两相UASB反应器处理糖蜜酒精糟液的试验研究

张振家¹，王太平²，谷成²
（1.上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200030；2.南开大学环境科学与工程学院，天津 300071）

　　摘要：针对糖蜜酒精糟液水质特性，采用以UASB反应器为主体的两相厌氧消化工艺，试验结果表明：系统对废水中有机物及硫酸盐均有良好的去除效果，酸化段反应器对SO₄^2-去除率达到70％以上，由于产气的气提作用，试验中未发现SO₄^2-对甲烷菌有抑制作用。
　　关键词：两相UASB反应器；糖蜜酒精糟液；酸化段反应器
　　中图分类号：X703.3；X792
　　文献标识码：A
　　文章编号：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

　　糖蜜酒精糟液为典型的高浓度有机废水，CODcr浓度高达100～180g/L^[1]，并含有较高浓度的硫酸盐及焦糖类物质，一直是废水处理领域的难点。本文针对糖蜜酒精糟液水质特性，考察了在中温条件下两相UASB反应器对糖蜜酒精糟液处理情况。

1 材料与方法

1.1 试验装置
　　如图1所示，本试验采用2座结构完全相同的UASB反应器，从上到下依次为三相分离器、悬浮层区和污泥床区，有效容积为28L。沿反应器高度设置12个采样口，反应器由夹套水保温在35±2℃。废水经计量泵由底部进入酸化段UASB反应器，在顶部溢流出水，再经中间水槽作适当调节后用计量泵打入产甲烷段UASB反应器。产气经水封瓶脱硫后，由湿式流量计计量产气量。
1.2 污泥接种
　　接种污泥采自天津蓟县挂月酒厂EGSB反应器高温（55℃）处理玉米酒精糟液的颗粒污泥，粒径2～3mm，浓度92g/L，m(VSS)/m(SS)=0.65，每个反应器接种量18L。
1.3 废水性质
　　试验用水来自广西某糖厂的糖蜜酒精糟液，水质指标见下表1。

表1 废水水质 指标 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 数值 46258 123970 53080 4.2 5234 1848 5000

　　鉴于原水pH较低，试验初期加入纯碱进行调节，装置容积负荷的提高通过提高进水TOC浓度或缩短水力停留时间来实现，因原水CODcr浓度高达120g/L，需适当稀释，另试验中不再额外添加氮、磷等营养物质。

2 试验过程与结果分析

2.1 酸化段反应器有机物去除情况
　　酸化段试验结果见图2，图3。

　　酸化段反应器中主要发生有机物水解、酸化反应，同时绝大部分SO₄^2-在SO₄^2-还原菌作用下，被转化为硫化物。在最初的16d，进水TOC控制在10000mg/L，负荷在8kg[CODcr]/(m³·d)左右，但去除率直线下降，降低进水TOC至6000mg/L，去除率逐步上升至16％。从第40d到79d，逐步提高负荷至12kg[CODcr]/(m³·d)，去除率已达到30％以上。从第80d连续提高进水浓度，至第88d进水TOC达到15000mg/L，反应器容积负荷接近30kg[CODcr]/(m³·d)，去除率仍能维持在35％的较高水平，但随着容积负荷进一步提高到38kg[CODcr]/(m³·d)，去除率明显下降，已达到反应器极限负荷。从产气量变化曲线也可以看出，在最初48d，产气量一直很低，但从第49d起产气量直线上升，并且与去除率曲线具有良好的相关注。根据气相色谱检测结果，酸化段产气经脱硫后，CH₄和CO₂各占50％，证明在酸化段反应器中，也发生了产甲烷反应。
2.2 酸化段硫酸盐去除特征
　　酸化段硫酸盐去除情况见图4。

　　由图4可知，酸化段的SO₄^2-去除率最终稳定在70％左右，运转后期在进水SO₄^2-浓度达到1800mg/L情况下，出水中总硫化物浓度也仅有60mg/L。由于反应器的大量产气，SO₄^2-还原产物多由气提作用而从系统中排出，故本试验中并未发现硫化物的抑制作用。将SO₄^2-还原反应与有机物降解过程结合分析，我们发现酸化段反应器并未实现严格意义上的相分离，产甲烷过程相当活跃。据此我们推断在一定的SO₄^2-浓度范围内，在有机底物足够充足的条件下，甲烷菌完全可以通过自身适应过程，顺利实现产甲烷反应。
2.3 甲烷段反应器运行情况分析
　　进、出水TOC及去除率随时间变化曲线见图5。

　　在最初的12d，进水的TOC在6000mg/L左右，但去除率直线下降至10％，降低进水浓度至3500mg/L左右，稳定运行58d，去除率在50％左右波动。从第70d起，逐步提高进水浓度，使负荷上升至10kg[CODcr]/(m³·d)，去除率没有明显变化，继续提高负荷到15kg[CODcr]/(m³·d)，去除率直线下降，已达到反应器极限负荷。根据气相色谱检测结果，甲烷段产气中甲烷组分占73％，二氧化碳占15％，对反应器进出水SO₄^2-浓度分析结果表明产甲烷反应器中SO₄^2-的去除率接近50％。经两相厌氧处理，SO₄^2-累计去除率已达到85％以上。试验中甲烷段对有机物去除率最终稳定在45％～60％，这与糖蜜废水本身含有大量难降解的焦糖组分的性质有关，为进一步探讨系统的处理潜力，我们通过摇床试验来确定该种废水在厌氧条件下的生物可降解性。
2.4 糖蜜酒精糟液的厌氧可生化性试验
　　摇床试验中采用三角瓶作为反应器^[2]，试验温度由恒温水浴摇床保持在35℃，水样为原水稀释液，体积为500mL，TOC为12000mg/L，接种污泥为甲烷段UASB反应器中颗粒污泥，接种量50mL，结果如图6所示。

　　由图6中可以看出，有机物的去除主要发生在最初的10d，大约40％的TOC被去除，随后去除率变化趋缓，至第76d去除率也只能达到70％，与UASB反应器试验结果基本一致，说明糖蜜酒精糟液中含有约30％的难降解物质在厌氧条件下无法降解，只能通过后续处理去除。

3 结语

　　试验得出以下结论：
　　①两相UASB反应器可有效去除废水中大部分有机物及硫酸盐，酸化段对SO₄^2-的去除率在70％左右，厌氧系统对SO₄^2-累计去除率达到85％以上，TOC累计去除率达到70％。
　　②厌氧出水中仍含有大量难以降解的焦糖类物质，当是后续处理的重点和难点，厌氧单元在整个处理系统中起到基础性的作用，是一个必不可少的重要环节。
　　③本试验中两相反应器并未实现完全意义上的相分离，从酸化段反应器中甲烷菌活跃状况可以看出，在基质充足的前提下，甲烷菌可以通过良好的自适应过程，更好地促进水解、酸化反应及硫酸盐还原反应的顺利进行。因此，在实际应用中，完全不必要对产酸相和产甲烷相进行严格隔离。

参考文献：
[1]王凯军，秦人伟．发酵工业废水处理[M]．北京：化学工业出版社，2000．314～315．
[2]贺延龄．废水的厌氧生物处理[M]．北京：中国轻工业出版社，1998．544～548．

作者简介：
张振家（1956～），男，山西运城人，教授，博士生导师，1996年获日本山口大学博士学位，主要从事水污染防治研究工作，电话(022)66229560，tpwang@eyou.com。