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环保设备/水处理设备 |
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膜生物反应器净化酿酒厂污水 |
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作者：Wehrle Environmental Tony Robinson 来源：Ringer |
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Chivas兄弟公司的Glenallachie酿酒厂位于苏格兰东北部Aberlour地区附近，该厂安装了一套全新的污水处理设施。2008年年底，该酿酒厂选用了Wehrle环境公司研制的一套系统，它是一套采用错流超滤技术的先进的膜生物反应器处理系统。
酿酒厂废水的有效处理一直非常重要，特别是在要求去除铜的地区。许多酿酒厂采用陈旧的技术进行处理，而有些酒厂只做有限的处理。好氧、厌氧和膜工艺等新型处理技术在这一行业的应用开始增加。
Wehrle提出了一种膜生物反应器（MBR）工艺，能够设计出与酿酒厂的全新预处理设备完全集成的系统。与过去的生物过滤工艺相比，错流MBR工艺具有许多独特的优点，其中包括处理性能的可靠和提高，这确保了良好的出水水质。与原有技术相比，Glenallachie新的污水处理系统占地面积小，污泥产量少，而且环境影响也小。主要的工艺设备安装在Glenallachie酿酒厂现有的厂房内，该厂房外有两个标准的生物反应器。该项目的工艺流程图如图1所示。
图1. 工艺流程图
大规模的现场中试试验已于2007年完成。试验旨在研究酿酒污水环境下的MBR的性能（包括预先除铜和无预先除铜两种情况），以及MBR对突加载荷的反应，包括突增10%的酒糟。这有助于确定最佳的生物处理设备和膜的选择。
酿酒厂的全部废液首先被收集在三个独立的储槽中，然后由Wehrles的两级串联式MBR系统进行处理。冷凝污水先经环绕四周的冲洗水稀释，然后进入混合槽。二级蒸馏得到的废酒糟也进入混合槽，然后使用苛性钾（18%的石灰液）或苛性碱调节混合废液的pH值，最后才由MBR系统来处理。由于采用了二级串联式好氧系统，该工艺不怕铜的流入，还能生物降解废液内的大部分有机负荷物、化学制剂和细小固体颗粒，使其达到适合由超滤系统进行膜分离的水平。控制每个生物反应器内的pH值，以便使流入的铜保持在相对惰性不溶状态或者‘合成’状态。超滤系统将混入的活性污泥分离成两部分，一部分是浓缩水流，它返回第一个生物反应器接受后续再处理，另一部分是透过水流，其溶质和固体含量极低。铜被有效地保留在生物质内。处理后的水达到了苏格兰环境保护署（SEPA）要求的出水水质要求，被排放到当地河道内。
Glenallachie酿酒厂的废液处理设施建于1967年，需要进行重大升级，因此工厂决定安装全新的设备。这些设备包括一台新的转鼓过滤器、收集各种废液流的成套存储槽，以及用于调节pH值的混合槽。Glenallachie现有的除铜工艺（基于pH值调整和微过滤技术）需要在今后进行再次检查。工厂内的废液被分离成上述的三种液流，分别进入三个存储槽，即120 m3的污水冷凝槽，65 m3的废酒糟槽和65 m3的冲洗水槽。这些存储槽由Chivas兄弟公司提供并安装。每个水槽内都含有搅拌器。生产现场的工作人员利用现有的自动化数据采集与监控（SCADA）系统监视槽内的液位。
三个存储槽系统具有足够的缓冲容量，能为后续的pH值调整和生物处理工艺稳定供应废液。废酒糟的平均流速为1.5 m3/h，冷凝污水的流速为3.0 m3/h，冲洗水的流速为1.5 m3/h。冷凝污水在流动过程中经冲洗水稀释，然后在混合槽内与废酒糟混合在一起。混合槽内加入苛性钾，增大了pH值，并为混合废液提供了缓冲溶液，使其达到最佳pH值9.0。混合污水采用滤式过滤器进行粗滤，然后泵送至MBR进行后续的生物处理。
MBR进行高效的废水处理的关键是，针对每一种特定的工况和应用选择并设计合适的薄膜和生物反应器。Wehrle根据特定的需求确定了合适的薄膜孔径，以达到所需的化学、生物和固体去除效率，并确保薄膜适合废液的特性，如pH值或化学腐蚀性。生物反应器的设计也很重要，特别是对于污水中含有顽固的（较高的）COD和潜在的抑制性成分，例如Glenallachie酿酒厂废液中的铜。全面的中试试验保证了最合适的薄膜的选用和生物处理参数的优化，从而确保达到了Chivas 兄弟公司的要求。只有在进行这些试验之后，才能确定最终的设计方案。
Glenallachie的MBR设备要处理144 m3/天的混合废液。生物处理阶段的设计旨在用两个生物反应器处理3000 mg/l的COD入水。混合槽的液流经过800 祄的不锈钢篮式过滤器后，进入1号生物反应器，通过微生物代谢和消化作用减少降低COD。
进一步的“精滤”处理在2号生物反应器内进行，其中具备优化的pH值和好氧条件，从而保证最终的透过液水质的稳定，其中的BOD、COD和铜的含量都较低。生物反应器工作以串联模式运行，以两级渐进方式去除COD，这对于去除酿酒废液中的COD和铜非常有效。如有必要，需向每一个生物反应器内定量投加苛性钾，以便将连续监测的pH值控制在8.0-8.5，有效地使污泥中的铜维持在安全的微粒形态。
生物处理过程中所需的氧气由鼓风机提供，它向安装在每个生物反应器内的文丘里射流曝气机供应空气。从混合槽泵送出来的液流与来自超滤系统的浓缩流混合在一起，然后一同进入安装在1号生物反应器底部的曝气机。回路系统借助射流泵使活性污泥在2号生物反应器底部的曝气机内循环。射流喷射系统的使用确保了槽内的有效通风，且维护工作最少，还保证生物反应器内的物质完全混合。活性污泥中的溶解氧的连续监测，和鼓风机的变频控制，使得两个生物反应器内的活性污泥生态系统保持了最佳的好氧环境，同时达到最小的能耗。
MBR生物反应器内的生物质浓度是传统活性污泥处理设备内的四倍以上，混合液污泥（MLSS）浓度通常在15 -20 g/l的范围内。相对较高的生物质浓度减少了污水处理量，从而减小了存储槽的容量、系统占地面积和视觉影响。定期从生物反应器内去除一部分活性污泥，可以延长MLSS和MBR的污泥泥龄。拖拉机偶尔会运走5-15 m3 的污泥，被当地农民用作肥料。
活性污泥的分离在一个高效的超滤系统中进行，该系统可以截留大于0.02 祄的固体和分子。再循环的活性污泥会进入一个不锈钢集流系统，该系统为一台专用的不锈钢循环泵和六个膜组件输送液流。膜最初安装在六个组件中的其中四个内。另外两个闲置的膜组件可根据需要在日后将系统处理能力提升50%。除此之外，预留的空间和系统的设计允许再安装一个额外的完超滤系统，满足酒厂未来扩大威士忌产量时的需求。
在中试试验之后，Wehrle选择了错流式管状超滤膜作为最有效的解决方案。将活性污泥沿着薄膜表面高速泵送，确保足够的紊流，可以使膜的污染减至最低，并提高清洗效果。透过液透过膜壁从活性污泥中被去除，膜壁是一个绝对的屏障，使得MBR透过液中无细菌和悬浮颗粒。
透过液的产量是各种参数的函数，这些参数包括系统压力和活性污泥流速。透过液产量被称作膜通量。通量可以衡量每单位膜面积上透过液的流速，单位为l/m2h。在Glenallachie酒厂内，超滤膜通量很高（至少100 l/m2h）。通量越高，需要的膜面积越少，而且系统更紧凑、更经济。通过测定通量水平，可以比较同类膜系统，确定相关的运行和投资费用。
因为Wehrle还提供低能耗气提式错流MBR技术，所以能够在中试阶段选择出最有效的膜，并根据准确的通量值选择最经济的超滤工艺设计方案。这使得膜分离系统的成本和数量降到了最低。
MBR透过液可以直接排放到当地水道内，而无需任何进一步的处理。使用MBR系统能够很容易地达到CAR的许可参数：BOD 20 mg/l，固体悬浮物50 mg/l，铜330 礸/l。超滤膜组件由收集在冲洗槽内的透过液每周自动冲洗一次。偶尔，还使用酸性和腐蚀性溶液进行化学CIP清洗。超滤组件通常每6-8周进行一次CIP清洗，过程简单而且仅需少量的清洗剂，还可以在停工期间自动进行。
MBR系统使用Chivas提供的符合Wehrle功能设计规范的可编程逻辑控制器（PLC）实现了自动化控制，酿酒厂的SCADA系统用来启动/停止系统、调整工作参数和监控性能趋势；在工艺关键点测定压力、流量和工艺参数（比如pH值和溶解氧水平），并将数据传回PLC。PLC可以自动控制常规工艺操作的所有方面，向SCADA系统提供警报，以便设备操作人员采取适当的措施。
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(投稿)
(8/6/2010) |
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