木薯、酒精废水处理
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第一章 工程规模、目标
1.1 工程规模
根据业主提供的资料，确定废水处理工程的设计规模为8000m3/d。
设计处理流量：Qd=8000m3/d，变化系数Kz=1.1。
设计小时流量：Qev=333.3m3/h，
设计最大瞬时流量：Qmax=366.7m3/h
1.2 废水进水水质
根据业主提供的资料，该项目的混合进水水质特征情况如下：
1.鲜薯加工期(11月~2月)废水水质水量如下：
表1-1 鲜薯加工期废水水质水量表
项目
名称 水量
(m3/d) CODcr
(mg/L) BOD5
(mg/L) SS
(mg/L) pH 温度
(℃)
洗木薯废水 1400 2500 1000 3000 3~5 15~25
黄浆水 5600 12000 8000 5000 3~5 15~25
酒精废液
（原液） 1000 60000 35000 25000 3~5
70~90
2.池粉期（3月~5月）废水水质水量如下：
表1-2 池粉期废水水质水量表
项目
名称 水量
(m3/d) CODcr
(mg/L) BOD5
(mg/L) SS
(mg/L) pH 温度
(℃)
黄浆水 4800 7000 4500 3600 3~5 15~25
酒精废液
（原液） 1200 60000 35000 25000 3~5 70~90
3.倒粉及干薯片加工期（6月~10月）废水水质水量如下：
表1-3 倒粉及干薯片加工期废水水质水量表
项目
名称 水量
(m3/d) CODcr
(mg/L) BOD5
(mg/L) SS
(mg/L) pH 温度
(℃)
干薯片
浸泡废水 160 45700 35000 1535 3~5 35~40
黄浆水 2400 6000 3500 2600 3~5 15~25
酒精废液
（原液） 1200 60000 35000 25000 3~5
70~90
1.3 设计出水水质
根据厂家要求，本工程设计出水水质需达到以下要求：
表1-5 工程设计出水水质表
项目 CODCr
(mg/L) BOD5
(mg/L) SS
(mg/L) 氨氮
(mg/L) 总磷
(mg/L) pH 温度
(℃)
出水水质 ≤400 ≤180 ≤240 ≤20 ≤4 6~8 ≤37
1.4 废水处理中试数据
从中试装置试运行开始，进水量逐步加大，半个月后中试装置趋向稳定，水量由4m3/d调整至16m3/d，出水COD稳定在100mg/L以下。中试试验数据详表3-6。
从以下数据可看出，采用两级PAFR工艺+好氧工艺处理木薯淀粉、酒精综合废水取得了满意的处理效果。而且根据中试试验数据可得：完全可以达到现招标文件要求出水水质CODCr≤400mg/L的要求。本方案设计采用的设计参数为两级PAFR反应器分别9h和9.8h及好氧工艺停留时间18h，若适当延长停留时间，废水处理系统出水可达到国家一级排放标准（CODCr≤100mg/L）。
表1-6 废水处理中试试验数据
项目
日期 进水量
（m3/d） 原水CODCr
（mg/l） 一级PAFR
CODCr
（mg/l） 一级PAFR
CODCr
去除率 二级PAFR
CODCr
（mg/l） 二级PAFR
CODCr
去除率 二沉出水
CODCr
（mg/l） 好氧+二沉
CODCr
去除率 中试装置
总去除率
3月18日 4 18318.72 723.84 96.05% 470.5 35.00% 165.648 64.79% 99.10%
3月27日 4 9604.8 556.8 94.20% 473.28 15.00% 111.36 76.47% 98.84%
3月30日 4 6124.8 2923.2 52.27% 570.72 80.48% 20.88 96.34% 99.66%
3月31日 4 7765.3 3758.4 51.60% 974.4 74.07% 41.76 95.71% 99.46%
4月1日 4 14337.6 3410.4 76.21% 480.24 85.92% 62.64 86.96% 99.56%
4月3日 4 13780.8 2923.2 78.79% 835.2 71.43% 180.96 78.33% 98.69%
4月6日 4 7238.4 1809.6 75.00% 974.4 46.15% 69.6 92.86% 99.04%
4月8日 2 6820.8 1670.4 75.51% 1392 16.67% 41.76 97.00% 99.39%
4月9日 4 7934.4 3480 56.14% 1322.4 62.00% 97.44 92.63% 98.77%
4月14日 4 16425.6 1740 89.41% 278.4 84.00% 55.68 80.00% 99.66%
4月17日 12 12172 3341.3 72.55% 835.33 75.00% 85.92 89.71% 99.29%
4月18日 12 8878.4 4868.8 45.16% 572.8 88.24% 71.6 87.50% 99.19%
4月19日 12 8019.2 4868.8 39.29% 572.8 88.24% 85.92 85.00% 98.93%
4月21日 12 7160 5012 30.00% 1503.6 70.00% 136.04 90.95% 98.10%
4月22日 16 10310.4 5728 44.44% 1432 75.00% 100.24 93.00% 99.03%
4月23日 16 10883.2 6592 39.43% 1577.6 76.07% 93.08 96.39% 99.14%
4月24日 16 12601.6 7876 37.50% 1636.5 79.22% 78.76 97.32% 99.38%
5月1日 16 10167.2 5157.6 49.27% 1508.4 70.75% 71.6 95.25% 99.30% 5月2日 16 12695.5 6069.1 52.19% 1967 67.59% 100.9 94.87% 99.21%
5月3日 16 8078.9 3770.7 53.33% 1213.3 67.82% 93.8 92.27% 98.84%
5月4日 16 11505.6 5958.7 48.21% 1906.7 68.00% 79.93 95.81% 99.31%
5月5日 16 9446.7 4830.7 48.86% 1761.3 63.54% 58.2 96.70% 99.38%
中试装置从3月15日开始进水，投加菌种半个月后，3月30日就得到达标的数据，目前试验继续进行。 第二章 处理工艺的选择及设计
2.1 废水处理工艺选择
2.1.1 水质分析
木薯废水水质随生长期和变性淀粉的品种不同而有较大的变化。根据业主长期监测得知：废水排放主要分为3个周期：生薯期（11、12、1、2月）；池粉期（3、4、5月）和倒粉期（6、7、8、9、10月）。废水的主要类型为洗木薯废水、黄浆水、酒精废液（原液）。
洗木薯废水水质：CODCr浓度为2500mg/L，BOD浓度为1000mg/L，SS浓度为3000mg/L，pH 3~5，温度15~25℃。水量约占生薯期废水总量的20%。该类废水含大颗粒固体悬浮物浓度较高，须经过圆网机去除部分SS后方能进入后续处理系统。
黄浆水水质：CODCr浓度为6000~12000mg/L，BOD浓度为3500~8000mg/L，SS浓度为2600~5000mg/L，pH 3~5，温度15~25℃。水量分别占生薯期、池粉期、倒粉期废水总量的约60%、70%、60%。该类废水含大颗粒固体悬浮物浓度较低，不经圆网机处理，直接进入反应池与生物絮凝剂反应去除废水中的SS。
酒精废液（原液）CODCr浓度为60000mg/L，BOD浓度为35000mg/L，SS浓度为25000mg/L，pH 3~5，温度70~90℃。水量分别占生薯期、池粉期、倒粉期废水总量的约15%、30%、30%。该类废水含大颗粒固体悬浮物浓度较高，须经过筛网去除部分SS后再经降温处理方能进入后续处理系统。
另外，在倒粉期会产生水量约160m3/d的干薯片浸泡废水，该类废水水质：CODCr浓度为46700mg/L，BOD浓度为35000mg/L，SS浓度为1535mg/L，pH 3~5，温度35~40℃。由于其SS含量较低，水量较少，与黄浆水混合直接进入反应池进行处理。
在鲜薯加工期还会出现一部分洗木薯黄浆水，污染物浓度较黄浆水高， pH
3~5，温度15~25℃。该类废水含大颗粒固体悬浮物浓度较高，须经过圆网机去除部分SS后方能进入后续处理系统。
分析以上数据可知，木薯淀粉、木薯酒精综合废水具有以下特点：①酒精废水水温高，部分废水水温高达70～90℃；②水量和水质成份随生产周期及产品品种不同而有较大变化；③污染物浓度高，可生化性较好；④悬浮物浓度高。
根据木薯淀粉综合废水的特性，本方案选用预处理+“二级PAFR-好氧”生化工艺流程。本设计考虑了今后出水高标准达标，并且能大比例回用的可能性。
2.1.2本工程生化处理工艺简介
本方案选用的生化处理工艺是“二级PAFR-好氧”生化工艺。
脉冲厌氧流化床反应器（Pulse Anaerobic Fluidized Reactor, 简称PAFR）工艺操作控制简单，投资成本和运行费用低，污染物去除效率高，能显著改善废水可生化性，是一种应用前景广阔的新型厌氧处理技术。
脉冲厌氧流化床反应器呈全封闭式，采用脉冲布水和特有的三相分离系统，内部留存高浓度颗粒污泥，能有效处理各类生物降解缓慢的高浓度有机废水（需要较长时间水解才能降解的有机物，如纤维素、半纤维素、木质素）。非常适合处理木薯淀粉生产废水及酒精生产废水。
在PAFR内，经历整个厌氧过程，包括水解阶段、酸化阶段和甲烷化三个阶段。水解酸化的产物主要是小分子有机物，使污水中溶解性有机物显著提高，而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。例如天然胶联剂（主要为淀粉类），首先被转化为多糖，再水解为单糖。纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖与葡萄糖。半纤维素被聚木糖酶等水解成低聚糖和单糖。水解过程较缓慢，同时受多种因素的影响，是厌氧降解的限速阶段。在酸化这一阶段，上述第一阶段形成的小分子化合物在发酵细菌即酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细菌体外，主要包括挥发性有机酸（VFA）、乳醇、醇类等，接着进一步转化为乙酸、氢气、碳酸等。酸化过程是由大量发酵细菌和产乙酸菌完成的，他们绝大多数是严格厌氧菌，可分解糖、氨基酸和有机酸。甲烷化阶段主要由产甲烷菌完成，他们将VFA等基质进一步转化为甲烷、二氧化碳等气体小分子。产甲烷菌世代时间长，对环境要求非常严格，不但要绝对厌氧，而且对pH、碱度、温度等因素都仅有较窄的适应范围。
