不同厭氧反應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荷耐受度最佳處理高濃度白酒廢水的厭氧反應器，分別設計目前高濃度廢水處理中應用相對廣泛的UASB、EGSB、IC厭氧反應器中試裝置，以高濃度白酒廢水為研究對象，采用絮狀污泥探究溫度、pH值對厭氧反應器的效果影響，并對3種厭氧反應器進行比較分析。結果表明，當采用絮狀污泥時，UASB厭氧反應器COD去除率最高且運行穩定，去除率可穩定達到80%以上。如果厭氧污泥為絮狀污泥，那么可選擇UASB厭氧反應器處理高濃度廢水。

關鍵詞：UASB；EGSB；IC；厭氧反應器；白酒廢水

中圖分類號：TS 26 文獻標志碼：A

白酒生產過程中會產生污染環境的廢水，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]。針對高濃度有機廢水的處理，一般采用厭氧消化與好氧生物處理相結合的工藝。

目前，白酒行業中應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器（UASB）、內循環厭氧反應器（IC）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等工藝。本文以德陽某酒廠廢水進行研究，采用廠區絮狀污泥，探究UASB、IC、EGSB反應器的處理效果，并對各自的優缺點進行比較，為白酒行業厭氧處理工藝的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗廢水性質

本試驗廢水取自德陽某酒廠廢水站收集池出水，試驗水質指標見表1。

1.2 試驗污泥

取自某酒廠污水站絮狀厭氧污泥進行接種馴化，其中水解酸化池接種污泥量為有效池容的10%，3種厭氧反應器接種污泥量為有效池容的60%，控制厭氧反應器中的污泥濃度，監測系統的運行情況和出水各項指標的變化規律。

1.3 試驗裝置及運行工況

1.3.1 工藝路線

首先，從某酒廠廢水站收集池引水至中試裝置調節池儲罐中均勻水質。其次，進入水解酸化池進行預處理，減少有機負荷，提高生物降解能力。再次，進入厭氧反應器中進一步厭氧消化，厭氧反應器出水進入沉淀池中。最后，出水回至酒廠廢水站調節池。

1.3.2 試驗裝置

厭氧反應器工藝試驗裝置采用SUS304不銹鋼制成，選用3種厭氧反應器（UASB、EGSB、IC）進行對比，有效容積分別為4.0m3、2.0m3、1.67m3，3組厭氧反應器進水均取用某酒廠廢水站收集池，經調節池、水解酸化池后利用微型隔膜泵提升至厭氧反應器，3種厭氧反應器試驗裝置如圖1所示。

1.4 分析方法

分析測試是中試試驗的重要內容，是中試試驗的重要組成部分，本試驗主要測試項目COD采用重鉻酸鉀法，pH值采用pH計直接測定，VFA采用酸化蒸餾滴定法測定。

COD測定數據分析如下：將污染物測定的吸光度代入標準曲線圖所得擬合方程，得到相應污染物的濃度，污染物去除率如公式（1）所示。

（1）

式中：C0為某種污染物進水濃度；Ce為某種污染物出水濃度；η為去除率。

1.5 試驗方法

3種厭氧反應器運行初期，接種德陽某酒廠絮狀厭氧污泥進行調試運行，UASB厭氧反應器進水COD10000mg/L，容積負荷3kgCOD/（m3·d），有效容積4m3，罐內上升流速0.03m/h。IC厭氧反應器第一反應室容積負荷20kgCOD/（m3·d），第二反應室容積負荷5kgCOD/（m3·d），高徑比取4，EGSB厭氧反應器容積負荷15kgCOD/（m3·d），罐內上升流速3m/h。監測系統的運行情況和出水各項指標的變化規律，比較IC反應器、UASB反應器、EGSB反應器在處理釀酒廢水時的去除效率和穩定性，以系統運行穩定后出水COD、pH值、VFA為評價指標。

2 結果分析

2.1 UASB反應器運行分析

產甲烷菌適應pH值范圍為6.5～7.5，如果反應器內pH值超出此范圍，甲烷菌受到抑制，有機酸積累，導致反應器酸化。VFA含量可以優先判斷系統內堿度的變化趨勢，防止反應器酸化。

經過前期調試運行，UASB系統運行穩定后，控制反應器進水量為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）℃，系統內COD去除率為50%～60%，去除效果較差，后6d將系統內水加熱并采取保溫措施，水溫控制在（35±2）℃，系統內COD去除率逐漸升高，并穩定在80%～90%，出水COD濃度穩定在400mg/L～800mg/L，說明水溫對UASB厭氧反應器的影響較大，系統內微生物只有在其所屬溫度帶寬內才能發揮最優的處理效能[2]。試驗證明UASB系統運行狀況良好，具有穩定的去除效果。

由圖3可知，在穩定運行階段，水溫控制在（20±2）℃，出水VFA的質量濃度為612.14mg/L，當水溫控制在（35±2）℃時，出水VFA的質量濃度降至295.64mg/L，系統內pH值為6.9～7.4，由此說明水溫對UASB厭氧反應器的處理效果起著至關重要的作用。

2.2 IC反應器運行分析

經過前期調試運行，IC反應器運行穩定后，進水量為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％，后間歇進水，由于甲烷菌活性在酸性條件下會受到抑制，有機酸積累，導致反應器酸化，因此IC反應器內的最佳pH值為6.8～7.2，水溫控制在（35±2）℃。由圖4可知，系統內pH值還是存在波動，說明反應器內沒有緩沖系統，抗pH沖擊能力差。但大部分天數pH值控制在6.8～7.2，從圖5看出系統內COD的去除效率依然很差，去除率基本在10%～50%，結合現場中試試驗裝置現象分析，可能是因為IC厭氧反應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，跑泥現象嚴重。此外，IC厭氧反應器的試驗在冬季，氣溫降低，雖然采取了加熱保溫措施，但微生物生長還是有限，對COD的去除有一定的影響。同時，本次試驗未改變進水負荷，進水負荷也對系統內COD的去除有一定的影響。

2.3 EGSB反應器運行分析

經過前期調試運行，EGSB反應器運行穩定后，進水量為40L/h，接種絮狀厭氧污泥，接種污泥量為有效池容的60％，將進水 pH 值控制在6.5～7.5，水溫控制在（35±2）℃，連續進水。

由圖6、圖7可知，系統內COD去除率和pH值的變化曲線趨勢也接近一致，當pH值為7.1～7.4時，COD去除率達到35%以上，運行后期系統內pH值逐漸降低，主要原因是反應器內的有機物質被迅速降解，產生了大量的酸性物質，反應器內的微生物活性受到破壞，不能有效地利用這些酸類物質，又由于有機物中存在蛋白質，因此導致pH值下降[3]。同時，由于系統內呈酸性，不適合厭氧微生物生存，因此系統COD的去除率也較差。

2.4 3種厭氧反應器比較分析

結合IC、UASB、EGSB反應器中試試驗情況以及各方面指標要求，對3種厭氧反應器性能進行比較分析。由表2可知，3種反應器均有各自的優缺點，在不同的指標方面，3種反應器優缺點各不相同。

本次中試試驗3種厭氧反應器均采用的絮狀污泥進行試驗，根據已研究的試驗數據可知，UASB反應器COD去除效果最好，且運行穩定，其次是EGSB反應器，效果最差的是IC反應器。但根據表2可知，IC反應器和EGSB反應器適用污泥為顆粒污泥，本試驗采用的絮狀污泥，對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，白酒企業可根據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 結語

根據厭氧反應器中試試驗結果可知，UASB反應器COD去除率最高且運行穩定，去除率可穩定達到80%以上；其次是EGSB反應器，COD去除率為50%～70%；效果最差的是IC反應器，COD去除率為20%～50%。

針對3種厭氧反應的各項性能指標比較，結合中試試驗數據分析，3種厭氧反應器均有各自的優缺點，但厭氧污泥采用絮狀污泥則UASB的性能更好，白酒企業可根據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

[1]李明，張志強.白酒釀造廢水治理方案分析[J].環境科學與管理，2008，33（12）：111-113.

[2]何松貴，黃廣宇，陳文聰.EGSB反應器在豉香型白酒廢水處理中的實踐[J].釀酒科技，2004（3）：81-82.

[3]鄭展耀.基于EGSB反應器的木薯酒精廢水產氫產甲烷研究[D].昆明：云南師范大學，2020.