截至2009 年底，我國約有木薯酒精生產(chǎn)企業(yè)30 多家，木薯酒精產(chǎn)量700 萬t/a，平均每家企業(yè)產(chǎn)量133 t/a〔1〕。以木薯為原料生產(chǎn)酒精在我國廣西、廣東、湖北、江蘇等省有較為廣闊的市場。常規(guī)生產(chǎn)工藝中每生產(chǎn)1 t 木薯酒精排出的廢水約為12 ~15 t〔2〕，且木薯酒精廢糟液出水溫度高，含有大量的有機化合物及懸浮物，COD 高達30~60 g/L，懸浮物高達20~30 g/L，pH 較低，屬于典型的高濃度有機廢水〔3〕。如果該廢水不能得到穩(wěn)定、可靠的處理，勢必對環(huán)境造成嚴重的污染。近年來，國家對嚴重污染環(huán)境的酒精廢糟液的治理越來越重視，規(guī)定酒精行業(yè)廢液允許排放的COD 的二級標準為≤300 mg/L，一級標準為≤100 mg/L 〔4〕。針對木薯酒精廢水的特點，可以采用厭氧—好氧結(jié)合的工藝對木薯酒精廢水進行處理，其中厭氧工藝的穩(wěn)定運行對整個處理系統(tǒng)至關(guān)重要。

　　木薯酒精糟液含有大量的懸浮物，其濃度高、黏度大，直接固液分離處理較為困難。且其分離后的糟渣由于蛋白質(zhì)含量低，做飼料銷售困難〔5〕。對該類廢水的處理可以考慮采用兩級厭氧發(fā)酵，一級厭氧反應器直接進行高溫全糟發(fā)酵，在回收沼氣的同時，解決沼渣的出路問題，二級厭氧反應器對后續(xù)高濃度殘液進行處理。筆者首先考察了木薯酒精廢水的特性，提出了兩級厭氧工藝處理木薯酒精廢水的試驗，并對木薯酒精生產(chǎn)周期和兩級厭氧工藝的經(jīng)濟效益進行了初步探討，以期為木薯酒精廢水處理的工藝選擇和設(shè)計提供參考。

　　1 實驗部分

　　1.1 實驗廢水

　　實驗用的木薯酒精廢水取自江蘇某木薯酒精廠，廢水先經(jīng)高溫厭氧連續(xù)流攪拌式反應器（CSTR）處理并沉淀后，上清液作為上流式厭氧污泥床（UASB）的進水。為了防止水質(zhì)發(fā)生變化，水樣儲存在4 ℃的冰箱中備用。

　　1.2 接種污泥

　　接種污泥取自該酒精廠污水處理站內(nèi)UASB 的顆粒污泥，VSS 為42 g/L。高溫CSTR 和中溫UASB的接種污泥量分別為1 L和0.5 L。

　　1.3 實驗裝置與運行

　　一級厭氧反應器CSTR 采用厭氧發(fā)酵罐（上海世友生物設(shè)備有限公司），總體積為5 L，工作體積4 L。采用電動攪拌器進行攪拌，轉(zhuǎn)速200 r/min，水浴加熱，并通過自控裝置將反應器溫度穩(wěn)定在（55±1）℃。二級厭氧反應器UASB 控制負荷連續(xù)運行，總體積為2 L，其中反應區(qū)體積為1.16 L，反應區(qū)高度為280 mm，內(nèi)徑70 mm。反應器壁纏繞電熱絲并連接溫控裝置，控制溫度為（37±1）℃。

　　兩級厭氧高溫CSTR—中溫UASB 反應裝置如圖1 所示。廢水通過蠕動泵從CSTR 上部進入，出水進入沉淀池，泥水分離后部分出水作為UASB 的進水。沉淀池中污泥定期回流至CSTR，回流比為1∶1。UASB 進水經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻，通過蠕動泵由反應器底部進入，出水經(jīng)三相分離器實現(xiàn)氣、液、固分離后由反應器上部旁側(cè)的出水口自流排出。

圖1 木薯酒精廢水兩級厭氧小試實驗裝置

　　1.4 分析項目與方法

　　水樣在3 500 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心10 min，上清液經(jīng)0.45 μm 濾膜過濾后測定溶解性COD、NH4+-N、溶解性TN、溶解性TP。TCOD 和SCOD 采用重鉻酸鉀法測定；NH4+-N 采用納氏試劑光度法測定；溶解性TP 采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定；溶解性TN 采用TOC/TN 分析儀（日本Shimadzu公司）測定；氣體組分采用GC-14B 型氣相色譜儀（日本Shimadzu 公司）測定；SS 采用標準質(zhì)量法測定；pH 采用620 型pH 計（上海英格儀器公司）測定。木薯酒糟基質(zhì)的元素組成采用有機元素分析儀（Elementar，Vario EL Ⅲ）進行測定，測定前需對樣品進行預處理：將水樣置于真空冷凍干燥儀（寧波新芝LGJ-10）中凍干，將干燥后的固體樣品用玻璃研缽研磨成細小顆粒后再進行有機元素測定。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 木薯酒精廢水的水質(zhì)特征

　　木薯酒精廢水主要來自于酒精蒸餾塔排出的廢液，糟液溫度高達90 ℃左右，pH 為4.0~4.2，木薯酒精廢水的水質(zhì)特征見表1。由表1 可以看出，廢水的COD 和SS 分別為40~70 g/L 和20~30 g/L，總碳水化合物質(zhì)量濃度達45.2 g/L，屬于高含糖酸性有機廢水。

表1 木薯酒精廢水水質(zhì)指標

　　利用有機元素分析儀對木薯酒糟廢液的元素組成進行分析，得到干燥后基質(zhì)中各元素的質(zhì)量分數(shù)分別為:C 45%、O 42%、H 9%、N 2.1%、S 0.82%。根據(jù)元素的組成，推導出基質(zhì)的模擬分子式為C3.75H9O2.625N0.15S0.025。這一結(jié)果與實驗用水來源企業(yè)的生產(chǎn)情況較為吻合。該企業(yè)在木薯酒精生產(chǎn)過程中不添加任何化學原料，采用全生物的發(fā)酵工藝流程，因此木薯酒精廢水中C、H、O 的比例較高，而S 的含量很小，這有利于廢水的厭氧生物處理。同時較低的N 含量也表明，木薯酒糟的蛋白含量較低，其用于加工生物制品產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也較低。

　　從木薯酒精生產(chǎn)工藝過程可知，蒸餾后的木薯酒精廢水溫度很高（>90 ℃），為了充分利用酒精蒸餾廢糟液自身的熱能，一級厭氧采用高溫厭氧CSTR，CSTR 對廢水懸浮固體的含量沒有要求，可采用全糟厭氧發(fā)酵，因此很適合處理高SS 的木薯酒精廢水。并且可充分利用來自酒精廢液自身的熱能，保證厭氧發(fā)酵效率。經(jīng)過一級高溫厭氧處理后，廢水溫度有所降低，但是出水殘余的COD 仍然較高，不能直接進行好氧處理，需進行二級厭氧處理。二級厭氧采用中溫UASB，UASB 底部可維持很高的污泥濃度，反應器運行穩(wěn)定并能充分利用中溫條件下不同種類厭氧微生物的特性繼續(xù)處理木薯酒精廢水，回收能量。周開〔6〕在對二級厭氧+氧化溝工藝治理薯類酒精糟液的研究中提出，采用高溫厭氧復合式反應器（UASB+厭氧折流板反應器ABR）—中溫厭氧膨脹顆粒污泥床反應器EGSB 兩級厭氧工藝，用來處理經(jīng)固液分離后的薯類酒精糟液，處理效果穩(wěn)定。從表1 可知，木薯酒精廢液含有大量的N、P，其m（C）∶m（N）∶m（P）基本上能夠滿足厭氧消化對營養(yǎng)物的要求，因此厭氧過程中無需再額外投加營養(yǎng)液。