EGSB出水回流對EGSB—SBR工藝處理果汁廢水的影響

李 婷，劉永紅，趙 蕾，蔡會勇

（1. 西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2. 煙臺富美特食品科技有限公司，山東 煙臺 264004）

治理技術(shù)

EGSB出水回流對EGSB—SBR工藝處理果汁廢水的影響

李 婷1，劉永紅1，趙 蕾2，蔡會勇1

（1. 西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2. 煙臺富美特食品科技有限公司，山東 煙臺 264004）

采用EGSB—SBR工藝處理實際果汁廢水（COD 2 608～6 500 mg/L，pH 5.0～7.0）。在EGSB反應(yīng)器成功啟動及馴化完成的情況下，連續(xù)運(yùn)行49 d。實驗結(jié)果表明：第25天起，控制EGSB回流比為3.00∶1，EGSB反應(yīng)器可在無須添加NaHCO3的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低了廢水處理成本；第25天起，平均進(jìn)水COD，BOD5，SS分別為5 968，2 130，1 020 mg/L，平均出水COD，BOD5，SS分別降至131，11，50 mg/L，平均COD，BOD5，SS去除率分別為98%，99%，95%；組合工藝對該實際果汁廢水具有良好的處理效果。

果汁廢水；膨脹顆粒污泥床；序批式反應(yīng)器；出水回流；低堿度

近年來我國濃縮果汁產(chǎn)量大幅增長，其中，2013年蘋果汁產(chǎn)量達(dá)1.16 Mt，居世界首位。果汁生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的果汁廢水是一類有機(jī)污染物濃度高、pH偏低（一般為5.0～6.0）的新型工業(yè)有機(jī)廢水，COD、懸浮物和膠體濃度極高［1］。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 t濃縮果汁的新鮮水用量，較少的為9～12 t，高的可達(dá)30 t［2］。如何經(jīng)濟(jì)、有效地解決果汁行業(yè)耗水量大、廢水污染嚴(yán)重等問題，成為當(dāng)今廢水處理領(lǐng)域面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

與國外果汁廢水處理普遍采用厭氧—好氧生物工藝相比［3-4］，國內(nèi)大多采用能耗高、泥量大、水質(zhì)難達(dá)標(biāo)的好氧生物工藝。我國果汁行業(yè)剛剛興起，果汁生產(chǎn)具有明顯的季節(jié)性，每年僅生產(chǎn)4～7個月，其余時間處于停產(chǎn)狀態(tài)。生產(chǎn)期間，處理系統(tǒng)需盡快適應(yīng)大量的高濃度廢水。而厭氧生物技術(shù)對高濃度有機(jī)廢水的處理具有明顯優(yōu)勢［5］，厭氧污泥可長期穩(wěn)定保存，反應(yīng)器停止運(yùn)行后的再次啟動可迅速完成。但處理酸性果汁廢水時需投加一定量的堿以維持厭氧反應(yīng)器所需的pH條件（pH=6.5～7.5）［6］，這不僅大大增加了處理成本，且中和過程產(chǎn)生的鹽將給后續(xù)工藝帶來不利影響。

針對上述情況，本工作以高效厭氧反應(yīng)器技術(shù)為核心，采用EGSB—SBR工藝在低堿度條件下處理果汁廢水，研究EGSB出水回流對運(yùn)行過程的影響，以期為相關(guān)工程實踐提供幫助。

1 實驗部分

1.1 試劑、材料和儀器

NaHCO3，NH4Cl，KH2PO4：分析純。

EGSB接種污泥：厭氧顆粒污泥，取自陜西省戶縣某淀粉廠污水處理站UASB反應(yīng)器，粒徑約1.09 mm，VS/TS=73.6%；SBR接種污泥：好氧污泥，取自陜西省西安市某污水處理廠好氧池。

果汁廢水：取自陜西省咸陽市某果汁有限公司的生產(chǎn)裝置。果汁廢水水質(zhì)見表1。

表1 果汁廢水水質(zhì) mg/L

5B-3C型COD快速測定儀：蘭州連華科技有限公司；PHS-3C型pH計：上海佑科儀器有限公司；SHP-160型智能生化培養(yǎng)箱：蘭州連華科技有限公司；BT100-1J型蠕動泵：保定蘭格恒流泵有限公司。

1.2 實驗裝置及流程

實驗裝置為自行設(shè)計制造。EGSB反應(yīng)器：有效容積14 L，高2.10 m，內(nèi)徑0.09 m；SBR：有效容積30 L，長寬高分別為0.25，0.20，0.60 m。

EGSB—SBR工藝的流程見圖1。果汁廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，加堿調(diào)節(jié)后泵入EGSB反應(yīng)器；降解后的廢水經(jīng)三相分離器進(jìn)行氣、液、固分離，沉淀區(qū)的出水部分泵入EGSB反應(yīng)器底部回流；EGSB反應(yīng)器的出水進(jìn)入SBR進(jìn)行進(jìn)一步降解，出水達(dá)標(biāo)后排放。

圖1 EGSB—SBR工藝的流程

1.3 實驗方法

果汁廢水總堿度較低，一般情況下需添加NaHCO3調(diào)節(jié)廢水總堿度至2 000 mg/L左右。同時，添加NH4Cl和KH2PO4，調(diào)節(jié)廢水的m（C）∶m（N）∶m（P）至350∶5∶1。此外，每升廢水添加微量元素營養(yǎng)母液1 mL。

經(jīng)過174 d的運(yùn)行，EGSB反應(yīng)器成功啟動。隨后的22 d內(nèi)逐漸增大進(jìn)水中果汁廢水的比例，直至100%，以馴化厭氧微生物。本實驗在EGSB反應(yīng)器成功啟動及馴化完成的前提下進(jìn)行。以果汁廢水為進(jìn)水，連續(xù)運(yùn)行49 d。初始進(jìn)水COD為5 131.5 mg/L，進(jìn)水SS為1 013 mg/L，COD容積負(fù)荷為4.36 kg/（m3·d）。

1.4 分析方法

采用COD快速測定儀測定COD；采用酸堿指示劑滴定法測定總堿度［7］121-124；采用標(biāo)準(zhǔn)重量法測定SS［7］105-108；采用稀釋接種法測定BOD5［7］227-231。

2 結(jié)果與討論

2.1 EGSB出水回流對EGSB反應(yīng)器運(yùn)行過程的影響

厭氧反應(yīng)器出水的總堿度一般高于進(jìn)水，故可采用出水回流的方式調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的總堿度，同時還可起到稀釋進(jìn)水的作用［8-9］。本節(jié)將探討循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器運(yùn)行過程的影響。

2.1.1 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器COD去除率的影響

循環(huán)水量的控制對反應(yīng)器的低堿度穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器COD去除率的影響見圖2。由圖2可見：第1～5天，循環(huán)水量為0.26 L/h，回流比0.52∶1，COD去除率為97%左右；第6～9天，保持循環(huán)水量不變，進(jìn)液量提升至0.74 L/h，回流比0.35∶1，COD去除率為96%左右；第10～14天，循環(huán)水量提升至0.53 L/h，回流比0.70∶1，COD去除率保持在93%以上；第15天，循環(huán)水量提升至1.11 L/h，回流比1.50∶1，廢水和污泥之間混合更加充分，但水力負(fù)荷突然增大，導(dǎo)致洗出物增多、COD去除率驟降至80%，但僅過4 d后，COD去除率快速回升至90%以上；隨反應(yīng)器運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，第25天起，循環(huán)水量提升至2.21 L/ h，回流比3.00∶1，COD去除率穩(wěn)定在95%左右。

圖2 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器COD去除率的影響循環(huán)水量；COD去除率

2.1.2 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器進(jìn)水總堿度的影響

在厭氧生物處理中若沒有足夠的緩沖堿度將導(dǎo)致pH急劇下降，從而引起反應(yīng)器系統(tǒng)嚴(yán)重酸化。循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器進(jìn)水總堿度的影響見圖3。

圖3 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器進(jìn)水總堿度的影響循環(huán)水量；進(jìn)水總堿度

由圖3可見：第1～9天，循環(huán)水量提升至0.26 L/h，回流比0.52∶1，水力負(fù)荷0.12 m3/（m2·h），NaHCO3加入量為60 g，進(jìn)水總堿度維持在3 000～3 800 mg/L；第10～14天，循環(huán)水量提升至0.53 L/ h，回流比0.70∶1，水力負(fù)荷0.16 m3/（m2·h），NaHCO3加入量為30 g，進(jìn)水總堿度維持在2 300～2 700 mg/L；第15～24天，循環(huán)水量提升至1.11 L/ h，回流比1.50∶1，水力負(fù)荷0.20 m3/（m2·h），NaHCO3加入量為15 g，進(jìn)水總堿度維持在1 700～2 000 mg/L；第25天起，循環(huán)水量提升至2.21 L/ h，回流比3.00∶1，水力負(fù)荷0.46 m3/（m2·h），此時未投加NaHCO3，進(jìn)水總堿度降至1 000～1 400 mg/L。高水力負(fù)荷使得低堿度的廢水進(jìn)入EGSB反應(yīng)器后與回流的高堿度、高pH出水能夠良好地混合，因而較高的循環(huán)水量可使反應(yīng)器在低堿度水平下穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合2.1.1小節(jié)COD去除率的變化情況可知，控制回流比為3.00∶1時，EGSB反應(yīng)器在無須添加NaHCO3條件下可對果汁廢水進(jìn)行有效處理并高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.3 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器出水pH的影響

循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器出水pH的影響見圖4。由圖4可見：連續(xù)運(yùn)行期間，EGSB反應(yīng)器進(jìn)水pH不斷下降，后期基本保持在5.3左右；而隨循環(huán)水量從0.26 L/h逐步提升至2.21 L/h，出水pH在7.3～8.4之間波動，變化幅度較小，說明此階段反應(yīng)器內(nèi)有足夠的緩沖能力。

圖4 循環(huán)水量對EGSB反應(yīng)器出水pH的影響循環(huán)水量；進(jìn)水pH；出水pH

進(jìn)水pH的逐漸降低使厭氧顆粒污泥的耐酸性得到增強(qiáng)，反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌種逐漸改變。甲烷八疊球菌可在高乙酸濃度下生長，耐乙酸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于甲烷絲菌，且能適應(yīng)更低的pH［10-11］。通過對本實驗不同階段顆粒污泥表面進(jìn)行SEM和微生物多樣性分析［12-13］發(fā)現(xiàn)：穩(wěn)定運(yùn)行階段，EGSB反應(yīng)器中形成了以甲烷八疊球菌為主的顆粒污泥，從而大大降低了反應(yīng)器內(nèi)對堿度的需求。

2.2 EGSB—SBR工藝的運(yùn)行效果

2.2.1 COD去除效果

EGSB—SBR工藝對COD的去除效果見圖5。由圖5可見，當(dāng)EGSB出水COD較高時，SBR對COD的去除率加大，對保持最終出水COD的穩(wěn)定具有重要意義。采用該組合工藝處理果汁廢水，第25天起組合工藝穩(wěn)定運(yùn)行，此時EGSB反應(yīng)器平均進(jìn)水COD為5 968 mg/L，SBR平均出水COD為131 mg/L，組合工藝對果汁廢水的總COD去除率穩(wěn)定在96%以上。

2.2.2 出水水質(zhì)

第25天起，EGSB—SBR工藝的出水水質(zhì)見表2。由表2可見，組合工藝的最終出水COD達(dá)到陜西省《濃縮果汁加工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［14］（DB 61/421—2008）中的B級排放標(biāo)準(zhǔn)，BOD5和SS均達(dá)到A級排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)平均進(jìn)水COD，BOD5，SS分別為5 968，2 130，1 020 mg/L時，平均出水COD，BOD5，SS分別降至131，11，50 mg/L，平均COD，BOD5，SS的去除率分別為98%，99%，95%。

圖5 EGSB—SBR工藝對COD的去除效果EGSB進(jìn)水COD；EGSB出水COD；SBR出水COD；EGSB的COD去除率；SBR的COD去除率；總COD去除率

表2 EGSB—SBR工藝的出水水質(zhì)

3 結(jié)論

a）EGSB—SBR工藝連續(xù)運(yùn)行49 d，第25天起控制EGSB出水回流比為3.00∶1，可使EGSB反應(yīng)器在無須添加NaHCO3的條件下對果汁廢水進(jìn)行有效處理，從而大大降低了廢水處理成本。

b）第25天起，平均進(jìn)水COD，BOD5，SS分別為5 968，2 130，1 020 mg/L，平均出水COD，BOD5，SS分別降至131，11，50 mg/L，平均COD，BOD5，SS去除率分別為98%，99%，95%。組合工藝對該實際果汁廢水具有良好的處理效果。

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（編輯 魏京華）

Influence of EGSB Effluent Recycling on Treatment of Fruit Juice Wastewater by EGSB - SBR Process

Li Ting1，Liu Yonghong1，Zhao Lei2，Cai Huiyong1
（1. College of Environmental and Chemical Engineering，Xi’an Polytechnic University，Xi’an Shaanxi 710048，China；2. Yantai Foodmate technology Co. Ltd.，Yantai Shandong 264004，China）

The practical fruit juice wastewater with 2 608-6 500 mg/L of COD and 5.0-7.0 of pH was treated by EGSB -SBR process. After successful startup and acclimation of the EGSB reactor，the continuous operation was carried out for 49 d. The experimental results show that：The EGSB reactor can run stably without NaHCO3addition when the EGSB refl ux ratio is 3.00∶1 from the 25th day，thus the treatment cost is decreased；From then on，when the average COD，BOD5and SS of the infl uent are 5 968，2 130， 1 020 mg/L respectively， those of the effl uent are 131，11，50 mg/L with 98%，99% and 95% of their removal rates respectively.

fruit juice wastewater；expanded granular sludge bed；sequence batch reactor；effl uent recycling；low alkalinity

X703.1

A

1006 - 1878（2015）01 - 0034 - 05

2014 - 08 - 05；

2014 - 10 - 23。

李婷（1988—），女，陜西省渭南市人，碩士研究生。電話 13679288840，電郵 liting365@139.com。

國家自然科學(xué)基金項目（21176197）；國家科技重大專項項目（2009ZX07212-002-002）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目（2011KTZB03-03-01）；陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（2008k07-14）。