移動床生物膜反應(yīng)器處理啤酒滅菌廢水試驗(yàn)研究

辛亮

（沈陽化工研究院設(shè)計(jì)工程有限公司，遼寧沈陽 110021）

我國啤酒行業(yè)從20世紀(jì)90年代開始迅速發(fā)展，但其不斷發(fā)展帶來的除了經(jīng)濟(jì)收益外還有廢水和污染物的大量排放。據(jù)相關(guān)調(diào)查，2007年全國啤酒行業(yè)產(chǎn)生廢水的排放量約為3.5億立方米，占全國工業(yè)廢水排放總量的1.6%，啤酒廢水中COD年排放量約為3.8萬立方米，占全國工業(yè)廢水中COD排放總量的0.8%。在啤酒生產(chǎn)過程中，不同工藝會產(chǎn)生不同的廢水種類，其中，巴氏滅菌廢水是指啤酒生產(chǎn)工藝中噴淋式巴氏滅菌工序中產(chǎn)生的廢水，其耗水量較大，約占啤酒生產(chǎn)總耗水量的30%左右，水溫最高可達(dá)50～60 ℃，且含有一些嗜熱微生物，COD在80～200 mg/L，屬輕度污染廢水，同時由于爆瓶等原因，巴氏滅菌廢水中含有一定的啤酒和玻璃碎渣等有機(jī)污染物。如果巴氏滅菌廢水直接排放，會對后續(xù)污水處理系統(tǒng)造成一定的熱沖擊負(fù)荷，破壞活性污泥系統(tǒng)[1]。

移動床生物膜反應(yīng)器工藝是20世紀(jì)80年代中期新開發(fā)和應(yīng)用的一種高效的污水處理技術(shù)，特點(diǎn)是將懸浮生長活性污泥法和附著生長的生物膜法相結(jié)合[2]。污水連續(xù)經(jīng)過移動床生物膜反應(yīng)器內(nèi)的懸浮填料并逐漸在填料內(nèi)外表面形成生物膜，通過生物膜上的微生物作用，使污水得到凈化。填料在反應(yīng)器內(nèi)混合液回旋翻轉(zhuǎn)的作用下自由移動；對于好氧反應(yīng)器，通過曝氣使填料移動；對于厭氧反應(yīng)器，則是依靠機(jī)械攪拌。與一般填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸，并可隨混合液的流動而流動并相互充分混合接觸，因此大幅度提高污水的處理效果[3][4]。

本文針對啤酒滅菌廢水中存在嗜熱微生物、有機(jī)污染物以及輕度污染等特點(diǎn)，采用移動床生物膜反應(yīng)器凈化處理技術(shù)對其進(jìn)行處理。通過對移動床生物膜反應(yīng)器處理啤酒滅菌廢水的研究，以期達(dá)到為啤酒清潔生產(chǎn)提供技術(shù)支持、為膜生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)的目的。

1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)廢水水質(zhì)

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

1.2 試驗(yàn)廢水水質(zhì)

試驗(yàn)采用人工配制模擬廢水，按照COD∶N∶P=100∶5∶1的比例配制，以工業(yè)葡萄糖為基質(zhì)，分別以氯化銨和磷酸二氫鉀作為氮源和磷源，并投加少量的微量元素。試驗(yàn)用水水質(zhì)情況如表1所示。

表1 試驗(yàn)廢水水質(zhì)

2 結(jié)果與分析

本階段試驗(yàn)在溫度為（37±1）℃、HRT約為10 h、pH 為 7.8±0.2、MLSS 約為 5 000 mg/L、好氧池停留時間 HRT=10 h，缺氧池停留時間 HRT=3 h，內(nèi)回流r=100%的情況下[5]，研究了移動床生物膜反應(yīng)器內(nèi)COD、NH4+-N的變化。

2.1 COD去除效果及分析

移動床生物膜反應(yīng)器工藝對有機(jī)污染物的去除主要是依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，這就使得移動床生物膜使用了整個反應(yīng)器空間，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，使之揚(yáng)長避短，相互補(bǔ)充，保證了移動床生物膜反應(yīng)器工藝對有機(jī)污染物的去除效果。

移動床生物膜反應(yīng)器對COD的去除效果如圖2所示。從圖2可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行初期，反應(yīng)器的COD處理效果不夠穩(wěn)定，之后隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，出水COD濃度逐漸下降，試驗(yàn)開始15 d后，出水中COD濃度基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定在17.1 mg/L左右，這主要是因?yàn)椋合到y(tǒng)運(yùn)行初期，反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度較低，有機(jī)負(fù)荷較大，處理效果差，COD濃度較高，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，污泥濃度逐漸升高，有機(jī)負(fù)荷下降，處理效果變好并趨于穩(wěn)定。大約在48 d時，反應(yīng)器的出水COD濃度略有上升，這可能是因?yàn)榇藭r進(jìn)水中的養(yǎng)料相對不足，部分微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸期，導(dǎo)致出水COD濃度略有上升。整個試驗(yàn)過程中，反應(yīng)器的出水COD均低于30mg/L，尤其是在穩(wěn)定運(yùn)行期間，出水COD濃度分別為14.4 mg/L左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL368-2006）中再生水回用于工業(yè)用水洗滌用水COD 60 mg/L的要求，達(dá)到了很高的處理水平。

圖2 反應(yīng)器COD去除效果

2.2 NH4+-N去除效果及分析

移動床生物膜反應(yīng)器工藝對NH4+-N的去除主要通過亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的硝化作用實(shí)現(xiàn)的。由于采用新型懸浮填料，硝化細(xì)菌在填料上大量繁殖，從而保證了硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行[6]。

反應(yīng)器的NH4+-N去除效果如圖3所示。從圖3可以看出，系統(tǒng)運(yùn)行初期，反應(yīng)器對NH4+-N的處理效果不夠穩(wěn)定，且去除率較低，這主要是因?yàn)樵囼?yàn)初期，生物膜還未形成，反應(yīng)器中的硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的數(shù)量較少，硝化能力和亞硝化能力較低。之后隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，出水NH4+-N的濃度逐漸下降，試驗(yàn)開始 19 d，出水 NH4+-N才基本達(dá)到穩(wěn)定，NH4+-N濃度穩(wěn)定在0.78 mg/L左右，這主要是因?yàn)槭巧锬ば纬珊?，反?yīng)器內(nèi)硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌逐漸增多，硝化效果隨著污泥濃度的增加而逐漸增強(qiáng)。試驗(yàn)開始 42 d 后，NH4+-N濃度開始逐漸升高。整個試驗(yàn)過程中，反應(yīng)器出水NH4+-N濃度為0.66 mg/L左右，同樣達(dá)到了較高的處理水平。

圖3 反應(yīng)器NH4+-N去除效果

3 結(jié)論

移動床生物膜反應(yīng)器工藝兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法。本文通過對移動床生物膜反應(yīng)器處理啤酒滅菌廢水開展研究，研究表明，系統(tǒng)運(yùn)行初期，反應(yīng)器的COD和氨氮的處理效果均不夠穩(wěn)定，之后隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，出水COD濃度和氨氮濃度逐漸下降，試驗(yàn)開始15 d后，出水中COD濃度基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定在17.1 mg/L左右；19 d后，出水NH4+-N才基本達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定在0.78 mg/L左右。整個試驗(yàn)過程中，反應(yīng)器的出水COD和出水氨氮均保持在較低水平，表明移動床生物膜反應(yīng)器工藝對用于啤酒滅菌廢水的處理取得了很好的處理效果，值得廣泛推廣應(yīng)用。