UASB上流式厌氧污泥床反应器的发展进程及其在处理酿酒废水中的应用进展

苟梓希，李 芹，刘 阳，苏 建，安明哲

（四川宜宾五粮液股份有限公司，四川宜宾 644000）

酿酒废水是白酒从生产到贮存陈化过程中所产生的工业废水[1]，主要来源于酿酒工艺的清洗和发酵蒸馏[2]，具有有机物浓度高、呈酸性、水质水量变化较大、色度深、悬浮颗粒多等特点[2-4]，排放到河流中会引起水体的严重富营养化[2]。酿酒废水通常的处理方法主要为物理法、化学法和生物法[4]，主要包括厌氧降解、过滤法、气浮、酸碱中和、好氧降解、厌氧-好氧降解等[1，3，5-6]，厌氧处理包括普通厌氧消化池、厌氧接触工艺、厌氧生物滤器、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧折流板反应器等，其中上流式厌氧污泥床反应器（UASB）因耐冲击负荷、去除效率高等特点在酿酒废水处理中得到广泛应用[4]。上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是荷兰Lettinga 教授等[7]在1972—1977 年研制开发的高效反应器，UASB 厌氧反应器具有结构简单、成本低廉、运行方便、高负荷、易于操作且维护管理简单等优点[8]，在废水处理方面发挥了重要的作用[9-11]。本文主要介绍了上流式厌氧污泥床反应器的发展进程及其在酿酒废水处理中的研究现状和进展，为今后提高对酿酒废水的处理能力提供参考借鉴。

1 UASB上流式厌氧污泥床反应器的发展进程

1.1 UASB上流式厌氧污泥床反应器的工作原理

UASB 上流式厌氧污泥床反应器的结构如图1所示，UASB 厌氧反应器由进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统、排泥系统5 个部分组成[8]。污水自下而上通过厌氧污泥床反应器，在反应器底部是一层高浓度、高活性的污泥层，大部分的有机物在这里被转化为CH4和CO2。中部是一个悬浮污泥层，是由消化气的搅动和气泡黏附污泥形成的。上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气经上部导出，被分离的污泥则自动落到悬浮污泥层，出水则从上部澄清区流出[7，12]。在反应器内可以形成大量厌氧颗粒污泥，反应器的负荷很大。当水温在30 ℃左右时，对一般的高浓度有机废水，负荷可达10～20 kgCOD/(m3·d)。UASB上流式厌氧污泥床反应器内形成良好的颗粒污泥床，使得有机负荷和去除率高，不需要搅拌，能适应温度、pH 值和负荷冲击。因此，UASB 上流式厌氧污泥床反应器是一种应用广泛的厌氧处理设备[7]。

1.2 UASB上流式厌氧污泥床反应器的发展进程

UASB 上流式厌氧污泥床反应器内能形成高浓度、沉降性能好的颗粒厌氧污泥，使其负荷远远高于其他好氧工艺和厌氧工艺[8]，由于其处理效果好、结构简单、易于维护而被广泛应用于废水的处理研究[8，13-17]，且取得了一定的成果。张康[8]通过试验研究发现，UASB 反应器在常温下对城市污水中的CODcr有良好的处理效果，当CODcr进水为300 mg/L，温度为18～28.2℃、HRT 为4 h 时，CODcr的去除率为85.55%～94.05%；温度为16～21.1 ℃，HRT 为3 h 的条件下，CODcr的去除率为86.35%～94.60%。赖玮毅等[18]在UASB 反应器中接种絮状污泥和添加活性炭颗粒，发挥活性炭吸附和生物降解的协同作用，以NH4+-N 和NO2--N 的人工配水为进水，在第85 d 成功启动反应器，在85 d 之后氨氮的去除率接近100%，且在反应器总氮容积负荷由0.086 kgN/(m3·d)提高到0.44 kgN/(m3·d)的过程中，总氮去除率稳定在80%～95%。周少奇等[19]以普通城市污水处理厂的浓缩污泥为种泥，经过驯化成功启动UASB 厌氧氨氧化反应器，在反应器运行至119 d，NH4+-N、NO2--N 的去除率分别为96.6%、75.4%；将NH4+-N 浓度从50 mg/L 提高到70 mg/L，进水中NH4+-N 比NO2--N 为1∶1.32 时，NH4+-N、NO2--N、TN 的去除率分别达到了99.9%、99.9%和91.2%。王恒等[20]利用UASB 厌氧氨氧化反应器模拟人工无机含氮废水逐渐提高进水的NH4+-N、NO2--N、基质浓度，经过286 d 成功启动了反应器，随着进水基质浓度的增加，NH4+-N、NO2--N 和TN的去除效果逐渐提升，在第286 天NH4+-N 的去除率达91.71%、NO2--N 的去除率为99.43%以上、NRR 达到0.520 kg/(m3·d)，且在此阶段出现大量砖红色颗粒污泥。Sousa 等[21]将UASB 与SBR 联用处理城市生活污水，最终出水BOD5和SS均在10 mg/L以下。Gongalves 等[22]研究用UASB 反应器和SAB浸没曝气式生物滤池联用的方式处理城市生活污水，对CODcr、BOD5和SS 的去除率分别可达91%、96%和94%。

2 UASB 厌氧反应器在处理酿酒废水中的应用进展

白酒行业是轻工业废水排放大户，具有高悬浮物浓度、呈酸性等特征，必须达标处理后才能向外排放[3]。UASB 上流式厌氧污泥床反应器因结构简单，高负荷，能适应较高的温度、pH 值和负荷冲击、对有机物去除率高，在白酒企业酿酒废水的处理中得到广泛应用研究[4]。如五粮液酒厂废水处理三站采用UASB—SBR 工艺处理酿酒废水；贵州茅台酒厂的酿酒废水处理工艺为UASB—生物接触氧化法-中控纤维膜过滤；河北衡水老白干处理酿酒废水采用UASB—SBR 工艺；四川绵阳丰谷酒业采用水解酸化—UASB—SBR—水生生物进化处理工艺[4，23-24]。王倩等[25]因UASB 上流式厌氧污泥反应器适用于降解好氧反应所不能降解及难降解的有机物，研究UASB、缺氧、二级接触氧化组合工艺处理高浓度酿酒废水，取得了良好的处理效果，工艺如图2所示，进水CODcr为10000 mg/L、BOD5为4000 mg/L、SS为3500 mg/L、NH3-N为350 mg/L，经处理后CODcr、BOD5、SS、NH3-N 去除率达99.32%、99.38%、97.47%、96.21%，且降低了运行成本、减少能源费用的支出，该工艺具有运行稳定、耐冲击负荷能力强、高效低耗、结构紧凑、占地面积小等特点。王定辉[12]采用UASB与生物接触氧化法处理工艺处理高浓度酿酒废水，进水CODcr为18900 mg/L、BOD5为6000 mg/L以上、SS为213 mg/L，经处理后，出水CODcr为56.7 mg/L、BOD5为24 mg/L、SS 为42.6 mg/L，对CODcr、BOD5、SS 的 去 除 率 可 达99.7%、99.6%、80%，此工艺污水处理效果明显，出水达到相应的排放标准，在青海省应用尚属首次。赵先芝[26]等采用UASB-SBR 组合工艺对酿酒废水进行集中处理，进水CODcr为8280 mg/L、BOD5为3350 mg/L、SS 为700 mg/L、NH3-N 为211 mg/L，经处理后，出水CODcr为85.7 mg/L、BOD5为21.5 mg/L、SS 为53 mg/L、NH3-N 为7.24 mg/L，对CODcr、NH3-N、SS、浊度的去除率分别达到95%、90%、99%、91%，出水可达《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准，UASB 在整个工艺中对CODcr去除起着重要的作用。连学林[27]采用UASB+UASB 两级厌氧反应器在室温条件下处理五粮液酒厂的高浓度酿酒废水，CODcr进水为15000～20000 mg/L、SS 为1050～1510 mg/L，经处理后出水CODcr低于300 mg/L、SS 低于200 mg/L，CODcr去除率可达95%、SS 去除率可达80%，出水能达到国家排放标准（GB 8978—1996）。李德旺[28]采用UASB+两级生化处理工艺处理高浓度劲酒毛铺基酒废水，经处理后CODcr由进水的10000 mg/L 降低至出水的63 mg/L，且处理后出水BOD5为8.44 mg/L、SS 为20 mg/L、氨氮为1.98 mg/L，均达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）的一级排放标准。熊诚[4]采用UASB 厌氧反应器对中小型酱香型白酒企业的高浓度酿酒废水进行处理研究，酿酒废水中的底锅水和窖底水按体积比5∶1 混合样、进水COD 为24000 mg/L 时，经UASB 厌氧反应器高温厌氧消化处理后其COD去除率可达90.84%。

3 结论

随着污水厌氧处理技术的发展，UASB 上流式厌氧污泥床反应器在废水尤其是酿酒废水的处理中得到广泛应用。本文总结了UASB 的发展进程及在酿酒废水处理中的研究进展，UASB 厌氧反应器在废水和酿酒废水中对CODcr、SS、NH3-N 等都有较高的去除率，且经处理后出水达标排放。UASB 厌氧反应器结构简单、适应性高、耐冲击负荷在酒厂处理酿酒废水中得到广泛的应用。可以从改良UASB 反应器、与其他厌氧或好氧处理设备联用等方面着手，提高酿酒废水的处理能力，这对UASB 的发展及其白酒行业酿酒废水的处理发展都有着极其重要的意义。