在高溫（55 ℃）條件下進行CSTR 的快速啟動。CSTR 采用低負荷啟動，經過80 d 左右的穩定運行，COD 容積負荷達到了14 kg/（m3·d）。在37 ℃的中溫條件下進行UASB 的低負荷啟動，經過30 d 左右UASB 運行穩定，運行期間進水COD 容積負荷一直穩定在3 kg/（m3·d）左右。啟動及運行過程中，沒有對兩級厭氧系統的pH 進行人為調節和控制。兩級厭氧反應器穩定運行后的實驗結果見表2。

表2 兩級厭氧處理后的實驗結果

　　由表2 可以看出，木薯酒精廢水經一級厭氧沉淀處理后，TCOD 去除率為90%左右，SS 去除率＞80%，產氣量18 L/d，其中甲烷體積分數為55%~60%；二級厭氧處理后，TCOD 去除率為44%左右，SS 平均去除率40%，產氣量0.25 L/d，其中甲烷體積分數為55%~60%。兩級厭氧對COD、SS、溶解性TN、溶解性TP 的總平均去除率分別達到94%、96%、44%、87%。

　　實驗結果表明，高溫厭氧CSTR 適用于處理高固含量的木薯酒精廢水，TCOD 和SCOD 的去除率分別為90%和86%，部分SS 能夠在全糟厭氧反應器中進行降解，降解率約為50%〔7〕。甲烷產率以TCOD 和SCOD 計分別是0.20 ~0.25、0.37 ~0.50m3/kg，其中以SCOD 計的甲烷產氣率大于理論值（0.35 m3/kg），這是由于在厭氧消化過程中部分SS轉變為SCOD。而SS 中包含的難降解的COD 通過沉淀去除，且沒有產生甲烷，使以TCOD 計的甲烷產氣率較小。

　　采用中溫UASB 對發酵殘液進行后續處理，當UASB 的COD 容積負荷在3 kg/（m3·d）左右時，對TCOD 的去除率為44%左右，產氣量為0.25 L/d，但甲烷體積分數＞55%，同樣以SCOD 計的甲烷產氣率＞TCOD 甲烷產氣率，但二者均低于理論值，這是由于廢水經過一級厭氧處理，其中的易生物降解有機物被大量利用于產甲烷，二級厭氧可利用的有機物可生化性相對較差。

　　木薯酒精廢水經兩級厭氧處理后，每一級出水的m（C）∶m（N）和m（C）∶m（P）相對于進水均顯著降低。一級厭氧出水中的溶解性TN、TP 濃度相對于進水均顯著下降，這是由于進水有機氮厭氧降解生成氨氮，高溫條件下逸出導致溶解性TN 含量下降，而系統中溶解性TP 的下降可能是由于pH 升高使一部分正磷酸鹽沉淀以及高溫厭氧微生物對其的同化吸收。相比于一級厭氧出水，二級厭氧出水溶解性TN 變化不大，其中的有機氮化合物難于被繼續降解，溶解性TP 含量有所下降亦可能是由于中溫厭氧微生物對正磷酸鹽的同化吸收。二級厭氧出水中仍含有大量的N、P 等營養元素，需要后續進一步的處理。針對二級厭氧處理廢水COD 去除率較低，出水含有大量N、P 的特點，可在二級厭氧處理后再進行好氧處理，達到進一步去除有機物和脫氮除磷的目的。

　　3 木薯酒精生產周期和廢水處理經濟效益分析

　　木薯酒精的生產周期包括木薯種植、木薯干片加工和木薯酒精生產3 個階段，見圖2 所示。圖2 中虛線部分為木薯酒精生產同時對產生的廢液的處理流程。研究表明〔8〕，木薯種植和木薯干片加工對環境的影響較小，而以木薯酒精生產階段對環境的影響最大，其主要原因一方面是作為動力的煤的燃燒排放污染氣體，另一方面就是大量木薯酒精廢液的產生，如不有效處理將嚴重污染水體。因此，對酒精廢液進行兩級厭氧處理，將產生的沼氣代替部分煤的使用，則既能減少煤燃燒產生的污染又可有效處理廢水。同時采用如膜生物反應器技術處理的好氧出水，可回用于木薯酒精生產階段的液化、糖化、發酵和蒸餾工序，從而實現水資源的綜合利用。

圖2 木薯酒精的生產流程

　　采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級厭氧工藝處理木薯酒精廢水，產生的大量沼氣可代替煤燃燒，其經濟效益很可觀。高溫CSTR 處理木薯酒精廢水的甲烷產率（以COD 計）約為0.20~0.25 m3/kg，處理1 t廢水（以1 m3計）可去除廢水中約49.5 kg的COD，平均產生11.14 m3的甲烷，燃燒可產生熱量3.99×105 kJ（以標準狀態計，下同）。中溫UASB 處理廢水的甲烷產氣率（以COD 計）約為0.10~0.12 m3/kg，繼續處理1 t 廢水可去除2.4 kg的COD，平均產甲烷0.26 m3，燃燒產熱9.31×103 kJ。因此，兩級厭氧工藝處理1 t 木薯酒精廢水不僅可以去除51.9 kg的COD，同時產生11.4 m3的甲烷，燃燒總產熱4.08×105 kJ，相當于約13.9 kg標煤燃燒產生的熱量。對于一個年產3 萬t 酒精的木薯酒精廠，若采用該兩級厭氧工藝可處理木薯酒精廢水45 萬t，可去除COD64 t/d，產甲烷量1.4 ×104 m3/d，用于燃燒加熱可替代17.1 t/d 的標煤。若每噸標煤價按550 元計，則通過回收沼氣中的甲烷可為企業創造經濟效益8 550 元/d，既為企業節省了生產成本又減少了酒精廢液的污染。

　　因此，在木薯酒精生產階段對酒精廢液采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級厭氧工藝處理，不僅能有效解決污染問題，而且還有很好的經濟效益。

　　4 結論

　　木薯酒精廢水具有高COD、高SS、高溫和低pH的特點，其基質元素組成以C、H、O、N、S 為主，且C、H、O 的比例較高，N、S 的含量很小，由于廢水黏度大，難于固液分離，可以采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級厭氧工藝對木薯酒精廢水進行處理。

　　實驗表明：采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級厭氧工藝處理木薯酒精廢水，兩級厭氧對COD、SS、溶解性TN、溶解性TP 的總去除率分別達94%、96%、44%、87%。兩級厭氧出水含有大量的N、P，需后續結合好氧工藝處理。

　　通過對木薯酒精生產周期和廢水處理的經濟效益分析，可知兩級厭氧工藝處理木薯酒精廢水不僅能有效減少木薯酒精生產階段產生的污染，還可通過回收其中產生的沼氣進行燃燒，帶來可觀的經濟效益。

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　　［作者簡介］陳金榮（1988—），2009 年畢業于浙江工業大學，現為同濟大學環境工程碩士研究生。