在米香型白酒釀造過(guò)程中，大米中的淀粉基本被消化完畢，而大米中的大部分蛋白、粗脂肪則以COD 的形式殘留在酒糟水中，經(jīng)檢測，米香型白酒釀造過(guò)程中產(chǎn)生的酒糟水的COD 約為50 g/L。目前已有不少相關(guān)實(shí)驗性報道利用堿提酸沉法回收利用酒糟水中的米蛋白，以減輕后續的廢水處理壓力，但多局限于理論領(lǐng)域、實(shí)驗室試驗結論領(lǐng)域及一些中小型試驗領(lǐng)域。同時(shí)此類(lèi)處理方式不可避免會(huì )遇到堿提酸沉后續排污問(wèn)題、蛋白回收后的干燥、儲存問(wèn)題、高堿濃度下蛋白質(zhì)變性問(wèn)題、美拉德反應產(chǎn)生褐變問(wèn)題、甚至產(chǎn)生有毒物質(zhì)Lysinoalnin，這些問(wèn)題得到充分解決后才能進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
目前，大部分米香型白酒釀造企業(yè)將其米酒糟水低價(jià)出售或免費送給一些養殖企業(yè)，但這種處理方式存在極大不確定性，其處理量完全取決于養殖企業(yè)的需求量。因此，在米酒生產(chǎn)企業(yè)還不具備足夠的經(jīng)濟實(shí)力、足夠的技術(shù)手段來(lái)從米酒糟水中提取回收高質(zhì)量的米蛋白時(shí)，尋求一種運行成本較低甚至微盈利、又可以達到環(huán)保要求的酒糟水處理工藝就成了當務(wù)之急。與其他厭氧生物處理技術(shù)相比，升流式厭氧污泥床（UASB）運轉費用及構筑物造價(jià)均較低，對不同污水的適應性也強，環(huán)境效益及示范作用較為顯著(zhù)，因而越來(lái)越受到重視[8-9]。本文主要探討了UASB 工藝規�；幚砻拙圃銖U水過(guò)程中，其厭氧消化及后續好氧處理工藝。
1 米酒糟水水質(zhì)與水量
設計進(jìn)水量90～130 m3/d。米糟水的水質(zhì)：COD 為40～50 g/L；BOD5 為24～30 g/L；SS 質(zhì)量濃度10 g/L；pH 為3.5～4。
處理后的廢水滿(mǎn)足國家污水 綜合排放標準（GB 8978－1996）中的一級排放要求：COD 小于100 mg/L；BOD5 小于30 mg/L，SS 質(zhì)量濃度小于70mg/L；pH 6～9。
2 米酒糟水UASB 工藝流程
2.1 厭氧- 好氧處理工藝
米酒糟水厭氧、好氧處理工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 米酒糟水及其他生產(chǎn)、生活廢水的厭氧- 好氧處理流程
Fig.1 Anaerobic and aerobic treatment process of rice wine lees and other production and living waste water
2.2 厭氧反應器中種子厭氧菌種的馴化
米酒糟水具有蛋白含量豐富、化學(xué)需氧量高、酸度低等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上還很難找到專(zhuān)一的厭氧菌能有效的消化分解米酒糟水。本公司采取的辦法是緩慢馴化并逐級擴培，最終得到足夠量的、可以有效消化分解米酒糟水的厭氧菌種，菌種來(lái)源為興寧市污水處理廠(chǎng)活性好氧污泥。規�；N馴化流程如圖2 所示。
圖2 厭氧種子菌馴化培養流程
Fig.2 Flow chart of acclimation and culture of anaerobic bacteria seeds
種子菌馴化過(guò)程中，各階段的工藝要求如下：第一階段，20 t 活性污泥和40 m3低濃度米酒糟水（COD=1.5 g/L）加入調節池后，調節pH 6.5～7.5，維持溫度不低于30℃，靜置128 h，使混合液中初步適應米酒糟水環(huán)境的厭氧菌增殖；第二階段，繼續往調節池添加0.5 m3高濃度米酒槽水（COD=50g/L），此時(shí)混合液pH 會(huì )降低至5.5 左右，維持溫度不低于30℃，靜置，并每隔8 h 檢測pH，直至pH 恢復至6.8 左右，此階段目標是使厭氧菌繼續增殖并具備初步環(huán)境修復能力；第三階段，添加1.0 m3高濃度米酒糟水，此時(shí)混合液pH 會(huì )降低至5.2 左右，維持溫度不低于30 ℃，靜置，并每隔8 h 檢測pH，直至pH 恢復到6.8 左右，此刻液面會(huì )有少許氣泡產(chǎn)生（甲烷、二氧化碳等）；后續階段以0.5 m3增量為梯度，逐級增加高濃度米酒糟水添加量，當高濃度米酒糟水的添加量達到5.0 m3，靜置，48 h 內，混合液pH可恢復至6.8 左右，且液面會(huì )有大量氣泡產(chǎn)生（甲烷、二氧化碳等），視為該批厭氧種子菌的馴化已完成，可以進(jìn)入厭氧發(fā)酵罐。
2.3 主要構筑物和設備
厭氧消化工藝設備設施：1 600 m3厭氧發(fā)酵罐；60 m3調節池；5.5 kW進(jìn)料泵2 臺（一用一備，揚程20 m，流量30 m3/h）；600 m3雙模式沼氣儲氣柜；止回閥等。
后續好氧處理工藝設備設施：60 m3第一級曝氣池，100 m3第一級沉淀池，500 m3第二級、第三級曝氣池，250 m3第二級沉淀池，40 m3混合池，60 m3第三級斜板沉淀池，橡膠膜微孔曝氣頭400 個(gè)（通風(fēng)量1.5 m3/h），2.2 kW 污泥泵6 臺（三用三備，揚程10m，流量15 m3/h），18.5 kW 曝氣鼓風(fēng)機2 臺（一用一備，流量11 m3/min），絮凝劑自動(dòng)添加設備1 臺。
2.4 檢驗儀器、米酒糟指標的檢測方法
檢驗儀器：KDN-01A 型半自動(dòng)凱氏定氮儀，DJM-15L 膠體磨。
米酒糟指標的檢測方法：米酒糟樣品先經(jīng)過(guò)膠體磨處理10 min，然后用Folin- 酚法測定液體中的蛋白含量，重鉻酸鹽法測定米酒糟水的化學(xué)需氧量COD。
3 調試和運行
3.1 厭氧消化環(huán)節工藝要求及參數確定
厭氧菌擴培和厭氧發(fā)酵罐啟動(dòng)為同步過(guò)程，即往厭氧發(fā)酵罐中逐級添加米酒糟水，期間定時(shí)追蹤罐內醪液的pH，并嚴格控制罐內溫度，各種參數控制同厭氧菌的馴化階段，每次添加的米酒糟水的量：取決于厭氧發(fā)酵罐內的pH、溫度情況及揮發(fā)酸等情況，當1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐完全充滿(mǎn)米酒糟水發(fā)酵醪液時(shí)，本項目視為厭氧發(fā)酵罐啟動(dòng)結束。后續即為厭氧發(fā)酵罐正式運行階段。
3.1.1厭氧發(fā)酵罐處理米酒糟水的能力
在1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐正式運行后，根據厭氧發(fā)酵行業(yè)內經(jīng)驗，每立方體積厭氧發(fā)酵罐24 h 可消化3.2 kg COD，即1 600 m3 厭氧發(fā)酵罐每24 h 可消化5 160 kg COD。探索厭氧罐實(shí)際處理米酒糟水的能力，方法為：以7 d 一個(gè)周期，每天往厭氧發(fā)酵罐內加同樣數量的米酒糟，同時(shí)自厭氧發(fā)酵罐頂端溢流口取樣，即消化分解完畢后的醪液，并檢測其COD，最終此周期內消化分解完畢后醪液的COD取這7 d 檢測結果的平均值。此探索過(guò)程共分7 個(gè)周期完成，每個(gè)周期往厭氧發(fā)酵罐加入的米酒糟的量分別為10、30、50、70、90、110、130 m3，檢測結果如圖3 所示。
圖3 酒糟水添加量與COD 去除效果的關(guān)系
Fig.3 The effect of wine lees dosage on COD removal efficiency
由圖3 可知，往厭氧發(fā)酵罐內加入米酒糟水為90 m3以?xún)葧r(shí)，經(jīng)厭氧發(fā)酵后的醪液COD 變化范圍不是很大，并可以控制在8 g/L 以?xún)�，同時(shí)厭氧發(fā)酵罐總消耗COD 的量會(huì )隨著(zhù)酒糟水添加量的增加迅速上升。當酒糟水添加量超過(guò)90 m3時(shí)，出水水質(zhì)的COD 會(huì )迅速上升，當酒糟水添加量達到130 m3時(shí)，出水水質(zhì)的COD 高達35 g/L，而總消耗COD 則呈下降趨勢。這個(gè)探索結果說(shuō)明本廠(chǎng)設計的厭氧發(fā)酵罐處理本廠(chǎng)酒糟水能力的界限非常明確，即1 600m3 厭氧發(fā)酵罐，通過(guò)本調試工藝，最多消化處理半固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生的米酒糟水90 m3/d，每天最多能消耗COD 3 700 kg 左右，每立方厭氧發(fā)酵罐每24 小時(shí)可消耗COD 2.31 kg，較行業(yè)內經(jīng)驗數值每24 小時(shí)每立方厭氧發(fā)酵罐可消化3.2 kg COD 低約27.8%，這也說(shuō)明某些領(lǐng)域經(jīng)驗數值可以作為參考，卻不能作為實(shí)際控制水平應用于生產(chǎn)，物料性質(zhì)、當地氣候環(huán)境等因素都可能會(huì )對實(shí)際生產(chǎn)中的數據造成較大影響。
圖4 進(jìn)料方式對厭氧罐內pH 和溫度的影響
Fig.4 The effect of feeding method on pH and temperature in anaerobic tank
3.1.2厭氧發(fā)酵罐進(jìn)料方式對溫度、pH 的影響
當厭氧發(fā)酵罐正式運行后，厭氧罐內厭氧細菌占有絕對優(yōu)勢地位，且新陳代謝旺盛、活力優(yōu)良，同時(shí)對待消化物（米酒糟水）具有良好的適應性。但酒糟水是經(jīng)過(guò)釀酒車(chē)間蒸餾后排出的，酒糟水的溫度較高，待準備進(jìn)厭氧發(fā)酵罐處理時(shí)，酒糟水的溫度約在60 ℃，同時(shí)酒糟水pH 較低，約為3.5，一次性加入90 m3酒糟水對厭氧罐內的環(huán)境勢必影響較大。90 m3酒糟水24 小時(shí)內一次性加入與均分3 次加入對厭氧罐內pH、溫度影響對比如圖4 所示。
從圖4 中可以看出，一次性加入90 m3酒糟水，對厭氧罐內pH、溫度等因素的影響還是較大的，而24 h 內均分3 次加入，厭氧罐內發(fā)酵環(huán)境則穩定的多。實(shí)踐證明，均分3 次加入既可以保證一線(xiàn)操作工人排班的方便性，又可以保證沼氣產(chǎn)量的穩定性、持續性，從而更方便沼氣的利用。另外經(jīng)測量，均分3次加入酒糟水沼氣的日均產(chǎn)量要比一次性加入酒糟水沼氣的日均產(chǎn)量高出10%，這也從另一個(gè)角度證明了均分3 次加入酒糟水更有利于厭氧細菌的新陳代謝，也更有利于酒糟水中COD 的消除。
3.2 好氧處理階段工藝要求及參數確定
好氧階段是使厭氧菌失活、好氧菌快速增長(cháng)并消化廢水中絕大部分殘存COD 的過(guò)程。其中，第一級曝氣的主要功能是使經(jīng)厭氧消化后的廢水中的厭氧菌失活，然后經(jīng)過(guò)第一級沉淀使大部分失活的菌體沉淀并回流至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行重新消化，此階段要求曝氣氣泡細膩均勻、廢水中的溶氧量在1.8mg/L 以上。第二級、第三級曝氣連續布置，其主要功能為使經(jīng)過(guò)第一級沉淀后廢水中的好氧菌迅速增長(cháng)并消化大部分廢水中的COD，此過(guò)程要求曝氣氣泡細膩均勻、廢水中的溶氧量在2.0 mg/L 以上。在第二級、第三級曝氣池中，要求曝氣頭布置均勻、穩定。
后續第二級、第三級沉淀需不定期對其沉淀下來(lái)的好氧污泥進(jìn)行處理，方法為回流至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行二次消化�；亓鞯念l率根據實(shí)際運行效果而定，根據本項目經(jīng)驗，第二級沉淀池出水COD 一般穩定在250 mg/L 左右，當此環(huán)節出水COD 超過(guò)300mg/L 或明顯有絮狀污泥上浮時(shí)，即要及時(shí)開(kāi)啟此環(huán)節的污泥回流系統；而第三級沉淀池的出水COD正常情況下可控制在100 mg/L 以?xún)�，當日常監測發(fā)現出水COD 有明顯上升趨勢而第二級沉淀池出水又無(wú)異常時(shí)，則要進(jìn)行第三級沉淀池的回流工作。
4 沼氣產(chǎn)量及經(jīng)濟效益分析
沼氣輸送管道上加裝沼氣流量計，可以方便的記錄檢測沼氣的產(chǎn)生速度，也更加有助于厭氧罐內的發(fā)酵狀態(tài)。經(jīng)測算，每24 小時(shí)消化酒糟水90m3，折算后，即清除COD3 700 kg/d，可以產(chǎn)生沼氣3 500 m3。采用目前行業(yè)內比較先進(jìn)的雙膜儲氣柜進(jìn)行暫儲緩沖，然后引至鍋爐燃燒，即可節約3.5 t/d 原煤，每年即可節約近千噸原煤，價(jià)值近百萬(wàn)元，足以補貼本項目運行過(guò)程中的電耗費用、設備維護費用、人工費用等。同時(shí)，這其中節能降耗產(chǎn)生的生態(tài)效益更值得肯定。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結論
米酒糟廢水為高濃度有機廢水，無(wú)毒有害，其BOD5/COD 很高，適宜采用UASB 厭氧- 好氧處理工藝。米酒糟廢水及其他生產(chǎn)廢水、生活污水等經(jīng)UASB 工藝處理后，達到了國家一級達標排放。并且通過(guò)成本核算，本項目運行過(guò)程中還可以達到盈利狀態(tài)（產(chǎn)生沼氣價(jià)值大于項目運行成本），這在一般生產(chǎn)型企業(yè)進(jìn)行廢水處理環(huán)節中所不多見(jiàn)的。所以，立足現實(shí)，采用厭氧消化和好氧曝氣兩步法處理生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的米酒糟廢水、生活污水等，實(shí)踐證明，該項目運行效果良好，徹底解決了企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中遇到的排污瓶頸問(wèn)題。同時(shí)，給行業(yè)內的相關(guān)企業(yè)提供積極的借鑒意義。
