两相UASB反应器处理糖蜜酒精糟液的试验研究

两相UASB反应器处理糖蜜酒精糟液的试验研究糖蜜酒精糟液为典型的高浓度有机废水，CODcr浓度高达100～180g/L[1]，并含有较高浓度的硫酸盐及焦糖类物质，一直是废水处理领域的难点。本文针对糖蜜酒精糟液水质特性，考察了在中温条件下两相UASB反应器对糖蜜酒精糟液处理情况。1材料与方法1.1试验装置如图1所示，本试验采用2座结构完全相同的UASB反应器，从上到下依次为三相分离器、悬浮层区和污泥床区，有效容积为28L。沿反应器高度设置12个采样口，反应器由夹套水保温在35±2℃。废水经计量泵由底部进入酸化段UASB反应器，在顶部溢流出水，再经中间水槽作适当调节后用计量泵打入产甲烷段UASB反应器。产气经水封瓶脱硫后，由湿式流量计计量产气量。1.2污泥接种接种污泥采自天津蓟县挂月酒厂EGSB反应器高温（55℃）处理玉米酒精糟液的颗粒污泥，粒径2～3mm，浓度92g/L，m(VSS)/m(SS)=0.65，每个反应器接种量18L。1.3废水性质试验用水来自广西某糖厂的糖蜜酒精糟液，水质指标见下表1。表1废水水质指标TOC/(mg·L-1)CODcr/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)pHSO42-/(mg·L-1)TKN/(mg·L-1)色度/倍数值46258123970530804.2523418485000鉴于原水pH较低，试验初期加入纯碱进行调节，装置容积负荷的提高通过提高进水TOC浓度或缩短水力停留时间来实现，因原水CODcr浓度高达120g/L，需适当稀释，另试验中不再额外添加氮、磷等营养物质。2试验过程与结果分析2.1酸化段反应器有机物去除情况酸化段试验结果见图2，图3。酸化段反应器中主要发生有机物水解、酸化反应，同时绝大部分SO42-在SO42-还原菌作用下，被转化为硫化物。在最初的16d，进水TOC控制在10000mg/L，负荷在8kg[CODcr]/(m3·d)左右，但去除率直线下降，降低进水TOC至6000mg/L，去除率逐步上升至16％。从第40d到79d，逐步提高负荷至12kg[CODcr]/(m3·d)，去除率已达到30％以上。从第80d连续提高进水浓度，至第88d进水TOC达到15000mg/L，反应器容积负荷接近30kg[CODcr]/(m3·d)，去除率仍能维持在35％的较高水平，但随着容积负荷进一步提高到38kg[CODcr]/(m3·d)，去除率明显下降，已达到反应器极限负荷。从产气量变化曲线也可以看出，在最初48d，产气量一直很低，但从第49d起产气量直线上升，并且与去除率曲线具有良好的相关注。根据气相色谱检测结果，酸化段产气经脱硫后，CH4和CO2各占50％，证明在酸化段反应器中，也发生了产甲烷反应。2.2酸化段硫酸盐去除特征酸化段硫酸盐去除情况见图4。由图4可知，酸化段的SO42-去除率最终稳定在70％左右，运转后期在进水SO42-浓度达到1800mg/L情况下，出水中总硫化物浓度也仅有60mg/L。由于反应器的大量产气，SO42-还原产物多由气提作用而从系统中排出，故本试验中并未发现硫化物的抑制作用。将SO42-还原反应与有机物降解过程结合分析，我们发现酸化段反应器并未实现严格意义上的相分离，产甲烷过程相当活跃。据此我们推断在一定的SO42-浓度范围内，在有机底物足够充足的条件下，甲烷菌完全可以通过自身适应过程，顺利实现产甲烷反应。2.3甲烷段反应器运行情况分析进、出水TOC及去除率随时间变化曲线见图5。在最初的12d，进水的TOC在6000mg/L左右，但去除率直线下降至10％，降低进水浓度至3500mg/L左右，稳定运行58d，去除率在50％左右波动。从第70d起，逐步提高进水浓度，使负荷上升至10kg[CODcr]/(m3·d)，去除率没有明显变化，继续提高负荷到15kg[CODcr]/(m3·d)，去除率直线下降，已达到反应器极限负荷。根据气相色谱检测结果，甲烷段产气中甲烷组分占73％，二氧化碳占15％，对反应器进出水SO42-浓度分析结果表明产甲烷反应器中SO42-的去除率接近50％。经两相厌氧处理，SO42-累计去除率已达到85％以上。试验中甲烷段对有机物去除率最终稳定在45％～60％，这与糖蜜废水本身含有大量难降解的焦糖组分的性质有关，为进一步探讨系统的处理潜力，我们通过摇床试验来确定该种废水在厌氧条件下的生物可降解性。2.4糖蜜酒精糟液的厌氧可生化性试验摇床试验中采用三角瓶作为反应器[2]，试验温度由恒温水浴摇床保持在35℃，水样为原水稀释液，体积为500mL，TOC为12000mg/L，接种污泥为甲烷段UASB反应器中颗粒污泥，接种量50mL，结果如图6所示。由图6中可以看出，有机物的去除主要发生在最初的10d，大约40％的TOC被去除，随后去除率变化趋缓，至第76d去除率也只能达到70％，与UASB反应器试验结果基本一致，说明糖蜜酒精糟液中含有约30％的难降解物质在厌氧条件下无法降解，只能通过后续处理去除。3结语试验得出以下结论：①两相UASB反应器可有效去除废水中大部分有机物及硫酸盐，酸化段对SO42-的去除率在70％左右，厌氧系统对SO42-累计去除率达到85％以上，TOC累计去除率达到70％。②厌氧出水中仍含有大量难以降解的焦糖类物质，当是后续处理的重点和难点，厌氧单元在整个处理系统中起到基础性的作用，是一个必不可少的重要环节。③本试验中两相反应器并未实现完全意义上的相分离，从酸化段反应器中甲烷菌活跃状况可以看出，在基质充足的前提下，甲烷菌可以通过良好的自适应过程，更好地促进水解、酸化反应及硫酸盐还原反应的顺利进行。因此，在实际应用中，完全不必要对产酸相和产甲烷相进行严格隔离。