張振家¹，王太平²，谷成²
（1.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200030；2.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071）

　　摘要：針對(duì)糖蜜酒精糟液水質(zhì)特性，采用以UASB反應(yīng)器為主體的兩相厭氧消化工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)對(duì)廢水中有機(jī)物及硫酸鹽均有良好的去除效果，酸化段反應(yīng)器對(duì)SO₄^2-去除率達(dá)到70％以上，由于產(chǎn)氣的氣提作用，試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)SO₄^2-對(duì)甲烷菌有抑制作用。
　　關(guān)鍵詞：兩相UASB反應(yīng)器；糖蜜酒精糟液；酸化段反應(yīng)器
　　中圖分類號(hào)：X703.3；X792
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2002)04-0029-03

Study on the Treatment of Molasses Alcohol Slops by Two-Phase UASB Reactor
ZHANG Zhen-jia¹，WANG Tai-ping²，GU Cheng²
（1 College of Environmental Science & Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030，China；
2 College of Environmental Science & Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China）

　　Abstract：According to the properties of the molasses alcohol slops，a two-phase UASB was used to treat the slops．The results showed that the anaerobic process could remove COD and SO₄^2- effectively．In the acidification phase reactor，the SO₄^2- removal exceeded 70％．Methane producing bacteria were not inhibited by SO₄^2- due to the stripping effect of the produced gas．
　　Key words：two-phase UASB reactor；molasses alcohol slops；acidification phase reactor

　　糖蜜酒精糟液為典型的高濃度有機(jī)廢水，CODcr濃度高達(dá)100～180g/L^[1]，并含有較高濃度的硫酸鹽及焦糖類物質(zhì)，一直是廢水處理領(lǐng)域的難點(diǎn)。本文針對(duì)糖蜜酒精糟液水質(zhì)特性，考察了在中溫條件下兩相UASB反應(yīng)器對(duì)糖蜜酒精糟液處理情況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置
　　如圖1所示，本試驗(yàn)采用2座結(jié)構(gòu)完全相同的UASB反應(yīng)器，從上到下依次為三相分離器、懸浮層區(qū)和污泥床區(qū)，有效容積為28L。沿反應(yīng)器高度設(shè)置12個(gè)采樣口，反應(yīng)器由夾套水保溫在35±2℃。廢水經(jīng)計(jì)量泵由底部進(jìn)入酸化段UASB反應(yīng)器，在頂部溢流出水，再經(jīng)中間水槽作適當(dāng)調(diào)節(jié)后用計(jì)量泵打入產(chǎn)甲烷段UASB反應(yīng)器。產(chǎn)氣經(jīng)水封瓶脫硫后，由濕式流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)氣量。
1.2 污泥接種
　　接種污泥采自天津薊縣掛月酒廠EGSB反應(yīng)器高溫（55℃）處理玉米酒精糟液的顆粒污泥，粒徑2～3mm，濃度92g/L，m(VSS)/m(SS)=0.65，每個(gè)反應(yīng)器接種量18L。
1.3 廢水性質(zhì)
　　試驗(yàn)用水來(lái)自廣西某糖廠的糖蜜酒精糟液，水質(zhì)指標(biāo)見下表1。

表1 廢水水質(zhì) 指標(biāo) TOC/(mg·L^-1) CODcr/(mg·L^-1) BOD5/(mg·L^-1) pH SO₄^2-/(mg·L^-1) TKN/(mg·L^-1) 色度/倍 數(shù)值 46258 123970 53080 4.2 5234 1848 5000

　　鑒于原水pH較低，試驗(yàn)初期加入純堿進(jìn)行調(diào)節(jié)，裝置容積負(fù)荷的提高通過(guò)提高進(jìn)水TOC濃度或縮短水力停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，因原水CODcr濃度高達(dá)120g/L，需適當(dāng)稀釋，另試驗(yàn)中不再額外添加氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

2.1 酸化段反應(yīng)器有機(jī)物去除情況
　　酸化段試驗(yàn)結(jié)果見圖2，圖3。

　　酸化段反應(yīng)器中主要發(fā)生有機(jī)物水解、酸化反應(yīng)，同時(shí)絕大部分SO₄^2-在SO₄^2-還原菌作用下，被轉(zhuǎn)化為硫化物。在最初的16d，進(jìn)水TOC控制在10000mg/L，負(fù)荷在8kg[CODcr]/(m³·d)左右，但去除率直線下降，降低進(jìn)水TOC至6000mg/L，去除率逐步上升至16％。從第40d到79d，逐步提高負(fù)荷至12kg[CODcr]/(m³·d)，去除率已達(dá)到30％以上。從第80d連續(xù)提高進(jìn)水濃度，至第88d進(jìn)水TOC達(dá)到15000mg/L，反應(yīng)器容積負(fù)荷接近30kg[CODcr]/(m³·d)，去除率仍能維持在35％的較高水平，但隨著容積負(fù)荷進(jìn)一步提高到38kg[CODcr]/(m³·d)，去除率明顯下降，已達(dá)到反應(yīng)器極限負(fù)荷。從產(chǎn)氣量變化曲線也可以看出，在最初48d，產(chǎn)氣量一直很低，但從第49d起產(chǎn)氣量直線上升，并且與去除率曲線具有良好的相關(guān)注。根據(jù)氣相色譜檢測(cè)結(jié)果，酸化段產(chǎn)氣經(jīng)脫硫后，CH₄和CO₂各占50％，證明在酸化段反應(yīng)器中，也發(fā)生了產(chǎn)甲烷反應(yīng)。
2.2 酸化段硫酸鹽去除特征
　　酸化段硫酸鹽去除情況見圖4。

　　由圖4可知，酸化段的SO₄^2-去除率最終穩(wěn)定在70％左右，運(yùn)轉(zhuǎn)后期在進(jìn)水SO₄^2-濃度達(dá)到1800mg/L情況下，出水中總硫化物濃度也僅有60mg/L。由于反應(yīng)器的大量產(chǎn)氣，SO₄^2-還原產(chǎn)物多由氣提作用而從系統(tǒng)中排出，故本試驗(yàn)中并未發(fā)現(xiàn)硫化物的抑制作用。將SO₄^2-還原反應(yīng)與有機(jī)物降解過(guò)程結(jié)合分析，我們發(fā)現(xiàn)酸化段反應(yīng)器并未實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的相分離，產(chǎn)甲烷過(guò)程相當(dāng)活躍。據(jù)此我們推斷在一定的SO₄^2-濃度范圍內(nèi)，在有機(jī)底物足夠充足的條件下，甲烷菌完全可以通過(guò)自身適應(yīng)過(guò)程，順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)甲烷反應(yīng)。
2.3 甲烷段反應(yīng)器運(yùn)行情況分析
　　進(jìn)、出水TOC及去除率隨時(shí)間變化曲線見圖5。

　　在最初的12d，進(jìn)水的TOC在6000mg/L左右，但去除率直線下降至10％，降低進(jìn)水濃度至3500mg/L左右，穩(wěn)定運(yùn)行58d，去除率在50％左右波動(dòng)。從第70d起，逐步提高進(jìn)水濃度，使負(fù)荷上升至10kg[CODcr]/(m³·d)，去除率沒(méi)有明顯變化，繼續(xù)提高負(fù)荷到15kg[CODcr]/(m³·d)，去除率直線下降，已達(dá)到反應(yīng)器極限負(fù)荷。根據(jù)氣相色譜檢測(cè)結(jié)果，甲烷段產(chǎn)氣中甲烷組分占73％，二氧化碳占15％，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出水SO₄^2-濃度分析結(jié)果表明產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中SO₄^2-的去除率接近50％。經(jīng)兩相厭氧處理，SO₄^2-累計(jì)去除率已達(dá)到85％以上。試驗(yàn)中甲烷段對(duì)有機(jī)物去除率最終穩(wěn)定在45％～60％，這與糖蜜廢水本身含有大量難降解的焦糖組分的性質(zhì)有關(guān)，為進(jìn)一步探討系統(tǒng)的處理潛力，我們通過(guò)搖床試驗(yàn)來(lái)確定該種廢水在厭氧條件下的生物可降解性。
2.4 糖蜜酒精糟液的厭氧可生化性試驗(yàn)
　　搖床試驗(yàn)中采用三角瓶作為反應(yīng)器^[2]，試驗(yàn)溫度由恒溫水浴搖床保持在35℃，水樣為原水稀釋液，體積為500mL，TOC為12000mg/L，接種污泥為甲烷段UASB反應(yīng)器中顆粒污泥，接種量50mL，結(jié)果如圖6所示。

　　由圖6中可以看出，有機(jī)物的去除主要發(fā)生在最初的10d，大約40％的TOC被去除，隨后去除率變化趨緩，至第76d去除率也只能達(dá)到70％，與UASB反應(yīng)器試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明糖蜜酒精糟液中含有約30％的難降解物質(zhì)在厭氧條件下無(wú)法降解，只能通過(guò)后續(xù)處理去除。

3 結(jié)語(yǔ)

　　試驗(yàn)得出以下結(jié)論：
　　①兩相UASB反應(yīng)器可有效去除廢水中大部分有機(jī)物及硫酸鹽，酸化段對(duì)SO₄^2-的去除率在70％左右，厭氧系統(tǒng)對(duì)SO₄^2-累計(jì)去除率達(dá)到85％以上，TOC累計(jì)去除率達(dá)到70％。
　　②厭氧出水中仍含有大量難以降解的焦糖類物質(zhì)，當(dāng)是后續(xù)處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，厭氧單元在整個(gè)處理系統(tǒng)中起到基礎(chǔ)性的作用，是一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。
　　③本試驗(yàn)中兩相反應(yīng)器并未實(shí)現(xiàn)完全意義上的相分離，從酸化段反應(yīng)器中甲烷菌活躍狀況可以看出，在基質(zhì)充足的前提下，甲烷菌可以通過(guò)良好的自適應(yīng)過(guò)程，更好地促進(jìn)水解、酸化反應(yīng)及硫酸鹽還原反應(yīng)的順利進(jìn)行。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，完全不必要對(duì)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相進(jìn)行嚴(yán)格隔離。

參考文獻(xiàn)：
[1]王凱軍，秦人偉．發(fā)酵工業(yè)廢水處理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．314～315．
[2]賀延齡．廢水的厭氧生物處理[M]．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1998．544～548．

作者簡(jiǎn)介：
張振家（1956～），男，山西運(yùn)城人，教授，博士生導(dǎo)師，1996年獲日本山口大學(xué)博士學(xué)位，主要從事水污染防治研究工作，電話(022)66229560，tpwang@eyou.com。