高浓度白酒废水的厌氧生物处理实践分析

摘要：厌氧生物处理具有容积负荷高、能耗低、运行费用低及占地面积小等优势，已广泛用于污水处理领域。但厌氧微生物的生长周期长，易受多种因素影响，造成厌氧系统的启动速度较慢，系统管理也比较复杂。以贵州某白酒产业园白酒废水污水项目为背景，进一步研究总结厌氧生物处理工艺的特点，分析快速稳定启动厌氧系统的工艺控制条件，提出一种有效处理高浓度白酒废水的工艺流程。

关键词：白酒废水；厌氧生物处理；产甲烷菌

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-00-03

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Practice Analysis of Anaerobic Biological Treatment of High-Concentration Liquor Wastewater

LI Jiaying

（Guangzhou Pengkai Environmental Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511400， China）

Abstract： Anaerobic biological treatment is widely used in the field of sewage treatment because of its high volume load， low energy consumption， low operating costs and small footprint. However， due to the long growth cycle of anaerobic microorganisms， they are easily affected by many factors， and the start-up speed of anaerobic system is slow， and the system management is also complicated. Based on the liquor wastewater wastewater project of a liquor production park in Guizhou province， this paper further studies and summarizes the characteristics of anaerobic biological treatment technology， analyzes the process control conditions for rapid and stable start-up of the anaerobic system， and expounds an effective process flow for the treatment of high-concentration liquor wastewater.

Keywords： liquor wastewater; anaerobic biological treatment; methanogenic bacteria

贵州省的气候十分有利于酿造酱香酒微生物的栖息与繁殖，盛产酱香型白酒[1]。根据不同的产酒工艺，酱香型白酒可分为碎沙酒、坤沙酒。贵州某白酒产业园的年白酒总产能为2.5万t，污水产生量为2 500 m3/d，出水水质满足《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》（GB 27631—2011）中的水污染物特别排放限值。该产业园的设计进水、出水水质如表1所示，所选指标包括化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、5日生化需氧量（5-day Biochemical Oxygen Demand，BOD5）、悬浮物（Suspended Substance，SS）、总氮（Total Nitrogen，TN）、总磷（Total Phosphorus，TP）。

白酒生产具有一定的季节性，小型分散式白酒厂的季节性更明显[1]。白酒生产原料中含有大量的淀粉、蛋白质等有机物，在发酵过程中，未被完全转化的有机物残留在废水中，导致废水的有机物含量很高。部分白酒企业在废水处理过程中缺乏有效的预处理措施，导致废水中的大颗粒杂质、泥沙等进入后续处理单元，也会增加废水中的悬浮物含量和污染物浓度。杜文鹏等[2]取四川某酒厂发酵车间发酵池的渗沥水进行分析测定，得到COD为80 000～100 000 mg/L，SS为3 800～4 300 mg/L，pH值为4～5。现场实际运行过程中的进水水质也几乎均高于设计进水水质，尤其在产业园建设初期，厂区来水以小酒厂废水为主，进水COD指标日均值超50 000 mg/L，TN、氨氮等指标也高出设计进水水质指标数倍。由于白酒废水的进水水质、水量波动较大，污水处理系统需具有较高耐冲击负荷，以保证出水稳定。

1 预处理

酒精糟是白酒废水的主要污染物之一，具有有机污染物浓度高、悬浮物含量高、黏度大、温度高以及酸度高等特点，预处理工艺需去除大部分酒糟，避免酒糟在池内二次酸化发酵增加废水污染物浓度。预处理一般采用物化沉淀或机械分离方式进行固液分离，但机械分离方式的设备投入费用高，且不能连续运行，管理复杂。采用离心机处理黏性大、酸度大的酒糟时，需要较大的药剂投加量且脱水困难。机械分离方式还存在耗电量大、噪音大、除臭要求高等问题。本项目采用“转鼓式筛网过滤装置+混凝沉淀+均质调节池”的预处理方式，分离酒糟效果良好。

2 厌氧生物处理

2.1 原理

厌氧过程是在厌氧条件下，微生物以化合态氧、碳、硫、氮等为受氢体，将有机物分解生成CH4、CO2、H2O、H2S和NH3的过程[3]。厌氧过程中，由产氢产乙酸菌将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和氢气，但只有在乙酸浓度和氢分压都很低的情况下氧化反应才能顺利进行。而产甲烷菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物（乙酸和氢）转化为甲烷和二氧化碳。

厌氧反应易受各种因素干扰，且产物中含气体，系统运行过程中一旦操作不当，会影响出水水质及污泥活性，需要花费较多时间和精力去重新调整和恢复。项目调试过程中需实时监测污水厂的主要污染物指标，总结适用于污水厂的相关调试条件。某白酒产业园污水处理厂的主要污染物指标包括COD、NH3-N、混合液悬浮固体浓度（Mixed Liquor Suspended Solids，MLSS）、挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acid，VFA）、pH、氧化还原电位（Oxidation Reduction Potential，ORP）及电导率。

2.2 影响因素

2.2.1 pH值和碱度影响

为维持厌氧消化系统稳定，需保持产酸菌和产甲烷菌平衡，防止产酸菌过度活跃导致系统有机酸累积，引起pH值下降。由于稀释作用和厌氧系统内的缓冲体系可迅速改变进液的pH值，需控制反应器内反应区的pH值，而不是进液的pH值。产甲烷菌要求pH值控制在6.5～7.5，若pH值降至6.5以下，甲烷菌会逐渐失去活性。

培养颗粒污泥的关键是维持进水碱度大于1 000 mg/L（以CaCO3计），以缓冲系统内有机物分解产生的乙酸、丙酸，确保反应器的pH值维持在6.5～7.5，为微生物提供适宜的生存环境。厌氧系统需保证VFA和碱度的比值小于0.4，VFA值为400～800 mg/L，则呈现酸化状态。若VFA高于400 mg/L时，则需要通过控制厌氧系统出水循环量来控制系统内的VFA值，或考虑投加碳酸氢钠等补充碱度。

按白酒废水进水pH值为4.5～5.5，初次启动厌氧系统，若投加的种泥为厌氧泥，则需要通过适量加碱控制进水pH值，维持厌氧污泥活性。在产业园项目初期调试期间，连续投碱3～4 d后，系统的VFA值控制在400 mg/L左右，之后利用好氧生化出水回流至预处理阶段，补充厌氧进水碱度，系统稳定后VFA保持在100～150 mg/L，以利于形成颗粒污泥。通过回流系统可有效减少药剂使用量，且不易造成厌氧系统碱度过高进而影响后续处理系统。

2.2.2 温度影响

温度不仅影响厌氧微生物的活性和反应速率，而且会影响厌氧污泥的沉降性能、颗粒化程度，稳定的温度范围可使厌氧反应稳定进行。厌氧消化有两个最优温度段：中温（33～35 ℃）和高温（50～55 ℃）。不同温度范围适合不同类型的产甲烷菌生长。高温厌氧具有更高的反应速率、更低的污泥产率，但能耗更高，运行操作更复杂。

为保持温度稳定，中温厌氧系统一般需设置外加热方式，可选热水循环加热或蒸汽加热方式。其中，热水循环加热对循环水水质要求高，需配套软化水设备降低循环水硬度，以减少设备结垢风险，且维护成本高。白酒废水项目厌氧处理系统常采用蒸汽加热方式保持稳定温度，即直接通入蒸汽与污水混合加热。由于酒厂酿酒需配套锅炉，污水处理厂蒸汽可以直接从酒厂锅炉房引出。另外，蒸汽加热配套附属设施相对简单。因此，对于中温厌氧系统来说，蒸汽加热是一种简单有效的加热方式。

2.2.3 ORPORP可以表示水中的含氧浓度，反映厌氧程度。在厌氧发酵过程中，产酸阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位在-100～100 mV，而产甲烷阶段最适的氧化还原电位为-400～-150 mV。培养产甲烷菌初期，ORP值不能高于-300 mV。此外，中温和高温厌氧对氧化还原电位要求也不同，高温厌氧消化系统适宜的ORP值为-600～-500 mV，而中温厌氧系统一般将ORP稳定在-380～-300 mV。氧化还原电位与pH值存在一定关系，pH值越高，ORP值越低。白酒产业园污水处理厂厌氧系统运行过程中的ORP值保持在-350～-300 mV，厌氧污泥性质良好。

2.2.4 有毒和抑制性基质

厌氧发酵过程的产物和中间产物，如挥发性有机酸、H+浓度和H2S等都会对厌氧发酵产生抑制作用，过高的氢分压会引起有机酸累积，影响产甲烷效率。H2S则因溶解度高会影响出水COD浓度，且会破坏厌氧消化过程的稳定性[4]。此外，各种离子和有机毒物，如高浓度的钾、钙、钠、镁离子也会改变细胞渗透压，影响生物活性。

研究表明，厌氧系统中的Ca2+浓度在25～100 mg/L，有利于带负电荷细菌相互黏接，可加速污泥颗粒化过程。但超过一定浓度的Ca2+、Mg2+离子，除了会导致厌氧系统及管道结垢，影响设备布水系统均匀性及设备有效容积外，对厌氧也有抑制作用。

2.2.5 水力负荷（上升流速）

适宜的上升流速有助于维持厌氧系统内微生物的均匀分布，加强废水中有机物和颗粒污泥间的传质，但若上升流速过高，则易使污泥流失，破坏系统稳定性。上升流速取值范围：升流式厌氧污泥床为0.5～1.5 m3/（m2·h），内循环厌氧反应器为3.0～8.0 m3/（m2·h），膨胀颗粒污泥床为1.5～5.0 m3/（m2·h）。

厌氧系统采用点阵布水系统，进水分配系统兼有配水和水力搅拌的功能，防止进水局部不均匀产生酸化。出水设循环回流系统，稀释进水浓度的同时，通过控制循环水水量保证设计上升流速范围。同时，为保证厌氧系统污泥浓度，改善污泥沉降性，在厌氧后增加厌氧沉淀池截留厌氧污泥，截留后污泥回流至厌氧系统。应控制沉淀分离装置中污泥絮体的回流速率及搅拌速率，防止水流剪力破坏絮体结构。

3 深度处理

高浓度白酒废水经生化处理后出水仍需结合深度处理工艺，进一步去除废水中的有机物、色度、氨氮、总氮和总磷等污染物，以达到更高的水质标准。一般采用催化氧化法、高级氧化法、吸附法及膜过滤法。其中，膜过滤法对各污染物几乎都有高效去除率，出水水质几乎不受其他因素影响，可稳定达标出水。

产业园白酒废水项目深度处理采用纳滤（Nanofiltration，NF）膜法，具有高效的分离性能。NF技术的原理与机械筛分类似，但NF膜带有电荷，同时有溶解扩散效应，因此在很低压力下仍具有较好的大分子和二价盐截留效果，而对于分子量小于500的有机污染物以及一价盐离子则几乎不截留。有类似白酒废水项目采用NF技术作为深度处理方式，现场连续监测一年后发现盐度在系统内几乎无富集，也未影响系统出水水质。

4 结论

白酒废水处理采用以“过滤+混凝沉淀+调节+

厌氧+多级DIAB-MBR+NF深度处理”为主体的三级处理工艺，具有抗冲击负荷能力强、处理效果稳定等优点，能很好地解决酱香型酒废水处理中的水量波动和水质冲击等难点问题。该工艺路线采用了多级物化、生化联合处理工艺，能够有效控制各级污染物的去除效率，达到全流程各项污染物的协同去除，且药剂投加量少，运行成本低，具有良好的经济效益。

参考文献

1 黄生林，陈小光，马春燕，等.我国白酒废水处理工艺探讨[J].中国酿造，2023（3）：28-33.

2 杜文鹏，周 健，周建丁，等.厌氧流化床处理白酒废水运行参数的研究[J].环境工程学报，2010（6）：1346-1348.

3 王万成.升流式厌氧污泥床—微生物燃料电池的研究[D].苏州：苏州大学，2008.

4 李 行.氧化钙/氧化铝对污泥厌氧消化过程中硫化氢形成的抑制及机制研究[D].保定：河北大学，2024.