張振家¹，王太平²，谷成²
（1.上海交通大學環境科學與工程學院，上海 200030；2.南開大學環境科學與工程學院，天津 300071）

　　摘要：針對糖蜜酒精糟液水質特性，采用以UASB反應器為主體的兩相厭氧消化工藝，試驗結果表明：系統對廢水中有機物及硫酸鹽均有良好的去除效果，酸化段反應器對SO₄^2-去除率達到70％以上，由于產氣的氣提作用，試驗中未發現SO₄^2-對甲烷菌有抑制作用。
　　關鍵詞：兩相UASB反應器；糖蜜酒精糟液；酸化段反應器
　　中圖分類號：X703.3；X792
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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廢水，CODcr濃度高達100～180g/L^[1]，并含有較高濃度的硫酸鹽及焦糖類物質，一直是廢水處理領域的難點。本文針對糖蜜酒精糟液水質特性，考察了在中溫條件下兩相UASB反應器對糖蜜酒精糟液處理情況。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置
　　如圖1所示，本試驗采用2座結構完全相同的UASB反應器，從上到下依次為三相分離器、懸浮層區和污泥床區，有效容積為28L。沿反應器高度設置12個采樣口，反應器由夾套水保溫在35±2℃。廢水經計量泵由底部進入酸化段UASB反應器，在頂部溢流出水，再經中間水槽作適當調節后用計量泵打入產甲烷段UASB反應器。產氣經水封瓶脫硫后，由濕式流量計計量產氣量。
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，每個反應器接種量18L。
1.3 廢水性質
　　試驗用水來自廣西某糖廠的糖蜜酒精糟液，水質指標見下表1。

表1 廢水水質 指標 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 數值 46258 123970 53080 4.2 5234 1848 5000

　　鑒于原水pH較低，試驗初期加入純堿進行調節，裝置容積負荷的提高通過提高進水TOC濃度或縮短水力停留時間來實現，因原水CODcr濃度高達120g/L，需適當稀釋，另試驗中不再額外添加氮、磷等營養物質。

2 試驗過程與結果分析

2.1 酸化段反應器有機物去除情況
　　酸化段試驗結果見圖2，圖3。

　　酸化段反應器中主要發生有機物水解、酸化反應，同時絕大部分SO₄^2-在SO₄^2-還原菌作用下，被轉化為硫化物。在最初的16d，進水TOC控制在10000mg/L，負荷在8kg[CODcr]/(m³·d)左右，但去除率直線下降，降低進水TOC至6000mg/L，去除率逐步上升至16％。從第40d到79d，逐步提高負荷至12kg[CODcr]/(m³·d)，去除率已達到30％以上。從第80d連續提高進水濃度，至第88d進水TOC達到15000mg/L，反應器容積負荷接近30kg[CODcr]/(m³·d)，去除率仍能維持在35％的較高水平，但隨著容積負荷進一步提高到38kg[CODcr]/(m³·d)，去除率明顯下降，已達到反應器極限負荷。從產氣量變化曲線也可以看出，在最初48d，產氣量一直很低，但從第49d起產氣量直線上升，并且與去除率曲線具有良好的相關注。根據氣相色譜檢測結果，酸化段產氣經脫硫后，CH₄和CO₂各占50％，證明在酸化段反應器中，也發生了產甲烷反應。
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-去除率最終穩定在70％左右，運轉后期在進水SO₄^2-濃度達到1800mg/L情況下，出水中總硫化物濃度也僅有60mg/L。由于反應器的大量產氣，SO₄^2-還原產物多由氣提作用而從系統中排出，故本試驗中并未發現硫化物的抑制作用。將SO₄^2-還原反應與有機物降解過程結合分析，我們發現酸化段反應器并未實現嚴格意義上的相分離，產甲烷過程相當活躍。據此我們推斷在一定的SO₄^2-濃度范圍內，在有機底物足夠充足的條件下，甲烷菌完全可以通過自身適應過程，順利實現產甲烷反應。
2.3 甲烷段反應器運行情況分析
　　進、出水TOC及去除率隨時間變化曲線見圖5。

　　在最初的12d，進水的TOC在6000mg/L左右，但去除率直線下降至10％，降低進水濃度至3500mg/L左右，穩定運行58d，去除率在50％左右波動。從第70d起，逐步提高進水濃度，使負荷上升至10kg[CODcr]/(m³·d)，去除率沒有明顯變化，繼續提高負荷到15kg[CODcr]/(m³·d)，去除率直線下降，已達到反應器極限負荷。根據氣相色譜檢測結果，甲烷段產氣中甲烷組分占73％，二氧化碳占15％，對反應器進出水SO₄^2-濃度分析結果表明產甲烷反應器中SO₄^2-的去除率接近50％。經兩相厭氧處理，SO₄^2-累計去除率已達到85％以上。試驗中甲烷段對有機物去除率最終穩定在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有關，為進一步探討系統的處理潛力，我們通過搖床試驗來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
　　搖床試驗中采用三角瓶作為反應器^[2]，試驗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反應器中顆粒污泥，接種量50mL，結果如圖6所示。

　　由圖6中可以看出，有機物的去除主要發生在最初的10d，大約40％的TOC被去除，隨后去除率變化趨緩，至第76d去除率也只能達到70％，與UASB反應器試驗結果基本一致，說明糖蜜酒精糟液中含有約30％的難降解物質在厭氧條件下無法降解，只能通過后續處理去除。

3 結語

　　試驗得出以下結論：
　　①兩相UASB反應器可有效去除廢水中大部分有機物及硫酸鹽，酸化段對SO₄^2-的去除率在70％左右，厭氧系統對SO₄^2-累計去除率達到85％以上，TOC累計去除率達到70％。
　　②厭氧出水中仍含有大量難以降解的焦糖類物質，當是后續處理的重點和難點，厭氧單元在整個處理系統中起到基礎性的作用，是一個必不可少的重要環節。
　　③本試驗中兩相反應器并未實現完全意義上的相分離，從酸化段反應器中甲烷菌活躍狀況可以看出，在基質充足的前提下，甲烷菌可以通過良好的自適應過程，更好地促進水解、酸化反應及硫酸鹽還原反應的順利進行。因此，在實際應用中，完全不必要對產酸相和產甲烷相進行嚴格隔離。

參考文獻：
[1]王凱軍，秦人偉．發酵工業廢水處理[M]．北京：化學工業出版社，2000．314～315．
[2]賀延齡．廢水的厭氧生物處理[M]．北京：中國輕工業出版社，1998．544～548．

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