强化型CASS工艺处理酒精生产废水特性研究

孙俊伟， 李济源， 曹文平， 张金轮

(1.安徽工程大学， 安徽 芜湖 241000； 2.徐州工程学院， 江苏 徐州 221008)

强化型CASS工艺处理酒精生产废水特性研究

孙俊伟1， 李济源1， 曹文平2， 张金轮1

(1.安徽工程大学， 安徽 芜湖 241000； 2.徐州工程学院， 江苏 徐州 221008)

摘要：为了提高CASS工艺处理酒精废水的效果，将人工合成的生物填料投入CASS反应器好氧区，并以过滤膜代替滗水器，组建强化型CASS工艺。研究了运行周期内生物降解和膜滤对CODCr、氨氮-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的降解效果。结果表明：强化型CASS工艺中生物降解在2～4 h内对CODCr、氨氮-N)、总氮(TN)、总磷(TP)降解效果明显；而膜滤(操作压力控制在0.05 MPa)则是强化生物降解效果的补充，对-N、TN和TP的去除均有着不同程度的效果。强化型CASS工艺能更好地净化酒精生产废水，同时，生物降解和膜滤作用达到了很好的耦合协同功能。

关键词：强化型CASS工艺；生物填料；酒精生产废水；膜滤；生物降解

我国很多酒精生产企业污水处理工艺都采用了CASS工艺[1]，经过长时间的运行发现，CASS反应器存在诸多问题，比如SV值过高、出水指标偏高[2-3],特别是新行业标准《发酵酒精和白酒工业污染物排放标准》(GB 27631-2011)颁布实施以来，现有的CASS工艺面临着更大的挑战。因此，对原有工艺的升级改造势在必行[4]。

在CASS反应器好氧区补充生物填料以提高生物浓度和生物量及生物链(网)的复杂度，有利于提高生物降解效果[5]，而且氨氧化菌喜欢吸附在填料上增殖。因为氨氮的氧化过程是生物脱氮过程的关键性步骤[6]，所以增加填料对有机物和氨氮的去除是十分有益的，甚至对总氮的去除也是十分有帮助的。与此同时，利用膜的截留作用，可提高CASS工艺系统内的污泥停留时间，提高微生物量和浓度，也可强化生物降解过程；而且膜滤对不可生物降解的颗粒物质有很好的拦截作用，可强化水质净化过程。

1实验

1.1实验装置

反应器由PVC板制成，外面用钢筋加固，主体长、宽、高分别为3.2 m、0.8 m、1.3 m，有效水深1.1 m，总容积3.33 m3，有效容积2.80 m3，前端用隔板隔出生物选择区和预反应区，生物选择区、预反应区、主反应区之间的体积之比约为1∶2∶17，好氧区投加直径80 mm聚丙烯悬浮球填料，投加率为30%。采用污泥泵进行混合液回流；底部设置排泥管，用于排泥及放空；通过罗茨鼓风机进行曝气，进水流量和曝气量由转子流量计控制。膜分离采用超滤/反渗透卷式膜分离系统，膜组件为截留分子量5万的聚砜中空纤维膜，单支膜有效面积0.2 m2。实验装置示意图如图1所示。

1.2实验用污泥和水质情况

图1　反应装置示意图

1.3污泥培养和驯化阶段

实验启动初期，为了减小进水对反应器的负荷冲击，进水方式为全程连续进水，排水方式为滗水器排水。运行模式为进水曝气8 h、沉淀1 h、排水0.5 h、闲置2.5 h，每天运行2个周期。2周之后将进水方式改为瞬时进水，其他运行参数不变。经过40多天的驯化和挂膜培养，出水指标CODCr逐渐稳定在100 mg/L以下，填料上附着的生物膜厚度增加明显。镜检发现，生物膜上生物种类和个数均有大幅提升，其中轮虫增量尤为明显，反应器启动完成，开始实验。

1.4测试方法

本实验各项指标的测定主要参考国家环保局《水和废水监测分析方法》(第4版)[7]。

2结果与讨论

2.1强化型CASS工艺系统中生物降解条件下污染物变化情况

表1　典型周期内各指标变化情况

2.2膜组件操作压力

此过程中反应器进水曝气4 h、纯曝气2 h、沉淀1 h。沉淀完成后用膜装置进行排水。分别在压力为0.05 MPa、0.075 MPa、0.10 MPa下对出水进行膜分离，每10 min记录1次流量，记录时间为120 min。具体结果见图2。

图2　不同操作压力下流量变化情况

由于压力不同，3种压力下初始流量不同，具体表现为压力越大初始流量越大。压力为0.05 MPa、0.075 MPa和0.10 MPa时，流量分别为14.6 L/h、15.3 L/h和16.1 L/h。随着时间的变化，压力越大流量减小越快。在10 min时压力为0.05 MPa，出水流量为14.3 L/h，出水流量为3种压力下最大的。20 min后压力越大流量越小，说明在排水初期压力越大，流量下降越快，即膜通量下降越快，膜污染也越严重。当排水100 min后，膜通量又趋于相同。究其原因，膜污染越严重，膜通量越小，导致回流量变大，从而使膜表面的剪切力变大，剪切力变大后能够阻止膜污染的加剧，膜污染不会一直加重[10-11]。从图2中可以看出，120 min后几种压力下膜通量基本相同，但仍表现为压力越大膜通量越小。

整个过程中压力为0.05 MPa时虽然初始流量比较小，膜出水量却是3种压力下最大的。因此在处理该水质时，压力控制在0.05 MPa左右比较合适。

3膜滤对污染物的去除效果

膜滤对CODCr的去除情况如图3所示。由图3可以看出，进水CODCr浓度在346.68～760.61 mg/L之间波动，平均浓度为558.20 mg/L，此时生物降解出水CODCr浓度为41.62～115.87 mg/L，平均浓度为85.27 mg/L，平均去除率为84.82%，膜出水CODCr浓度为13.87～89.76 mg/L，平均浓度为57.73 mg/L，平均去除率为89.94%。可见聚砜膜对CODCr去除还是比较明显的。由此可见，膜滤较之前的沉淀排水有着很大的优势，因为在系统沉淀过程中，水中受重力作用比较弱的悬浮物和一些大分子有机物沉淀效果不明显，会随着排水排出系统之外，影响出水水质，而膜能够拦截出水中的悬浮物以及大分子的有机物[12]。

图3　膜滤对CODCr的去除情况

膜滤对TN的去除情况如图5所示。由图5可以看出，在相同条件下，膜出水TN浓度始终优于生物降解出水。进水TN浓度为27.24～44.57 mg/L，平均浓度为32.62 mg/L，此时生物降解出水TN浓度为4.77～12.40 mg/L，平均浓度为8.42 mg/L，平均去除率为74.54%；膜出水TN浓度为4.14～10.75 mg/L，平均浓度为7.30 mg/L，平均去除率为77.98%。由此可见，TN的去除较氨氮明显。

图5　膜滤对TN的去除情况

膜滤对TP的去除情况如图6所示。由图6可以看出，膜出水TP浓度始终优于生物降解出水。进水TP浓度为39.96～53.55 mg/L，平均浓度为46.12 mg/L，此时生物降解出水TP浓度为13. 56～16.81 mg/L，平均浓度为13.27 mg/L，平均去除率为67.13%；膜出水TP浓度为12.56～14.49 mg/L，平均浓度为12.27 mg/L，平均去除率为70.98%。磷的去除主要靠生物作用。膜对磷也有一定的去除作用，主要靠对悬浮物的过滤，磷被微生物吸收后主要停留在污泥中，膜对微生物的拦截一定程度上对磷的去除起一定的作用[14-15]。总的看来，该系统对磷的绝对去除率很高，达到33.85 mg/L，远远好于其他活性污泥系统的去除量。

图6　膜滤对TP的去除情况

4结语

(1)对典型周期内各污染物的变化规律分析表明，强化型CASS工艺处理酒精废水在曝气3～4 h之后基本稳定，综合考虑曝气时间应控制在4 h左右。

(2)膜的操作压力分别在0.05 MPa、0.075 MPa和0.10 MPa下，随着时间的变化，压力越大流量减小越快。压力为0.05 MPa时虽然初始流量比较小，膜出水量却是3种压力下最大的。因此在处理该水质时，压力控制在0.05 MPa左右比较合适。

(3)从污染物的去除效果看，该系统对CODCr、氨氮、总氮、总磷都表现出了较好的去除效果，CODCr、氨氮、总氮均能达到新标准的要求。由于进水磷负荷较高，出水TP不达标，需做进一步的深度处理。

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(责任编辑：席艳君)

Characteristics of Alcohol Wastewater Treatment

by Enhanced CASS Process

SUN Jun-wei1, LI Ji-yuan1, CAO Wen-ping2, ZHANG Jin-lun1

(1.Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000; 2.Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)

Abstract:An enhanced CASS process was built to improve the removal efficacy of CASS process for alcohol wastewater, the following measures were adopted: (1) artificial synthetic bio-carriers were added into the activated sludge of the CASS aerobic zone; (2) the membrane instead of decanter.-N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) by biodegradation and membrane filtration was investigated, and the operational pressure of membrane was discussed.-N, TN, TP was obvious within 2～4 h.-N, TN and TP removal was enhanced process under the operational pressure of 0.05 MPa conditions. The phenomenon illustrates that the enhanced CASS process has better ability for purifying alcohol wastewater. In addition, biological degradation and membrane filtration realize a good collaboration capabilities.

Key words:enhanced CASS process; bio-carriers; alcohol wastewater; membrane filter; biodegradation

文章编号：1671-6906(2015)01-0084-03

作者简介：刘建福(1981-)，男，湖南邵阳人，硕士，主要研究方向为大气污染控制。

基金项目：厦门市科技计划指导性项目(3502Z20099002)

收稿日期：2014-06-18

中图分类号：X703.1

文献标志码：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.01.020