軟硬雙床AF—好氧工藝處理白酒廢水的研究

摘要[目的] 研究兩級軟硬雙床AF結合好氧工藝對白酒廢水進行處理的最佳運行參數。 [方法]采用兩級軟硬雙床AF反應器結合好氧折流溝對白酒廢水進行處理，實現白酒廠廢水的達標排放及沼氣能源的充分回收。[結果]試驗表明，在常溫條件下，采用連續進料方式，一級軟硬雙床AF最佳HRT為4 d，OLRCOD為2.50 kg/（m3·d），COD降解率可達到68.99%，出水COD的質量濃度可穩定在3 500 mg/L左右；二級軟硬雙床AF最佳HRT為2 d，OLRCOD為3.75 kg/（m3·d），出水COD的質量濃度可穩定在600 mg/L左右；進一步采用雙填料好氧折流溝處理，可以實現達標排放。[結論] 研究可為白酒廢水的達標排放提供參考依據。

關鍵詞 軟硬雙床AF反應器；雙填料好氧折流溝；達標排放；沼氣回收

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10657-03

基金項目高等學校博士學科點專項科研基金項目（20135303110001）；國家自然科學基金項目（51366015）；國家自然科學基金項目（31160123）。

作者簡介 劉靜輝（1985- ），女，河南鶴壁人，碩士研究生，研究方向：生物質能與環境工程。*通訊作者，副教授，碩士生導師，從事生物質能研究與開發利用。

白酒生產是我國經濟的重要支柱產業之一，在生產過程中會產生高濃度有機廢水，即俗稱的鍋底水、窖底水，其COD濃度最高可達100 000 mg/L以上[1]，屬中等偏高濃度有機廢水，其BOD5/COD在0.4左右，營養配比較平衡，是適宜生化處理的無毒有機廢水[2]。目前，除個別大型國有企業建有污水處理設施外，其余多數小型白酒企業廢水或不處理直接排放，或不能做到達標排放，成為行業的環保難題。目前，白酒工業污水的厭氧處理工藝主要有：升流式厭氧污泥層反應器（UASB）、內循環厭氧反應器（IC）、膨脹顆粒污泥床（EGSB）、折流式厭氧反應器（ABR）、升流式厭氧生物濾池、兩相厭氧消化工藝等工藝[2]。但采用軟硬雙床雙填料AF反應器用于白酒廢水的處理研究尚未出現。軟硬雙床AF反應器（Softhard Doublebed AF Reactor）是云南師范大學張無敵等在傳統AF工藝的基礎上進一步改進的新型厭氧濾池[3]，該反應器是用多孔板分隔成軟填料區和硬填料區的直立式反應器，下層為軟填料區，上層為硬填料區，形成雙床。基于軟硬填料特征的互補性，對微生物和污水分子附著、布水布氣性能及耐沖擊性有積極效果，具有提高廢水COD降解率、降低反應器堵塞、延長反應器壽命等優點[4]。筆者采用兩級軟硬雙床AF結合好氧工藝對白酒廢水進行處理，得出最佳運行參數，可為白酒廢水的達標排放提供參考。

1材料與方法

1.1供試廢水水質供試廢水取自云南省茅糧酒業集團有限公司廢水出水口，具體特征見表1。該廢水的主要污染物為SS和COD，N和P的含量少，恰好可為厭氧微生物的生長繁殖提供營養物質；廢水呈酸性。

1.2試驗裝置

1.2.1軟硬雙床AF。軟硬雙床AF裝置由有機玻璃制成，有效容積為2.36 L，內裝有軟填料和硬填料2種填料，并按照一定的比例裝填。該裝置主要由布水器、軟填料、硬填料、蠕動泵、進水池、出水池及氣體收集裝置組成，通過蠕動泵調節進水流量和流速。

1.2.2好氧折流溝。雙填料好氧折流凈化溝是由玻璃制成的好氧處理工藝，單溝中間設有5個隔板并在隔板兩側分別放入軟硬填料，并與水平面呈6°傾角，借助自然坡度，使軟硬填料隔室交替出現兼氧、好氧，主要用于氮、磷和有機物的去除，在降低外動力消耗的基礎上提高處理效率。該試驗將4個雙填料好氧折流凈化溝串聯，形成四級串聯的好氧折流溝。

1.2.3接種污泥。軟硬雙床AF反應器接種污泥為云南省昆明市某污水處理廠的污泥，污泥性能較好，呈黑色，污泥與稀釋后的廢水按1∶1的比率進人軟硬雙床AF反應器， 并注滿反應器啟動。

好氧折流溝接種污泥為其原來的好氧污泥， 可縮短馴化周期， 保證出水水質的穩定性。

1.3試驗流程試驗采用的試驗裝置及工藝流程如圖1所示。白酒廢水進入配水槽，加入堿調節pH，用配水泵循環攪拌均勻，使廢水pH為7～8。配好的廢水經蠕動泵進入軟硬雙床AF反應器，經布水器進入污泥床與污泥充分接觸混合，軟硬雙床AF反應器是裝填有2種不同填料的厭氧生物反應器，在濾料的表面形成了以生物膜形態生長的不同的微生物群體，在濾料的空隙中則截留了大量的懸浮生長的微生物，廢水通過濾料層上向流時，有機物被截留、吸附及分解。白酒廢水經軟硬雙床AF反應器處理后，沉淀一段時間后，進入四級好氧折流溝進行進一步的深度處理，最終實現達標排放。

1.4測定項目及方法CODCr：重鉻酸鹽法[5]；SS：重量法[6]；氨氮：納氏試劑法[7]；總磷：鉬酸銨分光光度法[8]；pH：pH S3C型精密酸度計；色度：稀釋倍數法[9]；沼氣收集：排水集氣法[10]。

1.5試驗時期

1.5.1啟動期。一般厭氧反應器的啟動方式有：高負荷低去除率和低負荷高去除率。高負荷低去除率啟動時間短，但易出現酸化；后者啟動時間相對長，相對比較穩定且易于控制。該試驗的啟動方式為低負荷高去除率的啟動方式；啟動成功的標準參照俞漢青等的研究結果，即COD、BOD5降解率分別高于55%和70%，生物膜的厚度大于0.2 mm且鏡檢微生物相對良好、穩定[11]。

首先取接種污泥按照一定的比例投入反應器，之后開始污泥馴化。啟動初期每天進水2次，進水流量為273 μl/min，COD濃度控制在（1 000±50）mg/L，pH為7～8，連續運行至少10 d，COD去除率逐漸從30%升至65%，出水pH為7.0左右，產氣量逐漸增加，且火焰顏色由淡藍色到橘黃色，表明污泥已逐漸適應白酒廢水，啟動期結束。

1.5.2負荷提高期。為了提高反應器的容積負荷，通過逐漸增加進水量和加大進水COD濃度達到此目的。容積負荷每次提高0.5 kgCOD/（m3·d），并在COD去除率達到75%以上的情況下至少穩定運行一周。啟動初期容積負荷為1.5 kgCOD/（m3·d），當容積負荷達到10 kgCOD/（m3·d），反應器內污泥沉降性能良好，污泥顏色呈黑色，通過顯微鏡觀察發現含有大量甲烷八疊球菌，COD去除率達到80%，負荷提高期結束，啟動基本達到要求。

1.5.3穩定運行期。在設計負荷條件下考察反應器的運行狀況，并考察用該反應器處理高濃度白酒廢水的技能。進水COD為（11 200±200）mg/L，水力滯留時間4 d，進水流量410 μl/min，COD容積負荷在2.5 kgCOD/（m3·d）左右，COD去除率穩定在70%左右。污泥沉降性能良好，且反應器內填料區填料表面微生物豐富，存活著大量高活性的甲烷螺菌、甲烷球菌、甲烷桿菌。

2結果與分析

2.1采用軟硬雙床AF工藝的可行性分析為了分析軟硬雙床AF反應器處理白酒廢水的可行性，首先對不同濃度的白酒廢水，通過軟硬雙床AF進行處理，得出不同濃度條件下該反應器的運行參數和處理結果來分析該方法的可行性。

先用5%的堿溶液將白酒廢水的pH調至7.0左右；在常溫下，設定不同的水力滯留時間（HRT）；每個HRT重復運行5次以上；根據進水水質，將處理前后廢水的SS、COD和pH作為主要測定指標；通過試驗數據的分析，確定最佳運行參數（表2）。

2.2產氣情況經計算，一級軟硬雙床AF沼氣回收量為0.22 m3/kgCOD，二級軟硬雙床AF沼氣回收量為0.12 m3/kgCOD。

2.3雙填料好氧折流凈化溝處理的結果經兩級軟硬雙床AF工藝處理后的白酒廢水，需進一步經過雙填料好氧折流凈化溝處理，在實現其達標排放的前提下，確定好氧處理最佳的HRT。好氧試驗分別設置不同的HRT，并對不同HRT下COD降解率進行測定，結果見圖2。

由圖2可知，好氧出水COD濃度與HRT之間呈較好的相關性，故對其進行回歸分析，對回歸式進行整理，得到以下方程：

以上試驗說明，經二級軟硬雙床AF處理的白酒廢水，出水COD的質量濃度能穩定在600 mg/L左右，經四級串聯雙填料氧化折流凈化溝，在無曝氣的條件下，自然運行，約24 h后，出水COD的質量濃度為80 mg/L左右，出水SS的質量濃度為50 mg/L。

3結論與討論

采用兩級軟硬雙床AF工藝對白酒廢水進行處理并回收沼氣，出水采用雙填料好氧折流凈化溝進一步處理，可以基本實現達標排放。兩級軟硬雙床AF工藝均采用連續進料方式，一級軟硬雙床AF最佳HRT為4 d，OLRCOD為2.50 kg/（m3·d），COD降解率可達到68.99%，出水COD的質量濃度可穩定在 3 500 mg/L左右，二級軟硬雙床AF最佳HRT為2 d，OLRCOD為3.75 kg/（m3·d），出水COD的質量濃度可穩定在600 mg/L左右；在無曝氣的條件下好氧處理，當HRT為24 h時，COD、SS、pH、氨氮指標可以實現達標排放，總磷含量仍稍微超標，建議廢水進一步經好氧曝氣處理使總磷達標排放。兩級軟硬雙床AF結合雙填料好氧折流凈化溝對白酒廢水進行處理，白酒廢水在不同運行階段出水水質見表3。

軟硬雙床AF工藝可以處理高濃度的白酒廢水，但對COD的降解效率不是很高，主要適用于ρCOD≤3 000 mg/L的白酒廢水，尤其當進水COD的質量濃度為3 000 mg/L左右時，處理效率達到最高，達85.42%。

在處理高濃度白酒廢水時，可以采用沼氣發酵等其他一級處理，采用軟硬雙床AF作為二級處理，最后結合好氧工藝達標排放。

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