酒精廢水具有COD 高、SS 含量多、酸性強、水量大（每生產1 t 酒精排12 t 廢水）等污染特點，屬于高濃度農產品加工有機廢水，對酒精廢水的處理一般采取厭氧+好氧的方式。UASB 是常用的厭氧處理技術〔1, 2〕，具有有機負荷率和去除率高、不需攪拌、耐沖擊負荷性能好等特點。但UASB 在啟動運行過程中難以實現均勻布水，且容易產生溝流和死角，在負荷較高時易發生污泥流失、上升流速過低等現象〔3〕，另外對廢水中的高SS 很敏感，因而在實際應用中受到一定限制。
R. R. Dague 等〔4〕在厭氧活性污泥法研究基礎上提出并發展了內循環UASB。通過對UASB 的內部結構進行改造，增加內循環工藝，內循環UASB 可用來處理垃圾滲濾液等高濃度廢水〔5, 6, 7〕，相對于常規 UASB，內循環UASB 對COD 的適應范圍更廣，可用于處理含高SS 的廢水〔8〕，具有污泥不易流失，對污染物去除率高，抗沖擊負荷能力更強，處理效果更好，接種污泥更少，顆粒污泥形成周期更短、強度更強，污泥流失量更少等特點。
由于冬季氣溫較低，UASB 內廢水的溫度也較低，厭氧顆粒污泥活性受到抑制，因此冬季處理廢水效果較其他季節差〔9〕。自《發酵酒精和白酒行業水污染物排放標準》實施以來，酒精廠廢水污染物排放不再執行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）,酒精廠排放廢水時有不達標現象。為了解決冬季厭氧處理效果差的問題，并為后續好氧處理提供優質水源，筆者研究了采用內循環UASB 處理酒精廢水時，連續進水和大流量的脈沖進水兩種進水方式對廢水處理效果的影響，以期為內循環UASB 應用于酒精廢水的處理提供參考〔10〕。
1 試驗裝置與方法 1.1 試驗水質
試驗所用玉米酒精廢水來自河南省某大型酒精廠，其廢水處理工藝流程見圖 1。
圖 1 廢水處理工藝流程
該企業先對原糟液進行固液分離，其中濾渣干燥后用來生產玉米酒糟蛋白飼料（DDGS），濾液則一部分回用于生產，一部分進入五效蒸發器處理，從五效蒸發器出來的冷凝液排入污水站進行生化處理，糟液則干燥后用來生產玉米酒糟蛋白飼料。冷凝液與企業排放的洗滌水、冷卻水、生活污水在污水站集水池混合后，有機物濃度得到大幅度降低，該混合廢水先經過格柵進行固液分離、再進入調節池冷卻、最后排入中和池，在中和池進行加堿調pH，中和池水溫基本保持在37 ℃左右。試驗于2011 年11 月14 日—12 月20 日進行，試驗用水取自中和池，具體進水水質為：COD、TP、NH3-N、SS 分別為3 150～4 230、 20.4~37.6、4.2~12.5、1 322~2 130 mg/L，pH 為5.5~7.0。
1.2 試驗裝置
試驗采用圖 2 所示內循環UASB 裝置，該裝置由鋼板制成，尺寸為D 1 050 mm×4 150 mm，有效水深為3.85 m，有效容積為3.33 m3。
在UASB 三相分離器下面設有回流管，通過管道增壓泵將廢水回流至進液管中。回流水與原水混合后由內循環UASB 底部配水系統均勻地分配到反應器底面上。反應器具體運行時間和運行參數如下：
連續進水階段（11 月14 日—12 月2 日）：進水流量200 L/h，回流水流量220 L/h，回流比110%，水力停留時間16.65 h，上升流速0.486 m/h，容積負荷 4.64 kg/（m3·d）；
脈沖進水階段（12 月3 日—12 月20 日）：進水流量1 000 L/h，每次進水48 min，每天進水6 次，水力停留時間16.65 h，瞬時上升流速1.155 m/h，容積負荷4.64 kg/（m3·d）。
圖 2 內循環UASB 裝置
1.3 分析項目與方法
COD： 重鉻酸鉀法；NH3-N： 納氏試劑比色法； TP：鉬酸銨分光光度法；SS：重量法；pH：玻璃電極法；PH3： 用Agilent 4890D GC-NPD 分析測定〔11〕； VFA：磷酸酸化-氫氧化鈉滴定法〔12〕。
1.4 接種污泥
接種污泥取自該酒精生產廠現有污水處理設施 UASB 出水沉淀池，接種污泥體積為1 000 L，SS= 42.21 g/L，VSS=22.32 g/L，VSS/SS=52.88%。內循環 UASB 啟動完成后，系統對COD 的去除率穩定在 80%左右，反應器內出現不同粒徑的顆粒污泥。
2 試驗結果與討論 2.1 對COD 的去除效果
由于兩種進水方式的對比試驗是在同套裝置下進行的，兩種進水方式下的進水水質存在一定的差異，為了比較兩種進水方式的處理效果，在進水水質不一樣的條件下，只比較兩種進水方式下對污染物的去除率。兩種進水方式下，系統對COD 的去除率對比見圖 3。
圖 3 兩種進水方式下COD 去除率的對比
從圖 3 可以看出，在進水COD 為3 150～4 230 mg/L 情況下，采用連續進水方式時，系統對COD 的去除率維持在66%~77%，而同樣進水方式情況下，歷史數據表明，該企業春、夏、秋三季系統對COD 的平均去除率在80%左右；采用脈沖進水方式，系統對COD 的去除率維持在80%左右，這是因為兩種進水方式下進水溫度雖然都在37 ℃左右，反應器在未設置加熱措施的前提下，連續進水方式受外界低氣溫的影響更大，如連續進水階段反應器下端第二個取樣口處的廢水溫度僅有26 ℃左右，而相應情況下脈沖進水階段第二個取樣口處的廢水溫度則有33 ℃左右。可以認為單位時間內大流量的脈沖進水提供了更多的熱量，保證了反應器內主反應區的廢水溫度，從而維持了微生物較高的活性。
2.2 對NH3-N 的去除效果
試驗監測了兩種進水方式下，出水NH3-N 的變化。結果顯示，兩種進水方式下，出水NH3-N 濃度都高于進水，但增長率相差不大。這主要是由于HRT 過長時，厭氧反應器內既有氨化作用發生，也有硝化作用和反硝化作用發生，其中氨化反應速率相對較快，使得NH3-N 濃度有不同程度的升高〔13〕。
2.3 對TP 的去除效果
在厭氧條件下，除磷菌可通過脫氫酶的酶促反應等生理代謝活動將有機物進行脫氫，產生還原性輔酶等，將P 轉化為氣態PH3 從而去除〔14, 15〕。試驗考察了兩種進水方式下，系統對TP 的去除率，結果見圖 4。
圖 4 兩種進水方式下TP 去除率的對比
由圖 4 可以看出，兩種進水方式下UASB 對TP 都有一定的去除效果，但脈沖進水方式的處理效果要好于連續進水方式，這主要是因為單位時間內大流量的脈沖進水提供了更多的熱量，保證了反應器內主反應區的廢水溫度，較高的廢水溫度為除磷菌提供了適宜的生長環境。對試驗過程中產生的沼氣組分進行分析，結果顯示有PH3 氣體生成。
2.4 對SS 的去除效果
懸浮物指懸浮在水中的固體物質，包括不溶于水中的無機物、有機物及泥砂、黏土、微生物等。廢水中懸浮物含量是衡量水污染程度的指標之一，懸浮物也是造成反應器出水渾濁的主要原因。水體中的有機懸浮物沉積后易厭氧發酵，使水質惡化，導致反應器運行不穩定。試驗期間考察了兩種進水方式下，系統對SS 的去除率，結果見圖 5。
圖 5 兩種進水方式下SS 去除率的對比
由圖 5 可以看出，內循環UASB 克服了傳統厭氧反應器對SS 敏感的弱點，兩種進水方式下反應器對SS 都有明顯的去除效果，其中脈沖進水方式去除效果更為顯著，主要是因為連續進水時部分粒重較小的SS 不能懸浮于反應器內，而隨出水流出反應器，導致反應器對SS 的去除效果低于脈沖進水方式。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
2.5 出水VFA 的變化
出水揮發性脂肪酸（VFA）產生量取決于廢水水質特征、外界環境、反應器類型和水力運行條件， VFA 濃度過高表明反應器有酸化現象。試驗表明，當進水COD 控制在3 150~4 230 mg/L 時，反應器對 COD 的去除率維持在（80±10）%，出水pH 顯中性、 VFA 在300 mg/L 以下，各項指標正常，說明反應器運行穩定〔16〕。試驗期間出水VFA 的變化情況見圖 6。
圖 6 出水VFA 的變化
由圖 6 可以看出，兩種進水方式下，出水VFA 的質量濃度在140 mg/L 左右，說明反應器運行穩定，沒有出現酸化現象。
3 結論
（1） 內循環UASB 有效克服了現行各種高效反應器對高SS 進水敏感的局限性，并且污泥不易流失，對污染物去除率高。
（2）冬季氣溫低，連續進水時主反應區溫度較低，處理效果較其他季節差，采用大流量的脈沖進水時，可以保證顆粒污泥與廢水充分混合，由于單位時間內提供了較高的熱量保證了主反應區的溫度，維持了厭氧微生物較高的活性，其處理效果要好于連續進水方式。如果日處理水量不大，冬季厭氧處理可以考慮采用脈沖進水方式。
（3）從試驗結果可以得出，冬季采用連續進水方式，內循環UASB 對COD、TP 、SS 的平均去除率分別為72% 、19.29% 、38.79% ； 脈沖進水方式時對 COD、TP 、SS 的平均去除率分別為81%、24.02% 、51.24%；由于反應器內氨化反應為主導反應，兩種進水方式下，NH3-N 經厭氧處理后都有不同程度的增加；兩種進水方式下出水VFA 質量濃度都在140 mg/L 左右，反應器運行穩定。
