張振家　張仁江　谷成　王松　潘華　張虹
(南開大學 環境科學與工程學院，天津 300070)

　　摘　要：利用UAHB反應器在高溫下處理酒精糟液，試驗結果表明COD負荷可達到20 kgCOD/(m³*d)，去除率在90%以上，對有機氮的降解也可達到85%。試驗運行穩定，處理效果較好，對我國玉米酒精行業的高濃度有機廢水處理是一種有益的嘗試。
　　關鍵詞：UAHB反應器；　酒精糟液；　高溫厭氧處理；　高濃度有機廢水
　　中圖分類號：X797
　　文獻標識碼：　A
　　文章編號：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

　　上流式復合床將UASB與厭氧生物濾床相結合，稱之為UAHB(Upflow Anaerobic Hybrid Bed)反應器。它在污泥床層與三相分離器之間加入填料層，具有利用厭氧生物濾床收集懸浮污泥的特點，既提高了出水水質，又可改善傳統UASB反應器懸浮污泥床層處理效率低的問題。
　　本研究采用UAHB反應器在高溫下(55 ℃)對酒精糟液廢水進行處理。酒精糟液廢水屬高濃度有機廢水(COD：2×10⁴～3×10⁴ mg/L)，并且蛋白質含量較高。本試驗主要研究這些物質在反應器內的降解情況。

1　試驗裝置及試驗方法

1.1　試驗裝置
　　試驗裝置如圖1。

　　反應器分污泥床、濾床和三相分離器三個部分。反應器內徑14.4cm，下部污泥床高100cm，上部濾床高50cm，反應器容積24.5L，三相分離器容積4L，裝置的總有效容積為28.5 L。
　　濾床部填充彈性填料，填充率為30%(V/V)。
　　反應器通過夾套水循環，保溫(55±2) ℃。
　　廢水通過計量泵由底部進入反應器，出水經反應器頂部溢流至處理水收集槽。產生的沼氣在通過水封及脫硫裝置后，進入濕式氣體流量計，計量產氣量。
　　污泥床等間隔分布9個采樣口，濾床等間隔分布4個采樣口，以觀察反應器內部的污泥情況。
1.2　接種污泥
　　接種污泥采自天津市某酒廠厭氧發酵罐中消化污泥，污泥濃度20g/L,接種量為18 L。
1.3　廢水性質
　　試驗用水來自天津某酒廠酒精發酵液經板框壓濾、沉淀處理后的廢水，其水質如表1所示。

表1　廢水水質 COD_Cr(mg/L) pH 有機氮(mg/L) 高級脂肪酸(mg/L) (2～3)×10⁴ 4～5 450～780 900～1 200

　　原水pH較低，加碳酸鈉(Na₂CO₃)以調節pH值。原水COD濃度較高，試驗中需進行適當稀釋。提高容積負荷則通過提高進水COD濃度或縮短水力停留時間(HRT)來實現。因處理水為糧食發酵廢水，水中營養物均衡，故不再另外添加營養物質。
1.4　分析項目及方法
　　COD：重鉻酸鉀法；pH：精密試紙；堿度：滴定法；揮發酸：氣相色譜法；氨氮：滴定法；凱式氮：蒸餾法。

2　試驗結果

2.1　裝置的運轉特征
　　試驗期間反應器的運行情況見圖2。

　　最初15d采用間歇式進水，負荷在3kgCOD/(m^3·d)以下。3d后開始產氣，但產氣量很少，而且去除率一直低于10%，從第20d起到第44d，負荷基本不變，而去除率直線上升(到80%以上)，此后逐漸提高負荷，去除率一直維持在80%左右。在提高負荷的過程中，發現在剛剛提高負荷的幾天里，出水渾濁，一部分懸浮污泥隨出水帶出，隨著系統的穩定，出水也逐漸變清。從第60d起，負荷已達到10kgCOD/(m^3·d)，出水水質明顯變差，去除率降低，這時SS僅3 730 mg/L，污泥負荷高達1.912 kgCOD/(kgSS^．d)。為繼續提高負荷，第73d向反應器中補加10L厭氧消化污泥(SS為82800mg/L)，此后去除率一直保持在90%以上。到第90d，容積負荷高達20 kgCOD/(m^3·d)，系統運行穩定，產氣量(標況下)在200L/d以上。
　　反應器中從第40d起，開始發現有顆粒污泥形成，到第70d底部50 cm處基本已經完全顆粒化，但粒徑較小，只有1.5mm左右。
　　在整個運行過程中，加入碳酸鈉以緩沖底部由于產酸菌的大量繁殖造成的酸化現象。隨著反應器內部細菌相的穩定，產甲烷菌活性增強，把酸化產物轉化為甲烷，又可釋放出堿度。因此在反應器運行初期，為防止酸化，投加碳酸鈉量較多，出水堿度一直控制在3000～4 000 mgCaCO₃/L，而在運行后期(70 d以后)，逐漸減少碳酸鈉投加量，出水堿度一直在4000～5000mgCaCO₃/L。
　　運行過程中pH值一直維持在7.5左右(反應器內部)。
　　從圖2可見，單位體積產氣量和負荷呈正相關，隨著負荷由3 kgCOD/(m^3·d)增加到20 kgCOD/(m^3·d)，單位體積產氣量也由0.71L/(L^．d)提高到23.4 L/(L^．d)。
2.2　有機物的去除特征
　　因發酵工藝以玉米和高粱為主要原料，糟液中氮主要以有機氮即蛋白質的形式存在。在反應器中，微生物代謝分解有機氮，將其轉化為細胞物質和氨氮：

　　

　　試驗的第86d［負荷為9.60 kgCOD/(m^3·d)］，從反應器的高度方向上看，在污泥床部有機氮直線減少，到50 cm處有機氮的降解可達到80%～85%，濾床部對有機氮的降解作用不大。
　　氨氮在底部50 cm變化不明顯，有機氮降解產生的氨氮主要被微生物所利用。在50～90cm，氨氮濃度直線上升，濾床部對氨氮的降低作用也不大。
　　圖3為第86 d［負荷為9.60 kgCOD/(m^3·d)］在反應器高度方向上COD濃度的變化。

　　在污泥床底部50 cm，約50%的COD被去除，由于此部分集中了大量的顆粒污泥，生物量大，COD的去除主要發生在這一部分。50～100cm屬于懸浮污泥區，污泥濃度較低，但總的說來，在污泥床部70%以上的COD被去除。而在濾床部只有約20%的COD發生降解，雖然和污泥床部相比去除效果較差，但在防止懸浮污泥流失、改善出水水質方面仍起著很大的作用。

3　結論

　　①　高溫(55 ℃)UAHB反應器可有效處理酒精糟液，容積負荷高達20kg/(m^3·d)，糟液的投配率在70%以上，水力停留時間縮短至1.4d，較傳統工藝效率可提高5倍。可見，UAHB反應器在處理酒精糟液方面具有高效、快速的特點。
　　②　污泥床可去除約70%的COD和約80%的有機氮，而濾床可去除約20%的COD，對有機氮基本沒有降解。
　　③　采用UAHB反應器，重新啟動速度快。試驗停止約一個月，當重新啟動后，僅3d即可恢復到試驗停止以前的水平，說明厭氧生物污泥易于貯藏，適應能力較強。

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基金項目：天津市科技發展計劃項目(973112010)

作者簡介：張振家(1956-　)，　男，　山西運城人，　南開大學教授，　博士，　研究方向：污水處理技術。

張振家（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）
張仁江（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）
谷成（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）
王松（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）
潘華（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）
張虹（南開大學　環境科學與工程學院，天津　300071）

參考文獻：

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［5］　張振家等.上向流式嫌氣性ハィブリッドブランケットリァクタ—の特性［A］.土木學會論文集［C］.日本.1995.

收稿日期：1999-12-07