石智慧¹，袁繼祖¹，王宗華²，王志欽³

（1.武漢理工大學(xué)，湖北武漢430070；2.南陽師范學(xué)院，河南南陽473000；3.南陽市環(huán)境保護(hù)工程有限公司，河南南陽473000）

　　摘要：采用微電解+厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）+上流式厭氧污泥床（UASB）+膜生物反應(yīng)器（MBR）組合工藝對纖維乙醇濾液進(jìn)行處理。結(jié)果表明，當(dāng)濾液COD在12000mg·L^-1左右，該組合工藝中厭氧停留時間（HRT）為48h時，厭氧COD去除率達(dá)到72%，MBR停留時間（HRT）20h時，COD的去除率在80.8%～87.5%之間，出水COD濃度穩(wěn)定在301～537mg·L^-1，且MBR抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。

　　纖維素乙醇以秸稈、農(nóng)作物殼皮莖稈、樹枝、落葉、林業(yè)邊腳余料和城鄉(xiāng)有機(jī)垃圾等纖維為原料經(jīng)預(yù)處理、發(fā)酵生產(chǎn)，作為燃料燃燒時排放的溫室氣體不僅比汽油減少90%，遠(yuǎn)低于谷物類乙醇燃料，且纖維素是地球上資源量最豐富的可再生資源之一，每年僅陸生植物可產(chǎn)生纖維素約500億噸；纖維素資源還是最重要的生物質(zhì)資源，占地球生物總量的40%^[1]，因此纖維素發(fā)酵降解是一個具有巨大潛力的新領(lǐng)域。

　　本世紀(jì)初，伴隨著國際石油價(jià)格的一路狂飆及世界各國對能源需求的增加，利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇的研究和開發(fā)成為目前國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。國外在這方面作了大量的工作，將纖維素乙醇作為燃料應(yīng)用。巴西已有200萬輛汽車用乙醇作燃料；美國國會早已通過法案，鼓勵用乙醇部分或完全代替汽油，扶植非汽油燃料的發(fā)展，2000年，美國全年燃料乙醇銷售量達(dá)559萬噸，大約有100萬輛機(jī)動車使用乙醇-汽油雙燃料^[2-3]；國內(nèi)將全面推廣機(jī)動車使用乙醇汽油，2～3年內(nèi)將占到市場份額的25%～30%，國內(nèi)首家生產(chǎn)燃料乙醇的河南天冠集團(tuán)的產(chǎn)品已率先在河南省鄭州、洛陽、南陽3市5000多輛機(jī)動車中試用。

　　由于纖維素乙醇原料秸稈化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜[4]，纖維素、半纖維素不但被木質(zhì)素包裹，而且半纖維素共價(jià)和木質(zhì)素結(jié)合，纖維素具有高度有序晶體結(jié)構(gòu)，因此必須經(jīng)過預(yù)處理^[5-6]，破壞晶體結(jié)構(gòu)，降低聚合度。本文主要針對某纖維乙醇預(yù)處理過程中產(chǎn)生的濾液進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放所作的研究。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)材料及水質(zhì)

　　以河南天冠每年3000噸纖維乙醇項(xiàng)目生產(chǎn)預(yù)處理過程產(chǎn)生的廢水為對象，預(yù)處理采用蒸汽爆碎技術(shù)，廢水中含有部分纖維素、木質(zhì)素、半纖維等難生物降解物質(zhì)，其水質(zhì)情況為：COD為12000mg·L^-1，BOD為4700mg·L^-1，SS為600mg·L^-1，pH為4～5。

　　1.2工藝流程

　　試驗(yàn)采用厭氧-好氧處理工藝，工藝流程為：廢水經(jīng)濾布去除粗大雜物，在調(diào)節(jié)水槽內(nèi)對廢水進(jìn)行調(diào)節(jié)，由蠕動泵進(jìn)行計(jì)量并提升至微電解槽內(nèi)。由于廢水的pH較低，pH在4.0～5.0之間，生化性較差，微電解可以提高廢水的pH和可生化性，廢水經(jīng)微電解自流至ABR及UASB反應(yīng)器進(jìn)行厭氧處理，同時部分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素被攔截，降低后繼處理負(fù)荷。

　　UASB出水自流至膜生物反應(yīng)器（MBR），MBR工藝是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留，因此，活性污泥濃度可以大大提高^[7-8]，從而能提高體積負(fù)荷，降低污泥負(fù)荷；水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)和降解，從而顯著減少污泥產(chǎn)量，剩余污泥產(chǎn)量低[9]，污泥處理費(fèi)用低；由于膜的截流作用使SRT延長，利于提高難降解大分子有機(jī)物的處理效率和促使其徹底的分解；因此，膜-生物反應(yīng)器工藝通過膜的分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。

　　1.3反應(yīng)器參數(shù)

　　微電解反應(yīng)器：200mm×600mm，17L，HRT為7h，提高廢水可生化性，有效分解發(fā)色分子纂團(tuán)，降低廢水色度，調(diào)節(jié)pH；ABR：600mm×170mm×350mm，有效容積30L，HRT為12h，材料為有機(jī)玻璃，降解、分解有機(jī)物，截留纖維素、半纖維素；UASB反應(yīng)器：450mm×900mm，有效容積120L，材料為有機(jī)玻璃，容積負(fù)荷4.0kgCOD·m^-3·d^-1，厭氧條件下降解、分解有機(jī)物；MBR：500mm×350mm×350mm，有效容積50L，內(nèi)置孔徑0.25μm中空纖維膜組件，材質(zhì)為聚丙烯，依靠蠕動泵間歇抽吸，膜出水通量為65L·m^-2·d^-1，污泥負(fù)荷為0.35kgCOD·kgMLSS^-1·d^-1，污泥濃度4000mg·L^-1，膜分離與好氧相結(jié)合降解污染物。

　　1.4測試項(xiàng)目與方法

　　COD：鉻法COD；濁度：WGZ-200型光電濁度儀；pH：PHS-25型數(shù)字式酸度計(jì)。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1系統(tǒng)總體處理效果

　　系統(tǒng)去除效果如圖1所示。由圖1可知，保持進(jìn)水量2.5L·h^-1，進(jìn)水濃度在9470～12310mg·L^-1之間波動時，氣浮出水濃度在6440～8640mg·L^-1之間，厭氧出水在1674～2442mg·L^-1之間，MBR出水穩(wěn)定在301～537mg·L^-1之間，可以看出采用該工藝處理是可行的。

　　廢水中含有部分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，不易生物降解，通過微電解使部分纖維素分解，減少對后繼生物處理的負(fù)擔(dān)，后經(jīng)過ABR，大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，部分纖維素、半纖維素、木質(zhì)素被污泥層截留，為后繼生化處理提供條件，使生化處理達(dá)到較高的去除率。

　　2.2停留時間對厭氧處理效果影響

　　由圖2可知，厭氧去除率隨停留時間的增長而增大，當(dāng)HRT為48h時，COD的去除率達(dá)到72%，增大停留時間，對COD的去除率增大幅度不大。若繼續(xù)增大停留時間，對厭氧出水的COD總?cè)コ蕸]有太大的意義，對于厭氧裝置而言，延長HRT即降低設(shè)備的處理量，增大設(shè)備體積，增大一次性投資費(fèi)用，所以HRT為48h時，試驗(yàn)裝置效果較好。

　　2.3pH對厭氧處理效果影響

　　pH對厭氧處理效果如圖3所示，由圖3可知，pH為8時厭氧COD去除率最高，達(dá)到72%，處理出水COD為2419mg·L^-1。

　　2.4停留時間對MBR出水COD濃度影響

　　通過改變MBR進(jìn)水量改變停留時間，考察停留時間對MBR的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，COD去除率隨MBR停留時間的增加而增加，當(dāng)HRT20h時，COD的去除率在80.8%～87.5%之間，增大停留時間，對COD的去除率增大幅度不大，穩(wěn)定于一個值，若繼續(xù)增大停留時間即降低了此設(shè)備的處理量，增大設(shè)備體積，增大一次性投資費(fèi)用，所以當(dāng)HRT為20h時，處理效果較好。

　　2.5容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷對去除效果的影響

　　從圖5、圖6中可以看出，MBR中COD容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷的變化分別為1.17～1.52kg·m^-3·d^-1，0.27～0.57kg·kg^-1·d^-1，但出水水質(zhì)和各項(xiàng)指標(biāo)的去除率并無大的變化，表明MBR系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　由于該廢水含有生物難以降解物質(zhì)如木質(zhì)素、纖維素等，采用普通活性污泥處理難以降解，但MBR依然有較好的處理效果，處理效率維持在80%以上，可看出MBR對有機(jī)物降解具有獨(dú)特的優(yōu)勢，同時MBR對難以降解物質(zhì)通過膜的截流而積累在生物反應(yīng)器中，達(dá)到較好的去除效果。

　　2.6膜出水通量隨時間的變化

　　由圖7可知，膜出水通量在30d的時間內(nèi)基本維持在65L·m^-2·d^-1，隨著時間的增長，出水通量逐漸減小，60d出水通量減少到51.1L·m^-2·d^-1，90d出水通量減少到38.3L·m^-2·d^-1，隨著時間的增長，出水量減小幅度較大，在92、93d，出水通量減少至36.8、35.2L·m^-2·d^-1，減少幅度達(dá)43.4%、45.8%，需要對膜進(jìn)行化學(xué)清洗清。

　　3結(jié)論

　　采用微電解+ABR+UASB+MBR處理纖維素乙醇廢水，出水COD濃度穩(wěn)定在301～537mg·L^-1，采用該工藝處理是可行的。

　　當(dāng)厭氧HRT為48h，pH為8時厭氧COD去除率達(dá)到72%，當(dāng)MBRHRT為20h時，COD的去除率在80.8%～87.5%之間。

　　MBR可承受COD容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷分別為1.17～1.52kg·m^-3·d^-1，0.27～0.57kg·kg^-1·d^-1，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　試驗(yàn)在運(yùn)行過程中UASB反應(yīng)器出水有較多的浮渣需定期清理，在工程應(yīng)用中應(yīng)設(shè)置浮渣清理裝置；MBR在試驗(yàn)運(yùn)行過程中采用表面沖洗、逆向沖洗和定期藥洗相結(jié)合的沖洗方式，其中逆向沖洗和藥洗時MBR停止工作。為了延長膜的運(yùn)行周期，在膜的下部設(shè)置空氣擴(kuò)散管，外設(shè)氣泵，利用曝氣產(chǎn)生的紊流對膜表面進(jìn)行沖洗，防止懸浮物在膜表面附著沉淀；采用該工藝處理出水仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，需與物化處理相結(jié)合使出水達(dá)標(biāo)排放，有待進(jìn)一步研究。

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