白酒生產廢水富含蛋白質、氨基酸和糖類等有機物，具有化學需氧量、氮、磷含量均較高等特點，且可生化性較好�；诎拙粕a廢水的上述特點，不少學者對釀酒廢水作為污水處理碳源的可行性進行了深入研究，發現將生活污水與白酒生產廢水進行協同處理，不僅有望解決污水廠進水C/N比較低的問題，降低污水廠運行成本，同時能夠實現白酒生產廢水的資源化處理，節省白酒生產廢水處理廠的能耗和物耗，全面提高白酒生產廢水的治理水平。
以遵義市某污水處理廠為例，從生活污水與白酒生產廢水協同處理前后的進出水水質、活性污泥性質和溶解氧濃度等方面探究協同處理的可行性，并針對白酒生產廢水投加量、處理費用和運輸儲存等提出可行的建議，為未來制定合理的協同處理方案提供參考，促進生活污水與白酒生產廢水協同處理路徑的進一步推廣，推進污水處理廠減污降碳協同增效。
1、污水處理廠概況
1.1 設計進、出水水質
遵義市某污水處理廠進水為主城區生活污水，服務人口約90萬人，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。2022年—2023年部分白酒生產廢水以應急處理的方式運輸至該污水廠，每車白酒生產廢水以0.83~1.67m3/min的流量進行連續投加，其間該污水廠共處理過3次白酒生產廢水。其中1次為董香型白酒生產廢水（記為協同處理組①），2次為醬香型白酒生產廢水（分別記為協同處理組②和③），而污水廠僅處理生活污水時記為未協同處理組。由于白酒生產廢水以應急處理方式運輸至污水廠，因此每天運輸的量并不固定，但基本都在800m3以下。污水廠設計進、出水水質及協同處理組的白酒生產廢水水質見表1。
1.2 處理規模及工藝
該污水處理廠一期設計規模為10×104m3/d，2018年9月建成投入運行，之后為適應遵義市城區人口的發展，開展二期擴建工程，擴建規模為5×104m3/d，于2020年9月建成投入運行。目前，該污水廠總設計規模為15×104m3/d，采用A+A2O主體處理工藝，具體工藝流程見圖1。
2、協同處理可行性分析
2.1 技術可行性
2.1.1 處理能力
實際運行過程中，污水廠處理水量及白酒生產廢水投加量如圖2所示。
白酒生產廢水的加入會使進水污染物濃度提高，因此污水廠必須有足夠的處理能力才能保證出水達標。通過進水負荷核算污水廠的處理能力，核算原則為進水總負荷低于設計進水負荷。利用污水廠日均進水COD、氨氮、TN、TP濃度和進水量，白酒生產廢水COD、氨氮、TN和TP濃度均值，計算得到以這4種污染物進行核算時，污水廠理論上所能容納的白酒生產廢水量分別為731、14264、11117和2147m3/d。為保證各污染物都能夠達標排放，以最小處理能力計，則污水廠理論上每天能夠處理731m3白酒生產廢水。
污水廠未協同處理時，處理水量在設計規模（15×104m3/d）上下波動，且存在較多異常值；協同處理時，處理水量有所下降，從均值上看，協同處理組①和②最為明顯，均在12×104m3/d左右，但處理水量的下降并非由白酒生產廢水引起，而是因為協同處理時恰好為冬季，氣溫下降，居民用水量減少，未協同處理組出現異常值也是因為氣溫下降生活污水量減少。由于污水廠理論接納能力采用均值計算，但實際運行過程會根據水質水量進行調整，因此協同處理組②和③偶爾出現白酒生產廢水投加量大于理論接納能力的情況，但從總體上看，大多數情況下，協同處理組白酒生產廢水投加量都小于理論值。因此，從處理能力上看，生活污水與白酒廢水協同處理是可行的。
2.1.2 進、出水水質
由于白酒生產廢水污染物濃度很高，將其與生活污水協同處理后，出水能否穩定達標是污水廠管理者首要關心的問題，因此利用箱式圖統計對比了2022年—2023年期間生活污水與白酒生產廢水協同處理前后污水廠進、出水水質變化，結果如圖3所示�？芍c未協同處理組相比，協同處理組①和②進水COD、NH3-N、TN和TP濃度明顯上升，接近于設計值（250mg/L），可見白酒生產廢水的加入能夠有效提高進水有機物濃度。然而，協同處理組③除了進水NH3-N濃度表現出明顯升高外，進水COD、TN和TP濃度與未協同處理組相差不大，可能是該組白酒生產廢水投加量相對較低所致。因此，在投加白酒生產廢水時需要根據其水質確定合理的投加配比。
協同處理組①、②和③出水COD濃度平均值從未協同處理時的8.6mg/L分別提高到13.0、12.0和11.7mg/L，可能是當前工藝難以完全去除白酒生產廢水中的難降解有機物，從而導致出水COD濃度上升，但都能實現出水COD達標排放。協同處理組出水NH3-N平均值沒有明顯變化，但最大值略微下降，而出水TN濃度明顯下降，表明白酒生產廢水的加入，強化了生物脫氮過程。協同處理組出水TP濃度顯著下降，平均值從0.33mg/L降至0.10mg/L左右，可能是由于白酒生產廢水可生化性好，其中的有機物更易被聚磷菌利用，增強了聚磷菌的活性，強化了生物除磷效果，也有可能是除磷藥劑的投加量增加，提升了化學除磷效果，因此對二者進行區分才能得出TP去除效果變好的原因。
總的來說，白酒生產廢水投加量在300~700m3/d的情況下，協同處理組的進水污染物濃度更高，導致出水COD濃度有所上升，但并未超標；加入白酒生產廢水能夠有效提高反硝化速率，增強工藝對硝態氮的去除，降低協同處理組出水TN濃度；由于TP的去除依靠生物除磷和化學除磷相結合，因此還需將兩者進行區分才能說明協同處理組TP去除效果變好的原因。此外，即使未來將污水廠出水標準提高到地表水準Ⅳ類，協同處理組在經過一段時間的適應期后，各項出水水質指標都能達到相應要求。從進、出水水質來看，生活污水與白酒廢水協同處理是可行的。
在污水處理過程中，BOD5/TN（即C/N）和BOD5/TP（即C/P）是判別能否有效實現生物脫氮除磷的重要指標，當系統C/N<3.5或C/P<20時，認為系統缺乏碳源。將生活污水與白酒生產廢水進行協同處理的目的是提高進水C/N和C/P，滿足污水處理過程中微生物對碳源的需求，為此對比了協同處理前后污水處理廠進水C/N和C/P的變化，結果如圖4所示。
由圖4可知，協同處理組①、②和③的C/N比明顯提升，均值從未協同處理時的4.64分別提高到5.53、6.61和5.20，可見白酒生產廢水的加入達到了提高進水C/N的目的，為微生物反硝化過程提供了充足的碳源，使出水TN濃度更低。從C/P平均值上看，除了協同處理組③的C/P比上升外，協同處理組①和②的C/P比并沒呈現上升趨勢，甚至協同處理組①的C/P比略有下降，但從下四分位數上看，協同處理組的C/P比略有上升。例如，協同處理組①、②和③的C/P下四分位數分別為22.43、20.45和24.23，而未協同處理組C/P下四分位數為20.32，說明協同處理組C/P得到了提高。
為了探究TP去除效果提高的確切原因，分析了協同處理前后除磷藥劑投加量及好氧池出水TP濃度，結果如圖5所示。由于協同處理組①未監測除磷藥劑投加量及好氧池出水TP濃度，故圖中缺乏該數據。
由圖5（a）可以看出，協同處理組②的除磷藥劑平均投加量顯著低于未協同處理組，而協同處理組③的除磷藥劑投加量高于未協同處理組，其主要原因是將除磷藥劑聚合氯化鋁鐵更換為聚合氯化鋁。由圖5（b）可以看出，未協同處理組好氧池出水TP濃度有70%都在0.5mg/L以上，而協同處理組②和③好氧池出水TP濃度基本維持在0.3mg/L以下。這說明白酒生產廢水的加入強化了微生物除磷過程，進一步降低了出水TP濃度，并有望減少除磷藥劑的使用量。
2.1.3 活性污泥性質
①活性污泥濃度及沉降性
生活污水與白酒生產廢水協同處理前后污泥濃度及沉降性能變化見圖6。
由圖6（a）可知，協同處理組①和②的混合液懸浮固體濃度（MLSS）和混合液揮發性懸浮固體濃度（MLVSS）明顯上升（MLSS均值從3413mg/L分別提高至4267mg/L和3602mg/L），但協同處理組③的MLSS和MLVSS并沒有明顯提高，可能與投加的比例有關。MLVSS/MLSS能夠進一步反映活性污泥濃度，對于生活污水或以生活污水為主體的城市污水，MLVSS/MLSS通常為0.60~0.75。從協同處理組的上下四分位數來看，MLVSS/MLSS明顯提高，且都在0.60~0.75之間見圖6（b），表明白酒生產廢水的加入能夠提高活性污泥濃度，提高微生物含量，從而增強微生物對污染物的降解效果。
由圖6（c）和（d）可知，協同處理組①的SV30和SVI均有所上升，說明污泥沉降性能變差，需要及時進行排泥或增大排泥量；協同處理組②和③的SV30和SVI顯著下降，說明污泥沉降性能變好。雖然加入不同的白酒生產廢水后，污泥沉降性能呈現不同變化，但經過略微調整，就可以保證二沉池的泥水分離效果。因此，從污泥沉降性能上看，生活污水和白酒生產廢水協同處理是可行的。
②污泥微生物種類
活性污泥中微生物種類繁多，以細菌為主，此外還存在真菌、原后生動物及藻類，其中，一些原生動物、后生動物和絲狀菌的種類、數量和豐度等受活性污泥影響較大且便于觀察，通常作為指示性微生物，反映活性污泥的狀態。對污泥進行鏡檢，考察生活污水與白酒生產廢水協同處理前后指示性微生物種類的變化，結果見表2。可以看出，在生活污水與白酒生產廢水協同處理前后，活性污泥中均觀察到指示性微生物，包括鐘蟲、等枝蟲、蓋纖蟲和輪蟲等。這說明加入白酒生產廢水不會改變觀察到的污泥指示性微生物的種類。
2.1.4 曝氣量及溶解氧濃度
考察了生活污水與白酒生產廢水協同處理前后好氧池曝氣量及溶解氧（DO）濃度和水溫的變化，結果見圖7、8。
結果顯示，協同處理組的曝氣量比未協同處理組略高，且波動也較大。協同處理組DO濃度也高于未協同處理組，尤其是協同處理組①和②最為明顯。未協同處理組DO均值在2.5mg/L以下，而協同處理組①和②DO均值在3.0mg/L以上。究其原因可能是白酒生產廢水的加入，提高了好氧池污泥濃度，而為了維持好氧池中微生物的活性，就需要增加曝氣量來提高DO濃度，加上投入白酒生產廢水期間水溫較低，也需要較高的DO濃度來維持微生物活性，從而使得協同處理組的曝氣量和DO濃度比未協同處理時高。因此，通過對曝氣系統進行適當的調整后，可以保證污水廠的正常運行，但是否會增加運行成本，還需進一步分析。
2.2 風險可控性
2.2.1 有毒有害物質分析
白酒生產廢水中可能含有一些毒害微生物的物質，導致好氧系統癱瘓，為此，檢測了白酒生產廢水中重金屬含量，結果見表3。
由表3可知，白酒生產廢水中重金屬含量極低，其中總汞和總鉛低于檢測下限，總鎘、總鉻和總砷雖能被檢測到，但均低于GB/T31962—2015的A級和GB18918—2002的一級A標準。因此，白酒生產廢水的重金屬含量極低，生活污水與白酒生產廢水進行協同處理不會出現重金屬毒害微生物的現象。
2.2.2 外運污泥量分析
先前的研究已經證明白酒生產廢水的加入會增加污泥濃度，而污泥濃度的增加可能導致剩余污泥量顯著增加，從而增大污水廠下游污泥處理處置的壓力，為此分析了生活污水與白酒生產廢水協同處理前后污水廠每日外運污泥量，結果見圖9。值得注意的是，由于下游污泥處理處置單位有時無法處理污泥，因此偶爾出現當日外運污泥量為0的情況。
由圖9可知，白酒生產廢水的加入在一定程度上增加了外運污泥量，但增量基本能夠控制在0.5~4.0t/d。從均值上看，2022年5月—8月未協同處理組外運污泥量平均為33.88t/d，而協同處理組②外運污泥量平均為34.67t/d，僅增加不到1t/d。因此，加入白酒生產廢水會導致外運污泥量略微增加，但并不足以影響污泥的處理處置。
2.2.3 運輸風險分析
廢水的運輸是各地環保部門最關心的問題，為保障白酒生產廢水運輸安全，防止白酒生產廢水在運輸途中滲漏或偷排，污水廠在接收處理白酒生產廢水的委托之前，會與委托方簽訂相關合同，明確規定由當地口碑好、資質高的運輸公司采用密閉罐車進行轉運，且車輛加裝全球定位系統（GPS），實時監控車輛運輸路徑。此外，委托方、污水廠和運輸公司三方都應有臺賬記錄，明確登記運輸水量、運輸時間、車牌號和司機等信息，以便環保部門進行監督管理。因此，在運輸風險上，通過相關合同明確三方責任，同時也做好運輸途中的風險管控。
2.3 經濟可行性
生活污水與白酒生產廢水協同處理在經濟上是否可行是污水廠管理者十分關注的問題。在污水廠運行過程中投入的成本主要由電費、藥劑費和污泥處理費組成，而白酒生產廢水的運輸費用由委托方支付，運輸費用為100元/m3。由于該污水廠只在冬季投加碳源，因此根據未投碳源、投加碳源和投加白酒生產廢水3種情況計算污水廠的噸水處理成本，結果見圖10。
由圖10可知，協同處理組藥劑費與未投加碳源時相差不大，說明協同處理組節省了0.13元/m3左右的碳源成本，但由于協同處理后，DO濃度和外運污泥量增加，因此相比于未協同處理組，協同處理組的電費和污泥處理費高0.01~0.04元/m3。從噸水處理總成本來看，投加碳源時總成本為0.38元/m3，而協同處理組①、②和③總成本分別為0.34、0.29和0.25元/m3，協同處理能夠有效降低噸水處理總成本，因此，投加白酒生產廢水替代常規碳源，在經濟上是可行的。此外，污水廠會收取200元/m3的白酒生產廢水處理費，從而進一步縮減污水廠的運行成本。值得注意的是，白酒生產廢水運送至白酒生產廢水處理廠進行處理，處理費用為30~40元/m3。因此，為了全面推廣生活污水與白酒生產廢水的協同處理，實現污水和廢水的綜合治理，污水廠應根據自身的運行情況和白酒生產廢水水質水量制定合理的收費標準。
3、結論與建議
3.1 結論
以遵義市某污水處理廠為例，從技術、風險和經濟層面驗證了生活污水與白酒生產廢水協同處理的可行性，得出以下結論：
①在技術層面，協同處理能夠將進水C/N從4.64提高到5.53，且C/P比也略有上升，有效減少了外投碳源量；協同處理可將好氧池污泥濃度從3413mg/L提高到4267mg/L，同時不會改變污泥中指示性微生物的種類，有效提升了脫氮除磷效果，使出水TN和TP濃度能夠滿足地表水準Ⅳ類標準；隨著污泥濃度的提升，DO濃度需要進行相應的調整，以保證微生物的活性。
②在風險層面，白酒生產廢水中重金屬含量極低，檢測到的鎘、鉻和砷等重金屬含量也低于排放標準，因此不會出現毒害微生物的情況；投加白酒生產廢水后，污水廠的污泥濃度得到了提高，同時產生的剩余污泥量也相應增加（增量為0.5~4.0t/d），但不足以影響下游的污泥處理處置；通過簽訂相關委托協議，做好運輸過程監管工作和臺賬記錄，能夠有效降低白酒生產廢水的運輸風險。
③在經濟層面，投加白酒生產廢水后，污水廠電費和污泥處理費均增加0.01~0.04元/m3，但能夠節省0.13元/m3左右的藥劑費，并能獲得白酒生產廢水處理費，因此，從噸水處理總成本看，生活污水和白酒生產廢水協同處理能夠有效降低污水廠的運行成本。
3.2 建議
為進一步推廣生活污水與白酒生產廢水協同處理，幫助污水廠管理者制定合理的白酒生產廢水接收方案，提出以下3點建議：
①污水廠在接收白酒生產廢水之前，利用進水負荷核算方法，根據污水廠進水水質和水量以及白酒生產廢水水質對污水廠的處理能力進行核算，制定合理的調配方案，避免白酒生產廢水投加過量，造成出水超標。
②污水廠與白酒生產廢水供應單位依據白酒生產廢水水質水量、污水廠碳源投加、污水廠電費和污泥處理費增加等情況制定合理的收費標準。
③污水廠在進行長期的生活污水與白酒生產廢水協同處理時，可在廠內建設相應的白酒生產廢水儲存間，方便白酒生產廢水的投加和儲存，但應做好防滲漏和除臭等工作。當污水廠與白酒生產廢水供應單位距離較近時，建議采用管道運輸，從而減少運輸過程中產生的風險。（來源：南水北調<遵義>水網有限公司，北京林業大學環境科學與工程學院水體污染源控制技術北京市重點實驗室）
