張振家　張仁江　谷成　王松　潘華　張虹
(南開(kāi)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300070)

　　摘　要：利用UAHB反應(yīng)器在高溫下處理酒精糟液，試驗(yàn)結(jié)果表明COD負(fù)荷可達(dá)到20 kgCOD/(m³*d)，去除率在90%以上，對(duì)有機(jī)氮的降解也可達(dá)到85%。試驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果較好，對(duì)我國(guó)玉米酒精行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水處理是一種有益的嘗試。
　　關(guān)鍵詞：UAHB反應(yīng)器；　酒精糟液；　高溫厭氧處理；　高濃度有機(jī)廢水
　　中圖分類號(hào)：X797
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：　A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)05-0005-03

Treatment of Corn Ethanol Production Wastewater by Thermophilic UAHB Reactor

ZHANG Zhen-jia，ZHANG Ren-jiang，GU Cheng，WANG Song，PAN Hua，ZHANG Hong
(School of Environ.Sci.and Eng.,Nankai Univ.,Tianjin 300071,China)

　　Abstract：A thermophilic UAHB (Upflow Anaerobic Hybrid Bed) reactor was used for treatment of wastewater from corn ethanol production. The test results showed that the loading rate could reach 20 kgCOD/(m³*d) with COD removal efficiency of over 90%, and degradation of organic nitrogen of 85%. The UAHB reactor was stable in operation and satisfactory in performance. The study is beneficial to the treatment of high strength wastewater in China.
　　Keywords:UAHB reactor;　corn ethanol production wastewater;　thermophilic anaerobic treatment;　high strength organic wastewater

　　上流式復(fù)合床將UASB與厭氧生物濾床相結(jié)合，稱之為UAHB(Upflow Anaerobic Hybrid Bed)反應(yīng)器。它在污泥床層與三相分離器之間加入填料層，具有利用厭氧生物濾床收集懸浮污泥的特點(diǎn)，既提高了出水水質(zhì)，又可改善傳統(tǒng)UASB反應(yīng)器懸浮污泥床層處理效率低的問(wèn)題。
　　本研究采用UAHB反應(yīng)器在高溫下(55 ℃)對(duì)酒精糟液廢水進(jìn)行處理。酒精糟液廢水屬高濃度有機(jī)廢水(COD：2×10⁴～3×10⁴ mg/L)，并且蛋白質(zhì)含量較高。本試驗(yàn)主要研究這些物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的降解情況。

1　試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

1.1　試驗(yàn)裝置
　　試驗(yàn)裝置如圖1。

　　反應(yīng)器分污泥床、濾床和三相分離器三個(gè)部分。反應(yīng)器內(nèi)徑14.4cm，下部污泥床高100cm，上部濾床高50cm，反應(yīng)器容積24.5L，三相分離器容積4L，裝置的總有效容積為28.5 L。
　　濾床部填充彈性填料，填充率為30%(V/V)。
　　反應(yīng)器通過(guò)夾套水循環(huán)，保溫(55±2) ℃。
　　廢水通過(guò)計(jì)量泵由底部進(jìn)入反應(yīng)器，出水經(jīng)反應(yīng)器頂部溢流至處理水收集槽。產(chǎn)生的沼氣在通過(guò)水封及脫硫裝置后，進(jìn)入濕式氣體流量計(jì)，計(jì)量產(chǎn)氣量。
　　污泥床等間隔分布9個(gè)采樣口，濾床等間隔分布4個(gè)采樣口，以觀察反應(yīng)器內(nèi)部的污泥情況。
1.2　接種污泥
　　接種污泥采自天津市某酒廠厭氧發(fā)酵罐中消化污泥，污泥濃度20g/L,接種量為18 L。
1.3　廢水性質(zhì)
　　試驗(yàn)用水來(lái)自天津某酒廠酒精發(fā)酵液經(jīng)板框壓濾、沉淀處理后的廢水，其水質(zhì)如表1所示。

表1　廢水水質(zhì) COD_Cr(mg/L) pH 有機(jī)氮(mg/L) 高級(jí)脂肪酸(mg/L) (2～3)×10⁴ 4～5 450～780 900～1 200

　　原水pH較低，加碳酸鈉(Na₂CO₃)以調(diào)節(jié)pH值。原水COD濃度較高，試驗(yàn)中需進(jìn)行適當(dāng)稀釋。提高容積負(fù)荷則通過(guò)提高進(jìn)水COD濃度或縮短水力停留時(shí)間(HRT)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因處理水為糧食發(fā)酵廢水，水中營(yíng)養(yǎng)物均衡，故不再另外添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
1.4　分析項(xiàng)目及方法
　　COD：重鉻酸鉀法；pH：精密試紙；堿度：滴定法；揮發(fā)酸：氣相色譜法；氨氮：滴定法；凱式氮：蒸餾法。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1　裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)特征
　　試驗(yàn)期間反應(yīng)器的運(yùn)行情況見(jiàn)圖2。

　　最初15d采用間歇式進(jìn)水，負(fù)荷在3kgCOD/(m^3·d)以下。3d后開(kāi)始產(chǎn)氣，但產(chǎn)氣量很少，而且去除率一直低于10%，從第20d起到第44d，負(fù)荷基本不變，而去除率直線上升(到80%以上)，此后逐漸提高負(fù)荷，去除率一直維持在80%左右。在提高負(fù)荷的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在剛剛提高負(fù)荷的幾天里，出水渾濁，一部分懸浮污泥隨出水帶出，隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定，出水也逐漸變清。從第60d起，負(fù)荷已達(dá)到10kgCOD/(m^3·d)，出水水質(zhì)明顯變差，去除率降低，這時(shí)SS僅3 730 mg/L，污泥負(fù)荷高達(dá)1.912 kgCOD/(kgSS^．d)。為繼續(xù)提高負(fù)荷，第73d向反應(yīng)器中補(bǔ)加10L厭氧消化污泥(SS為82800mg/L)，此后去除率一直保持在90%以上。到第90d，容積負(fù)荷高達(dá)20 kgCOD/(m^3·d)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)氣量(標(biāo)況下)在200L/d以上。
　　反應(yīng)器中從第40d起，開(kāi)始發(fā)現(xiàn)有顆粒污泥形成，到第70d底部50 cm處基本已經(jīng)完全顆粒化，但粒徑較小，只有1.5mm左右。
　　在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，加入碳酸鈉以緩沖底部由于產(chǎn)酸菌的大量繁殖造成的酸化現(xiàn)象。隨著反應(yīng)器內(nèi)部細(xì)菌相的穩(wěn)定，產(chǎn)甲烷菌活性增強(qiáng)，把酸化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷，又可釋放出堿度。因此在反應(yīng)器運(yùn)行初期，為防止酸化，投加碳酸鈉量較多，出水堿度一直控制在3000～4 000 mgCaCO₃/L，而在運(yùn)行后期(70 d以后)，逐漸減少碳酸鈉投加量，出水堿度一直在4000～5000mgCaCO₃/L。
　　運(yùn)行過(guò)程中pH值一直維持在7.5左右(反應(yīng)器內(nèi)部)。
　　從圖2可見(jiàn)，單位體積產(chǎn)氣量和負(fù)荷呈正相關(guān)，隨著負(fù)荷由3 kgCOD/(m^3·d)增加到20 kgCOD/(m^3·d)，單位體積產(chǎn)氣量也由0.71L/(L^．d)提高到23.4 L/(L^．d)。
2.2　有機(jī)物的去除特征
　　因發(fā)酵工藝以玉米和高粱為主要原料，糟液中氮主要以有機(jī)氮即蛋白質(zhì)的形式存在。在反應(yīng)器中，微生物代謝分解有機(jī)氮，將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)和氨氮：

　　

　　試驗(yàn)的第86d［負(fù)荷為9.60 kgCOD/(m^3·d)］，從反應(yīng)器的高度方向上看，在污泥床部有機(jī)氮直線減少，到50 cm處有機(jī)氮的降解可達(dá)到80%～85%，濾床部對(duì)有機(jī)氮的降解作用不大。
　　氨氮在底部50 cm變化不明顯，有機(jī)氮降解產(chǎn)生的氨氮主要被微生物所利用。在50～90cm，氨氮濃度直線上升，濾床部對(duì)氨氮的降低作用也不大。
　　圖3為第86 d［負(fù)荷為9.60 kgCOD/(m^3·d)］在反應(yīng)器高度方向上COD濃度的變化。

　　在污泥床底部50 cm，約50%的COD被去除，由于此部分集中了大量的顆粒污泥，生物量大，COD的去除主要發(fā)生在這一部分。50～100cm屬于懸浮污泥區(qū)，污泥濃度較低，但總的說(shuō)來(lái)，在污泥床部70%以上的COD被去除。而在濾床部只有約20%的COD發(fā)生降解，雖然和污泥床部相比去除效果較差，但在防止懸浮污泥流失、改善出水水質(zhì)方面仍起著很大的作用。

3　結(jié)論

　?、佟「邷?55 ℃)UAHB反應(yīng)器可有效處理酒精糟液，容積負(fù)荷高達(dá)20kg/(m^3·d)，糟液的投配率在70%以上，水力停留時(shí)間縮短至1.4d，較傳統(tǒng)工藝效率可提高5倍?？梢?jiàn)，UAHB反應(yīng)器在處理酒精糟液方面具有高效、快速的特點(diǎn)。
　?、凇∥勰啻部扇コs70%的COD和約80%的有機(jī)氮，而濾床可去除約20%的COD，對(duì)有機(jī)氮基本沒(méi)有降解。
　?、邸〔捎肬AHB反應(yīng)器，重新啟動(dòng)速度快。試驗(yàn)停止約一個(gè)月，當(dāng)重新啟動(dòng)后，僅3d即可恢復(fù)到試驗(yàn)停止以前的水平，說(shuō)明厭氧生物污泥易于貯藏，適應(yīng)能力較強(qiáng)。

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基金項(xiàng)目：天津市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973112010)

作者簡(jiǎn)介：張振家(1956-　)，　男，　山西運(yùn)城人，　南開(kāi)大學(xué)教授，　博士，　研究方向：污水處理技術(shù)。

張振家（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）
張仁江（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）
谷成（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）
王松（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）
潘華（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）
張虹（南開(kāi)大學(xué)　環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津　300071）

參考文獻(xiàn)：

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［5］　張振家等.上向流式嫌氣性ハィブリッドブランケットリァクタ—の特性［A］.土木學(xué)會(huì)論文集［C］.日本.1995.

收稿日期：1999-12-07