片区白酒废水的处理进行设计，设计工艺流程（记为序号①）如图1。
图1 仁怀市白酒废水处理工艺
Fig.1 Liquor-making Wastewater Treatment Technology in Renhuai City
该设计采用MIC CASS工艺，废水进水为：COD=12000mg/L，BOD5=4000mg/L，SS=500mg/L，NH3-N=50mg/L，TN=70mg/L，TP=9.2mg/L，色度为200，PH为4.0-5.0，日处理水量为2000m3/d，经以上工艺处理后，出水可达到《发酵酒精和白酒工业水污染排放标准》（GB27631-2011）。
夏林 REF _Ref6865440 * MERGEFORMAT [21]对黄鹤楼酒业酿造废水进行处理设计，设计工艺流程（记为序号②）如图2。
图2 黄鹤楼酿造废水处理工艺
Fig.2 Treatment of brewing wastewater from Huanghe Tower
该设计采用UASB CASS工艺，经处理，各个构筑物的处理效果如图3。
图3 黄鹤楼酿造废水各阶段处理效果
Fig.3 Treatment effect of brewing wastewater from Huanghe Tower in different stages
刘伟[22] 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000C0000005F0052006500660038003300390033003400330039000000 对贵州省某名酒工业园的白酒废水进行设计，设计工艺流程（记为序号③）如图4。
图4 贵州省某名酒工业园白酒废水处理工艺
Fig.4 Liquor-making Wastewater Treatment Technology in Guizhou Province
该设计采用两级UASB A/O工艺，废水处理量为1800m3/d，进水CODcr=20000mg/L，BOD5=6800mg/L，SS=1000mg/L，NH3-N=60mg/L，色度为180，PH为4-5。经以上工艺处理，COD、BOD、SS、NH3-N去除率分别为99.6%，99.6%，95.1%，85%。出水水质达到《发酵酒精和白酒工业水污染排放标准》（GB27631-2011）。三种工艺对比如表1。
表1 三种工艺的对比
Table 1 Comparison of Three Technologies
|
工艺 |
进水 |
预处理 |
二级处理 |
后续处理 |
出水 |
|
① |
SS较低、有机物浓度高、B/C=0.33,PH偏低 |
格栅 调节池 絮凝池 |
MIC CASS池 |
BAF池 |
出水均满足《发酵酒精和白酒工业水污染排放标准》（GB27631-2011） |
|
② |
SS最高、有机物浓度高、B/C=0.5 |
预处理池 |
UASB SBR |
BAF池 |
|
|
③ |
SS较高、有机物浓度高，B/C=0.34，PH偏低 |
调节沉淀池 酸化池 |
两级UASB A/O |
BAF池 |
7. 结论
经以上对比分析，针对本课题进水水质，采用格栅 调节池预处理，UASB CASS二级处理以及BAF深度处理的工艺。白酒废水的处理工艺仍需不断探索、改进和优化。此外，对于白酒工业废水的治理，应从”清洁生产”的角度加以考虑，从生产的源头及材料、工艺和设备改进，减少废水的排放量和废水中的污染物，降低污染处理成本。各单元预计处理效果如表2。
表2 各单元处理效果
Table 2 Treatment effect of each unit
|
指标 |
PH |
色度 |
SS |
CODcr |
BOD5 |
NH3-N |
TN |
TP |
|
|
构筑物 |
进水 |
4.0-5.0 |
500 |
200 |
12000 |
4000 |
50 |
70 |
9.2 |
|
格栅 |
出水 |
4.0-5.0 |
500 |
180 |
12000 |
4000 |
50 |
70 |
9.2 |
|
去除率 |
#8212; |
#8212; |
10% |
#8212; |
#8212; |
#8212; |
#8212; |
#8212; |
|
|
水解酸化池 |
出水 |
6.0-9.0 |
300 |
144 |
9000 |
3600 |
50 |
#8212; |
9.2 |
|
去除率 |
#8212; |
40% |
20% |
25% |
10% |
#8212; |
#8212; |
#8212; |
|
|
UASB |
出水 |
6.0-9.0 |
240 |
72 |
1350 |
540 |
50 |
70 |
7.36 |
|
去除率 |
#8212; |
20% |
50% |
85% |
85% |
#8212; |
#8212; |
20% |
|
|
CASS池 |
出水 |
6.0-9.0 |
216 |
21.6 |
270 |
108 |
15 |
35 |
2.95 |
|
去除率 |
#8212; |
10% |
70% |
80% |
80% |
70% |
50% |
60% |
|
|
BAF池（C） |
出水 |
6.0-9.0 |
43.2 |
7.56 |
40.5 |
16.2 |
5.25 |
21 |
1.18 |
|
去除率 |
#8212; |
80% |
65% |
85% |
85% |
65% |
40% |
60% |
|
|
BAF池（N） |
出水 |
6.0-9.0 |
17.28 |
1.51 |
24.3 |
3.24 |
1.05 |
8.4 |
0.47 |
|
去除率 |
#8212; |
60% |
80% |
40% |
80% |
80% |
60% |
60% |
|
|
排放要求 |
6.0-9.0 |
20 |
20 |
50 |
20 |
5 |
15 |
0.5 |
参考文献
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
1. 要研究或解决的问题
白酒废水是一种色度较深、可生化性好、悬浮物含量大的高浓度有机废水。本课题为设计某项目白酒废水处理的具有去除效果好、经济可行和技术可操作的工艺流程、构筑物等，使出水水质达标排放。该项目日处理水量Q=2000m3/d，其进水水质及出水指标要求如下表所示。
表1 指标要求
Table 1 Index requirements
|
|
PH |
色度 |
SS |
CODcr |
BOD5 |
NH3-N |
TN |
TP |
|
进水 |
4.0-5.0 |
500 |
200 |
12000 |
4000 |
50 |
70 |
9.2 |
|
出水 |
6.0-9.0 |
20 |
20 |
50 |
20 |
5 |
15 |
0.5 |
2. 拟采用的研究手段
|
废水 |
|
格栅 |
|
水解酸化调节池 |
|
UASB |
|
中间水池 |
|
CASS |
|
污泥浓缩池 |
|
污泥脱水 |
|
外运 |
|
排水池 |
|
出水 |
|
BAF（C） |
|
BAF（N） |
白酒废水经格栅将较大悬浮污染物拦截，之后进入调节池对水质、水量进行调节，进而进入UASB厌氧反应器，在UASB反应器中有机物得到大量的去除。废水经UASB出水进入CASS池进行进一步去除有机物，最后进入BAF池去除有机物及脱氮除磷处理，经排水池后出水可达标排放。
