论文部分内容阅读
摘要[目的] 研究两级软硬双床AF结合好氧工艺对白酒废水进行处理的最佳运行参数。 [方法]采用两级软硬双床AF反应器结合好氧折流沟对白酒废水进行处理，实现白酒厂废水的达标排放及沼气能源的充分回收。[结果]试验表明，在常温条件下，采用连续进料方式，一级软硬双床AF最佳HRT为4 d，OLRCOD为2.50 kg/（m3·d），COD降解率可达到68.99%，出水COD的质量浓度可稳定在3 500 mg/L左右；二级软硬双床AF最佳HRT为2 d，OLRCOD为3.75 kg/（m3·d），出水COD的质量浓度可稳定在600 mg/L左右；进一步采用双填料好氧折流沟处理，可以实现达标排放。[结论] 研究可为白酒废水的达标排放提供参考依据。
关键词 软硬双床AF反应器；双填料好氧折流沟；达标排放；沼气回收
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）30-10657-03
基金项目高等学校博士学科点专项科研基金项目（20135303110001）；国家自然科学基金项目（51366015）；国家自然科学基金项目（31160123）。
作者简介 刘静辉（1985- ），女，河南鹤壁人，硕士研究生，研究方向：生物质能与环境工程。*通讯作者，副教授，硕士生导师，从事生物质能研究与开发利用。
白酒生产是我国经济的重要支柱产业之一，在生产过程中会产生高浓度有机废水，即俗称的锅底水、窖底水，其COD浓度最高可达100 000 mg/L以上[1]，属中等偏高浓度有机废水，其BOD5/COD在0.4左右，营养配比较平衡，是适宜生化处理的无毒有机废水[2]。目前，除个别大型国有企业建有污水处理设施外，其余多数小型白酒企业废水或不处理直接排放，或不能做到达标排放，成为行业的环保难题。目前，白酒工业污水的厌氧处理工艺主要有：升流式厌氧污泥层反应器（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）、折流式厌氧反应器（ABR）、升流式厌氧生物滤池、两相厌氧消化工艺等工艺[2]。但采用软硬双床双填料AF反应器用于白酒废水的处理研究尚未出现。软硬双床AF反应器（Softhard Doublebed AF Reactor）是云南师范大学张无敌等在传统AF工艺的基础上进一步改进的新型厌氧滤池[3]，该反应器是用多孔板分隔成软填料区和硬填料区的直立式反应器，下层为软填料区，上层为硬填料区，形成双床。基于软硬填料特征的互补性，对微生物和污水分子附着、布水布气性能及耐冲击性有积极效果，具有提高废水COD降解率、降低反应器堵塞、延长反应器寿命等优点[4]。笔者采用两级软硬双床AF结合好氧工艺对白酒废水进行处理，得出最佳运行参数，可为白酒废水的达标排放提供参考。
1材料与方法
1.1供试废水水质供试废水取自云南省茅粮酒业集团有限公司废水出水口，具体特征见表1。该废水的主要污染物为SS和COD，N和P的含量少，恰好可为厌氧微生物的生长繁殖提供营养物质；废水呈酸性。
1.2试验装置
1.2.1软硬双床AF。软硬双床AF装置由有机玻璃制成，有效容积为2.36 L，内装有软填料和硬填料2种填料，并按照一定的比例装填。该装置主要由布水器、软填料、硬填料、蠕动泵、进水池、出水池及气体收集装置组成，通过蠕动泵调节进水流量和流速。
1.2.2好氧折流沟。双填料好氧折流净化沟是由玻璃制成的好氧处理工艺，单沟中间设有5个隔板并在隔板两侧分别放入软硬填料，并与水平面呈6°倾角，借助自然坡度，使软硬填料隔室交替出现兼氧、好氧，主要用于氮、磷和有机物的去除，在降低外动力消耗的基础上提高处理效率。该试验将4个双填料好氧折流净化沟串联，形成四级串联的好氧折流沟。
1.2.3接种污泥。软硬双床AF反应器接种污泥为云南省昆明市某污水处理厂的污泥，污泥性能较好，呈黑色，污泥与稀释后的废水按1∶1的比率进人软硬双床AF反应器， 并注满反应器启动。
好氧折流沟接种污泥为其原来的好氧污泥， 可缩短驯化周期， 保证出水水质的稳定性。
1.3试验流程试验采用的试验装置及工艺流程如图1所示。白酒废水进入配水槽，加入碱调节pH，用配水泵循环搅拌均匀，使废水pH为7～8。配好的废水经蠕动泵进入软硬双床AF反应器，经布水器进入污泥床与污泥充分接触混合，软硬双床AF反应器是装填有2种不同填料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的不同的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层上向流时，有机物被截留、吸附及分解。白酒废水经软硬双床AF反应器处理后，沉淀一段时间后，进入四级好氧折流沟进行进一步的深度处理，最终实现达标排放。
1.4测定项目及方法CODCr：重铬酸盐法[5]；SS：重量法[6]；氨氮：纳氏试剂法[7]；总磷：钼酸铵分光光度法[8]；pH：pH S3C型精密酸度计；色度：稀释倍数法[9]；沼气收集：排水集气法[10]。
1.5试验时期
1.5.1启动期。一般厌氧反应器的启动方式有：高负荷低去除率和低负荷高去除率。高负荷低去除率启动时间短，但易出现酸化；后者启动时间相对长，相对比较稳定且易于控制。该试验的启动方式为低负荷高去除率的启动方式；启动成功的标准参照俞汉青等的研究结果，即COD、BOD5降解率分别高于55%和70%，生物膜的厚度大于0.2 mm且镜检微生物相对良好、稳定[11]。
首先取接种污泥按照一定的比例投入反应器，之后开始污泥驯化。启动初期每天进水2次，进水流量为273 μl/min，COD浓度控制在（1 000±50）mg/L，pH为7～8，连续运行至少10 d，COD去除率逐渐从30%升至65%，出水pH为7.0左右，产气量逐渐增加，且火焰颜色由淡蓝色到橘黄色，表明污泥已逐渐适应白酒废水，启动期结束。
关键词 软硬双床AF反应器；双填料好氧折流沟；达标排放；沼气回收
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）30-10657-03
基金项目高等学校博士学科点专项科研基金项目（20135303110001）；国家自然科学基金项目（51366015）；国家自然科学基金项目（31160123）。
作者简介 刘静辉（1985- ），女，河南鹤壁人，硕士研究生，研究方向：生物质能与环境工程。*通讯作者，副教授，硕士生导师，从事生物质能研究与开发利用。
白酒生产是我国经济的重要支柱产业之一，在生产过程中会产生高浓度有机废水，即俗称的锅底水、窖底水，其COD浓度最高可达100 000 mg/L以上[1]，属中等偏高浓度有机废水，其BOD5/COD在0.4左右，营养配比较平衡，是适宜生化处理的无毒有机废水[2]。目前，除个别大型国有企业建有污水处理设施外，其余多数小型白酒企业废水或不处理直接排放，或不能做到达标排放，成为行业的环保难题。目前，白酒工业污水的厌氧处理工艺主要有：升流式厌氧污泥层反应器（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）、膨胀颗粒污泥床（EGSB）、折流式厌氧反应器（ABR）、升流式厌氧生物滤池、两相厌氧消化工艺等工艺[2]。但采用软硬双床双填料AF反应器用于白酒废水的处理研究尚未出现。软硬双床AF反应器（Softhard Doublebed AF Reactor）是云南师范大学张无敌等在传统AF工艺的基础上进一步改进的新型厌氧滤池[3]，该反应器是用多孔板分隔成软填料区和硬填料区的直立式反应器，下层为软填料区，上层为硬填料区，形成双床。基于软硬填料特征的互补性，对微生物和污水分子附着、布水布气性能及耐冲击性有积极效果，具有提高废水COD降解率、降低反应器堵塞、延长反应器寿命等优点[4]。笔者采用两级软硬双床AF结合好氧工艺对白酒废水进行处理，得出最佳运行参数，可为白酒废水的达标排放提供参考。
1材料与方法
1.1供试废水水质供试废水取自云南省茅粮酒业集团有限公司废水出水口，具体特征见表1。该废水的主要污染物为SS和COD，N和P的含量少，恰好可为厌氧微生物的生长繁殖提供营养物质；废水呈酸性。
1.2试验装置
1.2.1软硬双床AF。软硬双床AF装置由有机玻璃制成，有效容积为2.36 L，内装有软填料和硬填料2种填料，并按照一定的比例装填。该装置主要由布水器、软填料、硬填料、蠕动泵、进水池、出水池及气体收集装置组成，通过蠕动泵调节进水流量和流速。
1.2.2好氧折流沟。双填料好氧折流净化沟是由玻璃制成的好氧处理工艺，单沟中间设有5个隔板并在隔板两侧分别放入软硬填料，并与水平面呈6°倾角，借助自然坡度，使软硬填料隔室交替出现兼氧、好氧，主要用于氮、磷和有机物的去除，在降低外动力消耗的基础上提高处理效率。该试验将4个双填料好氧折流净化沟串联，形成四级串联的好氧折流沟。
1.2.3接种污泥。软硬双床AF反应器接种污泥为云南省昆明市某污水处理厂的污泥，污泥性能较好，呈黑色，污泥与稀释后的废水按1∶1的比率进人软硬双床AF反应器， 并注满反应器启动。
好氧折流沟接种污泥为其原来的好氧污泥， 可缩短驯化周期， 保证出水水质的稳定性。
1.3试验流程试验采用的试验装置及工艺流程如图1所示。白酒废水进入配水槽，加入碱调节pH，用配水泵循环搅拌均匀，使废水pH为7～8。配好的废水经蠕动泵进入软硬双床AF反应器，经布水器进入污泥床与污泥充分接触混合，软硬双床AF反应器是装填有2种不同填料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的不同的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层上向流时，有机物被截留、吸附及分解。白酒废水经软硬双床AF反应器处理后，沉淀一段时间后，进入四级好氧折流沟进行进一步的深度处理，最终实现达标排放。
1.4测定项目及方法CODCr：重铬酸盐法[5]；SS：重量法[6]；氨氮：纳氏试剂法[7]；总磷：钼酸铵分光光度法[8]；pH：pH S3C型精密酸度计；色度：稀释倍数法[9]；沼气收集：排水集气法[10]。
1.5试验时期
1.5.1启动期。一般厌氧反应器的启动方式有：高负荷低去除率和低负荷高去除率。高负荷低去除率启动时间短，但易出现酸化；后者启动时间相对长，相对比较稳定且易于控制。该试验的启动方式为低负荷高去除率的启动方式；启动成功的标准参照俞汉青等的研究结果，即COD、BOD5降解率分别高于55%和70%，生物膜的厚度大于0.2 mm且镜检微生物相对良好、稳定[11]。
首先取接种污泥按照一定的比例投入反应器，之后开始污泥驯化。启动初期每天进水2次，进水流量为273 μl/min，COD浓度控制在（1 000±50）mg/L，pH为7～8，连续运行至少10 d，COD去除率逐渐从30%升至65%，出水pH为7.0左右，产气量逐渐增加，且火焰颜色由淡蓝色到橘黄色，表明污泥已逐渐适应白酒废水，启动期结束。