豉香型白酒以大米为原料，经过洗米、蒸煮等工序处理，以香气浓郁，口味醇和，口感醇甜等特点享誉全国。但每生产1 t白酒排放约8～10 t生产废水，该废水具有有机物浓度高、可生化性好等特点[1-2]，若不妥善处理会造成水体富营养化，严重威胁环境和人类健康。

目前白酒废水处理普遍采用多级厌氧-好氧工艺，厌氧处理可以实现有机物的资源化回收，后续脱氮工艺采用常规硝化反硝化工艺时，存在成本高、占地大等缺点[3-4]。为实现深度脱氮往往需要外加碳源，进一步增加了废水处理的药耗。新型生物脱氮工艺的开发和应用是白酒废水高效处理的关键，而以厌氧氨氧化为核心的自养脱氮技术为高氨氮废水的低碳脱氮处理提供了合理解决方案。厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体，亚硝态氮为电子受体产生氮气，相较于常规的硝化反硝化脱氮技术具有无需外加碳源、占地小、产泥少、脱氮效率高等特点，因此，厌氧氨氧化脱氮技术成为污水处理领域热点[5-7]。

厌氧氨氧化脱氮技术在高氨氮废水处理领域已经有工程化应用的案例，但针对白酒废水的深度脱氮研究并不多见，尤其缺乏中试试验和实际工程实践研究。本研究采用短程硝化-厌氧氨氧化-同步硝化反硝化组合工艺开展白酒废水脱氮处理中试试验研究，考察在实际废水条件下的厌氧氨氧化工艺启动和实际脱氮性能，以期为厌氧氨氧化技术在白酒废水处理领域的工程化应用提供参考。

1、材料与方法

1.1 药剂和仪器

碳酸氢铵、亚硝酸钠、碳酸氢钠、乙酸钠，均为一等品。

pH/ORP-6900型在线检测仪，MFC-1380型DO在线检测仪，PHB-5型便携式pH/ORP检测仪，JPB-607A型便携式DO检测仪，SP104型快速水质检测仪，N4S型紫外可见分光光度计。

1.2 试验装置

采用短程硝化-厌氧氨氧化-同步硝化反硝化组合工艺进行废水处理，中试生物脱氮系统示意如图1所示，其中短程硝化区、沉淀区、厌氧氨氧化区、同步硝化反硝化区的尺寸分别为1.50 m×0.80m×2.80 m、1.50 m×0.35 m×2.80 m、1.50 m×0.80m×2.80 m、1.50 m×0.70 m×2.80 m，材质均为碳钢防腐，板厚约为5 mm。进水泵和回流泵均为变频水泵，Q=2.5 m3/h,H=10 m,N=0.25 k W。生物填料为醛化维伦丝，主要填充在短程硝化区和同步硝化反硝化区，填充比约为35%。涡流布水器为专利产品[8]，有效提高布水的均匀性，加强搅拌效果，实现微生物与污水的充分接触，各工艺段通过管道连接。

图1 中试生物脱氮系统示意

1.3 接种污泥和试验用水

本系统短程硝化反应区和同步硝化反硝化反应区采用同样的接种污泥，接种污泥来自佛山某污水处理厂兼氧池活性污泥，接种后系统内的污泥浓度为5 000～7 000 mg/L。厌氧氨氧化工艺段接种成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，接种后的污泥浓度为7 000 mg/L[9]。

采用某豉香型酒厂废水的厌氧系统出水作为中试脱氮试验进水，进水水质如下：ρ（COD)=900～1 300 mg/L，ρ（氨氮）=550～650 mg/L，ρ（NO2--N)<1 mg/L，ρ（NO3--N)<1 mg/L，ρ（TN)=550～650 mg/L,pH=6～8。经厌氧系统水解、酸化和甲烷化处理后，废水中的氮元素基本为氨氮，碳氮比偏低。本研究处理出水指标应符合GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》表2中的间接排放值。

1.4 反应器启动与运行

试验总运行约150 d，共分为3个阶段：系统启动阶段（A）、驯化提升负荷阶段（B）、稳定运行阶段（C），其中A、B和C阶段历时分别为30、90和30 d，运行控制指标如表1所示。

表1 试验运行控制指标

A阶段设计进水流量为40 L/h，其中短程硝化系统和厌氧氨氧化系统单独运行；B、C阶段系统联合运行，B阶段设计进水流量逐步提升至100 L/h，平均每30 d提升约20 L/h,C阶段以100 L/h进水流量稳定运行。

短程硝化系统进水水质指标如下：在初始启动阶段（1～6 d），ρ（COD)=910 mg/L，ρ（氨氮）=495 mg/L；在A、B、C稳定运行阶段（7～150 d），ρ（COD)=1 045 mg/L，ρ（氨氮）=600 mg/L。系统进水中不含亚硝态氮和硝态氮。

厌氧氨氧化系统进水为短程硝化出水，A阶段短程硝化系统不稳定，故此阶段采用配水激活厌氧氨氧化菌活性，配水指标如下：ρ（COD)=550 mg/L；氨氮和亚硝态氮浓度逐渐提高，其中氨氮的质量浓度在1～15d为250mg/L,16～30d为350mg/L；亚硝态氮的质量浓度在1～6 d、7～12 d、13～18 d、19～24 d、25～30 d分别为50、100、150、200、250mg/L。

同步硝化反硝化系统进水为厌氧氨氧化出水，同步硝化反硝化微生物群落对环境要求高，故A阶段同样采用配水激活硝化和反硝化菌活性，配水指标如下：COD的质量浓度在1～15 d为300 mg/L,16～30 d为400 mg/L；氨氮的质量浓度在1～15 d为50 mg/L,15～30 d为100 mg/L。B、C阶段同步硝化反硝化系统的进水均为厌氧氨氧化系统的出水。

1.5 分析方法

取样点为短程硝化、厌氧氨氧化和同步硝化反硝化各工艺段的出水口附近，水深为0、0.25、0.5m，每个样品取样时间为10∶00和16∶00，而后取平均值作为本次测样的指标值。pH值、DO浓度、ORP分别在线检测和定时检测，其中定时检测作为对在线仪表的验证。现场使用快速水质检测仪器按照标准检测方法检测COD、氨氮、总氮、亚硝态氮、硝态氮等指标，每周与现场同步抽检1次作为对现场快检结果的验证。

2、结果与讨论

2.1 短程硝化系统的启动和稳定运行

短程硝化系统进出水水质变化如图2所示。在系统启动阶段，COD和氨氮去除率初始维持在35%和6%左右。经过1周的时间污泥得到驯化，短程硝化系统的COD去除率提升至约45%，氨氮去除率提升至30%，且污染物去除率呈上升趋势。进一步提升进水污染物浓度至设计指标，在25～30 d时COD和氨氮去除率分别稳定在50%和55%左右；系统内同时出现亚硝态氮的积累，亚硝态氮的质量浓度约为30 mg/L(25～30 d出水亚硝态氮的均值），短程硝化系统初步建立，可继续提升负荷。

图2 短程硝化系统不同阶段进出水水质变化

在系统运行的第2阶段（B阶段），随着进水流量增大，在最初的7 d内系统COD去除率降低至42%，氨氮去除率降低至40%左右，经约7 d的适应期后，COD去除率稳定在50%左右，氨氮去除率则可达到60%，亚硝态氮质量浓度进一步提高至250 mg/L左右。系统内亚硝态积累率超过72%，短程硝化系统成功启动。由C阶段可得：短程硝化系统出水COD的质量浓度基本稳定在513 mg/L左右，去除率维持在52%左右。出水氨氮、亚硝态氮、硝态氮的质量浓度分别稳定在225、270、12 mg/L。亚硝态氮与氨氮的质量比在1.1～1.3之间，系统的出水适宜进入后续厌氧氨氧化系统进行处理。短程硝化系统DO质量浓度维持在0.2～0.5 mg/L之间，低DO意味着可降低曝气量并实现电耗节约，同时值得注意的是，在短程硝化系统约16%的总氮得以去除，一定程度上提高了组合工艺有机物和氮素的去除率。

2.2 厌氧氨氧化系统试验分析

厌氧氨氧化系统水质变化如图3所示。在A阶段，厌氧氨氧化系统接种污泥后处理含有氨氮和亚硝态氮的配水，随着进水亚硝态氮浓度增加，COD最大去除率达到42%，出水氨氮和亚硝态氮的质量浓度分别降至80 mg/L和10 mg/L，氨氮和亚硝态氮的同步去除表明此系统厌氧氨氧化菌活性已成功激活。值得注意的是该阶段初期出水硝态氮低于检测值，在第12天时出水硝态氮的质量浓度为3 mg/L并逐渐增加，以上结果说明启动初期反硝化菌活性较强，厌氧氨氧化过程产生的硝态氮可被完全还原，而随着系统的启动，厌氧氨氧化菌活性增强，硝态氮浓度逐渐升高，证明存在反硝化与厌氧氨氧化的耦合反应。

B阶段试验过程中厌氧氨氧化系统进水流量逐渐增加，系统的氨氮、亚硝态氮去除率分别为75%和93%，硝态氮质量浓度为10 mg/L，表明厌氧氨氧化系统对氮素去除率达到此水质条件下的稳定值，总氮去除率提升至79%。本阶段进水量每次提升后的3～5 d池体内水质指标变动幅度在5%～7%之间，逐渐提高进水流量对厌氧氨氧化菌活性未产生显著影响，说明厌氧氨氧化工艺的抗冲击性较好，可保证系统高效稳定运行。

C阶段数据表明系统可实现稳定运行，COD、氨氮、亚硝态氮和硝态氮出水质量浓度分别在320、56、10和16 mg/L左右，总氮去除率可达85%左右，总氮去除负荷提高至0.4～0.5 kg[TN]/（m3·d）。在本研究中厌氧氨氧化系统实现了快速启动和稳定运行，而且本系统出水硝态氮浓度小于理论值，结合系统内COD浓度的降低，表明此系统存在反硝化与厌氧氨氧化的耦合，有利于系统深度脱氮目标的实现。

图3 厌氧氨氧化系统不同阶段进出水水质变化

2.3 同步硝化反硝化系统试验分析

同步硝化反硝化系统的水质变化如图4所示。A阶段接种活性污泥后，随着时间延长，COD、氨氮去除率呈逐渐增大趋势，在1～15 d时，COD去除率最大为50%，氨氮为85%，总氮仅为63%，说明此系统硝化和反硝化已激活，但硝化反应占据主导，仍需对系统进行驯化；在16～30 d时，COD去除率提升至67%左右，氨氮去除率为85%左右，总氮去除率达到75%左右，同时，此阶段没有发现亚硝态氮，说明此时反硝化作用得到提升，同步硝化反硝化系统激活成功。

图4 同步硝化反硝化系统不同阶段进出水水质变化

在B阶段31～35 d时随着进水流量增大，COD去除率降低至48%，氨氮去除率降低至72%，总氮去除率降低至54%，出水硝态氮质量浓度由A阶段的10 mg/L上升至34 mg/L，亚硝态氮质量浓度仍低于1 mg/L，无明显变化，说明同步硝化反硝化系统抗冲击能力相对较弱，需严格控制进水流量，以保障系统稳定运行。C阶段系统出水COD、氨氮、亚硝态氮和硝态氮质量浓度分别在102、9.5、0.6和7.5 mg/L左右，出水指标符合GB 27631—2011中表2的间接排放要求，其中，总氮去除率达到80%，说明经过约150 d驯化，同步硝化反硝化系统能够快速启动且稳定运行，本研究对实际工程应用具有指导意义。

采用短程硝化-厌氧氨氧化-同步硝化反硝化的新型工艺，在中试系统处理低碳氮比的厌氧预处理后的实际白酒废水时，短程硝化、厌氧氨氧化和同步硝化反硝化3个系统接种污泥后，利用配水可在短时间内实现快速启动。在处理实际废水时该组合工艺具有一定的抗冲击负荷能力，可维持稳定运行。中试组合工艺对COD和总氮去除率分别维持在92%和95%，其中厌氧氨氧化系统总氮去除负荷为0.4～0.5 kg[TN]/（m3·d），在无外加碳源的条件下可以实现总氮去除。此外厌氧氨氧化系统耦合反硝化作用，以及三级处理中的同步硝化反硝化系统也进一步实现了组合工艺的深度脱氮。相比常规硝化反硝化工艺，该组合工艺可显著节约电耗和药耗。综上，本研究结果可为白酒废水的深度脱氮处理提供新型组合工艺及中试结果支撑。

3、结论

(1）采用短程硝化-厌氧氨氧化-同步硝化反硝化组合工艺处理经厌氧预处理的白酒废水，试验历时150 d，实现了基于厌氧氨氧化的白酒废水深度脱氮处理工艺的快速启动和稳定运行，系统出水COD、氨氮、亚硝态氮和硝态氮质量浓度基本维持在102、9.5、0.6和7.5 mg/L左右，其中，COD和总氮去除率分别维持在92%和95%左右。

(2）本工艺中的短程硝化系统和同步硝化反硝化系统在进水流量变化时各指标去除率降低幅度变化均值分别为15%和20%，反馈敏感，系统抗冲击能力较弱；厌氧氨氧化系统则为6%，幅度变化小，抗冲击性较好。

(3）本工艺中的短程硝化系统和同步硝化反硝化系统的溶解氧远低于传统工艺的需氧量，实现了能耗降低；同时，厌氧氨氧化系统反应不需要消耗碳源，同步硝化反硝化系统存在短程反硝化，进一步降低了对碳源的需求量从而降低药耗，因此，本组合脱氮工艺可实现节能降耗和降成增效的目的。

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文章来源:胡松可,张晓爽,张哲.两段式厌氧氨氧化-同步硝化反硝化处理白酒废水快速启动试验研究[J].工业用水与废水,2024,55(06):47-52.