1 概述
1.1 生产原料及其水质特征
采用液体发酵法生产酒精，其原料一般以薯干、木薯、玉米和高粱等为主。淮河流域地区的山东省和安徽省等以采用薯干为原料者居多。其生产过程中所产生的高浓度有机污水主要为酒精蒸馏塔的釜底残液，即酒精蒸馏塔所排出的酒精糟液。糟液的排出量一般为10～15m3/t酒精，其水质特征为（1）温度高，一般在70℃以上；（2）所含悬浮物浓度高，一般在3万mg/L 以上；（3）有机物（COD）浓度高，一般在4万mg/L～5万mg/L；（4）pH低，一般为4～5。因此是一种高温，高悬浮物的高浓度有机污水。
对于污水中溶解性的有机污染成分来说，薯干类污水主要以糖类和脂肪酸类化合物为主，玉米、高粱等污水中含有较多的蛋白质。前者容易进行厌氧沼气发酵处理，后者较难。
1.2 现有处理技术的缺陷
目前，在酒精糟液处理方面主要采取固体物（悬浮物）分离作饲料厌氧产沼气处理法。固体物分离采用离心机或沉淀过滤池，产沼气则采用全混式沼气发酵罐。由于投资和国产设备的性能所限，糟液中的固体物分离很低，残存在分离液中的悬浮物浓度仍在1万mg/L水平上，同时，这种老式的沼气发酵罐效率很低，体积很大，一般水力停留时间要在10天左右，而且要靠水泵循环进行搅拌动力消耗大，搅拌不均匀。
从环保角度看，这种处理工艺所存在的最重要的问题是处理水质不达标。一般，经这种厌氧大罐处理后的水，COD浓度仍在1.0～1.4万mg/L以上，悬浮物浓度仍在1.0万mg/以上，分别超出《污水综合排放标准》GB8978-1996标准中所规定的相应二级标准（COD≤300mg/L，悬浮物≤200mg/L）30倍以上和50倍以上。
为了排放达标，近几年不少厂家和环保公司采用［厌氧＋好氧］的处理工艺。对于处理高浓度的有机污水，国外已普遍采用这种工艺。但是，同样是［好氧＋厌氧］工艺，在系统组成和处理单元的设计上却有很大不同。现在普遍存在的问题是处理构筑物体积大，运转能耗高、处理水质仍然达标困难。具体举例分析如下。
1.3 处理工艺及其造价和运转能耗
现以酒精生产量1.5万t/a的薯干酒精糟液污水处理工厂为例进行分析。
1.3.1 糟液量及其浓度
糟液量：750m3/d；COD：50kg/m3
1.3.2 处理工艺流程
糟液→除砂→离心机物体分离→分离液（污水）→温度调整至60℃→加石灰调整pH值为7以上→进料泵→ 全混式沼气发酵罐→出水→冷却至30℃左右→气浮池去除悬浮物→活性污泥曝气池→沉淀池→排放
1.3.3 处理构筑物容积
a. 污水有机物负荷量（L1）
一般，离心机固体物的体积占糟液体积的10%，COD的去除率为30%。因此，分离液的有机物负荷为
L1=［750×（1-0.1）］m3/d×［50×（1-0.3）］kg/m3=23625kgCOD/d
b. 全混式沼气发酵罐容积（V1）
一般，全混式沼气发酵罐容积负荷为3kgCOD/m3d，则其有效容积为：
V1=23625COD/d÷3kgCOD/m3d=7875m3
水力停留时间=7875m3÷［750×（1-0.1）］m3/d=9.45 d
按照以上计算，发酵罐的进水COD浓度为35000mg/L，去除率为70%，出水的COD浓度为10500mg/L。
c. 活性污泥曝气池容积（V2）
一般，全混式沼气发酵罐的COD去除率为70%，气浮池的COD去除率为30%，浮渣体积占污水体积5%，所以，进入曝气池的有机物负荷（L2）为：
L2=［750×（1-0.15）］m3/d×［50×（1-0.3）×（1-0.7）］kgCOD/m3
=6693.75kgCOD/d
曝气池的容积一般取1.0kgCOD/m3d，则：
V2=6693.75kgCOD/d÷1.0kgCOD/m3d=6693.75m3
水力停留时间=6693.75m3÷［750×（1-0.15）］m3/d=7.59 d
按照以上计算，曝气池的进水COD浓度为7350mg/L，如果要求出水的COD浓度满足二级排放标准，即COD浓度不大于300mg/L，则曝气池的COD去除率不得小于96%。这是很难达到的。也就是说，即使采用上述所谓的［厌氧＋好氧］处理工艺，其处理结果也很难达标。
1.3.4 运转费用核算
我们再来看其运转费用。以下仅以上述工艺所获得的经济效益（沼气）和曝气池电耗进行考虑。
a. 沼气产量
一般，厌氧处理段每去除1kgCOD可产沼气0.5Nm3，其甲烷含量为60%左右。即1Nm3沼气的发热量相当于1kg原煤。因此，上述沼气罐的沼气产量为：
23625kgCOD/d×0.7×0.5=8268.75Nm3
即，可获得相当于8吨原煤的经济效益。这就是为什么多半酒厂都积极上厌氧处理的原因。
b. 曝气池电能消耗
根据日本的活性污泥法处理厂运行资料统计，每去除1kgCOD，曝气池的电能消耗（鼓风机电耗）为1.3-1.8kwh。在此按二级处理标准（COD=300mg/L）并以去除电耗为1.5kwh/kgCOD计算上述曝气池的能耗，则为：
［750×（1-0.15）］m3×［50×（1-0.3）×（1-0.7）-0.3］kgCOD/m3×1.5kwh/kgCOD=6502.5kwh/d
即，每天的处理电耗至少为6500kwh
c. 运转费用核算
设原煤每吨售价为240元，电费每度为0.6元。则上述情况下的运转费用（不含设备折旧费、人工工资等）为：
8吨煤/天×240元/吨煤-6500度电/天×0.6元/度电=-1980元/天
即，每天需要支出运转费至少1980元，年累计额为59.4万元（以年300天工作日计）。折合成每吨污水的处理费用为2.64元。
建造上述形式的污水处理设施大约要投资500万元，再加上如此高的运转费，对于企业是一笔沉重的负担。
我国的酒厂数量非常多，而且多半分布在经济基础较薄弱的地区。因此，开发投资省、运转费用低的处理技术具有非常重要的意义。
2 新技术介绍
根据上述情况，我们开发了针对酒精漕液污水的综合处理技术，其具体特点介绍如下。
2.1 指导思想
采用酒厂现有在锅炉节煤和能源充分利用方面所积累的成熟经验，即：
（1）将燃煤型锅炉改造为煤-沼气混合燃烧型。通过加入助燃既节省一部分燃料煤，又因沼气燃烧快而使炉膛温度快速提高，使送入的煤得以燃烧充分，提高煤的利用率，减少煤灰中的含碳率。
（2）将锅炉供汽压力提高到16kgf/cm2，后接背压发电机，实行热-电联产，以提高锅炉的热效率。
在以上基础上，对于糟液污水处理采用先进的沼气发酵工艺，最大限度地从糟液中提取沼气，以创造污水处理的经济效益。同时，由于沼气产率的提高造成后续好氧处理单元的进水浓度降低，因而减少了好氧处理的运转能耗，并可保证处理结果达标。
2.2 处理工艺流程
糟液→除砂→离心机物体物分离→分离液（污水）→温度调整至60℃→加石灰调整pH值为7以上→进料泵→全混式沼气发酵罐→出水→冷却至40℃左右→气浮池去除悬浮物→两级串联型高效厌氧污泥床（UASB）沼气发酵装置→高效生物接触氧化池→沉淀池→排放
其中，自动内循环型全混式气发酵罐、高效厌氧污泥床（USSB）沼气发酵装置和高效生物接触氧化池是本工艺的特有技术。高效厌氧污泥床（UASB）沼气发酵装置及其颗粒污泥的快速形成方法已在日本和中国申请发明专利。
2.3 技术参数
2.3.1 自动内循环型全混式沼气发酵罐
容积负荷：10kgCOD/m3d
去除率：70%COD
2.3.2 高效厌氧污泥床（UASB）沼气发酵装置
容积负荷：第一级10-15kgCOD/m3d，第二级5-8kgCODm3d
去除率：第一级70%COD，第二级70%COD
2.3.3 高级生物接触氧化池
容积负荷：3kgCOD/m3d
去除率：70COD以上
2.4 处理构筑物容积及能耗计算
仍以上述同类酒厂进行计算比较
2.4.1 自动内循环型全混式沼气发酵罐
有效容积=23625kgCOD/d÷10kgCOD/m3d=2362.5m3
水力停留时间=2362.5m3÷［750×（1-0.1）］m3/d=3.5d
进水COD浓度为35000mg/L，去除率为70%，出水的COD浓度为10500mg/L。
沼气产量=23625kgCOD/d×0.7×0.5Nm3/kgCOD=8268.8Nm3/d
2.4.2 高效厌氧污泥床（UASB）沼气发酵装置
a. 第一级
有机负荷=［750×（1-0.15）］m3/d×7.35kgCOD/m3
=4685.6kgCOD/d÷10kgCODm3d
=468.6m3
有效容积=4685.6kgCOD/d÷10kgCODm3d=468.6m3
水力停留时间=468.6m3÷［750×（1-0.15）］m3/d=0.74d
进水COD浓度为73500mg/L，去除率为70%，出水的COD浓度为2200mg/L。
沼气产量=5685.6kgCOD/d×0.7×0.5Nm3/kgCOD=1640Nm3/d
b. 第二级
有机负荷=［750×（1-0.15）］m3/d×2.2kgCOD/m3=1402.5kgCOD/d
有效容积=1402.5kgCOD/d÷5kgCODm3d=280.5m3
水力停留时间=280.5m3÷［750×（1-0.15）］m3/d=0.44d
进水COD浓度为2200mg/L，去除率为70%，出水的COD浓度为660mg/L。
沼气产量=1402.5kgCOD/d×0.7×0.5Nm3/kgCOD=490Nm3/d
2.4.3 高效生物接触氧化池
有机负荷=［750×（1-0.15）］m3/d×0.66kgCOD/m3=420.8kgCOD/d
有效容积=420.8kgCOD/d÷2kgCODm3d=210m3
水力停留时间=210m3÷［750×（1-0.15）］m3/d=0.33d
进水COD浓度为660mg/L，去除率为70%，出水的COD浓度为200mg/L，达到排放标准。
好氧处理段的电耗以每去除1kgCOD耗电1.8kwh计，则
电耗=420.8kgCOD/d×0.7×1.8kwh=530.2kwh
以上总的沼气产量为10400Nm3/d。即，相当于10.4吨原煤。
2.5 运转费用核算
同上方法，每天的运转费用为：
10.4吨煤/天×240元/吨煤-530.2度电/天×0.6元/度电=2177.9/天
与现有技术相比，本技术每天可以获2177.9元，年累可获得为65.3346万元（以年300天工作日计）。即，每处理1吨污水或获得2.90元的经济效益。这是目前其他的技术不可比的。
另外还可以看出，本技术的设施容积较现有技术的要小、占地少，因此建设投资也会降低。
2.6 示范工程
本技术已于1997年建成两个示范工程，他们分别在山东省临沭酒厂和兰陵集团郯城分公司酒厂。一年多的运行结果充分证实了本技术的效果，得到了用户的好评。1998年本技术获得了山东省重点推广技术的证