UASB上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程及其在處理釀酒廢水中的應(yīng)用進(jìn)展

茍梓希，李 芹，劉 陽，蘇 建，安明哲

（四川宜賓五糧液股份有限公司，四川宜賓 644000）

釀酒廢水是白酒從生產(chǎn)到貯存陳化過程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水[1]，主要來源于釀酒工藝的清洗和發(fā)酵蒸餾[2]，具有有機(jī)物濃度高、呈酸性、水質(zhì)水量變化較大、色度深、懸浮顆粒多等特點(diǎn)[2-4]，排放到河流中會引起水體的嚴(yán)重富營養(yǎng)化[2]。釀酒廢水通常的處理方法主要為物理法、化學(xué)法和生物法[4]，主要包括厭氧降解、過濾法、氣浮、酸堿中和、好氧降解、厭氧-好氧降解等[1，3，5-6]，厭氧處理包括普通厭氧消化池、厭氧接觸工藝、厭氧生物濾器、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、厭氧折流板反應(yīng)器等，其中上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）因耐沖擊負(fù)荷、去除效率高等特點(diǎn)在釀酒廢水處理中得到廣泛應(yīng)用[4]。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）是荷蘭Lettinga 教授等[7]在1972—1977 年研制開發(fā)的高效反應(yīng)器，UASB 厭氧反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行方便、高負(fù)荷、易于操作且維護(hù)管理簡單等優(yōu)點(diǎn)[8]，在廢水處理方面發(fā)揮了重要的作用[9-11]。本文主要介紹了上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程及其在釀酒廢水處理中的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，為今后提高對釀酒廢水的處理能力提供參考借鑒。

1 UASB上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程

1.1 UASB上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的工作原理

UASB 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，UASB 厭氧反應(yīng)器由進(jìn)水分配系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、出水系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)5 個部分組成[8]。污水自下而上通過厭氧污泥床反應(yīng)器，在反應(yīng)器底部是一層高濃度、高活性的污泥層，大部分的有機(jī)物在這里被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。中部是一個懸浮污泥層，是由消化氣的攪動和氣泡黏附污泥形成的。上部設(shè)有三相分離器，完成氣、液、固三相的分離。被分離的消化氣經(jīng)上部導(dǎo)出，被分離的污泥則自動落到懸浮污泥層，出水則從上部澄清區(qū)流出[7，12]。在反應(yīng)器內(nèi)可以形成大量厭氧顆粒污泥，反應(yīng)器的負(fù)荷很大。當(dāng)水溫在30 ℃左右時，對一般的高濃度有機(jī)廢水，負(fù)荷可達(dá)10～20 kgCOD/(m3·d)。UASB上流式厭氧污泥床反應(yīng)器內(nèi)形成良好的顆粒污泥床，使得有機(jī)負(fù)荷和去除率高，不需要攪拌，能適應(yīng)溫度、pH 值和負(fù)荷沖擊。因此，UASB 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器是一種應(yīng)用廣泛的厭氧處理設(shè)備[7]。

1.2 UASB上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的發(fā)展進(jìn)程

UASB 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器內(nèi)能形成高濃度、沉降性能好的顆粒厭氧污泥，使其負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他好氧工藝和厭氧工藝[8]，由于其處理效果好、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)而被廣泛應(yīng)用于廢水的處理研究[8，13-17]，且取得了一定的成果。張康[8]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，UASB 反應(yīng)器在常溫下對城市污水中的CODcr有良好的處理效果，當(dāng)CODcr進(jìn)水為300 mg/L，溫度為18～28.2℃、HRT 為4 h 時，CODcr的去除率為85.55%～94.05%；溫度為16～21.1 ℃，HRT 為3 h 的條件下，CODcr的去除率為86.35%～94.60%。賴瑋毅等[18]在UASB 反應(yīng)器中接種絮狀污泥和添加活性炭顆粒，發(fā)揮活性炭吸附和生物降解的協(xié)同作用，以NH4+-N 和NO2--N 的人工配水為進(jìn)水，在第85 d 成功啟動反應(yīng)器，在85 d 之后氨氮的去除率接近100%，且在反應(yīng)器總氮容積負(fù)荷由0.086 kgN/(m3·d)提高到0.44 kgN/(m3·d)的過程中，總氮去除率穩(wěn)定在80%～95%。周少奇等[19]以普通城市污水處理廠的濃縮污泥為種泥，經(jīng)過馴化成功啟動UASB 厭氧氨氧化反應(yīng)器，在反應(yīng)器運(yùn)行至119 d，NH4+-N、NO2--N 的去除率分別為96.6%、75.4%；將NH4+-N 濃度從50 mg/L 提高到70 mg/L，進(jìn)水中NH4+-N 比NO2--N 為1∶1.32 時，NH4+-N、NO2--N、TN 的去除率分別達(dá)到了99.9%、99.9%和91.2%。王恒等[20]利用UASB 厭氧氨氧化反應(yīng)器模擬人工無機(jī)含氮廢水逐漸提高進(jìn)水的NH4+-N、NO2--N、基質(zhì)濃度，經(jīng)過286 d 成功啟動了反應(yīng)器，隨著進(jìn)水基質(zhì)濃度的增加，NH4+-N、NO2--N 和TN的去除效果逐漸提升，在第286 天NH4+-N 的去除率達(dá)91.71%、NO2--N 的去除率為99.43%以上、NRR 達(dá)到0.520 kg/(m3·d)，且在此階段出現(xiàn)大量磚紅色顆粒污泥。Sousa 等[21]將UASB 與SBR 聯(lián)用處理城市生活污水，最終出水BOD5和SS均在10 mg/L以下。Gongalves 等[22]研究用UASB 反應(yīng)器和SAB浸沒曝氣式生物濾池聯(lián)用的方式處理城市生活污水，對CODcr、BOD5和SS 的去除率分別可達(dá)91%、96%和94%。

2 UASB 厭氧反應(yīng)器在處理釀酒廢水中的應(yīng)用進(jìn)展

白酒行業(yè)是輕工業(yè)廢水排放大戶，具有高懸浮物濃度、呈酸性等特征，必須達(dá)標(biāo)處理后才能向外排放[3]。UASB 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器因結(jié)構(gòu)簡單，高負(fù)荷，能適應(yīng)較高的溫度、pH 值和負(fù)荷沖擊、對有機(jī)物去除率高，在白酒企業(yè)釀酒廢水的處理中得到廣泛應(yīng)用研究[4]。如五糧液酒廠廢水處理三站采用UASB—SBR 工藝處理釀酒廢水；貴州茅臺酒廠的釀酒廢水處理工藝為UASB—生物接觸氧化法-中控纖維膜過濾；河北衡水老白干處理釀酒廢水采用UASB—SBR 工藝；四川綿陽豐谷酒業(yè)采用水解酸化—UASB—SBR—水生生物進(jìn)化處理工藝[4，23-24]。王倩等[25]因UASB 上流式厭氧污泥反應(yīng)器適用于降解好氧反應(yīng)所不能降解及難降解的有機(jī)物，研究UASB、缺氧、二級接觸氧化組合工藝處理高濃度釀酒廢水，取得了良好的處理效果，工藝如圖2所示，進(jìn)水CODcr為10000 mg/L、BOD5為4000 mg/L、SS為3500 mg/L、NH3-N為350 mg/L，經(jīng)處理后CODcr、BOD5、SS、NH3-N 去除率達(dá)99.32%、99.38%、97.47%、96.21%，且降低了運(yùn)行成本、減少能源費(fèi)用的支出，該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、高效低耗、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等特點(diǎn)。王定輝[12]采用UASB與生物接觸氧化法處理工藝處理高濃度釀酒廢水，進(jìn)水CODcr為18900 mg/L、BOD5為6000 mg/L以上、SS為213 mg/L，經(jīng)處理后，出水CODcr為56.7 mg/L、BOD5為24 mg/L、SS 為42.6 mg/L，對CODcr、BOD5、SS 的 去 除 率 可 達(dá)99.7%、99.6%、80%，此工藝污水處理效果明顯，出水達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，在青海省應(yīng)用尚屬首次。趙先芝[26]等采用UASB-SBR 組合工藝對釀酒廢水進(jìn)行集中處理，進(jìn)水CODcr為8280 mg/L、BOD5為3350 mg/L、SS 為700 mg/L、NH3-N 為211 mg/L，經(jīng)處理后，出水CODcr為85.7 mg/L、BOD5為21.5 mg/L、SS 為53 mg/L、NH3-N 為7.24 mg/L，對CODcr、NH3-N、SS、濁度的去除率分別達(dá)到95%、90%、99%、91%，出水可達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn)，UASB 在整個工藝中對CODcr去除起著重要的作用。連學(xué)林[27]采用UASB+UASB 兩級厭氧反應(yīng)器在室溫條件下處理五糧液酒廠的高濃度釀酒廢水，CODcr進(jìn)水為15000～20000 mg/L、SS 為1050～1510 mg/L，經(jīng)處理后出水CODcr低于300 mg/L、SS 低于200 mg/L，CODcr去除率可達(dá)95%、SS 去除率可達(dá)80%，出水能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978—1996）。李德旺[28]采用UASB+兩級生化處理工藝處理高濃度勁酒毛鋪基酒廢水，經(jīng)處理后CODcr由進(jìn)水的10000 mg/L 降低至出水的63 mg/L，且處理后出水BOD5為8.44 mg/L、SS 為20 mg/L、氨氮為1.98 mg/L，均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。熊誠[4]采用UASB 厭氧反應(yīng)器對中小型醬香型白酒企業(yè)的高濃度釀酒廢水進(jìn)行處理研究，釀酒廢水中的底鍋水和窖底水按體積比5∶1 混合樣、進(jìn)水COD 為24000 mg/L 時，經(jīng)UASB 厭氧反應(yīng)器高溫厭氧消化處理后其COD去除率可達(dá)90.84%。

3 結(jié)論

隨著污水厭氧處理技術(shù)的發(fā)展，UASB 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器在廢水尤其是釀酒廢水的處理中得到廣泛應(yīng)用。本文總結(jié)了UASB 的發(fā)展進(jìn)程及在釀酒廢水處理中的研究進(jìn)展，UASB 厭氧反應(yīng)器在廢水和釀酒廢水中對CODcr、SS、NH3-N 等都有較高的去除率，且經(jīng)處理后出水達(dá)標(biāo)排放。UASB 厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性高、耐沖擊負(fù)荷在酒廠處理釀酒廢水中得到廣泛的應(yīng)用?？梢詮母牧糢ASB 反應(yīng)器、與其他厭氧或好氧處理設(shè)備聯(lián)用等方面著手，提高釀酒廢水的處理能力，這對UASB 的發(fā)展及其白酒行業(yè)釀酒廢水的處理發(fā)展都有著極其重要的意義。