我國是食糖生產(chǎn)與消費大國，由此產(chǎn)生的制糖廢水成為我國主要工業(yè)污染源之一。目前，國內外針對制糖廢水的處理多采用生化法，主要包括厭氧處理法、好氧處理法、厭氧-好氧組合處理工藝、土地處理法等，而厭氧處理法因能耗低、耐沖擊負荷等特點(diǎn)被廣泛采用。
食糖精煉廢水的主要成分--糖蜜為原糖精煉時(shí)的結晶母液，是制糖工業(yè)的一種副產(chǎn)物，含有大量有機或無(wú)機物質(zhì)。食糖精煉廢水具有COD高、波動(dòng)性大、可生化性好等特點(diǎn)，B/C在0.45左右，氮素含量偏低，不含有抑制微生物生長(cháng)的物質(zhì)，但刷罐水的排放極易引起較強的沖擊負荷。
山東省某糖業(yè)集團新建食糖精煉生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)生的廢水具有上述廢水的特點(diǎn)，符合厭氧工藝處理的條件，且附加循環(huán)IC反應器在該領(lǐng)域的應用還未見(jiàn)詳細的研究報道，因此筆者從工藝應用角度探討附加循環(huán)IC反應器處理食糖精煉廢水的啟動(dòng)過(guò)程。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗裝置
根據廢水水質(zhì)水量特點(diǎn)及出水要求，決定采用以生化處理為主、物化處理為輔的工藝處理廢水，實(shí)現中水回用與達標排放。
由于普通IC反應器無(wú)法適應食糖精煉廢水的水質(zhì)水量突變性，實(shí)驗采用2座相同的附加循環(huán)IC反應器，尺寸為D 9 m×14 m，總容積為850 m3，有效容積500 m3。反應器呈圓柱狀，碳鋼現場(chǎng)制作，并對其進(jìn)行防腐與保溫處理。實(shí)驗裝置如圖 1所示。
圖 1 實(shí)驗裝置
工藝流程：附加循環(huán)IC反應器與普通IC反應器構造基本相同，結構上均表現為1個(gè)反應器中有2個(gè)相對獨立的反應室、兩級三相分離器及內循環(huán)結構，其獨特之處在于附加循環(huán)系統，即通過(guò)循環(huán)泵將IC反應器第二反應室處理水部分回流，通過(guò)底部布水系統注入反應器，形成循環(huán)。
廢水經(jīng)布水系統進(jìn)入反應器內部，在第一反應室內與回流水和循環(huán)水充分混合稀釋?zhuān)勾蟛糠钟袡C物與微生物充分接觸并被微生物降解，同時(shí)釋放出大量沼氣。三相混合液沿反應器上升，經(jīng)三相分離器阻留后，部分泥水混合液停留在第一反應室，另一部分在沼氣提升作用下進(jìn)入氣液分離器，實(shí)現氣液分離，沼氣排出系統，泥水混合液則沿中心管回流至反應器底部，形成自動(dòng)的內部循環(huán)。
廢水經(jīng)第一反應室處理后自動(dòng)進(jìn)入第二反應室，在微生物作用下，廢水中殘存的有機物進(jìn)一步降解，同時(shí)產(chǎn)生沼氣，經(jīng)三相分離器阻留后，部分泥水混合液停留在第二反應室，另一部分在沼氣提升下進(jìn)入氣液分離器，實(shí)現氣液分離，沼氣排出，泥水混合液回流至第一反應室底部。處理后的混合液進(jìn)入沉淀區，污泥沿回流縫滑落到第二反應室，上清液經(jīng)集水渠排出。在IC反應器進(jìn)水量小、上升流速低、混合效果差、產(chǎn)氣量不足且反應器不能形成連續內循環(huán)的情況下，開(kāi)啟附加循環(huán)系統，將第二反應室部分處理水注入第一反應室內，與進(jìn)水混合稀釋?zhuān)軌驕p少進(jìn)水給系統帶來(lái)的沖擊，同時(shí)增強系統的抗沖擊能力，為微生物創(chuàng )造良好的生存環(huán)境。
1.2 實(shí)驗用水
實(shí)驗所用污水來(lái)自廠(chǎng)方的污水處理站，主要為包裝車(chē)間、精煉車(chē)間、綜合辦公樓等產(chǎn)生的污水，且以生產(chǎn)污水為主。污水外觀(guān)呈黃色，略顯渾濁，有輕微的氣味，其水質(zhì)情況見(jiàn)表 1。
1.3 實(shí)驗污泥
實(shí)驗啟動(dòng)時(shí)接種的厭氧污泥為顆粒污泥(日照市某生化集團檸檬酸廢水處理中由IC反應器產(chǎn)生的商品泥)。該污泥呈顆粒狀，顏色為黑色，沉降性能良好，主要性能指標如下：混合物中的VS/TS>65%、有效污泥顆粒度>65%、顆粒大小介于0.5～4 mm。此次調試污泥接種量約200 t，后期因排放刷罐水引起較強的沖擊，顆粒污泥部分死亡，含量下降。
1.4 實(shí)驗方法
(1)利用附加循環(huán)IC反應器處理食糖精煉廢水，觀(guān)察、記錄反應器的運行狀況與進(jìn)出水狀況，每天采集進(jìn)水混合水樣及出水水樣。(2)每天監測進(jìn)水混合水樣的COD、溫度、pH，出水的VFA、COD、溫度、pH。(3)根據測定數據及時(shí)調整反應器運行參數，保證反應器處于良好的運行狀態(tài)，直至系統啟動(dòng)運行。
2 結果與討論
2.1 反應器的啟動(dòng)運行情況
反應器啟動(dòng)時(shí)COD容積負荷約為1 kg/(m3·d)。1~20 d為污泥馴化階段。初期由于接種的顆粒污泥進(jìn)入新環(huán)境，產(chǎn)甲烷菌活性較弱，同時(shí)接種期間除向反應器內進(jìn)污水外，未向反應器中補充營(yíng)養物質(zhì)，反應器內有少量氣體產(chǎn)生，內循環(huán)現象不明顯;第9天~第20天產(chǎn)甲烷菌的活性開(kāi)始加強，能夠較充分地利用產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的可被吸收利用的底物，此時(shí)產(chǎn)氣量開(kāi)始增加，反應器出現明顯的間歇內循環(huán)現象，出水顏色發(fā)暗，但較透明。
21~50 d為提升負荷階段。第21天～第34天，隨著(zhù)時(shí)間的推移反應器內微生物不斷生長(cháng)與繁殖，產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌能充分利用廢水中的有機物且數量上達到一定的平衡，反應器出水水質(zhì)良好，清澈透明，產(chǎn)氣量明顯增加，內循環(huán)現象間隔時(shí)間更短且水量更大，COD平均去除率為89.2%。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
第35天~第50天反應器COD容積負荷>4kg/(m3·d)，產(chǎn)氣量進(jìn)一步加大，反應器內在原有條件下被截留下來(lái)的大量細小絮狀污泥因無(wú)法克服大量細小氣泡及上升流速的頂托作用而被沖出反應器。隨著(zhù)沉降性能良好的污泥不斷增長(cháng)及大量細小絮狀污泥的沖出，出水中的污泥逐漸降低。由于容積負荷提升及進(jìn)水濃度波動(dòng)較大，COD去除率下降，且最終呈現較平穩趨勢，平均去除率為79.2%，至此認為反應器啟動(dòng)成功，并且可以正常運行〔6〕。
2.2 反應器啟動(dòng)數據及其分析
反應器的控制條件：溫度為(30±2)℃，pH為6.52~6.88。為快速啟動(dòng)反應器的附加循環(huán)系統，同時(shí)為微生物創(chuàng )造穩定的生存環(huán)境，啟動(dòng)初期向反應器中加入了大量清水，直至從溢流堰溢出為止。啟動(dòng)期間進(jìn)出水COD變化情況見(jiàn)圖 2。
圖 2 進(jìn)出水COD和去除率變化曲線(xiàn)
由圖 2可知，第1天～第8天，由于反應器全天進(jìn)水量?jì)H為其體積的1/15，且反應器內部加入大量清水，因此此期間COD去除率的測定值與實(shí)際值之間存在一定偏差。第9天～第20天，進(jìn)水COD波動(dòng)較大，但出水COD整體呈現降低趨勢，由882 mg/L逐步降至394 mg/L，COD去除率整體呈現上升趨勢，最終穩定在95%左右，表明反應器已經(jīng)初步適應了廢水水質(zhì)。第21天～第34天，進(jìn)水COD介于7 325～12 440 mg/L，波動(dòng)較大，但出水COD較穩定，主要集中在1 000 mg/L左右，去除率基本維持在86.2%以上，進(jìn)水COD的波動(dòng)沒(méi)有給系統帶來(lái)大的影響，系統運行較穩定。第35天～第50天進(jìn)水COD波動(dòng)較大，出水COD有所增加，集中在2 000 mg/L左右，最高達到2 693 mg/L，COD去除率主要在72.7%～82.5%，整體呈現先下降后上升最終逐漸平穩的趨勢，這是由于此期間有大量絮狀污泥被洗出，有機物不能被微生物充分地吸收利用，使出水COD升高。隨著(zhù)時(shí)間的推移，反應器內沉降性能良好的污泥有所增加，截留下來(lái)的污泥能夠克服上升流速及氣體頂托作用，充分吸收利用廢水中的有機物，COD去除率逐漸上升，最終趨于平穩，這表明反應器基本適應容積負荷變化帶來(lái)的影響，能較穩定地運行。
啟動(dòng)期間COD容積負荷與COD去除率變化情況見(jiàn)圖 3。
圖 3 容積負荷和COD去除率變化曲線(xiàn)
如前所述，第1天～第8天反應器COD去除率測定值與實(shí)際值存在一定偏差，不能很好地反映容積負荷與去除率之間的關(guān)系。第9天～第20天反應器COD容積負荷在1～2 kg/(m3·d)不斷波動(dòng)，但COD去除率整體趨于平穩，介于89.1%～96.7%。第21天～第34天，由于容積負荷提升幅度較平緩，反應器內部的污泥濃度足夠高，能夠很好地適應有機物的沖擊，同時(shí)附加循環(huán)系統及內循環(huán)系統將大量水回流至第一反應室，加強了反應器內污泥與有機物的混合與攪拌作用。反應器COD容積負荷從1.77提升至4.17 kg/(m3·d)，整體呈現逐步上升趨勢，COD去除率以88%為中心上下波動(dòng)，容積負荷的升高對COD去除率沒(méi)有大的影響。第35天～第50天反應器COD容積負荷基本維持在4 kg/(m3·d) 以上且波動(dòng)較大，COD去除率有所下降，主要在72.7%～82.5%。這是由于反應器自第35天起容積負荷進(jìn)一步提高，產(chǎn)氣量變大，大量絮狀污泥隨出水排出反應器，導致反應器內污泥濃度下降，有機物不能被微生物充分利用，出水COD增加。第42天～第50天將反應器COD容積負荷維持在5 kg/(m3·d)左右，COD去除率呈現較穩定趨勢，以79%為中心小幅度波動(dòng)。
啟動(dòng)期間反應器進(jìn)出水的pH變化及出水VFA變化情況見(jiàn)圖 4。
圖 4 進(jìn)出水pH與出水VFA變化曲線(xiàn)
由圖 4可見(jiàn)，反應器進(jìn)水pH介于4.32~5.48，pH較低;反應器出水pH介于6.35~7.08。第1天~第20天，反應器出水pH變化幅度較大，這是由于微生物經(jīng)歷了由活性較低到基本適應新的生存環(huán)境、活性逐步加強的過(guò)程，能夠較充分地吸收利用產(chǎn)生的有機酸;附加循環(huán)系統將第二反應室處理水部分回流至反應器底部，進(jìn)一步加強反應器內部攪拌與混合，促進(jìn)有機物與微生物的接觸，減小低pH進(jìn)水對反應器的沖擊，同時(shí)回流水堿度較高，增強了系統的緩沖能力。第21天~第50天反應器出水pH變化幅度較小，較為穩定，此時(shí)反應器內微生物活性較高，產(chǎn)甲烷菌能夠充分利用產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸，避免脂肪酸在反應器內的積累，含氮有機物經(jīng)脫氨作用將氨氮釋放于水中，在提高出水pH方面起到一定作用，同時(shí)附加循環(huán)系統在一定程度上增強了系統的緩沖能力，使得反應器出水pH比較穩定。第36天起，由于刷罐水的排放引起較強的沖擊負荷，進(jìn)水容積負荷波動(dòng)較大，出水VFA較高，為了防止反應器pH下降進(jìn)而抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，向反應器加入石灰，維持反應器內部pH>6.5，為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng )造良好的生存環(huán)境。由圖 4還可以看出，出水VFA變化明顯比出水pH變化波動(dòng)幅度大，運行后期波動(dòng)更加明顯，可見(jiàn)出水VFA變化比pH變化更為靈敏，能夠更好地指示反應器的運行狀況。
3 結論與建議
(1)以食糖精煉廢水為處理對象，采用附加循環(huán)IC反應器實(shí)現了高濃度、低負荷下的啟動(dòng)，啟動(dòng)初期出水COD為 158～1 055 mg/L，出水VFA為108～404 mg/L，COD去除率達89.1%以上，產(chǎn)氣明顯，出現間斷性?xún)妊h(huán)現象。(2)實(shí)驗用水的碳氮比為114～165，反應器COD容積負荷可達5 kg/(m3·d)左右，出水COD約為2 000 mg/L，去除率可達約80%，出水水質(zhì)較穩定。實(shí)驗用水的碳氮比較低，需根據實(shí)際運行情況適當補充營(yíng)養物質(zhì)。(3)處理過(guò)程中刷罐水的排放產(chǎn)生極強的沖擊負荷，處理不當易引起顆粒污泥的解體，甚至可能引起反應器酸化。(4)該反應器能克服普通IC反應器啟動(dòng)時(shí)出現的不利影響，為實(shí)現快速啟動(dòng)與穩定運行創(chuàng )造條件;當反應器受到?jīng)_擊，不能穩定運行或產(chǎn)氣量下降影響內循環(huán)時(shí)，附加循環(huán)系統對反應器的快速恢復起到輔助作用。(來(lái)源：水博網(wǎng))
