小麥酒精廢水屬于高濃度有機廢水，很多生產(chǎn)企業(yè)轉化利用率不高，廢水處理效率低、去除效果差，尤其是《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標準》（GB 27631—2011）的頒布和實(shí)施，酒精工業(yè)的廢水污染問(wèn)題已成為制約酒精生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前厭氧-好氧組合工藝在酒精廢水的處理中應用十分廣泛。一方面厭氧處理過(guò)程中產(chǎn)泥量少，運行費用低，產(chǎn)生的沼氣可用來(lái)發(fā)電、產(chǎn)蒸汽、制取生物天然氣等，可以帶來(lái)較好的經(jīng)濟和社會(huì )效益；另一方面高濃度酒精廢水經(jīng)厭氧處理后達不到排放標準，通常需后續好氧處理。筆者采用UASB-SBR組合工藝處理小麥酒精廢水，分析出水水質(zhì)，旨在為該類(lèi)廢水處理工程的設計、調試及運行提供參考。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗材料
實(shí)驗廢水取自河南某酒精制造有限公司。該廢水水質(zhì)： COD 50 000~60 000 mg/L， NH3-N 23.6 mg/L，TP 16.5 mg/L， pH 為4~5。
1.2 分析方法
采用重鉻酸鉀滴定法測定COD；使用玻璃電極法測定pH；采用標準重量法測定SS 含量；采用酸堿聯(lián)合滴定法測定揮發(fā)性脂肪酸（VFA）；利用濕式流量計測定產(chǎn)氣量。
1.3 實(shí)驗裝置
實(shí)驗采用自行設計的升流式厭氧污泥床反應器（UASB）。UASB 反應器流程如圖1 所示。
實(shí)驗裝置由有機玻璃加工而成，直徑90 mm，總高700 mm，三相分離器高80 mm，有效容積3 L。實(shí)驗接種的污泥來(lái)自無(wú)錫某檸檬酸廠(chǎng)IC 裝置中的顆粒污泥，其含水率約為90%，密度是1.15 g/cm3，污泥粒徑比較均勻，約1~2 mm，顏色為灰黑色，表面光滑有光澤，VSS 為64.91 g/L，TSS 為6.79 g/L，VSS/SS 為0.75，接種污泥約為1 L，占裝置容積的1/3。利用水浴箱使溫度控制在（37±2）℃，通過(guò)蠕動(dòng)泵使配水從裝置底部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)厭氧生物處理后的出水從裝置頂部溢流出，產(chǎn)生的沼氣從裝置上部排出，經(jīng)過(guò)水封，接入濕式氣體流量計，記錄產(chǎn)氣量。
好氧處理的主要裝置是SBR 反應器，直徑120 mm，總高400 mm，有效容積3 L。筆者實(shí)驗的接種污泥取自蘇州市新區污水處理廠(chǎng)氧化溝，接種量約為反應器體積的1/3，即在有效容積3 L的好氧反應器加入1 L的好氧污泥。通過(guò)蠕動(dòng)泵將經(jīng)UASB反應器處理后廢水打入SBR 反應器。SBR 工藝的運行工況是按一定時(shí)間順序間歇操作，通過(guò)電磁閥自動(dòng)控制進(jìn)水、反應、沉淀、排水和閑置。在一個(gè)反應器內將這五個(gè)工序按順序依次運行，一個(gè)循環(huán)完成后進(jìn)入下個(gè)循環(huán)，如此反復，以達到處理污水的目的。SBR 反應器流程如圖2 所示。
2 結果與分析
2.1 UASB 反應器運行情況
UASB 反應器中接種1 L厭氧污泥，溫度控制在（37±2）℃，每天通過(guò)PLC 控制蠕動(dòng)泵向UASB 反應器中進(jìn)水3 L。啟動(dòng)初期，進(jìn)水采用啤酒加原水的方式馴化污泥，用自來(lái)水稀釋進(jìn)水濃度，用碳酸氫鈉調節進(jìn)水pH 為6.8~7.2。通過(guò)添加碳酸氫銨和磷酸二氫鉀，使得進(jìn)水符合ρ（COD）∶ρ（N）∶ρ（P）=（250~300）∶5∶1。設定廢水HRT 為24 h，以確保厭氧污泥與廢水充分接觸。反應初期待厭氧出水COD 去除率達到90％以上，逐步提高進(jìn)水中小麥酒精廢水的比例，逐步馴化微生物對該廢水的適應能力。
2.1.1 UASB 反應器進(jìn)水情況與COD 去除率的關(guān)系
UASB 反應器容積負荷和COD 去除率的關(guān)系如圖3 所示。
由圖3 可見(jiàn)，UASB 反應器啟動(dòng)初期厭氧污泥的活性還沒(méi)能恢復，反應器容積負荷由1 kg/（m3·d）提高至3 kg/（m3·d）， COD 的去除率波動(dòng)較大。隨著(zhù)厭氧污泥對小麥酒精廢水逐漸適應，運行至15 d時(shí)，COD 去除率穩定在90%以上，可以看出厭氧污泥已經(jīng)較好地適應了小麥酒精廢水，完成了對厭氧污泥的馴化。隨著(zhù)反應器容積負荷的提高，COD 去除率比較穩定。當反應器的容積負荷提升到13.0kg/（m3·d）時(shí)，COD 去除率有所下降，從最高時(shí)的96％下降到82％。當反應器的容積負荷穩定在13.0kg/（m3·d）時(shí)，COD 去除率穩定在85％以上。
UASB 反應器進(jìn)水、出水COD 和COD 去除率的關(guān)系如圖4 所示。
由圖4 可見(jiàn)，UASB 反應器污泥馴化階段進(jìn)水COD 從1 000 mg/L 提升到3 000 mg/L，出水COD 保持在300 mg/L 以下。當進(jìn)水COD 從3 000 mg/L 提升至13 000 mg/L 時(shí)，出水COD 從260 mg/L 上升到1 600 mg/L 左右。當系統進(jìn)水COD 穩定在13 000mg/L 時(shí)，出水COD 波動(dòng)不大，基本保持在1 650 mg/L以下，反應器運行穩定。
2.1.2 UASB 反應器出水VFA 和COD 去除率的關(guān)系
在廢水厭氧處理產(chǎn)酸過(guò)程中，大分子有機物會(huì )轉變成簡(jiǎn)單的有機物，再進(jìn)一步發(fā)酵生成短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸，這些酸在常壓下易揮發(fā)，故稱(chēng)之為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）。VFA 可直接反映系統產(chǎn)甲烷菌活性，產(chǎn)甲烷菌活性越高，出水VFA 就越低。系統COD 去除率與出水VFA 的關(guān)系如圖5 所示。
由圖5 可見(jiàn)，在實(shí)驗前15 d，廢水COD 去除率呈上升趨勢，出水VFA 總體呈下降趨勢，運行至15 d后反應器開(kāi)始進(jìn)小麥酒精廢水，COD 去除率略有下降并逐漸趨于穩定，出水VFA 波動(dòng)不大。隨著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)行，系統對小麥酒精廢水水質(zhì)基本適應，COD去除率穩定在85％左右，出水VFA 也保持在4mmol/L 以下，反應器運行穩定。
2.1.3 UASB 反應器容積負荷對沼氣產(chǎn)量的影響
系統容積負荷和沼氣產(chǎn)量的關(guān)系如圖6 所示。
由圖6 可見(jiàn)，沼氣產(chǎn)量與UASB 反應器容積負荷呈正相關(guān)關(guān)系。在系統運行初期，隨著(zhù)UASB 反應器容積負荷的不斷提升，沼氣產(chǎn)量也穩步上升。系統運行后期，UASB 反應器容積負荷穩定在13.0kg/（m3·d），UASB 可產(chǎn)沼氣約17 L/d。
2.2 SBR 反應器運行情況
筆者研究采用PLC 自動(dòng)控制系統控制SBR 反應器運行，SBR反應器的運行參數如表2 所示。
該系統馴化成熟，能夠穩定運行，以UASB 穩定運行階段的出水作為好氧SBR 進(jìn)水，研究COD 的變化規律。配水采用厭氧出水加自來(lái)水的方式，進(jìn)水水量為3 L/d。按照表2 確定的運行參數，逐漸提升反應器進(jìn)水COD，從200 mg/L 逐漸提升至1 600mg/L，曝氣階段溶解氧在0.5~2 mg/L 之間變化，總體上是呈先降低后升高的現象，這是因為廢水一開(kāi)始進(jìn)入SBR 裝置后，系統中的污染物濃度較高，活性污泥利用污染物進(jìn)行生長(cháng)代謝，此過(guò)程消耗氧氣，而且供氧速率小于好氧速率，溶解氧下降，隨著(zhù)反應的進(jìn)行，污染物逐步被生物降解，系統中耗氧速率已經(jīng)低于供氧速率，溶解氧逐步提升。
SBR 反應器進(jìn)、出水COD 的變化情況以及COD 的去除率如圖7 所示。
由圖7 可見(jiàn)，隨著(zhù)反應器進(jìn)水COD 從200 mg/L提升到1 600 mg/L，反應器出水COD 也相應地上升，從100 mg/L 提升到300 mg/L，這是由于進(jìn)水中不可生物降解物質(zhì)的累積和負荷的提高引起的。從而也間接地說(shuō)明實(shí)驗所用的小麥酒精廢水中不可生物降解的物質(zhì)較少。微生物對小麥酒精廢水已有較好的適應性，容積負荷從0.2 kg/（m3·d）逐步提高至1.6 kg/（m3·d）并穩定運行，去除率基本穩定在80%以上，出水COD 在300 mg/L 以下，反應器運行穩定，達到接入市政污水管網(wǎng)的標準。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結論
在中溫（37±2）℃條件下，采用有效容積3 L的UASB 反應器處理小麥酒精廢水，容積負荷可以達到13 kg/（m3·d），COD 去除率維持在85%以上，厭氧出水COD 保持在1 650 mg/L 以下，出水VFA 在3.5 mmol/L 以下，反應器的產(chǎn)氣量維持在17 L/d左右。
通過(guò)對小麥酒精廢水好氧處理的實(shí)驗結果表明：采用SBR 反應器處理，最高負荷為1.6 kg/（m3·d），即最大進(jìn)水COD 為1 600 mg/L，去除率基本保持在80%以上，說(shuō)明SBR 法后續處理工藝能在常溫下有效處理厭氧出水，且處理效率較高，處理效果穩定。
小麥酒精廢水經(jīng)過(guò)UASB-SBR 組合工藝處理后，出水COD 在300 mg/L 以下，達到接入市政污水管網(wǎng)的標準。
