有效復合微生物技術治理糖廠酒精混合廢水的新嘗試
梁近光 鐘陽 黃增賢
廣西必佳微生物工程有限責任公司，廣西530022
摘要 運用有效復合微生物處理糖廠酒精混合廢水，具有投入少，運行費用低、處理水質可達排放要求的優點，關鍵處理工藝BC反應塘的生化反應啟動快，停留時間短(7天)，運行穩定，經處理后出水可用于農業灌溉、安全無毒、增加肥效，可實現糖廠酒精工業廢水無害化和資源化的目標。
關鍵詞 有效復合微生物群 糖廠酒精混合廢水 BC反應塘 農灌
前 言
蔗糖產業是廣西國民經濟中的重要支柱產業。廣西現有糖廠一百多家，其中絕大多數設有糖蜜酒精生產裝置。每年可向市場提供200萬噸蔗糖和15萬噸的糖蜜酒精，同時也向外排放高濃度有機廢水近4000萬噸。尋求治理糖廠廢水的可行性技術，已成為多年來環保專家與糖廠必須共同解決的問題?，F行的治污方法中，廠家多采用厭氧消化法、蒸發濃縮法、自然氧化法、農灌法等。
經廣西環保局同意，1997年9月，我們將研究了近四年時間的有效復合微生物應用技術運用于廣西柳興實業開發總公司新興糖廠酒精混合廢水的治理上(1)。經過兩個榨季的運轉，經廣西區環境監測中心站、柳州市環境監測站的跟蹤監測，確認該技術處理效率高、效果好(2)，成功地完成了該技術繼治理木薯淀粉酒精廢水后又一治理高濃度工業有機廢液的新嘗試。
1 有效復合微生物技術(簡稱GXEM技術)簡介
GXEM技術是廣西必佳微生物工程有限責任公司在引進日本EM(英語Effective Microorganisms的縮語)技術的基礎上，經過逐漸消化、吸收，并加以改進使之成為具有自己特色的微生物應用技術。
EM是日本琉球大學農業部比嘉照夫教授開發出來的新型復合微生物菌劑(3)。
EM技術自1991年被引進我國，最初主要在農業上作推廣應用實驗。1994年，由廣西必佳微生物工程有限責任公司引進廣西后，主要用于治理有機污水的應用研究。1997年7月，在處理廣西明陽淀粉化工總廠木薯淀粉酒精廢水的試驗和運行中獲得成功，通過了廣西科委鑒定(4)。1999年5月通過了廣西環保局組織的建設項目環保工程竣工驗收(5)。1998年11月，南寧市南湖富營養化水體(低濃度污染水體)凈化中試也取得較理想的結果，通過了南寧市科委鑒定(6)。
2 工 程 實 例
2.1 新興糖廠簡介
新興糖廠是廣西柳興實業開發總公司下屬的一個龍頭企業，是一家日榨甘蔗量為5000噸、年產4500噸酒精的大型糖廠，位于柳州市的南大門，南柳高速公路和柳石路交匯處附近，周圍有白蓮洞等名勝風景區和飛機場，是柳州市的一個窗口企業。蔗糖業的發展帶動了糖廠附近的蔗農種蔗致富，是工業、農業的重要支柱。
新興糖廠日排混合廢水11000m3，原污水處理系統為氧化塘系統，廢水出廠后，進入沉渣池，再經過排污渠流入9公里外的容積為32萬m3白墳水庫貯存并進行自然氧化，工藝流程見圖1。
(備注: 98/99榨季新興糖廠的日榨甘蔗量已達7000噸，日產34噸酒精，日排混合廢水約14000m3。)
該污水處理系統各構筑物的容量見表2-1。
糖廠污水主要污染物及產生量見表2-2。
污水名稱 pH SS(mg/L) CODcr(mg/L) BOD5(mg/L) m3/h 制糖生產線污水 7.21 890 1530 734 272 鍋爐沖灰水 7.63 1228 1788 769 278 酒精車間廢水 3.7 416 120000 60000 18 (以上數據由新興糖廠提供)
由于自然氧化塘處理高濃度工業有機廢水所需時間長(一般為24個月左右)，也很難達排放標準，在自然氧化過程還產生大量的惡臭氣體，為此，污水污染河道及地下河的事故很難避免。未達灌溉標準的廢水流經蔗地，常將甘蔗苗燒死，給糖廠周圍環境和農業生產造成極大的影響，也制約了糖廠生產的發展。
隨著環保意識的提高，糖廠方面也在積極地尋找有效治理環保問題，解決糖業發展與農業發展、環境保護三大矛盾的途徑，更好地促進糖廠的發展。GXEM技術在治理明陽淀粉廠木薯淀粉酒精廢水取得的成功經驗，給新興糖廠的治污方案提供了新的思路。
2.2 GXEM技術處理混合廢水的原理
GXEM技術治理高濃度工業有機廢水，主要是利用GXEM技術中特殊的微生物培養方法，即把各種具有不同性質和作用的嫌氣性和好氣性等多種微生物(主要是乳酸菌類、光合菌類、酵母類、發酵絲狀菌類、革蘭氏陽性放線菌類等)在同一液體中以活性狀態共同存在的培養方法，結合不同的處理條件和裝置，把預先培養好的復合菌以不同方式加入處理的水體中，這些多效有益的微生物群在水體中形成優勢種后在厭氧條件下能抑制廢水的腐敗分解，并能利用厭氧細菌分解出來的硫化物、尸胺、腐胺等，從而在治理過程能抑制環境惡臭的產生。同時，由于水體在短時間內能迅速獲得較高密度的以光合細菌、乳酸菌、放線菌類等為主的復合菌群，這些復合菌群能迅速分解高濃度的有機質，縮短氧化所需的時間，提高處理效率。
2.3 設計的處理效果
2.3.1 冷卻循環水處理后，可減少水管水垢生成。
2.3.2 混合廢水處理后水質達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》[白墳水庫(氧化塘)貯存水]。
2.3.3 農業用水符合GB5084-92《農田灌溉水標準》。
2.3.4 處理后的廢渣進行綜合利用。
2.3.5 處理過程中，不產生惡臭氣，使周圍環境的空氣不受影響。
2.4 實 驗 時 間
第一運行階段 (97.11～98.5 )。
第二運行階段 (98.11～99.5 )。
2.5 實 驗 規 模
第一運行階段處理量: 13632m3/d(包括壓榨制煉冷卻水)；CODcr: 5950mg/L，BOD5: 3365mg/L；SS: 1608mg/L。
第二運行階段處理量: 13872m3/d；CODcr: 9508mg/L；BOD5: 4754mg/L，SS: 1554mg/L。
2.6 實 驗 方 法
2.6.1 選擇最佳有效復合菌培養方法；選擇最佳的投放點、投放方式和濃度。
2.6.2 構建BC反應塘，觀察BC反應塘的關鍵控制因子。
2.6.3 加快氧化塘(白墳水庫)靜態處理時間的方法。
2.6.4 試驗技術處理后的廢水用于農業灌溉的可行性及其效果。
2.7 工藝參數設計
各級處理工序效率設計表見表2-3。
2.7.1 CODcr負荷為9-17kg/m3·d。
2.7.2 進水CODcr濃度為6000～12000mg/L。
2.7.3 總去除率為96%。
2.8 監 測 方 法
定員定時定點采瞬時樣，分析方法按國家環保總局頒布的《水和廢水監測分析方法》標準方法執行。
2.9 工 藝 流 程
2.9.1 第一運行階段
第一運行階段工藝流程圖如圖2，將酒精廢液、鍋爐沖灰水二股廢水經混合后一起進入BC反應塘，混合后的廢水CODcr在10644mg/L左右，經BC反應塘處理后，被迅速分解，變成低濃度的有機廢水(CODcr: 4389mg/L左右)進入干渠，邊沿干渠農灌，邊與壓榨制煉廢水一道匯入白墳水庫(氧化塘)，繼續氧化分解或用于農灌。
2.9.2 第二運行階段
第二運行階段工藝流程圖如圖3，在第一運行階段的基礎上，增加二級BC反應塘，增加廢水的停留時間，在一級和二級BC反應塘之間設置回流管，使BC反應塘保持較高密度的菌體，并可減少GXEM菌液的投放量。在二級BC反應塘污水出口設置表曝機，強化好氧處理，進一步提高去除效率。同時，在干渠內設置了掛膜裝置，將干渠改造為生物膜處理區，以提高低濃度段廢水的處理效率。
冷卻循環水處理流程如圖4。
2.10 運 行 結 果
2.10.1 混合廢水處理結果
第一階段運行結果見表2-4和表2-5，混合廢水在BC反應塘中實際停留10小時，CODcr從10644mg/L降至4389mg/L，去除率達58.8%，見表2-5。再經干渠的動態處理，CODcr從4389mg/L降至1268mg/L，去除率達71.1%，再經白墳水庫繼續氧化45天，可達灌溉標準，98/99榨季開榨前白墳水庫存水基本達到污水一級排放標準，見表2-5。
項 目
名 稱 CODcr(mg/L) 去除率(%) BOD5(mg/L) 去除率(%) BC反應塘入口均值 10644 6035 BC反應塘出口均值 4389 58.7 2279 62.2 總排口均值 5950 3365 白墳水庫入口均值 1268 78.7 615 81.7 白墳水庫出口均值 884 85.1 407 87.9
注:總排口均值是酒精廢液、鍋爐沖灰水與制塘廢水混合后的加權平均濃度值。
表2-5 白墳水庫(氧化塘)靜態處理各項指標變化情況
第二階段運行結果見表2-6，本階段增設一個串聯的BC反應塘，延長停留時間120小時，CODcr從9508mg/L降至2136mg/L，去除率為78%；在生物膜處理區中，CODcr從2136mg/L降至758.7mg/L，去除率為64.5%；混合廢水在動態下總去除率為92% 。進入白墳水庫靜態氧化，經過一個月時間，可達到農灌標準。
反應塘進水口 進水范圍 4.7-7.1 6138-16850 136 78 均 值 6.1 9508 2# BC
反應塘出水口 出水范圍 6.9-7.6 1584-2756 均 值 7.4 2136 生物膜處理區
出水口 出水范圍 7.8-8.3 458.5-947.4 170 92 均 值 8.0 758.7 白墳水庫靜態處理一個月 8.1 308 37天 97
2.10.2 循環水的處理效果
循環水的處理結果見表2-7，循環水池共有6個，供冷卻水循環使用。因從制糖濃縮結晶工段帶入大量的蔗汁，使冷卻水處于富營養狀態，導致藻類等水生浮游生物的生長繁殖，使循環冷卻水因藻體死亡而發黑發臭，，同時，藻體及浮游生物隨冷卻水進入糖廠設備的冷卻管道里，附著在換熱管壁上，從而降低了換熱管件的換熱系數，使能耗增加，更有甚者堵塞管道導致停產檢修。往年，工廠每年都需要投加500噸的石灰用于處理循環水，以抑制藻類的生長及其帶來的一系列影響，但無法消除臭味。自97年11月開始，使用GXEM處理循環水以后，其BOD5、 CODcr都比往年有所降低，最主要的是藻類受到抑制，水質及空氣質量均得到改善，在98年檢修中發現，換熱管結垢明顯減少，設備檢修量大幅度降低。往年光是投加石灰一項就要花去工廠10萬余元，而用GXEM技術只需投入3萬元，大大降低了成本，且取得環境與經濟的雙重效益。
2.10.3 廠區空氣環境的治理效果
在運用GXEM技術以前，每到榨季，由于污水的有機質濃度高，極易腐敗發臭，在廢水流經之處，是臭氣沖天，常常困擾附近居民的正常生活，廠區內的循環水池，每當水質惡化時，難以抑制惡臭的產生，嚴重影響工人的工作和生活。從97年11月榨季開始使用GXEM技術治理廢水及循環水池后，廠區周圍的臭味得到控制，空氣質量得到改善，除臭效果十分明顯。
2.10.4 處理后廢水的農灌效果
由于白墳水庫(氧化塘)庫容有限，一般廢水在進入白墳水庫貯存前部分廢水即用于農灌，以解決該地區的嚴重缺水問題。往年，農民們是在迫不得已的情況下在干渠下游適當引水灌溉。98年種蔗季節，部分農民引用了處理后的糖廠廢水，發現蔗苗長勢較良好，非但不象往年有燒苗現象，反而出現了苗多、苗旺的好現象。
98年6-8月，我們用處理至CODcr在600-800mg/L左右未達農灌標準的廢水進行了專題的灌溉試驗，累計灌溉718畝蔗地。觀察數據見表2-8。
年限 品 種 畝基本苗數(株/畝) 平均株高(厘米) 備 注 處理 對照 處理 對照 龍骨溝 楊元新 3 新臺糖1號 9467 6844 155.1 144.8 出苗30cm后灌 三千二 覃建純 3 F172 12133 8800 185.3 154.9 出苗前灌 三千二 覃思遠 1 新臺糖10號 8200 8467 130.1 108.4 種后灌 都 樂 雷洪邱 1 新臺糖1號 8833 9733 125.1 98.8 種后灌
注: 1、對照和處理為同田塊，肥水基本一致。
2、基本苗每處理分二點，品字形，共調查30米。
3、株高，每處理、對照定株10株進行調查。
4、調查日期:1998年7月12日。
5、調查地點:新興農場第一工區。
調查結果表明，因GXEM菌的作用，使經GXEM技術處理后的廢水有良好的農灌效果，為實現糖廠廢水、廢渣資源化的研究課題提供了新的線索。
為了進一步對處理過的高濃度有機廢水的綜合利用作出正確評價，使有限的水資源得到充分利用，中山大學、廣西必佳微生物工程有限責任公司、柳興實業開發總公司、明陽農場聯合組成課題攻關小組，研究高濃度有機廢水的無害化和資源化課題，這項課題已被國家科技部列入國家“九五”科技攻關項目(7)。目前，課題組已于1999年1月在新興糖廠開始進行有關試驗，預計在今年底可完成第一階段的試驗。這項研究課題不僅可以進一步完善GXEM技術高濃度有機廢水處理系統，而且也為新興糖廠的可持續發展提供了技術上的保障。
2.10.5 運 行 費 用
日運行費用為9000元，以14000m3/天計，每m3污水處理費用為9000÷14000＝0.643元。
3 結 果 與 討 論
3.1 工程投資少，運行費用低
GXEM技術與其他處理方法投資比較見表3-1。在對新興糖廠進行治污改造過程中關鍵的處理工序是BC反應塘，糖廠一般都配備有相應的調節池、沉渣池，、氧化塘等設施，這些都可以因地制宜地加以利用，改建成BC反應塘。因此，使得整個工程造價低，新興糖廠應用GXEM技術新增設備土建投資合計為99.47萬元，按日處理14000m3計，噸水投入為71.1元，運行費用為9000元/d，以14000m3/d計，每m3混合廢水處理費用為0.643元。
在一般厭氧消化反應器中，由于厭氧消化需要一定的停留時間(40-47天)，因此在建筑物方面要考慮工程造價多采取清濁分流的方法，集中處理純酒精廢液，每日處理量僅為200噸左右，CODcr負荷為6kg/m3.d。雖然厭氧消化裝置的處理效率高達80%—90%，但由于進水CODcr濃度高達12萬～14萬mg/L，處理后出水仍有2萬～3萬mg/L，運行費用為8～10元/m3。
GXEM技術采用先混合后處理的方法，可降低治理的成本。由表2-2可以看出糖廠酒精混合廢水的組成主要由制糖廢水、鍋爐沖灰水和酒精廢液組成，其CODcr分別為1530mg/L、1788mg/L和120000mg/L，混合后廢水的CODcr范圍在: 12000～16000mg/L，大大降低了處理難度和處理成本。
3.2 BC反應塘處理效率高、效果好
GXEM技術的關鍵工序是BC反應塘。在97/98榨季，BC反應塘為敞開式厭氧反應塘，由原1萬m3的沉渣池改建而成。設計廢水在BC反應塘停留時間為22小時，由于沉渣的作用，使該反應塘體積縮小為0.4萬m3。廢水的實際停留時間僅為10小時，但去除效率達50%以上(見表2-4)。
98/99榨季采用串聯式BC反應塘，使污水停留時間延長至136小時，去除效率可達78% 。經生物膜處理區后到達白墳水庫時，CODcr維持在458～947mg/L的水平。降低白墳水庫的處理壓力，同時也可使水質盡快地達到農用標準，以便于農業灌溉之需。
事實證明，由于廢水中攜帶有GXEM菌群的作用，在土壤中可以繼續降解有機質，成為很好的菌肥。廢水經BC反應塘出口后，在干渠的沿途灌溉中，甘蔗長勢良好。由表2-8的調查中可知，經GXEM技術處理的的廢水可提前用于灌溉旱地作物，且安全無毒，能增加肥效，即僅用170個小時(7天時間)，整個處理系統即可達到預計的處理效果，具有處理效率高、處理效果好的優點。
3.3 BC反應塘反應啟動快、運行穩定
BC反應塘的構建工作一般在榨季開始前30-40天進行，在塘內預先鋪設不同材質的固體GXEM，榨季開始后即可運行，一般廢水停留7天后即可達到13kg/m3.d以上的運行負荷，反應啟動快，運行較穩定，負荷高。
3.4 BC反應塘作用機理的探討
從97/98榨季和98/99榨季兩個運行階段來看，BC反應塘是GXEM技術的關鍵工藝。其CODcr的負荷為9-17kg/m3.d，處理水量負荷為14000m3/d。BC厭氧反應操作簡單，可控性好，不受pH值的嚴格限制，不需事先控制SO42-濃度。BC反應塘雖然是敞開式厭氧反應塘，但在處理過程中沒有惡臭產生，其機理初步探討為:
在厭氧塘中因沒有溶解氧，SO42-被硫化細菌還原為硫化物，導致產生刺激性的硫化氫臭味。由于GXEM菌中富含光合細菌及其它有益菌可將細菌還原的硫化物等惡臭物作為合成的物質加以利用，消除了一般糖廠污水處理過程中產生的臭味。SO42-是沼氣發酵的限制因子，而在GXEM菌的作用下，BC反應塘的厭氧反應能照常運行，而不易形成酸化現象，不需事先控制SO42-濃度。
同理，由于GXEM菌群的作用，使水體中的反應有較大的緩沖作用和自我調節作用，因此對pH的調節沒有很嚴格的要求。為了使反應較好地進行，一般pH調節范圍在5.3-6.5左右。
4 結 語
綜上所述，GXEM技術應用于糖廠混合廢水的治理，具有投入少、運行費用低、反應啟動快、停留時間短、技術操作簡單、處理效率高、運行效果好、處理過程無惡臭產生，處理后出水及塘泥廢渣可綜合利用，實現廢物資源化的目標等優點，為綜合治理治理糖廠混合廢水提供新思路。
勿須諱言，本方法存著需要場地比較大，處理時間比較長的問題，給推廣應用造成某些局限，此外，用大量的鍋爐沖灰水與酒精廢液混合實際上也不是很好的做法，GXEM技術必須在設備化方面加以完善，以便拓寬其應用領域，目前我們正在有關方面完善研究，以期不久將來以不同方式面世。
參 考 文 獻
1 《關于柳興實業總公司糖廠變更酒精廢液治理方案報告的函復》桂環管函[1997]29號、桂環管函[1998]23號。
2 《廣西柳興實業開發總公司糖廠應用EM技術進行廢水治理試驗效果專題評價報告》1998年6月、廣西柳州市環境保護監測站。《建設項目環境保護設施竣工驗收監測報告》桂站環監字(1999)第003號。
3 (日)《現代基礎知識》自由國民社出版。
4 《科學技術成果鑒定證書》桂科鑒[1997]第101號。
5 《建設項目環境保護設施竣工驗收監測報告》桂站環監字(1999)第001號。
6 《鑒定意見》EM技術治理南湖項目鑒定專家組。
7 《國家重點科技項目(攻關)專題合同》中國科學技術部制，1998 年6月。
8 《氧化塘污水處理》國家環保局科技標準司出版，1991年。
9 《光合細菌及其應用》中國農業科技出版社，1991年12月。
10 《城市污水穩定塘設計手冊》“七五”國家重點科技攻關項目成果，1986-1990。
第一作者 梁近光，男，1951年11月生，廣西必佳微生物工程有限責任公司，董事長，副譯審，廣西南寧市青山路18號青秀山莊D7棟，郵編：530021，電話：0771-5305583。
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