UAHB反应器高温处理玉米酒精糟液研究

张振家　张仁江　谷成　王松　潘华　张虹
(南开大学 环境科学与工程学院，天津 300070)

　　摘　要：利用UAHB反应器在高温下处理酒精糟液，试验结果表明COD负荷可达到20 kgCOD/(m³*d)，去除率在90%以上，对有机氮的降解也可达到85%。试验运行稳定，处理效果较好，对我国玉米酒精行业的高浓度有机废水处理是一种有益的尝试。
　　关键词：UAHB反应器；　酒精糟液；　高温厌氧处理；　高浓度有机废水
　　中图分类号：X797
　　文献标识码：　A
　　文章编号：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

　　上流式复合床将UASB与厌氧生物滤床相结合，称之为UAHB(Upflow Anaerobic Hybrid Bed)反应器。它在污泥床层与三相分离器之间加入填料层，具有利用厌氧生物滤床收集悬浮污泥的特点，既提高了出水水质，又可改善传统UASB反应器悬浮污泥床层处理效率低的问题。
　　本研究采用UAHB反应器在高温下(55 ℃)对酒精糟液废水进行处理。酒精糟液废水属高浓度有机废水(COD：2×10⁴～3×10⁴ mg/L)，并且蛋白质含量较高。本试验主要研究这些物质在反应器内的降解情况。

1　试验装置及试验方法

1.1　试验装置
　　试验装置如图1。

　　反应器分污泥床、滤床和三相分离器三个部分。反应器内径14.4cm，下部污泥床高100cm，上部滤床高50cm，反应器容积24.5L，三相分离器容积4L，装置的总有效容积为28.5 L。
　　滤床部填充弹性填料，填充率为30%(V/V)。
　　反应器通过夹套水循环，保温(55±2) ℃。
　　废水通过计量泵由底部进入反应器，出水经反应器顶部溢流至处理水收集槽。产生的沼气在通过水封及脱硫装置后，进入湿式气体流量计，计量产气量。
　　污泥床等间隔分布9个采样口，滤床等间隔分布4个采样口，以观察反应器内部的污泥情况。
1.2　接种污泥
　　接种污泥采自天津市某酒厂厌氧发酵罐中消化污泥，污泥浓度20g/L,接种量为18 L。
1.3　废水性质
　　试验用水来自天津某酒厂酒精发酵液经板框压滤、沉淀处理后的废水，其水质如表1所示。

表1　废水水质 COD_Cr(mg/L) pH 有机氮(mg/L) 高级脂肪酸(mg/L) (2～3)×10⁴ 4～5 450～780 900～1 200

　　原水pH较低，加碳酸钠(Na₂CO₃)以调节pH值。原水COD浓度较高，试验中需进行适当稀释。提高容积负荷则通过提高进水COD浓度或缩短水力停留时间(HRT)来实现。因处理水为粮食发酵废水，水中营养物均衡，故不再另外添加营养物质。
1.4　分析项目及方法
　　COD：重铬酸钾法；pH：精密试纸；碱度：滴定法；挥发酸：气相色谱法；氨氮：滴定法；凯式氮：蒸馏法。

2　试验结果

2.1　装置的运转特征
　　试验期间反应器的运行情况见图2。

　　最初15d采用间歇式进水，负荷在3kgCOD/(m^3·d)以下。3d后开始产气，但产气量很少，而且去除率一直低于10%，从第20d起到第44d，负荷基本不变，而去除率直线上升(到80%以上)，此后逐渐提高负荷，去除率一直维持在80%左右。在提高负荷的过程中，发现在刚刚提高负荷的几天里，出水浑浊，一部分悬浮污泥随出水带出，随着系统的稳定，出水也逐渐变清。从第60d起，负荷已达到10kgCOD/(m^3·d)，出水水质明显变差，去除率降低，这时SS仅3 730 mg/L，污泥负荷高达1.912 kgCOD/(kgSS^．d)。为继续提高负荷，第73d向反应器中补加10L厌氧消化污泥(SS为82800mg/L)，此后去除率一直保持在90%以上。到第90d，容积负荷高达20 kgCOD/(m^3·d)，系统运行稳定，产气量(标况下)在200L/d以上。
　　反应器中从第40d起，开始发现有颗粒污泥形成，到第70d底部50 cm处基本已经完全颗粒化，但粒径较小，只有1.5mm左右。
　　在整个运行过程中，加入碳酸钠以缓冲底部由于产酸菌的大量繁殖造成的酸化现象。随着反应器内部细菌相的稳定，产甲烷菌活性增强，把酸化产物转化为甲烷，又可释放出碱度。因此在反应器运行初期，为防止酸化，投加碳酸钠量较多，出水碱度一直控制在3000～4 000 mgCaCO₃/L，而在运行后期(70 d以后)，逐渐减少碳酸钠投加量，出水碱度一直在4000～5000mgCaCO₃/L。
　　运行过程中pH值一直维持在7.5左右(反应器内部)。
　　从图2可见，单位体积产气量和负荷呈正相关，随着负荷由3 kgCOD/(m^3·d)增加到20 kgCOD/(m^3·d)，单位体积产气量也由0.71L/(L^．d)提高到23.4 L/(L^．d)。
2.2　有机物的去除特征
　　因发酵工艺以玉米和高粱为主要原料，糟液中氮主要以有机氮即蛋白质的形式存在。在反应器中，微生物代谢分解有机氮，将其转化为细胞物质和氨氮：

　　

　　试验的第86d［负荷为9.60 kgCOD/(m^3·d)］，从反应器的高度方向上看，在污泥床部有机氮直线减少，到50 cm处有机氮的降解可达到80%～85%，滤床部对有机氮的降解作用不大。
　　氨氮在底部50 cm变化不明显，有机氮降解产生的氨氮主要被微生物所利用。在50～90cm，氨氮浓度直线上升，滤床部对氨氮的降低作用也不大。
　　图3为第86 d［负荷为9.60 kgCOD/(m^3·d)］在反应器高度方向上COD浓度的变化。

　　在污泥床底部50 cm，约50%的COD被去除，由于此部分集中了大量的颗粒污泥，生物量大，COD的去除主要发生在这一部分。50～100cm属于悬浮污泥区，污泥浓度较低，但总的说来，在污泥床部70%以上的COD被去除。而在滤床部只有约20%的COD发生降解，虽然和污泥床部相比去除效果较差，但在防止悬浮污泥流失、改善出水水质方面仍起着很大的作用。

3　结论

　　①　高温(55 ℃)UAHB反应器可有效处理酒精糟液，容积负荷高达20kg/(m^3·d)，糟液的投配率在70%以上，水力停留时间缩短至1.4d，较传统工艺效率可提高5倍。可见，UAHB反应器在处理酒精糟液方面具有高效、快速的特点。
　　②　污泥床可去除约70%的COD和约80%的有机氮，而滤床可去除约20%的COD，对有机氮基本没有降解。
　　③　采用UAHB反应器，重新启动速度快。试验停止约一个月，当重新启动后，仅3d即可恢复到试验停止以前的水平，说明厌氧生物污泥易于贮藏，适应能力较强。

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基金项目：天津市科技发展计划项目(973112010)

作者简介：张振家(1956-　)，　男，　山西运城人，　南开大学教授，　博士，　研究方向：污水处理技术。

张振家（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）
张仁江（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）
谷成（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）
王松（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）
潘华（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）
张虹（南开大学　环境科学与工程学院，天津　300071）

参考文献：

［1］　陆正禹等.UASB反应器常温下处理啤酒废水的生产性启动研究［J］.中国给水排水，1995，14(3)：7-13.
［2］　孙勤等.污水处理厂UASB污泥处理的试验研究［J］.水处理技术，1997(10)：306-308.
［3］　刘志杰等.处理啤酒废水的生产性UASB反应器常温下培养颗粒污泥的过程及工艺条件［J］.中国沼气，1994(11)：3-7.
［4］　张振家等.鱼类食品工场の浓厚酱油废水のUASB处理におけるスタ—トアップおすびりグラニュル细菌相构造の解析［A］.土木学会论文集［C］.日本.1995.
［5］　张振家等.上向流式嫌气性ハィブリッドブランケットリァクタ—の特性［A］.土木学会论文集［C］.日本.1995.

收稿日期：1999-12-07