我國是食糖生產(chǎn)與消費(fèi)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(nèi)外針對(duì)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(fù)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(jié)晶母液，是制糖工業(yè)的一種副產(chǎn)物，含有大量有機(jī)或無機(jī)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(zhǎng)的物質(zhì)，但刷罐水的排放極易引起較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷。
山東省某糖業(yè)集團(tuán)新建食糖精煉生產(chǎn)線，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(yīng)器在該領(lǐng)域的應(yīng)用還未見詳細(xì)的研究報(bào)道，因此筆者從工藝應(yīng)用角度探討附加循環(huán)IC反應(yīng)器處理食糖精煉廢水的啟動(dòng)過程。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
根據(jù)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(xiàn)中水回用與達(dá)標(biāo)排放。
由于普通IC反應(yīng)器無法適應(yīng)食糖精煉廢水的水質(zhì)水量突變性，實(shí)驗(yàn)采用2座相同的附加循環(huán)IC反應(yīng)器，尺寸為D 9 m×14 m，總?cè)莘e為850 m3，有效容積500 m3。反應(yīng)器呈圓柱狀，碳鋼現(xiàn)場(chǎng)制作，并對(duì)其進(jìn)行防腐與保溫處理。實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示。
圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置
工藝流程：附加循環(huán)IC反應(yīng)器與普通IC反應(yīng)器構(gòu)造基本相同，結(jié)構(gòu)上均表現(xiàn)為1個(gè)反應(yīng)器中有2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)室、兩級(jí)三相分離器及內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特之處在于附加循環(huán)系統(tǒng)，即通過循環(huán)泵將IC反應(yīng)器第二反應(yīng)室處理水部分回流，通過底部布水系統(tǒng)注入反應(yīng)器，形成循環(huán)。
廢水經(jīng)布水系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，在第一反應(yīng)室內(nèi)與回流水和循環(huán)水充分混合稀釋，使大部分有機(jī)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(yīng)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(yīng)室，另一部分在沼氣提升作用下進(jìn)入氣液分離器，實(shí)現(xiàn)氣液分離，沼氣排出系統(tǒng)，泥水混合液則沿中心管回流至反應(yīng)器底部，形成自動(dòng)的內(nèi)部循環(huán)。
廢水經(jīng)第一反應(yīng)室處理后自動(dòng)進(jìn)入第二反應(yīng)室，在微生物作用下，廢水中殘存的有機(jī)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(yīng)室，另一部分在沼氣提升下進(jìn)入氣液分離器，實(shí)現(xiàn)氣液分離，沼氣排出，泥水混合液回流至第一反應(yīng)室底部。處理后的混合液進(jìn)入沉淀區(qū)，污泥沿回流縫滑落到第二反應(yīng)室，上清液經(jīng)集水渠排出。在IC反應(yīng)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(yīng)器不能形成連續(xù)內(nèi)循環(huán)的情況下，開啟附加循環(huán)系統(tǒng)，將第二反應(yīng)室部分處理水注入第一反應(yīng)室內(nèi)，與進(jìn)水混合稀釋，能夠減少進(jìn)水給系統(tǒng)帶來的沖擊，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)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(yàn)用水
實(shí)驗(yàn)所用污水來自廠方的污水處理站，主要為包裝車間、精煉車間、綜合辦公樓等產(chǎn)生的污水，且以生產(chǎn)污水為主。污水外觀呈黃色，略顯渾濁，有輕微的氣味，其水質(zhì)情況見表 1。
1.3 實(shí)驗(yàn)污泥
實(shí)驗(yàn)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(tuán)檸檬酸廢水處理中由IC反應(yīng)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(biāo)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(diào)試污泥接種量約200 t，后期因排放刷罐水引起較強(qiáng)的沖擊，顆粒污泥部分死亡，含量下降。
1.4 實(shí)驗(yàn)方法
(1)利用附加循環(huán)IC反應(yīng)器處理食糖精煉廢水，觀察、記錄反應(yīng)器的運(yùn)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(jiān)測(cè)進(jìn)水混合水樣的COD、溫度、pH，出水的VFA、COD、溫度、pH。(3)根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)，保證反應(yīng)器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，直至系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行。
2 結(jié)果與討論
2.1 反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行情況
反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)COD容積負(fù)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(yīng)器內(nèi)進(jìn)污水外，未向反應(yīng)器中補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，反應(yīng)器內(nèi)有少量氣體產(chǎn)生，內(nèi)循環(huán)現(xiàn)象不明顯;第9天~第20天產(chǎn)甲烷菌的活性開始加強(qiáng)，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)氣量開始增加，反應(yīng)器出現(xiàn)明顯的間歇內(nèi)循環(huán)現(xiàn)象，出水顏色發(fā)暗，但較透明。
21~50 d為提升負(fù)荷階段。第21天～第34天，隨著時(shí)間的推移反應(yīng)器內(nèi)微生物不斷生長(zhǎng)與繁殖，產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌能充分利用廢水中的有機(jī)物且數(shù)量上達(dá)到一定的平衡，反應(yīng)器出水水質(zhì)良好，清澈透明，產(chǎn)氣量明顯增加，內(nèi)循環(huán)現(xiàn)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http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
第35天~第50天反應(yīng)器COD容積負(fù)荷>4kg/(m3·d)，產(chǎn)氣量進(jìn)一步加大，反應(yīng)器內(nèi)在原有條件下被截留下來的大量細(xì)小絮狀污泥因無法克服大量細(xì)小氣泡及上升流速的頂托作用而被沖出反應(yīng)器。隨著沉降性能良好的污泥不斷增長(zhǎng)及大量細(xì)小絮狀污泥的沖出，出水中的污泥逐漸降低。由于容積負(fù)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(xiàn)較平穩(wěn)趨勢(shì)，平均去除率為79.2%，至此認(rèn)為反應(yīng)器啟動(dòng)成功，并且可以正常運(yùn)行〔6〕。
2.2 反應(yīng)器啟動(dòng)數(shù)據(jù)及其分析
反應(yīng)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(yīng)器的附加循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)為微生物創(chuàng)造穩(wěn)定的生存環(huán)境，啟動(dòng)初期向反應(yīng)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變化情況見圖 2。
圖 2 進(jìn)出水COD和去除率變化曲線
由圖 2可知，第1天～第8天，由于反應(yīng)器全天進(jìn)水量?jī)H為其體積的1/15，且反應(yīng)器內(nèi)部加入大量清水，因此此期間COD去除率的測(cè)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(xiàn)降低趨勢(shì)，由882 mg/L逐步降至394 mg/L，COD去除率整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在95%左右，表明反應(yīng)器已經(jīng)初步適應(yīng)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(wěn)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)沒有給系統(tǒng)帶來大的影響，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)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(dá)到2 693 mg/L，COD去除率主要在72.7%～82.5%，整體呈現(xiàn)先下降后上升最終逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)，這是由于此期間有大量絮狀污泥被洗出，有機(jī)物不能被微生物充分地吸收利用，使出水COD升高。隨著時(shí)間的推移，反應(yīng)器內(nèi)沉降性能良好的污泥有所增加，截留下來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(jī)物，COD去除率逐漸上升，最終趨于平穩(wěn)，這表明反應(yīng)器基本適應(yīng)容積負(fù)荷變化帶來的影響，能較穩(wěn)定地運(yùn)行。
啟動(dòng)期間COD容積負(fù)荷與COD去除率變化情況見圖 3。
圖 3 容積負(fù)荷和COD去除率變化曲線
如前所述，第1天～第8天反應(yīng)器COD去除率測(cè)定值與實(shí)際值存在一定偏差，不能很好地反映容積負(fù)荷與去除率之間的關(guān)系。第9天～第20天反應(yīng)器COD容積負(fù)荷在1～2 kg/(m3·d)不斷波動(dòng)，但COD去除率整體趨于平穩(wěn)，介于89.1%～96.7%。第21天～第34天，由于容積負(fù)荷提升幅度較平緩，反應(yīng)器內(nèi)部的污泥濃度足夠高，能夠很好地適應(yīng)有機(jī)物的沖擊，同時(shí)附加循環(huán)系統(tǒng)及內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)將大量水回流至第一反應(yīng)室，加強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)污泥與有機(jī)物的混合與攪拌作用。反應(yīng)器COD容積負(fù)荷從1.77提升至4.17 kg/(m3·d)，整體呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)，COD去除率以88%為中心上下波動(dòng)，容積負(fù)荷的升高對(duì)COD去除率沒有大的影響。第35天～第50天反應(yīng)器COD容積負(fù)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(yīng)器自第35天起容積負(fù)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(yīng)器，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度下降，有機(jī)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(yīng)器COD容積負(fù)荷維持在5 kg/(m3·d)左右，COD去除率呈現(xiàn)較穩(wěn)定趨勢(shì)，以79%為中心小幅度波動(dòng)。
啟動(dòng)期間反應(yīng)器進(jìn)出水的pH變化及出水VFA變化情況見圖 4。
圖 4 進(jìn)出水pH與出水VFA變化曲線
由圖 4可見，反應(yīng)器進(jìn)水pH介于4.32~5.48，pH較低;反應(yīng)器出水pH介于6.35~7.08。第1天~第20天，反應(yīng)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(yīng)新的生存環(huán)境、活性逐步加強(qiáng)的過程，能夠較充分地吸收利用產(chǎn)生的有機(jī)酸;附加循環(huán)系統(tǒng)將第二反應(yīng)室處理水部分回流至反應(yīng)器底部，進(jìn)一步加強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)部攪拌與混合，促進(jìn)有機(jī)物與微生物的接觸，減小低pH進(jìn)水對(duì)反應(yīng)器的沖擊，同時(shí)回流水堿度較高，增強(qiáng)了系統(tǒng)的緩沖能力。第21天~第50天反應(yīng)器出水pH變化幅度較小，較為穩(wěn)定，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器內(nèi)的積累，含氮有機(jī)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(tǒng)在一定程度上增強(qiáng)了系統(tǒng)的緩沖能力，使得反應(yīng)器出水pH比較穩(wěn)定。第36天起，由于刷罐水的排放引起較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷，進(jìn)水容積負(fù)荷波動(dòng)較大，出水VFA較高，為了防止反應(yīng)器pH下降進(jìn)而抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，向反應(yīng)器加入石灰，維持反應(yīng)器內(nèi)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(yùn)行后期波動(dòng)更加明顯，可見出水VFA變化比pH變化更為靈敏，能夠更好地指示反應(yīng)器的運(yùn)行狀況。
3 結(jié)論與建議
(1)以食糖精煉廢水為處理對(duì)象，采用附加循環(huán)IC反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了高濃度、低負(fù)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(dá)89.1%以上，產(chǎn)氣明顯，出現(xiàn)間斷性內(nèi)循環(huán)現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)用水的碳氮比為114～165，反應(yīng)器COD容積負(fù)荷可達(dá)5 kg/(m3·d)左右，出水COD約為2 000 mg/L，去除率可達(dá)約80%，出水水質(zhì)較穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)用水的碳氮比較低，需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況適當(dāng)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。(3)處理過程中刷罐水的排放產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊負(fù)荷，處理不當(dāng)易引起顆粒污泥的解體，甚至可能引起反應(yīng)器酸化。(4)該反應(yīng)器能克服普通IC反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的不利影響，為實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)與穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件;當(dāng)反應(yīng)器受到?jīng)_擊，不能穩(wěn)定運(yùn)行或產(chǎn)氣量下降影響內(nèi)循環(huán)時(shí)，附加循環(huán)系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)器的快速恢復(fù)起到輔助作用。(來源：水博網(wǎng))
