上流式厭氧污泥床反應器處理涼果廢水性能研究

史亮　陳師楚　何凌峰　張永利

摘 要：采用上流式厭氧污泥床反應器（UASB）法處理涼果廢水，考察廢水厭氧處理過程中COD、濁度、脫色率、pH、電導率、懸浮物去除率的變化規(guī)律。結果表明：隨著厭氧時間的增加，UASB反應器對廢水的處理效果不斷提高。在最適宜的厭氧時間條件下，廢水的COD去除率達62.0%、濁度去除率達41.1%、吸光度及脫色率分別為0.498及48.4%、pH為5.4、懸浮物去除率達30.3%。故，UASB法可作為涼果廢水的預處理方式，以降低后續(xù)廢水的好氧處理難度。

關 鍵 詞： 上流式厭氧污泥床反應器法；涼果廢水；COD去除率；濁度去除率；脫色率

中圖分類號： X 703 文獻標識碼： 文章編號： 1671-0460（2017）07-1303-04

Study on Performance of Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor for Treating Preserved Fruit Wastewater

SHI Liang1，CHEN Shi-chu 1，HE Ling-feng2，ZHANG Yong-li2

（1. Foshan Sikete Environmental Protection Engineering Co.， Ltd.， Guangdong Foshan 528000， China；

2. School of Environmental and Chemical Engineering， Foshan University， Guangdong Foshan 528000， China）

Abstract： The preserved fruit wastewater was treated with the upflow anaerobic sludge bed （UASB） reactor， the change rule of COD， turbidity， decoloring rate， pH， conductivity， suspended solids removal rate in wastewater anaerobic treatment process was researched. The results showed that， with the increase of anaerobic time， the treatment effect of wastewater over the UASB reactor increased. Under the most suitable condition of anaerobic time， the COD removal rate of wastewater was 62%， turbidity removal rate was 41.1%， absorbance and decoloring rate were 0.498 and 48.4%， pH=5.4， and suspended solids removal rate was 30.3%. Therefore， the UASB method can be used as a pretreatment way for preserved fruit wastewater， in order to reduce the difficulty of subsequent aerobic wastewater treatment.

Key words： Upflow anaerobic sludge bed； Preserved fruit wastewater； COD removal rate； Turbidity removal rate； Decoloring rate

加工果品行業(yè)的重要方向是加工涼果。早在19世紀50年代，我國的果品產(chǎn)量就達到了相當?shù)臄?shù)量，其數(shù)值為679萬t。蜜餞生產(chǎn)在我國已有很悠久的歷史，發(fā)展至今已成為一種深受人們特別是兒童喜愛的食品[1]。隨著加工技術的不斷進步與人民生活水平提高，我國的蜜餞產(chǎn)量愈來愈高，逐漸形成了口感不同的“北蜜”和“南蜜”兩大派系。兩者雖在口味與處理技術上存在差異，但在處理工程中排放的廢水等物質(zhì)都對環(huán)境造成了污染[2，3]。生產(chǎn)蜜餞和果脯產(chǎn)生的廢水常常有刺激性氣味，其排入水體污染環(huán)境；同時，污水滲入農(nóng)田，加劇了農(nóng)田的鹽堿化，導致糧食減產(chǎn)。隨著網(wǎng)絡購物的興起，人們對蜜餞的需求量逐年遞增，隨之而來的廢水排放逐漸增加，加速了環(huán)境惡化，蜜餞廢水的治理問題急需得到改善[4]。處理廢水方法多樣：生物、化學、物理法[5]。上流式厭氧污泥床反應器，受人們關注的是其在處理難降解、有機、高濃度廢水方面的作用[6]。

Angus Smith在1880年率先發(fā)現(xiàn)了這種方法。他將氣體向污水中通入，后人也做過類似的嘗試，Clark和Gage在1912年于Lawrence研究所，向污水通氣會產(chǎn)生污泥，可以觀察到水質(zhì)得到提高。于是Arden和Locket研究了這個裝置。在頭天晚上倒出液體，下一天把瓶內(nèi)水倒出，這是他一貫的做法。一個偶然的現(xiàn)象是，瓶子沒倒干凈，處理效果反而更好。于是其研究了瓶壁上的污泥，他給其起名為活性污泥。之后，他在實驗之后，將實驗液體靜置，倒出上層液體，留污泥第二天繼續(xù)使用。他的這一舉動縮短了處理的時間提高了處理效果。世界上第一個活性污泥處理廠在1916年建成，其理論基礎是他們在1914年5月發(fā)表的一篇論文，地點是在曼徹斯特分會。活性污泥是在活性污泥法的反應液沉淀產(chǎn)生的，其形態(tài)為絮狀、顏色為褐色，包含多種微生物：后生動物、原生動物、真菌和細菌等，他們的食料是水中的有機物，降低有機物含量的原因是他們利用這些有機物進行了繁殖和代謝。其中污泥的形態(tài)絮體，其吸附和絮凝作用可以去除水中其他物質(zhì)：懸浮、膠體物質(zhì)。

Lettinga教授，荷蘭人，于1972年研發(fā)了UASB儀器。廢水的流經(jīng)方向是下入上出。大多污染物被分解，其產(chǎn)物是甲烷和二氧化碳，活性高和濃度高是底部污泥層的特征。因為污泥上粘附氣泡與攪動的氣態(tài)物，其上面成型了污泥懸浮層。澄清區(qū)出來較干凈的水。厭氧污泥在其中產(chǎn)生。負荷高，數(shù)值10到20 kg COD m/d。要想形成好的污泥床，根據(jù)實驗顯示，讓去除率和負荷高，攪拌是不必的，適合pH、溫度、負荷沖擊變化。在目前的科研與市場里，其有著廣泛的應用范圍。A.W.obayaski總結了幾種方法：厭氧接觸法：：第一種是朗姆酒蒸餾、第二種是小麥淀粉廢水、第三種是肉類加工廢水。第一種Guar樹膠、第二種酒精上清液、第三種制藥污水、第四種是有機合成污水，這四種廢水都是厭氧生物濾池能夠處理的污水。例如第一種蘑菇加工廢水、第二種土豆加工廢水、第三種糖廠廢水，這幾種都是上流式厭氧污泥床能處理的廢水。一種小試、一種生產(chǎn)共同組成了肉類加工的規(guī)模。小試的負荷為3.2、水力停留時間為12 h、溫度為30 ℃、去除率為95%。生產(chǎn)規(guī)模的肉類加工水的負荷BOD為2.5、水力停留時間為13.3 h、溫度為35 ℃、去除率為90%。規(guī)模為中試、水力停留時間為3.6 d、負荷COD為2.5，這些是小麥淀粉的參數(shù)。有機合成污水的負荷率COD為2.5、水力停留時間為96 h、溫度為35 ℃、去除率達到92%、規(guī)模為小試。制藥污水的COD負荷為3.5、水力停留時間為48 h、溫度為35 ℃、去除率為98%、規(guī)模為小試。酒精上清液的COD負荷為7.26、水力停留時間為20.8小時、溫度為28 ℃、去除率為85%、規(guī)模為小試。Guar樹膠的COD負荷為7.4、水力停留時間為24 h、溫度為37 ℃、去除率為60%、規(guī)模為生產(chǎn)。糖廠的COD負荷為22.5、水力停留時間為6 h、溫度為30 ℃、去除率達94%、規(guī)模為小試。土豆加工污水的COD負荷為25到45、水力停留時間為4 h、溫度為35 ℃、去除率達93%、規(guī)模為小試。蘑菇加工廢水的COD負荷為15、水力停留時間為6.8、溫度為30 ℃、去除率為91%、規(guī)模為生產(chǎn)。

降低后續(xù)好氧處理難度、回收生物質(zhì)如甲烷、去除有機物，這些都是這項技術的優(yōu)點[7]。UASB內(nèi)不填載體，因此不需要反沖洗，避免了因填料發(fā)生堵塞的問題[8]，非常適合于高濃度涼果廢水的預處理。

通過不一樣的時間的降解，對涼果污水預處理用的是UASB反應器，脫色率、懸浮物、電導率、PH、濁度、COD都是廢水的考量指標。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗所用廢水取自潮州某涼果加工廠，所用污泥取自潮州市第一污水處理廠脫水車間管道里的消化污泥，廢水的水質(zhì)如下：

原水樣COD為3 081.4 mg/L，COD較大；濁度為110.8 NTU，濁度比較高；pH為4.52，呈強酸性；懸浮物為800 mg/L，吸光度為0.835。

1.2 實驗方案

為了讓兼性細菌利用氧氣，在無氧條件下反應1 d，裝入的容器是UASB反應器，取出的污泥量為3升。然后加入廢水30 L，開啟攪拌器攪拌均勻，調(diào)其pH為7，再加入營養(yǎng)液（谷氨酸鈉+磷酸二氫鉀），按COD∶N∶P=100∶4∶1的比例配制營養(yǎng)液。在不同的反應時間分別監(jiān)測COD、濁度、pH等水質(zhì)指標。

1.3 分析方法

各水質(zhì)指標的分析方法如下：

（1）COD：重鉻酸鉀法；（2）濁度：濁度計；（3）吸光度：分光光度法；（4）pH：玻璃電極法；（5）懸浮物：重量法；（6）色度：稀釋倍數(shù)法。

2 結果和分析

2.1 厭氧時間對水質(zhì)COD的影響

1 520.8 mg/L、COD和COD去除率為62%，這些是在60 h的厭氧條件下。COD與COD去除率為厭氧時間所影響正如圖1表示的。COD變化比較大是經(jīng)過UASB處理后的。

2.2 厭氧時間對水質(zhì)濁度的影響

如圖2所示，厭氧過程中由于廢水是和污泥一起攪拌，且樣品是從UASB反應器下端出口取出，因而廢水中混有污泥，導致廢水較濁，濁度去除率變化幅度較大，厭氧處理60 h后廢水的濁度及其去除率分別為79.9及41.1%。

2.3 考量吸光度、第二是脫色率為時間所影響

如圖3所示，脫色率升高、吸光度減小，在厭氧時間增加的情況下，正如圖3。在24 h到40 h期間變化不明顯，40 h后脫色率和吸光度變化幅度較大，厭氧處理60 h后廢水的吸光度及脫色率分別為0.498及48.4%。

2.4 電導率和pH受厭氧時間的影響

pH和電導率受厭氧時間影響的圖為圖4所示。由圖，pH隨著厭氧的時間增加而降低，由于厭氧過程中需保持廢水pH在中性的范圍內(nèi)，因此厭氧過程中需不斷調(diào)節(jié)pH，厭氧處理60 h后廢水的pH為5.40。

2.5 厭氧時間對水質(zhì)懸浮物的影響

如圖5，在爆氣32 h到52 h的時候變化幅度最大，懸浮物的去除率漸漸提高、懸浮物隨時間減少，如圖所示，懸浮物的去除率最高為30.3%，懸浮物最低濃度為500就是2 mg/L。

隨著厭氧反應時間的延長，水質(zhì)逐漸變得清澈，故UASB法可作為高濃度涼果廢水的預處理方式，以降低后續(xù)好氧降解的難度。

產(chǎn)甲烷階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、第三階段為水解和發(fā)酵階段，這是其三個階段，生化法菌種處理有機質(zhì)，容器為UASB，產(chǎn)物有氨、硫化氫、水、二氧化碳、甲烷等。

4 結 論

（1）UASB對污水的處理效能提高，隨著厭氧時間的增漲；

（2）濁度去除率達79.9%、吸光度及脫色率分別為0.498及48.4%、廢水的去除率是62%、30.3%是SS去除率、酸堿度值為5.4，在厭氧適宜條件下。

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