在高溫（55 ℃）條件下進(jìn)行CSTR 的快速啟動(dòng)。CSTR 采用低負(fù)荷啟動(dòng)，經(jīng)過80 d 左右的穩(wěn)定運(yùn)行，COD 容積負(fù)荷達(dá)到了14 kg/（m3·d）。在37 ℃的中溫條件下進(jìn)行UASB 的低負(fù)荷啟動(dòng)，經(jīng)過30 d 左右UASB 運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行期間進(jìn)水COD 容積負(fù)荷一直穩(wěn)定在3 kg/（m3·d）左右。啟動(dòng)及運(yùn)行過程中，沒有對(duì)兩級(jí)厭氧系統(tǒng)的pH 進(jìn)行人為調(diào)節(jié)和控制。兩級(jí)厭氧反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 兩級(jí)厭氧處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　由表2 可以看出，木薯酒精廢水經(jīng)一級(jí)厭氧沉淀處理后，TCOD 去除率為90%左右，SS 去除率＞80%，產(chǎn)氣量18 L/d，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)為55%~60%；二級(jí)厭氧處理后，TCOD 去除率為44%左右，SS 平均去除率40%，產(chǎn)氣量0.25 L/d，其中甲烷體積分?jǐn)?shù)為55%~60%。兩級(jí)厭氧對(duì)COD、SS、溶解性TN、溶解性TP 的總平均去除率分別達(dá)到94%、96%、44%、87%。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)器中進(jìn)行降解，降解率約為50%〔7〕。甲烷產(chǎn)率以TCOD 和SCOD 計(jì)分別是0.20 ~0.25、0.37 ~0.50m3/kg，其中以SCOD 計(jì)的甲烷產(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)镾COD。而SS 中包含的難降解的COD 通過沉淀去除，且沒有產(chǎn)生甲烷，使以TCOD 計(jì)的甲烷產(chǎn)氣率較小。

　　采用中溫UASB 對(duì)發(fā)酵殘液進(jìn)行后續(xù)處理，當(dāng)UASB 的COD 容積負(fù)荷在3 kg/（m3·d）左右時(shí)，對(duì)TCOD 的去除率為44%左右，產(chǎn)氣量為0.25 L/d，但甲烷體積分?jǐn)?shù)＞55%，同樣以SCOD 計(jì)的甲烷產(chǎn)氣率＞TCOD 甲烷產(chǎn)氣率，但二者均低于理論值，這是由于廢水經(jīng)過一級(jí)厭氧處理，其中的易生物降解有機(jī)物被大量利用于產(chǎn)甲烷，二級(jí)厭氧可利用的有機(jī)物可生化性相對(duì)較差。

　　木薯酒精廢水經(jīng)兩級(jí)厭氧處理后，每一級(jí)出水的m（C）∶m（N）和m（C）∶m（P）相對(duì)于進(jìn)水均顯著降低。一級(jí)厭氧出水中的溶解性TN、TP 濃度相對(duì)于進(jìn)水均顯著下降，這是由于進(jìn)水有機(jī)氮厭氧降解生成氨氮，高溫條件下逸出導(dǎo)致溶解性TN 含量下降，而系統(tǒng)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(duì)其的同化吸收。相比于一級(jí)厭氧出水，二級(jí)厭氧出水溶解性TN 變化不大，其中的有機(jī)氮化合物難于被繼續(xù)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(duì)正磷酸鹽的同化吸收。二級(jí)厭氧出水中仍含有大量的N、P 等營(yíng)養(yǎng)元素，需要后續(xù)進(jìn)一步的處理。針對(duì)二級(jí)厭氧處理廢水COD 去除率較低，出水含有大量N、P 的特點(diǎn)，可在二級(jí)厭氧處理后再進(jìn)行好氧處理，達(dá)到進(jìn)一步去除有機(jī)物和脫氮除磷的目的。

　　3 木薯酒精生產(chǎn)周期和廢水處理經(jīng)濟(jì)效益分析

　　木薯酒精的生產(chǎn)周期包括木薯種植、木薯干片加工和木薯酒精生產(chǎn)3 個(gè)階段，見圖2 所示。圖2 中虛線部分為木薯酒精生產(chǎn)同時(shí)對(duì)產(chǎn)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(duì)環(huán)境的影響較小，而以木薯酒精生產(chǎn)階段對(duì)環(huán)境的影響最大，其主要原因一方面是作為動(dòng)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(chǎn)生，如不有效處理將嚴(yán)重污染水體。因此，對(duì)酒精廢液進(jìn)行兩級(jí)厭氧處理，將產(chǎn)生的沼氣代替部分煤的使用，則既能減少煤燃燒產(chǎn)生的污染又可有效處理廢水。同時(shí)采用如膜生物反應(yīng)器技術(shù)處理的好氧出水，可回用于木薯酒精生產(chǎn)階段的液化、糖化、發(fā)酵和蒸餾工序，從而實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用。

圖2 木薯酒精的生產(chǎn)流程

　　采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級(jí)厭氧工藝處理木薯酒精廢水，產(chǎn)生的大量沼氣可代替煤燃燒，其經(jīng)濟(jì)效益很可觀。高溫CSTR 處理木薯酒精廢水的甲烷產(chǎn)率（以COD 計(jì)）約為0.20~0.25 m3/kg，處理1 t廢水（以1 m3計(jì)）可去除廢水中約49.5 kg的COD，平均產(chǎn)生11.14 m3的甲烷，燃燒可產(chǎn)生熱量3.99×105 kJ（以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)，下同）。中溫UASB 處理廢水的甲烷產(chǎn)氣率（以COD 計(jì)）約為0.10~0.12 m3/kg，繼續(xù)處理1 t 廢水可去除2.4 kg的COD，平均產(chǎn)甲烷0.26 m3，燃燒產(chǎn)熱9.31×103 kJ。因此，兩級(jí)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(shí)產(chǎn)生11.4 m3的甲烷，燃燒總產(chǎn)熱4.08×105 kJ，相當(dāng)于約13.9 kg標(biāo)煤燃燒產(chǎn)生的熱量。對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)3 萬t 酒精的木薯酒精廠，若采用該兩級(jí)厭氧工藝可處理木薯酒精廢水45 萬t，可去除COD64 t/d，產(chǎn)甲烷量1.4 ×104 m3/d，用于燃燒加熱可替代17.1 t/d 的標(biāo)煤。若每噸標(biāo)煤價(jià)按550 元計(jì)，則通過回收沼氣中的甲烷可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益8 550 元/d，既為企業(yè)節(jié)省了生產(chǎn)成本又減少了酒精廢液的污染。

　　因此，在木薯酒精生產(chǎn)階段對(duì)酒精廢液采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級(jí)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(jīng)濟(jì)效益。

　　4 結(jié)論

　　木薯酒精廢水具有高COD、高SS、高溫和低pH的特點(diǎn)，其基質(zhì)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(jí)厭氧工藝對(duì)木薯酒精廢水進(jìn)行處理。

　　實(shí)驗(yàn)表明：采用高溫CSTR—中溫UASB 兩級(jí)厭氧工藝處理木薯酒精廢水，兩級(jí)厭氧對(duì)COD、SS、溶解性TN、溶解性TP 的總?cè)コ史謩e達(dá)94%、96%、44%、87%。兩級(jí)厭氧出水含有大量的N、P，需后續(xù)結(jié)合好氧工藝處理。

　　通過對(duì)木薯酒精生產(chǎn)周期和廢水處理的經(jīng)濟(jì)效益分析，可知兩級(jí)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(chǎn)階段產(chǎn)生的污染，還可通過回收其中產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行燃燒，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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　　［作者簡(jiǎn)介］陳金榮（1988—），2009 年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)為同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程碩士研究生。