1、酒精废水处理高效厌氧技术MIC 反应器徐 富，吴建华，刘锋，蒋京东，马三剑（苏州科技学院 环保应用技术研究所，江苏 苏州 215011）摘要：针对酒精废水的 COD 高、温度高、SS 高、pH 低特点，主要分析了酒精废水的水质及其排水情况。酒精废水中的蛋白质经提取 DDG 饲料后，采用中温 MIC 厌氧反应器和卡鲁塞尔氧化沟的两级厌氧和两级好氧工艺，出水可达到国家二级排放标准。也介绍了 MIC 反应器在厌氧温度控制在 3537、pH为 45 左右、有机负荷为 15 kgCODm-3d-1 时，COD 去除率为 88%以上，MIC 反应器可长期稳定运行。关键词：酒精废水； MIC 反应器；预处理
2、； 氧化沟中图分类号： 文献标识码： 文章编号： The High Efficient Anaerobic Technology of Wastewater Treatment about Alcohol MIC reactorXU Fu ，WU Jianhua，LIU Feng， JIANG Jingdong，MA Sanjian（Institute of Environmental Protection Application Technology， USTS，Suzhou 215011）Abstract：According to the characteristic of alcohol
3、 with high COD, high temperature, high SS and low pH , alcohol wastewater quality and drainage of alcohol were analyzed . After withdrawing DDG , MIC reactor and the carrousel oxidation ditch were used as secondary anaerobic process and secondary aerobic process. Then the effluent attained second cl
4、ass discharge standard . The wastewater before entering the MIC anaerobic reactor was cooled off to 35-37 and added alkali to moderate its pH. Then it came to the MIC reactor to treat. When the COD concentration of inflows was about 15 kgCOD m-3d-1， the COD removal rate would remain above 88% and MI
5、C reactor would run steadily.Key words： Alcohol wastewater; MIC anaerobic reactor ;Pre-treatment ; Oxidation ditch以玉米、薯干、小麦等为原料生产酒精，每生产 1t 酒精可产生 1315t 工艺废水，该废水具有 COD 高、温度高、 SS 高、pH 低等特点，属于高浓度有机废水。一个 20*104t/a酒精厂日排放的污染量约为 300tCOD，相当于约 800*104 人口的城市污水日排污量，如果该废水不能得到稳定、可靠的处理，势必对环境造成极大的危害。 1废水的厌氧生物处理不仅可以
6、降解有机物质，而且可产生一定的沼气，提高厌氧反应器的有机负荷和确保厌氧的运行稳定一直是厌氧技术发展的动力。为降低废水治理的投资、1基金项目：江苏省高校高新技术产业化项目（JH01084）作者简介：徐富（1976-），男（满族），河北承德人，硕士研究生，主要从事水污染控制工程工作。能耗、运行费用，提高酒精废水的综合利用能力，已开发出了一些新工艺、新设备。MIC厌氧反应器是根据 IC 反应器原理， ，研究开发的一种高效多级内循环厌氧反应器 1。本文针对酒精废水的特点，提出了高效、节能、先进、稳定的废水处理工艺路线，并重点介绍了 MIC 厌氧反应器的设计和调试、运行情况。1 酒精生产及废水情况1.1
7、 酒精生产工艺简述淀粉质原料发酵法是我国生产酒精的主要方法，该法以含有淀粉的农副产品为主要原料，其可发酵性物质是淀粉，而酵母不能直接利用淀粉发酵为酒精，因此淀粉质原料生产酒精要经过原料粉碎，以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。经蒸煮处理，使淀粉糊化、液化，并破坏细胞，形成均一的发酵液，使其能更好的接受酶的作用并转化为可发酵性糖2。其生产过程的主要化学反应方程式为糖化：（C 6H10O5） n(淀粉)H 2OC 6H10O6(葡萄糖) ；发酵：C 6H10O62C 2H6O（酒精）+2CO 2+热量。1.2 酒精排水情况酒精生产的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟液，生产设备的洗涤水、冲洗
8、水，以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等 2。酒精糟液、洗涤水、冷却水的水质和吨产品排水量见表 1。表 1 酒精糟液、洗涤水、冷却水的水质和吨产品排水量废水名称 排水量/ tt-1 产品 pH COD/mgL-1 BOD5/mgL-1 SS/mgL-1酒精糟液 1316 44.5 57*10 4 24*10 4 14*10 4精馏塔底残留水 34 5.0 1000 600洗涤水 24 7.0 6002000 5001000冷却水 50100 7.0 100酒精糟液是高浓度有机废水，其污染物主要包括：悬浮在废水中的固体不溶物、油脂、淀粉、胶；溶解在水中的糖、酸、碱、盐等；温度可高达 100左
9、右；悬浮物含量高，其中有机物占 94%95%，灰分仅占 6%7% ；外观混浊、色度高、易腐败。1.3 设计水质和排放要求安徽某 20*104t/a 玉米酒精厂，酒精糟液经过压滤分离，滤渣做 DDG 饲料，滤液需进行处理，并回收沼气，该废水水质情况和排放要求见表 2。表2 废水水质情况和排放要求项 目 水量 /m3d-1） pH COD/mgL-1 BOD5/mgL-1 T/ SS/mgL-1废水水质 6000 34 30,000-35,000 20,000-30,000 55-65 2,000-3,000排放要求 GB8978-1996二级 69 150 30 常温 1502 废水处理工艺2.
10、1 酒精废水预处理（1） 、固液分离做 DDG 饲料酒精废水中过高的 SS 含量会影响厌氧反应器的正常运行和处理效果，厌氧微生物的动态平衡受到破坏，使水解菌和产酸菌大量繁殖，造成有机酸的积累，抑制了产甲烷菌的代谢，限制了有机酸向甲烷转化，降低了产沼气量，使反应器容易“酸败” 。采用板框压滤将废水中的固体蛋白质分离出来做 DDG 饲料，每 1tDDG 饲料市场价在 600800 元左右，回收了资源，又降低了厌氧反应器的运行风险、提高了反应器的有效利用率。（2） 、中温厌氧和板式换热器冷却温度是影响厌氧生物处理工艺的重要参数，温度对厌氧微生物细胞内一些酶的活性的作用而影响微生物的生产速率和微生物对
11、基质的代谢速率，进而影响厌氧污泥的活性、有机负荷等。厌氧生化速率在 35附近达到一个极大值后，于 45左右出现一个低值，继而在 53-63之间出现一个极大值，两大极大值的温度分别是中温和高温厌氧。但高温条件下厌氧细菌的净生物产率低，其值是中温的一半，造成高温厌氧启动时间长、对基质变化和毒性的适应能力差、运行不稳定 3。因而采用中温厌氧处理酒精废水，需要板式换热器冷却废水，既有传热器传热效率高、占地少、重量轻便于拆装，又可以减少厂区的气味污染。2.2 酒精废水厌氧工艺厌氧消化工艺先后经历了厌氧滤池、升流式厌氧污泥层（UASB）反应器、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘、厌氧折流板反应器和厌氧膨
12、胀颗粒污泥床（EGSB）等，科技工作者在 UASB 高效厌氧反应器的基础上进一步开发成功了厌氧内循环（IC）反应器。由于 IC 反应器具有有机负荷高、处理容量大、相对投资少、占地面积小、运行稳定等特点，代表现阶段厌氧反应器的最高研究水平，值得进一步研究开发和推广应用 3。MIC 厌氧反应器（Multi-Internal Circulation）由两个反应室垂直串联组成，第一反应室为高负荷反应室，其底部为进水区和回流出水区，上部为低负荷的第二反应室，在两室之间有沼气集气罩，在第二反应室中上部设有三相分离器，反应器的顶部有三相分离包。两反应室和三相分离包用提升管和回流管相联。该反应器由波浪板三相分
13、离器、内循环厌氧反应器回流管防堵装置专利设备集成在一起。2.3 酒精废水好氧工艺好氧工艺采用两级好氧，一级好氧采用滴滤床，二级好氧采用卡鲁塞尔氧化沟。滴滤床采用自然通风、自旋布水器布水、内装有聚氯乙烯的波纹状填料，可以冷却废水，以提高氧气利用率，降低二级好氧的进水浓度，减少泡沫问题和污泥膨胀问题。卡鲁塞尔氧化沟包括厌氧段、好氧段、沉淀段，沉淀段沉淀下来的污泥大部分都回流到厌氧段，保证厌氧段的污泥浓度较高。在废水进入氧化沟厌氧段后，沟内的兼性微生物可将废水中的难降解的长链大分子有机物进行分解、断裂，将其分为易分解的小分子物质，可提高废水的可生化性，以利于好氧段的生化反应。2.4 废水处理工艺及说
14、明酒糟清液处理的工艺路线见图 1。 一一MIC一一 I 一 图 1 废水处理工艺图3 MIC 反应器的开发与设计3.1 MIC 反应器的成功开发1999 年2001 年承担的“江苏省环保厅环境保护科技发展基金项目有机废水高负荷处理技术的开发研究（生产规模 MIC（多级厌氧内循环）反应器应用的研究） ”，所开发的 MIC 反应器直径 8m，高 23m，总容水体积 1100m3，有效反应体积 800m3 。该 MIC 反应器处理柠檬酸废水，进水量约为 30 m3h-1，进水 COD 为 8,00012,000mgL -1。调试经历了反应器升温、污泥驯化、负荷增加、稳定运行等过程。在系统正常运行后，
15、 MIC 反应器有机负荷达到 20 kgCODm-3d-1，水力停留时间为约 12 h，COD 去除率达到 90以上，反应器运行稳定 1。2001 年江苏省环境保护厅对该成果进行技术鉴定（苏环鉴字01第 016 号） ，其成果“填补了我国处理高浓度有机废水第三代厌氧反应器的空白” ，研究成果表明“MIC 反应器有机负荷高、水力停留时间短、占地面积小、耐冲击负荷强，在高浓度有机废水处理领域有重要的推广价值” 。3.2 MIC 反应器的设计一级 MIC 反应器，共 3 支，MIC 反应器设计进水水质为 30,00035,000mgCODL -1，水量为 2000m3d-1，设计 MIC 反应器有机
16、负荷为 15 kgCODm-3d-1。本论文以一级 MIC 反应器（以下简称 MIC 反应器）为研究对象，该反应器的设计尺寸如下：直径 15m，高23m，容积为 4000m3，碳钢结构，内部防腐处理。MIC 反应器采用 4 个导流盘布水，沿着反应器底均与分布，位于高程 11.5m 处。该导流盘不需外加动力，自成整体扩散旋流，散射面积大、接触混合效果好。集气罩 2 层，分别在高程 810m 处、1921m 处。4 个分离包，每个分离包有 2 根混合液上升管、1 根下降管，上升管管径为 125mm，下降管管径为 426mm。MIC 厌氧反应器结构图见图 2。 4 MIC 反应器启动、运行及效果分析
17、4.1 MIC 反应器接种和启动MIC 反应器接种污泥为城市污水处理厂的厌氧消化污泥，接种量约为 50kgMLSSm-3，先用冷却废水与工艺废水混合（1,000CODmgL -1，水温 3539）进行启动，恢复污泥的活性，启动时间 15d 左右。当种泥逐渐适应废水性质后，可以逐步提高进水有机负荷，每次提高有机负荷的幅度为 0.51.0 kgCODm-3d-1，并采用出水回流进行驯化。随着负荷的提高，反应器内的污泥逐渐由松散状态变成沉降性能好的絮体，污泥的产甲烷活性也相应的提高，产气量逐渐增大，会出现絮状污泥的流失和淘汰，颗粒污泥逐渐出现，并颗粒化，进水有机负荷为 15 kgCODm-3d-1
18、左右，驯化时间为 3 个月。驯化阶段的 MIC 反应器运行情况见图 3。一一一一一 一 图 2 MIC 厌氧反应器结构图图3 驯化阶段的MIC有机负荷、MIC出水COD随运行时间的变化从 MIC 反应器启动的过程中看，进水有机负荷从 6.5 kgCODm-3d-1 升高到 15 kgCODm-3d-1 的过程中，MIC 反应器出水从 600mgCODL-1 升高到 1,200mgCODL-1，MIC 反应器的 COD 去除率在 85%到 95%之间。4.2MIC 反应器的运行在正常运行期间，工艺废水与好氧的出水作为MIC反应器的进水，水温稳定控制在3537，有机负荷基本控制在15 kgCODm
19、 -3d-1左右，出水COD稳定，COD 去除效率保持在88%左右，MIC的出水在1200-1500mgCODL -1。每日3 次监测进、出水的水样，监测指标有pH、COD、VFA 、温度、流量等。在一年多的运行中， MIC反应器经历了低pH值、有机负荷、停开车等冲击，进一步考察了对低pH 值废水的缓冲能力，承受高、低负荷的能力和反应器重新启动效果恢复情况的考验。运行阶段的MIC反应器情况见图4。13.514.014.515.015.516.016.517.017.53 5 7 9 11 13 运 行 时 间 /月MIC有机负荷/kgCODm-3d-15060708090100MIC去除率/%
20、MIC有 机 负 荷 MIC去 除 率图 4 稳定运行阶段的 MIC 有机负荷、COD 去除率随运行时间的变化4.3 MIC 反应器的 pHMIC 反应器的 pH 是反应器体系中 CO2、H 2S、NH 3 在气液两相间的溶解平衡、液相内的酸碱平衡及固液相间离子溶解平衡等综合作用的结果。酒精废水的 pH 低、COD 浓度高，采用以每 m3 工艺废水加 Ca(OH)2 为 1.125kg 和好氧系统出水混合后作为 MIC 反应器的进水，利用污泥的颗粒化，MIC 反应器的出水 pH 为 6.57.2。MIC 反应器出水随进水 pH 变051015201 10 19 28 37 46 55 64 7
21、3 82运 行 时 间 /dMIC有机负荷/kgCODm-3d-10200400600800100012001400MIC出水COD/mgL-1MIC有 机 负 荷 MIC出 水 COD化图见 5。3.04.05.06.07.01 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85运 行 时 间 /dMIC反应器pHMIC进 水 pH MIC出 水 pH图 5 MIC 厌氧反应器出水随进水 pH 变化图MIC 反应器正常运行的情况下，产酸菌和甲烷菌会自动保持平衡，并将消化液的 pH值维持在 6.57.5 的近中性范围内。5 结语(1)、采用两级厌氧的 MIC 反应
22、器和两级好氧的工艺处理酒精废水是可行的，出水能够达到二级排放标准。(2)、经过 1 年多的运行表明，这 3 支一级 MIC 厌氧反应器可以在高负荷、连续、稳定地运行。MIC 厌氧反应器在有效负荷为 15 kgCODm-3d-1、温度为 35-37 的条件下，处理玉米酒精的高浓度废水，COD 去除率在 88%以上。(3)、MIC 厌氧反应器在低 pH 下，接种足够量的污泥，厌氧系统可以实现快速启。MIC厌氧反应器在投加少量的钙盐后，可以维持良好的碱度。(4)、MIC 反应器是整个废水处理系统中的一个单元，在使用 MIC 时和其它厌氧技术一样，应该重视预处理单元、厌氧后的污泥选择与脱气、沼气的收集
23、与利用等等。使之能够与其它单元进行衔接，避免重设备轻工艺的倾向，并注意引导治污单位认识废水治理的复杂性。参考文献1马三剑,吴建华,刘 锋,等.多级内循环(MIC)厌氧反应器的开发应用J. 北京:中国沼气, 2002,20(4).2王凯军,秦人伟.发酵工业废水处理M. 北京:化学工业出版社,2000.9:115-208.3胡纪萃,周孟津,左剑恶,等.废水厌氧生物处理理论与技术M.北京:中国建筑工业出版社 2003(5):121-127作者简介：徐富（1976-），男（满族），河北承德人，硕士研究生，助理工程师，主要从事水污染控制工程工作。联系电话： 13862124159，0512-68093261 E-mail：epat_传真：0512-68245831地址：苏州科技学院环保应用技术研究所，苏州市滨河路 1701 号 邮编: 215011
