厭氧活性污泥法處理制糖廢水實驗研究

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素、膠質等物質。這些物質主要通過制糖生產(chǎn)工藝中的離子交換樹脂清洗水進行排放，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、瞬時排放量大，對公司現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)形成較大沖擊，使污水處理系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、排水指標下降。目前國內(nèi)粘膠纖維生產(chǎn)廢水生化處理方法有A/O、CASS 等，反應原理以好氧生化作用為主，存在出水難降解有機物濃度高、色度脫除率低的弊端[1]，處理制糖廢水效果一般。

針對廢水的特性，進行厭氧氧化工藝研究。厭氧氧化工藝理論上可降低廢水生物毒性、提高廢水可生化性，另外與只進行廢水好氧氧化處理相比，有運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。因此研究制糖廢水厭氧氧化處理工藝，對降低污水處理系統(tǒng)壓力、維護生產(chǎn)運行穩(wěn)定、提高排水指標具有重要意義。

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

1 實驗裝置及水樣

1.1 實驗裝置

實驗裝置見圖1~圖2。

圖1 序批式厭氧反應器

圖2 連續(xù)流厭氧反應器

1.2 實驗水樣

在遠達化纖公司污水處理工段，對制糖車間總排廢水進行連續(xù)24 h 單獨蓄水，蓄水完成后取得大量水樣以對其進行檢測及處理實驗。

制糖車間總排廢水平均流量為1 200 m3/d，對該廢水水樣進行實驗室檢測分析，各項指標如表1所示。

表1 制糖車間總排廢水檢測結果

2 實驗方案及結果分析

2.1 厭氧系統(tǒng)啟動

厭氧系統(tǒng)啟動階段進行厭氧菌馴化培養(yǎng)，同時將反應器內(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)啟動階段不確定性因素較多，難度較大，因此啟動階段應用序批式厭氧活性污泥法（ASBR），該法具有工藝流程簡單、抗水質波動性較強、污泥沉降性能好的優(yōu)點。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鳎磻饔行莘e為3 L。事先將制糖廢水用分析純燒堿調至中性，將其置入配水箱內(nèi)，通過恒流蠕動泵向反應器內(nèi)一次性輸送300 mL 制糖廢水，反應器內(nèi)溫度維持35℃，連續(xù)攪拌，反應24 h 完成后停止攪拌，待厭氧污泥充分沉降后出液，出液量與進液量相同，接著再進行下一批廢水處理操作。根據(jù)出水水質情況逐步增加進水量，即提高反應器容積負荷。根據(jù)進水量和進水BOD5，以及出水COD，每天按質量比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)啟動階段共持續(xù)30 d，部分實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 厭氧啟動階段運行數(shù)據(jù)

實驗分析：啟動的最初負荷從0.33 kg COD（m3/d）開始，增加負荷通過增大進液量的方法進行。通過表中數(shù)據(jù)可知，裝置運行第5 天出水COD 較高，這是由于實驗采用公司二沉池污泥作為接種底物，在啟動階段初期，厭氧反應器內(nèi)的細菌尚未適應進水水質，廢水處理效果不佳。隨著啟動階段的進行及負荷的增加，出水COD 先降低，再緩慢上升。系統(tǒng)持續(xù)對菌種進行馴化、選擇、增殖[3]，因此隨著容積負荷提升至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)啟動階段，同啟動階段一樣仍然使用ASBR 裝置。首先通過恒流蠕動泵向反應器內(nèi)一次性輸送300 mL 制糖廢水，同時從反應器頂部向反應器內(nèi)投加100 mL 三公司二沉池回流污泥。反應器內(nèi)溫度維持35℃，連續(xù)攪拌，反應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，部分實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 厭氧污泥增量培養(yǎng)階段運行數(shù)據(jù)

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

2.3 連續(xù)流厭氧實驗

連續(xù)流厭氧實驗應用連續(xù)流混合攪拌反應裝置（CSTR），相比于ASBR 的優(yōu)點是運行穩(wěn)定，可以維持穩(wěn)定的厭氧反應條件、穩(wěn)定的進水和出水水質。

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

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

連續(xù)流厭氧實驗共持續(xù)30 d，部分實驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 連續(xù)流厭氧實驗運行數(shù)據(jù)

實驗分析：隨著進水流量增大，反應器容積負荷提高，水力停留時間降低，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間，COD 去除率降低幅度并不大，例如在水力停留時間為10 d 時，COD 去除率為94.8%，而將停留時間縮短為一半，即5 d 時，COD去除率為89.9%，僅僅降低了4.9%。這個結果可作為實際厭氧生物處理工藝設計的參考，有助于優(yōu)化反應器停留時間設計，綜合廢水處理指標和裝置運行經(jīng)濟性，形成最佳的工藝方案。

3 結論

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

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)流厭氧實驗中，成功進行了制糖廢水連續(xù)流厭氧實驗，驗證了在不同容積負荷下厭氧系統(tǒng)的處理能力，測試了不同廢水停留時間對COD 去除率的影響，為實際厭氧工藝設計提供了有力依據(jù)。綜合廢水處理指標和裝置運行經(jīng)濟性，優(yōu)選實驗結果為：水力停留時間5 d，反應器容積負荷率2 kg COD*（m3/d），出水COD 為1 000左右，制糖廢水COD 去除率可達89.9%。