不同厭氧反應(yīng)器處理高濃度白酒廢水的研究

摘 要：為選擇有高濃度的生物量以及高沖擊負(fù)荷耐受度最佳處理高濃度白酒廢水的厭氧反應(yīng)器，分別設(shè)計(jì)目前高濃度廢水處理中應(yīng)用相對(duì)廣泛的UASB、EGSB、IC厭氧反應(yīng)器中試裝置，以高濃度白酒廢水為研究對(duì)象，采用絮狀污泥探究溫度、pH值對(duì)厭氧反應(yīng)器的效果影響，并對(duì)3種厭氧反應(yīng)器進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，當(dāng)采用絮狀污泥時(shí)，UASB厭氧反應(yīng)器COD去除率最高且運(yùn)行穩(wěn)定，去除率可穩(wěn)定達(dá)到80%以上。如果厭氧污泥為絮狀污泥，那么可選擇UASB厭氧反應(yīng)器處理高濃度廢水。

關(guān)鍵詞：UASB；EGSB；IC；厭氧反應(yīng)器；白酒廢水

中圖分類(lèi)號(hào)：TS 26 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

白酒生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的廢水，但其污染成分隨著釀造階段的不同而有所差異，污染廢水主要源自于蒸餾階段的鍋底水、發(fā)酵階段的窖底水和清洗階段的清洗廢水。其中，又以鍋底水含量最高，這部分廢水CODCr濃度高，pH值較低[1]。針對(duì)高濃度有機(jī)廢水的處理，一般采用厭氧消化與好氧生物處理相結(jié)合的工藝。

目前，白酒行業(yè)中應(yīng)用較成熟的厭氧處理工藝主要包括升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等工藝。本文以德陽(yáng)某酒廠廢水進(jìn)行研究，采用廠區(qū)絮狀污泥，探究UASB、IC、EGSB反應(yīng)器的處理效果，并對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，為白酒行業(yè)厭氧處理工藝的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)廢水性質(zhì)

本試驗(yàn)廢水取自德陽(yáng)某酒廠廢水站收集池出水，試驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)污泥

取自某酒廠污水站絮狀厭氧污泥進(jìn)行接種馴化，其中水解酸化池接種污泥量為有效池容的10%，3種厭氧反應(yīng)器接種污泥量為有效池容的60%，控制厭氧反應(yīng)器中的污泥濃度，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況和出水各項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律。

1.3 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行工況

1.3.1 工藝路線(xiàn)

首先，從某酒廠廢水站收集池引水至中試裝置調(diào)節(jié)池儲(chǔ)罐中均勻水質(zhì)。其次，進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行預(yù)處理，減少有機(jī)負(fù)荷，提高生物降解能力。再次，進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器中進(jìn)一步厭氧消化，厭氧反應(yīng)器出水進(jìn)入沉淀池中。最后，出水回至酒廠廢水站調(diào)節(jié)池。

1.3.2 試驗(yàn)裝置

厭氧反應(yīng)器工藝試驗(yàn)裝置采用SUS304不銹鋼制成，選用3種厭氧反應(yīng)器（UASB、EGSB、IC）進(jìn)行對(duì)比，有效容積分別為4.0m3、2.0m3、1.67m3，3組厭氧反應(yīng)器進(jìn)水均取用某酒廠廢水站收集池，經(jīng)調(diào)節(jié)池、水解酸化池后利用微型隔膜泵提升至厭氧反應(yīng)器，3種厭氧反應(yīng)器試驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.4 分析方法

分析測(cè)試是中試試驗(yàn)的重要內(nèi)容，是中試試驗(yàn)的重要組成部分，本試驗(yàn)主要測(cè)試項(xiàng)目COD采用重鉻酸鉀法，pH值采用pH計(jì)直接測(cè)定，VFA采用酸化蒸餾滴定法測(cè)定。

COD測(cè)定數(shù)據(jù)分析如下：將污染物測(cè)定的吸光度代入標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)圖所得擬合方程，得到相應(yīng)污染物的濃度，污染物去除率如公式（1）所示。

（1）

式中：C0為某種污染物進(jìn)水濃度；Ce為某種污染物出水濃度；η為去除率。

1.5 試驗(yàn)方法

3種厭氧反應(yīng)器運(yùn)行初期，接種德陽(yáng)某酒廠絮狀厭氧污泥進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，UASB厭氧反應(yīng)器進(jìn)水COD10000mg/L，容積負(fù)荷3kgCOD/（m3·d），有效容積4m3，罐內(nèi)上升流速0.03m/h。IC厭氧反應(yīng)器第一反應(yīng)室容積負(fù)荷20kgCOD/（m3·d），第二反應(yīng)室容積負(fù)荷5kgCOD/（m3·d），高徑比取4，EGSB厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷15kgCOD/（m3·d），罐內(nèi)上升流速3m/h。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況和出水各項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律，比較IC反應(yīng)器、UASB反應(yīng)器、EGSB反應(yīng)器在處理釀酒廢水時(shí)的去除效率和穩(wěn)定性，以系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后出水COD、pH值、VFA為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 結(jié)果分析

2.1 UASB反應(yīng)器運(yùn)行分析

產(chǎn)甲烷菌適應(yīng)pH值范圍為6.5～7.5，如果反應(yīng)器內(nèi)pH值超出此范圍，甲烷菌受到抑制，有機(jī)酸積累，導(dǎo)致反應(yīng)器酸化。VFA含量可以?xún)?yōu)先判斷系統(tǒng)內(nèi)堿度的變化趨勢(shì)，防止反應(yīng)器酸化。

經(jīng)過(guò)前期調(diào)試運(yùn)行，UASB系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，控制反應(yīng)器進(jìn)水量為108L/h左右，混合液回流量為58L/h，控制pH值為6.5～7.5。由圖2可知，前5d水溫控制在（20±2）℃，系統(tǒng)內(nèi)COD去除率為50%～60%，去除效果較差，后6d將系統(tǒng)內(nèi)水加熱并采取保溫措施，水溫控制在（35±2）℃，系統(tǒng)內(nèi)COD去除率逐漸升高，并穩(wěn)定在80%～90%，出水COD濃度穩(wěn)定在400mg/L～800mg/L，說(shuō)明水溫對(duì)UASB厭氧反應(yīng)器的影響較大，系統(tǒng)內(nèi)微生物只有在其所屬溫度帶寬內(nèi)才能發(fā)揮最優(yōu)的處理效能[2]。試驗(yàn)證明UASB系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，具有穩(wěn)定的去除效果。

由圖3可知，在穩(wěn)定運(yùn)行階段，水溫控制在（20±2）℃，出水VFA的質(zhì)量濃度為612.14mg/L，當(dāng)水溫控制在（35±2）℃時(shí)，出水VFA的質(zhì)量濃度降至295.64mg/L，系統(tǒng)內(nèi)pH值為6.9～7.4，由此說(shuō)明水溫對(duì)UASB厭氧反應(yīng)器的處理效果起著至關(guān)重要的作用。

2.2 IC反應(yīng)器運(yùn)行分析

經(jīng)過(guò)前期調(diào)試運(yùn)行，IC反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)水量為180L/h，混合液回流量為110L/h，接種絮狀污泥量為有效池容的60％，后間歇進(jìn)水，由于甲烷菌活性在酸性條件下會(huì)受到抑制，有機(jī)酸積累，導(dǎo)致反應(yīng)器酸化，因此IC反應(yīng)器內(nèi)的最佳pH值為6.8～7.2，水溫控制在（35±2）℃。由圖4可知，系統(tǒng)內(nèi)pH值還是存在波動(dòng)，說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有緩沖系統(tǒng)，抗pH沖擊能力差。但大部分天數(shù)pH值控制在6.8～7.2，從圖5看出系統(tǒng)內(nèi)COD的去除效率依然很差，去除率基本在10%～50%，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)裝置現(xiàn)象分析，可能是因?yàn)镮C厭氧反應(yīng)器污泥接種的是絮狀污泥，絮狀污泥較輕，出水不斷夾帶出沉降性能較差的污泥流，跑泥現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，IC厭氧反應(yīng)器的試驗(yàn)在冬季，氣溫降低，雖然采取了加熱保溫措施，但微生物生長(zhǎng)還是有限，對(duì)COD的去除有一定的影響。同時(shí)，本次試驗(yàn)未改變進(jìn)水負(fù)荷，進(jìn)水負(fù)荷也對(duì)系統(tǒng)內(nèi)COD的去除有一定的影響。

2.3 EGSB反應(yīng)器運(yùn)行分析

經(jīng)過(guò)前期調(diào)試運(yùn)行，EGSB反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)水量為40L/h，接種絮狀厭氧污泥，接種污泥量為有效池容的60％，將進(jìn)水 pH 值控制在6.5～7.5，水溫控制在（35±2）℃，連續(xù)進(jìn)水。

由圖6、圖7可知，系統(tǒng)內(nèi)COD去除率和pH值的變化曲線(xiàn)趨勢(shì)也接近一致，當(dāng)pH值為7.1～7.4時(shí)，COD去除率達(dá)到35%以上，運(yùn)行后期系統(tǒng)內(nèi)pH值逐漸降低，主要原因是反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)被迅速降解，產(chǎn)生了大量的酸性物質(zhì)，反應(yīng)器內(nèi)的微生物活性受到破壞，不能有效地利用這些酸類(lèi)物質(zhì)，又由于有機(jī)物中存在蛋白質(zhì)，因此導(dǎo)致pH值下降[3]。同時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)呈酸性，不適合厭氧微生物生存，因此系統(tǒng)COD的去除率也較差。

2.4 3種厭氧反應(yīng)器比較分析

結(jié)合IC、UASB、EGSB反應(yīng)器中試試驗(yàn)情況以及各方面指標(biāo)要求，對(duì)3種厭氧反應(yīng)器性能進(jìn)行比較分析。由表2可知，3種反應(yīng)器均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的指標(biāo)方面，3種反應(yīng)器優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。

本次中試試驗(yàn)3種厭氧反應(yīng)器均采用的絮狀污泥進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)已研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，UASB反應(yīng)器COD去除效果最好，且運(yùn)行穩(wěn)定，其次是EGSB反應(yīng)器，效果最差的是IC反應(yīng)器。但根據(jù)表2可知，IC反應(yīng)器和EGSB反應(yīng)器適用污泥為顆粒污泥，本試驗(yàn)采用的絮狀污泥，對(duì)去除效果也有一定的影響。厭氧污泥采用絮狀污泥則UASB的性能更好，白酒企業(yè)可根據(jù)自身情況及采用的厭氧污泥情況酌情選用適合的厭氧工藝。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)厭氧反應(yīng)器中試試驗(yàn)結(jié)果可知，UASB反應(yīng)器COD去除率最高且運(yùn)行穩(wěn)定，去除率可穩(wěn)定達(dá)到80%以上；其次是EGSB反應(yīng)器，COD去除率為50%～70%；效果最差的是IC反應(yīng)器，COD去除率為20%～50%。

針對(duì)3種厭氧反應(yīng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)比較，結(jié)合中試試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，3種厭氧反應(yīng)器均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但厭氧污泥采用絮狀污泥則UASB的性能更好，白酒企業(yè)可根據(jù)自身情況及采用的厭氧污泥情況酌情選用適合的厭氧工藝。

參考文獻(xiàn)

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