廣西的蔗糖產量占全國的 1/2 以上，因此而產生的制糖廢水也成為廣西主要工業污染源之一 。 制糖廢水屬于中高濃度有機廢水，普遍采用生化法進行處理，以厭氧法、好氧法、土地處理為主 。目前我國大部分糖廠采用的是好氧法，如接觸氧化法、 活性污泥法等。 但好氧法的能耗較高、 有機負荷較小 ，當進水的有機負荷變化較大時，好氧法出水不易達標〔1〕。而厭氧生物處理技術具有能耗低 、耐沖擊負荷等優點 〔2, 3〕，筆者采用厭氧折流板反應器 (ABR) 處理制糖廢水，對其啟動過程進行試驗研究，并在此基礎上分析了其內部微生態情況，為 ABR 處理制糖廢水的實際應用提供一定借鑒。

　　1 試驗部分

　　1.1 試驗材料

　　試驗所用廢水為人工模擬：以蔗糖為基質，由 NH4HCO3 和KH2PO4 提供 N 和 P，維 持 m (COD) ∶ m(N)∶m(P)=200∶5∶1 ; 為了使反應器具有足夠的緩沖能力，試驗中添加 NaHCO3 調節堿度 ，并添加一定量的微量元素 ，以保證微生物的生長需要 。 試驗所用 NH4HCO3、KH2PO4、NaHCO3 均為分析純。

　　試驗接種的污泥取自桂林市七里店污水 處理廠的污泥濃縮池，靜置 2 d，過濾去除較大的雜質后，按反應器隔室有效容積的 1/2 投加。

　　1.2 試驗裝置

　　ABR 裝置采用有機玻璃加工制作，有效容積為 25.7 L，其中上流室與下流室的寬 度比為 3 ∶1，為使泥水充分混合并維持較高的濃度，將折板處設計成 45 °。 試驗過程中控制溫度在(32 ±1) ℃，進水經蠕動泵進入反應器，在反應器中上下折流前進，經出水口排出 ，氣體由集氣管收集后通過水封排放。 試驗裝置如圖 1 所示。

?圖 1 試驗裝置

　　1.3 分析方法

　　COD 采用重鉻酸鉀法測定，pH 以 pHS-3C 型精密 pH 計( 上海精密科學儀器有限公司 ) 測定，揮發酸、 堿度采用揮發酸和堿度聯合測定法 〔4〕進行測定，輔酶 F420 采用紫外分光光度法 〔5〕測定，產甲烷活性采用史式發酵法 〔6〕測定 ，污泥顆粒以 FEI Quanta 200 FEG 型掃描電鏡( 荷蘭飛利浦) 觀察，VSS 采用重量法測定。

　　2 結果與討論

　　2.1 啟動期間COD 及 pH 的變化情況

　　試驗采用低負荷啟動，在水力停留時間不變的情況下，逐步提升 COD 負荷 〔7〕。 啟動時水力停留時間 為 24 h，進 水 COD 由 1 200 mg/L 逐 步 提 高 到 2 400 mg/L，啟動期間 COD 的變化情況如圖 2 所示。

?圖 2 啟動期間 COD 變化情況

　　在啟動初期，ABR 出水略有渾濁，有部分細泥隨出水流出，出水的 pH 較低，COD 去除率在 30%以下; 同時反應器的第 1 和第 2 隔室水面生成灰白色油膩狀絮凝物質。連續運行 20 d 后，COD 去除率達到 40%，產氣量也逐漸增加，出水 pH 穩定在 6.6~ 6.9，出水渾濁度降低，反應器中產生絮狀污泥 并逐漸 沉 淀 。 此 后 逐 步 增 加 COD 至 2400 mg/L，經 歷 68 d，COD 去除率達到 92%以上，顆粒污泥明顯形成，啟動成功。

　　2.2 啟動期間揮發酸及堿度的變化情況

　　揮發酸(VFA) 和堿度是厭氧反應的重要指標，對啟動期間各隔室的 VFA 與堿度進行分析，如圖 3、圖 4 所示。

?圖 3 啟動期間VFA變化情況
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圖 4 啟動期間堿度變化情況

　　由圖 3、圖 4 可知，反應初期由于污泥剛剛馴化，整個反應器的 VFA 偏高，同時堿度波動較大，其中第 1 隔室的 VFA 最大 ，達 到 22.69 mmol/L，而 堿度最低為 10.69 mmol/L。 雖然啟動過程中每個周期(7 d 為 1 個周期) 的進水負荷一直變化，但隨著污泥顆粒的逐步成熟，ABR 內部的抗沖擊負荷能力逐漸提高，所以 VFA 和堿度都趨于平穩。 同時從圖 3 可以看出 ，啟動過程中第 1 隔室的抗沖擊性最大，VFA 的濃度也最大，這與其他文獻研究一致 〔8〕。 而圖 4 中堿度的變化則恰好相反，堿度在后面的隔室逐漸累積，導致后幾個隔室的濃度高于第 1 隔室。

　　2.3 微生態特征及顆粒污泥的馴化情況

　　2.3.1 污泥的產甲烷活性分析

　　在厭氧處理工藝中產甲烷活性是一個重要指標 ，所謂產甲烷活性是指單位質量的污泥在單位時間內產生最多的甲烷量 〔5〕。 試驗采用史氏發酵法測定反應器各隔室中 5 mL 污泥的產甲烷活性，結果如 圖 5 所示。

?圖 5 各隔室累積的甲烷量隨時間的變化

　　在試驗觀測的14 h 中 ，前 2~3 h 為增長時期，甲烷產量迅速增長; 此后則是穩定時期，甲烷增加幅度減小 。 其中第 1 隔室與第 3 隔室的產氣量較低，而第 4 隔室和第 5 隔室的甲烷產量較多，分別達 9、 11.2 mL。 由此可見 ，甲烷產生過程主要集中在第 4 與第 5 隔室當中 。

　　2.3.2 輔酶 F420 分析

　　輔酶 F420 是產甲烷細菌特有的一種酶，在甲烷的形成過程中發揮著重要作用，常作為厭氧污泥活性的測定指標 〔5〕。 對各個隔室的輔酶 F420 含量進行測定 ，ABR 各隔室顆粒污泥的輔酶 F420 含量分別為 0.25、0.41 、0.67、1.19、1.25 μmol/g。 第 4、 第 5 隔室顆粒污泥的輔酶 F420 含量明顯高于第 1 、 第 2 隔室 ，這主要是由于第 1 隔室的菌群以產 酸菌為主 ，而第 4 隔室以產甲烷菌為主，其整體趨勢與前述產甲 烷活性的相一致。 同時表明 ，ABR 反應器的產甲烷階段主要集中在第 4 與第 5 隔室。

　　2.3.3 小瓶靜態批量試驗

　　小瓶靜態批量試驗是通過各個隔室污泥對不同濃度 COD 的去除情況來分析各隔 室的優勢菌群，從而判斷菌群的分布情況 〔9〕，結果如圖 6 所示。

?圖 6 不同 COD 負荷下各隔室的 COD 去除率

　　由圖 6 可知，當進水 COD 為 1 000 mg/L 時，第 1 隔室的去除率提升最快，由 30%提到 82.6%，其他隔室均提升了 20%~40%，說明在低負荷情況下污泥中的產酸菌可在短時期內接受較大沖擊，活性較好，有機物被大量降解。 當 COD 增加到 2 000 mg/L 時 ，后面幾個隔室的 COD 去除率提升較快，尤其第 5 隔室從 20.1%提高到 53.8%，說明產甲烷菌開始活躍 ，并利用第 1 隔室產生的酸 合成甲烷 。 當小瓶中的 COD 由 3 000 mg/L 提高到 4 000 mg/L 時 ，各隔室的 COD 去除率普遍較高，除第 1 隔室外都達到 50%以上，這可能是由于前面隔室的 VFA 太高 ，受到的沖擊負荷過高，緩沖時間短，使反應受到抑制 ，而后面隔室的產甲烷菌開始大量活躍，從而提高去除率。 整體而言 ，ABR 具有較好的抗沖擊負荷能力 。

　　2.3.4 顆粒污泥掃描電鏡分析

　　當 ABR 對 COD 的去除率達到 90%時，取各隔室顆粒污泥進行電鏡掃描。通過掃描電鏡觀察可知，污泥顆粒已經達到成熟，各個隔室都有一定的 優勢菌群。 第 1 隔室以桿菌為主，第 2 隔室中由桿菌組成的鏈狀結構很明顯 ，第 3 隔室和第 4 隔室則是優勢的鏈狀菌并伴有絲狀菌群和部分球菌 ，第 5 隔室中發現八疊球菌并伴有絲狀菌 。 該結果與其他學者的研究結果較接近〔9〕。具體參見污水技術資料更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　(1)采用ABR 處理制糖廢水的啟動過程中，保持水溫為 33 ℃ 、HRT 為 24 h，進 水 COD 從 1200 mg/L 逐 步 提 高 到 2400 mg/L，經 過 68 d，ABR 的 COD 去除率達到 92%以上，啟動成功 。

　　(2)啟動過程中，第 4、第5 隔室污泥的產甲烷活性高于其他隔室，同時第 4、第 5 隔室顆粒污泥的輔酶 F420 含量明顯高于第 1 、 第 2 隔室 ，表明產甲烷過程主要集中在第 4、 第 5 隔室。

　　(3)ABR 啟動成功后，污泥顆粒已達到成熟，各隔室均有一定的優勢菌群。第 1 隔室以桿菌為主，第 2 隔室中由桿菌組成的鏈狀結構 較為明顯，第 3 隔室和第 4 隔室則是優勢的鏈狀菌并伴有絲狀菌群和部分球菌，而在第 5 隔室發現了八疊球菌等優勢菌 。