有效复合微生物技术治理糖厂酒精混合废水的新尝试
梁近光 钟阳 黄增贤
广西必佳微生物工程有限责任公司，广西530022
摘要 运用有效复合微生物处理糖厂酒精混合废水，具有投入少，运行费用低、处理水质可达排放要求的优点，关键处理工艺BC反应塘的生化反应启动快，停留时间短(7天)，运行稳定，经处理后出水可用于农业灌溉、安全无毒、增加肥效，可实现糖厂酒精工业废水无害化和资源化的目标。
关键词 有效复合微生物群 糖厂酒精混合废水 BC反应塘 农灌
前 言
蔗糖产业是广西国民经济中的重要支柱产业。广西现有糖厂一百多家，其中绝大多数设有糖蜜酒精生产装置。每年可向市场提供200万吨蔗糖和15万吨的糖蜜酒精，同时也向外排放高浓度有机废水近4000万吨。寻求治理糖厂废水的可行性技术，已成为多年来环保专家与糖厂必须共同解决的问题。现行的治污方法中，厂家多采用厌氧消化法、蒸发浓缩法、自然氧化法、农灌法等。
经广西环保局同意，1997年9月，我们将研究了近四年时间的有效复合微生物应用技术运用于广西柳兴实业开发总公司新兴糖厂酒精混合废水的治理上(1)。经过两个榨季的运转，经广西区环境监测中心站、柳州市环境监测站的跟踪监测，确认该技术处理效率高、效果好(2)，成功地完成了该技术继治理木薯淀粉酒精废水后又一治理高浓度工业有机废液的新尝试。
1 有效复合微生物技术(简称GXEM技术)简介
GXEM技术是广西必佳微生物工程有限责任公司在引进日本EM(英语Effective Microorganisms的缩语)技术的基础上，经过逐渐消化、吸收，并加以改进使之成为具有自己特色的微生物应用技术。
EM是日本琉球大学农业部比嘉照夫教授开发出来的新型复合微生物菌剂(3)。
EM技术自1991年被引进我国，最初主要在农业上作推广应用实验。1994年，由广西必佳微生物工程有限责任公司引进广西后，主要用于治理有机污水的应用研究。1997年7月，在处理广西明阳淀粉化工总厂木薯淀粉酒精废水的试验和运行中获得成功，通过了广西科委鉴定(4)。1999年5月通过了广西环保局组织的建设项目环保工程竣工验收(5)。1998年11月，南宁市南湖富营养化水体(低浓度污染水体)净化中试也取得较理想的结果，通过了南宁市科委鉴定(6)。
2 工 程 实 例
2.1 新兴糖厂简介
新兴糖厂是广西柳兴实业开发总公司下属的一个龙头企业，是一家日榨甘蔗量为5000吨、年产4500吨酒精的大型糖厂，位于柳州市的南大门，南柳高速公路和柳石路交汇处附近，周围有白莲洞等名胜风景区和飞机场，是柳州市的一个窗口企业。蔗糖业的发展带动了糖厂附近的蔗农种蔗致富，是工业、农业的重要支柱。
新兴糖厂日排混合废水11000m3，原污水处理系统为氧化塘系统，废水出厂后，进入沉渣池，再经过排污渠流入9公里外的容积为32万m3白坟水库贮存并进行自然氧化，工艺流程见图1。
(备注: 98/99榨季新兴糖厂的日榨甘蔗量已达7000吨，日产34吨酒精，日排混合废水约14000m3。)
该污水处理系统各构筑物的容量见表2-1。
糖厂污水主要污染物及产生量见表2-2。
污水名称 pH SS(mg/L) CODcr(mg/L) BOD5(mg/L) m3/h 制糖生产线污水 7.21 890 1530 734 272 锅炉冲灰水 7.63 1228 1788 769 278 酒精车间废水 3.7 416 120000 60000 18 (以上数据由新兴糖厂提供)
由于自然氧化塘处理高浓度工业有机废水所需时间长(一般为24个月左右)，也很难达排放标准，在自然氧化过程还产生大量的恶臭气体，为此，污水污染河道及地下河的事故很难避免。未达灌溉标准的废水流经蔗地，常将甘蔗苗烧死，给糖厂周围环境和农业生产造成极大的影响，也制约了糖厂生产的发展。
随着环保意识的提高，糖厂方面也在积极地寻找有效治理环保问题，解决糖业发展与农业发展、环境保护三大矛盾的途径，更好地促进糖厂的发展。GXEM技术在治理明阳淀粉厂木薯淀粉酒精废水取得的成功经验，给新兴糖厂的治污方案提供了新的思路。
2.2 GXEM技术处理混合废水的原理
GXEM技术治理高浓度工业有机废水，主要是利用GXEM技术中特殊的微生物培养方法，即把各种具有不同性质和作用的嫌气性和好气性等多种微生物(主要是乳酸菌类、光合菌类、酵母类、发酵丝状菌类、革兰氏阳性放线菌类等)在同一液体中以活性状态共同存在的培养方法，结合不同的处理条件和装置，把预先培养好的复合菌以不同方式加入处理的水体中，这些多效有益的微生物群在水体中形成优势种后在厌氧条件下能抑制废水的腐败分解，并能利用厌氧细菌分解出来的硫化物、尸胺、腐胺等，从而在治理过程能抑制环境恶臭的产生。同时，由于水体在短时间内能迅速获得较高密度的以光合细菌、乳酸菌、放线菌类等为主的复合菌群，这些复合菌群能迅速分解高浓度的有机质，缩短氧化所需的时间，提高处理效率。
2.3 设计的处理效果
2.3.1 冷却循环水处理后，可减少水管水垢生成。
2.3.2 混合废水处理后水质达到GB8978-1996《污水综合排放标准》[白坟水库(氧化塘)贮存水]。
2.3.3 农业用水符合GB5084-92《农田灌溉水标准》。
2.3.4 处理后的废渣进行综合利用。
2.3.5 处理过程中，不产生恶臭气，使周围环境的空气不受影响。
2.4 实 验 时 间
第一运行阶段 (97.11～98.5 )。
第二运行阶段 (98.11～99.5 )。
2.5 实 验 规 模
第一运行阶段处理量: 13632m3/d(包括压榨制炼冷却水)；CODcr: 5950mg/L，BOD5: 3365mg/L；SS: 1608mg/L。
第二运行阶段处理量: 13872m3/d；CODcr: 9508mg/L；BOD5: 4754mg/L，SS: 1554mg/L。
2.6 实 验 方 法
2.6.1 选择最佳有效复合菌培养方法；选择最佳的投放点、投放方式和浓度。
2.6.2 构建BC反应塘，观察BC反应塘的关键控制因子。
2.6.3 加快氧化塘(白坟水库)静态处理时间的方法。
2.6.4 试验技术处理后的废水用于农业灌溉的可行性及其效果。
2.7 工艺参数设计
各级处理工序效率设计表见表2-3。
2.7.1 CODcr负荷为9-17kg/m3·d。
2.7.2 进水CODcr浓度为6000～12000mg/L。
2.7.3 总去除率为96%。
2.8 监 测 方 法
定员定时定点采瞬时样，分析方法按国家环保总局颁布的《水和废水监测分析方法》标准方法执行。
2.9 工 艺 流 程
2.9.1 第一运行阶段
第一运行阶段工艺流程图如图2，将酒精废液、锅炉冲灰水二股废水经混合后一起进入BC反应塘，混合后的废水CODcr在10644mg/L左右，经BC反应塘处理后，被迅速分解，变成低浓度的有机废水(CODcr: 4389mg/L左右)进入干渠，边沿干渠农灌，边与压榨制炼废水一道汇入白坟水库(氧化塘)，继续氧化分解或用于农灌。
2.9.2 第二运行阶段
第二运行阶段工艺流程图如图3，在第一运行阶段的基础上，增加二级BC反应塘，增加废水的停留时间，在一级和二级BC反应塘之间设置回流管，使BC反应塘保持较高密度的菌体，并可减少GXEM菌液的投放量。在二级BC反应塘污水出口设置表曝机，强化好氧处理，进一步提高去除效率。同时，在干渠内设置了挂膜装置，将干渠改造为生物膜处理区，以提高低浓度段废水的处理效率。
冷却循环水处理流程如图4。
2.10 运 行 结 果
2.10.1 混合废水处理结果
第一阶段运行结果见表2-4和表2-5，混合废水在BC反应塘中实际停留10小时，CODcr从10644mg/L降至4389mg/L，去除率达58.8%，见表2-5。再经干渠的动态处理，CODcr从4389mg/L降至1268mg/L，去除率达71.1%，再经白坟水库继续氧化45天，可达灌溉标准，98/99榨季开榨前白坟水库存水基本达到污水一级排放标准，见表2-5。
项 目
名 称 CODcr(mg/L) 去除率(%) BOD5(mg/L) 去除率(%) BC反应塘入口均值 10644 6035 BC反应塘出口均值 4389 58.7 2279 62.2 总排口均值 5950 3365 白坟水库入口均值 1268 78.7 615 81.7 白坟水库出口均值 884 85.1 407 87.9
注:总排口均值是酒精废液、锅炉冲灰水与制塘废水混合后的加权平均浓度值。
表2-5 白坟水库(氧化塘)静态处理各项指标变化情况
第二阶段运行结果见表2-6，本阶段增设一个串联的BC反应塘，延长停留时间120小时，CODcr从9508mg/L降至2136mg/L，去除率为78%；在生物膜处理区中，CODcr从2136mg/L降至758.7mg/L，去除率为64.5%；混合废水在动态下总去除率为92% 。进入白坟水库静态氧化，经过一个月时间，可达到农灌标准。
反应塘进水口 进水范围 4.7-7.1 6138-16850 136 78 均 值 6.1 9508 2# BC
反应塘出水口 出水范围 6.9-7.6 1584-2756 均 值 7.4 2136 生物膜处理区
出水口 出水范围 7.8-8.3 458.5-947.4 170 92 均 值 8.0 758.7 白坟水库静态处理一个月 8.1 308 37天 97
2.10.2 循环水的处理效果
循环水的处理结果见表2-7，循环水池共有6个，供冷却水循环使用。因从制糖浓缩结晶工段带入大量的蔗汁，使冷却水处于富营养状态，导致藻类等水生浮游生物的生长繁殖，使循环冷却水因藻体死亡而发黑发臭，，同时，藻体及浮游生物随冷却水进入糖厂设备的冷却管道里，附着在换热管壁上，从而降低了换热管件的换热系数，使能耗增加，更有甚者堵塞管道导致停产检修。往年，工厂每年都需要投加500吨的石灰用于处理循环水，以抑制藻类的生长及其带来的一系列影响，但无法消除臭味。自97年11月开始，使用GXEM处理循环水以后，其BOD5、 CODcr都比往年有所降低，最主要的是藻类受到抑制，水质及空气质量均得到改善，在98年检修中发现，换热管结垢明显减少，设备检修量大幅度降低。往年光是投加石灰一项就要花去工厂10万余元，而用GXEM技术只需投入3万元，大大降低了成本，且取得环境与经济的双重效益。
2.10.3 厂区空气环境的治理效果
在运用GXEM技术以前，每到榨季，由于污水的有机质浓度高，极易腐败发臭，在废水流经之处，是臭气冲天，常常困扰附近居民的正常生活，厂区内的循环水池，每当水质恶化时，难以抑制恶臭的产生，严重影响工人的工作和生活。从97年11月榨季开始使用GXEM技术治理废水及循环水池后，厂区周围的臭味得到控制，空气质量得到改善，除臭效果十分明显。
2.10.4 处理后废水的农灌效果
由于白坟水库(氧化塘)库容有限，一般废水在进入白坟水库贮存前部分废水即用于农灌，以解决该地区的严重缺水问题。往年，农民们是在迫不得已的情况下在干渠下游适当引水灌溉。98年种蔗季节，部分农民引用了处理后的糖厂废水，发现蔗苗长势较良好，非但不象往年有烧苗现象，反而出现了苗多、苗旺的好现象。
98年6-8月，我们用处理至CODcr在600-800mg/L左右未达农灌标准的废水进行了专题的灌溉试验，累计灌溉718亩蔗地。观察数据见表2-8。
年限 品 种 亩基本苗数(株/亩) 平均株高(厘米) 备 注 处理 对照 处理 对照 龙骨沟 杨元新 3 新台糖1号 9467 6844 155.1 144.8 出苗30cm后灌 三千二 覃建纯 3 F172 12133 8800 185.3 154.9 出苗前灌 三千二 覃思远 1 新台糖10号 8200 8467 130.1 108.4 种后灌 都 乐 雷洪邱 1 新台糖1号 8833 9733 125.1 98.8 种后灌
注: 1、对照和处理为同田块，肥水基本一致。
2、基本苗每处理分二点，品字形，共调查30米。
3、株高，每处理、对照定株10株进行调查。
4、调查日期:1998年7月12日。
5、调查地点:新兴农场第一工区。
调查结果表明，因GXEM菌的作用，使经GXEM技术处理后的废水有良好的农灌效果，为实现糖厂废水、废渣资源化的研究课题提供了新的线索。
为了进一步对处理过的高浓度有机废水的综合利用作出正确评价，使有限的水资源得到充分利用，中山大学、广西必佳微生物工程有限责任公司、柳兴实业开发总公司、明阳农场联合组成课题攻关小组，研究高浓度有机废水的无害化和资源化课题，这项课题已被国家科技部列入国家“九五”科技攻关项目(7)。目前，课题组已于1999年1月在新兴糖厂开始进行有关试验，预计在今年底可完成第一阶段的试验。这项研究课题不仅可以进一步完善GXEM技术高浓度有机废水处理系统，而且也为新兴糖厂的可持续发展提供了技术上的保障。
2.10.5 运 行 费 用
日运行费用为9000元，以14000m3/天计，每m3污水处理费用为9000÷14000＝0.643元。
3 结 果 与 讨 论
3.1 工程投资少，运行费用低
GXEM技术与其他处理方法投资比较见表3-1。在对新兴糖厂进行治污改造过程中关键的处理工序是BC反应塘，糖厂一般都配备有相应的调节池、沉渣池，、氧化塘等设施，这些都可以因地制宜地加以利用，改建成BC反应塘。因此，使得整个工程造价低，新兴糖厂应用GXEM技术新增设备土建投资合计为99.47万元，按日处理14000m3计，吨水投入为71.1元，运行费用为9000元/d，以14000m3/d计，每m3混合废水处理费用为0.643元。
在一般厌氧消化反应器中，由于厌氧消化需要一定的停留时间(40-47天)，因此在建筑物方面要考虑工程造价多采取清浊分流的方法，集中处理纯酒精废液，每日处理量仅为200吨左右，CODcr负荷为6kg/m3.d。虽然厌氧消化装置的处理效率高达80%—90%，但由于进水CODcr浓度高达12万～14万mg/L，处理后出水仍有2万～3万mg/L，运行费用为8～10元/m3。
GXEM技术采用先混合后处理的方法，可降低治理的成本。由表2-2可以看出糖厂酒精混合废水的组成主要由制糖废水、锅炉冲灰水和酒精废液组成，其CODcr分别为1530mg/L、1788mg/L和120000mg/L，混合后废水的CODcr范围在: 12000～16000mg/L，大大降低了处理难度和处理成本。
3.2 BC反应塘处理效率高、效果好
GXEM技术的关键工序是BC反应塘。在97/98榨季，BC反应塘为敞开式厌氧反应塘，由原1万m3的沉渣池改建而成。设计废水在BC反应塘停留时间为22小时，由于沉渣的作用，使该反应塘体积缩小为0.4万m3。废水的实际停留时间仅为10小时，但去除效率达50%以上(见表2-4)。
98/99榨季采用串联式BC反应塘，使污水停留时间延长至136小时，去除效率可达78% 。经生物膜处理区后到达白坟水库时，CODcr维持在458～947mg/L的水平。降低白坟水库的处理压力，同时也可使水质尽快地达到农用标准，以便于农业灌溉之需。
事实证明，由于废水中携带有GXEM菌群的作用，在土壤中可以继续降解有机质，成为很好的菌肥。废水经BC反应塘出口后，在干渠的沿途灌溉中，甘蔗长势良好。由表2-8的调查中可知，经GXEM技术处理的的废水可提前用于灌溉旱地作物，且安全无毒，能增加肥效，即仅用170个小时(7天时间)，整个处理系统即可达到预计的处理效果，具有处理效率高、处理效果好的优点。
3.3 BC反应塘反应启动快、运行稳定
BC反应塘的构建工作一般在榨季开始前30-40天进行，在塘内预先铺设不同材质的固体GXEM，榨季开始后即可运行，一般废水停留7天后即可达到13kg/m3.d以上的运行负荷，反应启动快，运行较稳定，负荷高。
3.4 BC反应塘作用机理的探讨
从97/98榨季和98/99榨季两个运行阶段来看，BC反应塘是GXEM技术的关键工艺。其CODcr的负荷为9-17kg/m3.d，处理水量负荷为14000m3/d。BC厌氧反应操作简单，可控性好，不受pH值的严格限制，不需事先控制SO42-浓度。BC反应塘虽然是敞开式厌氧反应塘，但在处理过程中没有恶臭产生，其机理初步探讨为:
在厌氧塘中因没有溶解氧，SO42-被硫化细菌还原为硫化物，导致产生刺激性的硫化氢臭味。由于GXEM菌中富含光合细菌及其它有益菌可将细菌还原的硫化物等恶臭物作为合成的物质加以利用，消除了一般糖厂污水处理过程中产生的臭味。SO42-是沼气发酵的限制因子，而在GXEM菌的作用下，BC反应塘的厌氧反应能照常运行，而不易形成酸化现象，不需事先控制SO42-浓度。
同理，由于GXEM菌群的作用，使水体中的反应有较大的缓冲作用和自我调节作用，因此对pH的调节没有很严格的要求。为了使反应较好地进行，一般pH调节范围在5.3-6.5左右。
4 结 语
综上所述，GXEM技术应用于糖厂混合废水的治理，具有投入少、运行费用低、反应启动快、停留时间短、技术操作简单、处理效率高、运行效果好、处理过程无恶臭产生，处理后出水及塘泥废渣可综合利用，实现废物资源化的目标等优点，为综合治理治理糖厂混合废水提供新思路。
勿须讳言，本方法存着需要场地比较大，处理时间比较长的问题，给推广应用造成某些局限，此外，用大量的锅炉冲灰水与酒精废液混合实际上也不是很好的做法，GXEM技术必须在设备化方面加以完善，以便拓宽其应用领域，目前我们正在有关方面完善研究，以期不久将来以不同方式面世。
参 考 文 献
1 《关于柳兴实业总公司糖厂变更酒精废液治理方案报告的函复》桂环管函[1997]29号、桂环管函[1998]23号。
2 《广西柳兴实业开发总公司糖厂应用EM技术进行废水治理试验效果专题评价报告》1998年6月、广西柳州市环境保护监测站。《建设项目环境保护设施竣工验收监测报告》桂站环监字(1999)第003号。
3 (日)《现代基础知识》自由国民社出版。
4 《科学技术成果鉴定证书》桂科鉴[1997]第101号。
5 《建设项目环境保护设施竣工验收监测报告》桂站环监字(1999)第001号。
6 《鉴定意见》EM技术治理南湖项目鉴定专家组。
7 《国家重点科技项目(攻关)专题合同》中国科学技术部制，1998 年6月。
8 《氧化塘污水处理》国家环保局科技标准司出版，1991年。
9 《光合细菌及其应用》中国农业科技出版社，1991年12月。
10 《城市污水稳定塘设计手册》“七五”国家重点科技攻关项目成果，1986-1990。
第一作者 梁近光，男，1951年11月生，广西必佳微生物工程有限责任公司，董事长，副译审，广西南宁市青山路18号青秀山庄D7栋，邮编：530021，电话：0771-5305583。
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