小麥酒精廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，很多生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)化利用率不高，廢水處理效率低、去除效果差，尤其是《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 27631—2011）的頒布和實(shí)施，酒精工業(yè)的廢水污染問題已成為制約酒精生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前厭氧-好氧組合工藝在酒精廢水的處理中應(yīng)用十分廣泛。一方面厭氧處理過程中產(chǎn)泥量少，運(yùn)行費(fèi)用低，產(chǎn)生的沼氣可用來發(fā)電、產(chǎn)蒸汽、制取生物天然氣等，可以帶來較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益；另一方面高濃度酒精廢水經(jīng)厭氧處理后達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，通常需后續(xù)好氧處理。筆者采用UASB-SBR組合工藝處理小麥酒精廢水，分析出水水質(zhì)，旨在為該類廢水處理工程的設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)廢水取自河南某酒精制造有限公司。該廢水水質(zhì)： COD 50 000~60 000 mg/L， NH3-N 23.6 mg/L，TP 16.5 mg/L， pH 為4~5。

1.2 分析方法

采用重鉻酸鉀滴定法測定COD；使用玻璃電極法測定pH；采用標(biāo)準(zhǔn)重量法測定SS 含量；采用酸堿聯(lián)合滴定法測定揮發(fā)性脂肪酸（VFA）；利用濕式流量計(jì)測定產(chǎn)氣量。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）。UASB 反應(yīng)器流程如圖1 所示。

 實(shí)驗(yàn)裝置由有機(jī)玻璃加工而成，直徑90 mm，總高700 mm，三相分離器高80 mm，有效容積3 L。實(shí)驗(yàn)接種的污泥來自無錫某檸檬酸廠IC 裝置中的顆粒污泥，其含水率約為90%，密度是1.15 g/cm3，污泥粒徑比較均勻，約1~2 mm，顏色為灰黑色，表面光滑有光澤，VSS 為64.91 g/L，TSS 為6.79 g/L，VSS/SS 為0.75，接種污泥約為1 L，占裝置容積的1/3。利用水浴箱使溫度控制在（37±2）℃，通過蠕動泵使配水從裝置底部進(jìn)入，經(jīng)過厭氧生物處理后的出水從裝置頂部溢流出，產(chǎn)生的沼氣從裝置上部排出，經(jīng)過水封，接入濕式氣體流量計(jì)，記錄產(chǎn)氣量。

好氧處理的主要裝置是SBR 反應(yīng)器，直徑120 mm，總高400 mm，有效容積3 L。筆者實(shí)驗(yàn)的接種污泥取自蘇州市新區(qū)污水處理廠氧化溝，接種量約為反應(yīng)器體積的1/3，即在有效容積3 L的好氧反應(yīng)器加入1 L的好氧污泥。通過蠕動泵將經(jīng)UASB反應(yīng)器處理后廢水打入SBR 反應(yīng)器。SBR 工藝的運(yùn)行工況是按一定時間順序間歇操作，通過電磁閥自動控制進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置。在一個反應(yīng)器內(nèi)將這五個工序按順序依次運(yùn)行，一個循環(huán)完成后進(jìn)入下個循環(huán)，如此反復(fù)，以達(dá)到處理污水的目的。SBR 反應(yīng)器流程如圖2 所示。

 2 結(jié)果與分析

2.1 UASB 反應(yīng)器運(yùn)行情況

UASB 反應(yīng)器中接種1 L厭氧污泥，溫度控制在（37±2）℃，每天通過PLC 控制蠕動泵向UASB 反應(yīng)器中進(jìn)水3 L。啟動初期，進(jìn)水采用啤酒加原水的方式馴化污泥，用自來水稀釋進(jìn)水濃度，用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH 為6.8~7.2。通過添加碳酸氫銨和磷酸二氫鉀，使得進(jìn)水符合ρ（COD）∶ρ（N）∶ρ（P）=（250~300）∶5∶1。設(shè)定廢水HRT 為24 h，以確保厭氧污泥與廢水充分接觸。反應(yīng)初期待厭氧出水COD 去除率達(dá)到90％以上，逐步提高進(jìn)水中小麥酒精廢水的比例，逐步馴化微生物對該廢水的適應(yīng)能力。

2.1.1 UASB 反應(yīng)器進(jìn)水情況與COD 去除率的關(guān)系

UASB 反應(yīng)器容積負(fù)荷和COD 去除率的關(guān)系如圖3 所示。

由圖3 可見，UASB 反應(yīng)器啟動初期厭氧污泥的活性還沒能恢復(fù)，反應(yīng)器容積負(fù)荷由1 kg/（m3·d）提高至3 kg/（m3·d）， COD 的去除率波動較大。隨著厭氧污泥對小麥酒精廢水逐漸適應(yīng)，運(yùn)行至15 d時，COD 去除率穩(wěn)定在90%以上，可以看出厭氧污泥已經(jīng)較好地適應(yīng)了小麥酒精廢水，完成了對厭氧污泥的馴化。隨著反應(yīng)器容積負(fù)荷的提高，COD 去除率比較穩(wěn)定。當(dāng)反應(yīng)器的容積負(fù)荷提升到13.0kg/（m3·d）時，COD 去除率有所下降，從最高時的96％下降到82％。當(dāng)反應(yīng)器的容積負(fù)荷穩(wěn)定在13.0kg/（m3·d）時，COD 去除率穩(wěn)定在85％以上。

 UASB 反應(yīng)器進(jìn)水、出水COD 和COD 去除率的關(guān)系如圖4 所示。

 由圖4 可見，UASB 反應(yīng)器污泥馴化階段進(jìn)水COD 從1 000 mg/L 提升到3 000 mg/L，出水COD 保持在300 mg/L 以下。當(dāng)進(jìn)水COD 從3 000 mg/L 提升至13 000 mg/L 時，出水COD 從260 mg/L 上升到1 600 mg/L 左右。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水COD 穩(wěn)定在13 000mg/L 時，出水COD 波動不大，基本保持在1 650 mg/L以下，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定。

2.1.2 UASB 反應(yīng)器出水VFA 和COD 去除率的關(guān)系

在廢水厭氧處理產(chǎn)酸過程中，大分子有機(jī)物會轉(zhuǎn)變成簡單的有機(jī)物，再進(jìn)一步發(fā)酵生成短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸，這些酸在常壓下易揮發(fā)，故稱之為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。VFA 可直接反映系統(tǒng)產(chǎn)甲烷菌活性，產(chǎn)甲烷菌活性越高，出水VFA 就越低。系統(tǒng)COD 去除率與出水VFA 的關(guān)系如圖5 所示。

 由圖5 可見，在實(shí)驗(yàn)前15 d，廢水COD 去除率呈上升趨勢，出水VFA 總體呈下降趨勢，運(yùn)行至15 d后反應(yīng)器開始進(jìn)小麥酒精廢水，COD 去除率略有下降并逐漸趨于穩(wěn)定，出水VFA 波動不大。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，系統(tǒng)對小麥酒精廢水水質(zhì)基本適應(yīng)，COD去除率穩(wěn)定在85％左右，出水VFA 也保持在4mmol/L 以下，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定。

2.1.3 UASB 反應(yīng)器容積負(fù)荷對沼氣產(chǎn)量的影響

系統(tǒng)容積負(fù)荷和沼氣產(chǎn)量的關(guān)系如圖6 所示。

 由圖6 可見，沼氣產(chǎn)量與UASB 反應(yīng)器容積負(fù)荷呈正相關(guān)關(guān)系。在系統(tǒng)運(yùn)行初期，隨著UASB 反應(yīng)器容積負(fù)荷的不斷提升，沼氣產(chǎn)量也穩(wěn)步上升。系統(tǒng)運(yùn)行后期，UASB 反應(yīng)器容積負(fù)荷穩(wěn)定在13.0kg/（m3·d），UASB 可產(chǎn)沼氣約17 L/d。

2.2 SBR 反應(yīng)器運(yùn)行情況

筆者研究采用PLC 自動控制系統(tǒng)控制SBR 反應(yīng)器運(yùn)行，SBR反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)如表2 所示。

 該系統(tǒng)馴化成熟，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，以UASB 穩(wěn)定運(yùn)行階段的出水作為好氧SBR 進(jìn)水，研究COD 的變化規(guī)律。配水采用厭氧出水加自來水的方式，進(jìn)水水量為3 L/d。按照表2 確定的運(yùn)行參數(shù)，逐漸提升反應(yīng)器進(jìn)水COD，從200 mg/L 逐漸提升至1 600mg/L，曝氣階段溶解氧在0.5~2 mg/L 之間變化，總體上是呈先降低后升高的現(xiàn)象，這是因?yàn)閺U水一開始進(jìn)入SBR 裝置后，系統(tǒng)中的污染物濃度較高，活性污泥利用污染物進(jìn)行生長代謝，此過程消耗氧氣，而且供氧速率小于好氧速率，溶解氧下降，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，污染物逐步被生物降解，系統(tǒng)中耗氧速率已經(jīng)低于供氧速率，溶解氧逐步提升。

SBR 反應(yīng)器進(jìn)、出水COD 的變化情況以及COD 的去除率如圖7 所示。

 由圖7 可見，隨著反應(yīng)器進(jìn)水COD 從200 mg/L提升到1 600 mg/L，反應(yīng)器出水COD 也相應(yīng)地上升，從100 mg/L 提升到300 mg/L，這是由于進(jìn)水中不可生物降解物質(zhì)的累積和負(fù)荷的提高引起的。從而也間接地說明實(shí)驗(yàn)所用的小麥酒精廢水中不可生物降解的物質(zhì)較少。微生物對小麥酒精廢水已有較好的適應(yīng)性，容積負(fù)荷從0.2 kg/（m3·d）逐步提高至1.6 kg/（m3·d）并穩(wěn)定運(yùn)行，去除率基本穩(wěn)定在80%以上，出水COD 在300 mg/L 以下，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到接入市政污水管網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

在中溫（37±2）℃條件下，采用有效容積3 L的UASB 反應(yīng)器處理小麥酒精廢水，容積負(fù)荷可以達(dá)到13 kg/（m3·d），COD 去除率維持在85%以上，厭氧出水COD 保持在1 650 mg/L 以下，出水VFA 在3.5 mmol/L 以下，反應(yīng)器的產(chǎn)氣量維持在17 L/d左右。

通過對小麥酒精廢水好氧處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用SBR 反應(yīng)器處理，最高負(fù)荷為1.6 kg/（m3·d），即最大進(jìn)水COD 為1 600 mg/L，去除率基本保持在80%以上，說明SBR 法后續(xù)處理工藝能在常溫下有效處理厭氧出水，且處理效率較高，處理效果穩(wěn)定。

小麥酒精廢水經(jīng)過UASB-SBR 組合工藝處理后，出水COD 在300 mg/L 以下，達(dá)到接入市政污水管網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。