王海松

（唐山三友化工股份有限公司 新材料研究院，河北唐山 063305）

含有大量半纖的堿液為制糖車間的主要生產(chǎn)原料，該堿液來自制膠車間產(chǎn)生的壓液，而壓液來自用于溶解漿粕的浸漬堿，因此制糖廢水中存在來源于漿粕的木質(zhì)素、膠質(zhì)等物質(zhì)。這些物質(zhì)主要通過制糖生產(chǎn)工藝中的離子交換樹脂清洗水進(jìn)行排放，且該水量在制糖總排廢水量中占比較大。制糖總排廢水有高硫酸鹽含量、酸性較強(qiáng)的特性，其他特性為COD 高且難降解成分較多、排放量不均勻、瞬時(shí)排放量大，對(duì)公司現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)形成較大沖擊，使污水處理系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、排水指標(biāo)下降。目前國(guó)內(nèi)粘膠纖維生產(chǎn)廢水生化處理方法有A/O、CASS 等，反應(yīng)原理以好氧生化作用為主，存在出水難降解有機(jī)物濃度高、色度脫除率低的弊端[1]，處理制糖廢水效果一般。

針對(duì)廢水的特性，進(jìn)行厭氧氧化工藝研究。厭氧氧化工藝?yán)碚撋峡山档蛷U水生物毒性、提高廢水可生化性，另外與只進(jìn)行廢水好氧氧化處理相比，有運(yùn)行成本與投資成本低、剩余污泥產(chǎn)生量少、污泥脫水性能好的優(yōu)點(diǎn)。因此研究制糖廢水厭氧氧化處理工藝，對(duì)降低污水處理系統(tǒng)壓力、維護(hù)生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、提高排水指標(biāo)具有重要意義。

主要實(shí)驗(yàn)思路為：首先進(jìn)行厭氧菌初始馴化培養(yǎng)；運(yùn)行穩(wěn)定后再將作為底物的好氧污泥分批投入反應(yīng)器進(jìn)行馴化轉(zhuǎn)換，以快速提高厭氧活性污泥濃度；最后進(jìn)行連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)，通過逐步提高反應(yīng)器容積負(fù)荷率[2]，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置的污水處理能力及效果。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及水樣

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見圖1~圖2。

圖1 序批式厭氧反應(yīng)器

圖2 連續(xù)流厭氧反應(yīng)器

1.2 實(shí)驗(yàn)水樣

在遠(yuǎn)達(dá)化纖公司污水處理工段，對(duì)制糖車間總排廢水進(jìn)行連續(xù)24 h 單獨(dú)蓄水，蓄水完成后取得大量水樣以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)及處理實(shí)驗(yàn)。

制糖車間總排廢水平均流量為1 200 m3/d，對(duì)該廢水水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析，各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

表1 制糖車間總排廢水檢測(cè)結(jié)果

2 實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果分析

2.1 厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)

厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段進(jìn)行厭氧菌馴化培養(yǎng)，同時(shí)將反應(yīng)器內(nèi)的底物持續(xù)稀釋置換出去，直至底物理論占比小于10%。由于厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段不確定性因素較多，難度較大，因此啟動(dòng)階段應(yīng)用序批式厭氧活性污泥法（ASBR），該法具有工藝流程簡(jiǎn)單、抗水質(zhì)波動(dòng)性較強(qiáng)、污泥沉降性能好的優(yōu)點(diǎn)。首先以化纖三公司二期北二沉池回流污泥為底物，將其置入?yún)捬醴磻?yīng)器，反應(yīng)器有效容積為3 L。事先將制糖廢水用分析純燒堿調(diào)至中性，將其置入配水箱內(nèi)，通過恒流蠕動(dòng)泵向反應(yīng)器內(nèi)一次性輸送300 mL 制糖廢水，反應(yīng)器內(nèi)溫度維持35℃，連續(xù)攪拌，反應(yīng)24 h 完成后停止攪拌，待厭氧污泥充分沉降后出液，出液量與進(jìn)液量相同，接著再進(jìn)行下一批廢水處理操作。根據(jù)出水水質(zhì)情況逐步增加進(jìn)水量，即提高反應(yīng)器容積負(fù)荷。根據(jù)進(jìn)水量和進(jìn)水BOD5，以及出水COD，每天按質(zhì)量比BOD5∶N ∶P=200 ∶5 ∶1加入尿素和磷肥，其中尿素含氮46%，磷肥含氮12.2%、含磷27%。厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段共持續(xù)30 d，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 厭氧啟動(dòng)階段運(yùn)行數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)分析：?jiǎn)?dòng)的最初負(fù)荷從0.33 kg COD（m3/d）開始，增加負(fù)荷通過增大進(jìn)液量的方法進(jìn)行。通過表中數(shù)據(jù)可知，裝置運(yùn)行第5 天出水COD 較高，這是由于實(shí)驗(yàn)采用公司二沉池污泥作為接種底物，在啟動(dòng)階段初期，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)菌尚未適應(yīng)進(jìn)水水質(zhì)，廢水處理效果不佳。隨著啟動(dòng)階段的進(jìn)行及負(fù)荷的增加，出水COD 先降低，再緩慢上升。系統(tǒng)持續(xù)對(duì)菌種進(jìn)行馴化、選擇、增殖[3]，因此隨著容積負(fù)荷提升至1 kg COD（m3/d），出水COD 仍可以維持在1 500 mg/L 左右。另外隨著廢水置換的進(jìn)行，底物剩余比例逐漸降低，在第30天理論底物剩余比例降低至8%，可視為厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段已經(jīng)完成。

2.2 厭氧污泥增量培養(yǎng)

厭氧污泥增量培養(yǎng)階段緊接厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段，同啟動(dòng)階段一樣仍然使用ASBR 裝置。首先通過恒流蠕動(dòng)泵向反應(yīng)器內(nèi)一次性輸送300 mL 制糖廢水，同時(shí)從反應(yīng)器頂部向反應(yīng)器內(nèi)投加100 mL 三公司二沉池回流污泥。反應(yīng)器內(nèi)溫度維持35℃，連續(xù)攪拌，反應(yīng)24 h 后停止攪拌，待厭氧污泥充分沉降后出液，出液量為400 mL，接著再進(jìn)行下一批廢水處理操作。通過上述操作，將新投加的好氧污泥在厭氧環(huán)境中快速馴化為厭氧污泥，以達(dá)到厭氧污泥增量培養(yǎng)的目的。

厭氧污泥增量培養(yǎng)階段共持續(xù)30 d，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 厭氧污泥增量培養(yǎng)階段運(yùn)行數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)分析：隨著污泥底物的穩(wěn)定投加及馴化轉(zhuǎn)換，反應(yīng)器內(nèi)厭氧活性污泥濃度快速提高。在相同的進(jìn)水速率下，隨污泥濃度的增大，出水COD 指標(biāo)持續(xù)降低。這是由于在厭氧污泥增量培養(yǎng)階段，反應(yīng)器中厭氧菌落快速馴化增殖，污泥負(fù)荷率顯著降低，因此系統(tǒng)消化有機(jī)物的效率極大提高。

2.3 連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)

連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)應(yīng)用連續(xù)流混合攪拌反應(yīng)裝置（CSTR），相比于ASBR 的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，可以維持穩(wěn)定的厭氧反應(yīng)條件、穩(wěn)定的進(jìn)水和出水水質(zhì)。

本實(shí)驗(yàn)中CSTR 較ASBR 裝置的主要區(qū)別，是將排水箱改為可進(jìn)行污泥回流的錐底形式，箱頂增設(shè)蓋子，以盡量避免溶解氧。應(yīng)用雙通道恒流蠕動(dòng)泵，此泵特點(diǎn)是能夠連續(xù)傳輸兩股相同流量的物料。改變進(jìn)出水及污泥回流設(shè)備連接方式，將厭氧反應(yīng)器進(jìn)水和出水、污泥回流和對(duì)應(yīng)厭氧反應(yīng)器出水分別應(yīng)用同一雙通道恒流蠕動(dòng)泵進(jìn)行輸送，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部物料平衡。

連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)緊接厭氧污泥增量培養(yǎng)階段，將裝置進(jìn)行上述變更，反應(yīng)器及恒溫裝置不作改變，仍然使用前兩個(gè)階段使用的反應(yīng)器，以及污泥增量培養(yǎng)得到的反應(yīng)器內(nèi)部的污泥及料液。通過恒流蠕動(dòng)泵連續(xù)向反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)制糖廢水，同時(shí)連續(xù)出水，初始流量為300 mL/d。逐步提高流量，檢測(cè)出水水質(zhì)。根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)污泥流失速率控制排水箱污泥回流量。反應(yīng)器內(nèi)溫度維持35℃，連續(xù)攪拌。根據(jù)進(jìn)水量和進(jìn)水BOD5，以及出水COD，每天按質(zhì)量比BOD5∶N ∶P=200 ∶5 ∶1加入尿素和磷肥。

連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)共持續(xù)30 d，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)分析：隨著進(jìn)水流量增大，反應(yīng)器容積負(fù)荷提高，水力停留時(shí)間降低，出水COD 逐漸升高，廢水COD 去除率逐步降低。通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大幅降低廢水水力停留時(shí)間，COD 去除率降低幅度并不大，例如在水力停留時(shí)間為10 d 時(shí)，COD 去除率為94.8%，而將停留時(shí)間縮短為一半，即5 d 時(shí)，COD去除率為89.9%，僅僅降低了4.9%。這個(gè)結(jié)果可作為實(shí)際厭氧生物處理工藝設(shè)計(jì)的參考，有助于優(yōu)化反應(yīng)器停留時(shí)間設(shè)計(jì)，綜合廢水處理指標(biāo)和裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，形成最佳的工藝方案。

3 結(jié)論

1）在厭氧系統(tǒng)啟動(dòng)階段，成功進(jìn)行了序批式厭氧活性污泥法處理制糖廢水系統(tǒng)的啟動(dòng)，初步驗(yàn)證了方案可行性；

2）在厭氧污泥增量培養(yǎng)階段，通過創(chuàng)新性地在低污泥濃度厭氧反應(yīng)器中投加好氧活性污泥底物，迅速提高了厭氧活性污泥濃度，成功開發(fā)了快速提升厭氧活性污泥處理裝置處理能力的新操作工藝；

3）在連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)中，成功進(jìn)行了制糖廢水連續(xù)流厭氧實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了在不同容積負(fù)荷下厭氧系統(tǒng)的處理能力，測(cè)試了不同廢水停留時(shí)間對(duì)COD 去除率的影響，為實(shí)際厭氧工藝設(shè)計(jì)提供了有力依據(jù)。綜合廢水處理指標(biāo)和裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：水力停留時(shí)間5 d，反應(yīng)器容積負(fù)荷率2 kg COD*（m3/d），出水COD 為1 000左右，制糖廢水COD 去除率可達(dá)89.9%。