近年來，隨著醬油工業的快速發展，醬油廢水排放量大增，產生了嚴重的環境問題。根據相關部門報道，2011 年1 月—11 月，全國醬油的生產量達584 萬t，同比增長17.47%。有研究表明，生產1 t 醬油將產生約6～9 t 的醬油廢水。該廢水的主要污染成分包括：糧食殘留物、發酵過程產物、微量洗滌劑、消毒劑、大量鹽分、各種微生物及微生物分泌物和代謝產物，具有較高的BOD、COD 和色度。

醬油廢水BOD/COD 一般＞0.5，可生化性好，但由于醬油的生產原料如大豆、麥麩等在長時間發酵過程中會通過酶褐變、非酶褐變反應生成各種帶色物質，其含有的生色基團由以下2 個或2 個以上共軛生色基構成：C=O、O=C—OH、O=C—H、N=N、O=N—O、C=C，使得色度構成極為復雜，廢水處理難度較大。目前，國內外對醬油廢水脫色的報道主要以氣浮、活性炭吸附、微電解等物化方法為主，但上述方法處理費用高、工藝復雜，且在充氧過程中色度有加深的趨勢，即伴隨著COD 的降低會有色度升高的不同步去除問題，應用具有一定的局限性。因此，尋求高效、工藝簡單的處理方法以實現醬油廢水脫色和有效降解是該廢水處理的關鍵環節。厭氧折流板反應器（ABR）集上流式厭氧污泥床（UASB）和分階段多相厭氧反應（SMAP）技術于一體，是一種理想的混合流態處理工藝。運行中的ABR 是一個以整體為推流，各格室為完全混合的反應器，從而使具有不同營養生態位的功能菌依次分布在各格室中，使厭氧的各個反應階段在時間和空間上得到分離。ABR 獨特的構造特點，使其在高濃度有機廢水，特別是難降解廢水處理中具有潛在的優勢。目前，利用ABR 處理醬油廢水的研究主要集中在COD 的去除方面，鮮見有采用ABR進行醬油廢水色度去除的研究報道。

筆者采用ABR 進行醬油廢水的處理試驗，考察該反應器處理醬油廢水過程中色度物質和COD 的降解情況以及COD 容積負荷和HRT 對色度去除效果的影響，為進一步開展醬油廢水實際處理工程應用提供參考。

1 試驗材料與方法
 
1.1 試驗裝置
 
ABR 采用有機玻璃板加工制成，尺寸為455mm×150 mm×400 mm，有效容積為20 L，置于（35±1） ℃的恒溫箱中。反應器分3 個格室，每室由上流室和下流室（體積比為3∶1）組成，折流板底角為45°，各格室體積比V1∶V2∶V3=1.5∶1∶1。每室側部設取樣口，頂部設導氣口。自配水存放于貯水箱中，由計量泵打入反應器第1 格室，以上下折流形式流經各格室，最后由第3 格室流出，出水經液封后排出系統。試驗裝置見圖 1。

1.2 試驗材料
 
1.2.1 試驗廢水
 
試驗廢水根據實際醬油廢水水質，采用醬油稀釋而成，稀釋倍數由實際廢水的色度和COD 確定，其中實際醬油廢水的COD 為500～4 500 mg/L，色度為160～500 倍。配水時根據需要投加淀粉和NH4Cl，使廢水的m（COD）∶m（N）∶m（P）為（200～500）∶5∶1，同時添加Ca2+、Fe2+、Mg2+等微量元素，以供微生物良好生長，具體水質指標見表 1。另外，為使系統有足夠的緩沖能力，向配水中投入一定量NaHCO3進行堿度調節。

 1.2.2 接種污泥
 
接種污泥取自廣東省某食品廠正在運行的UASB 的厭氧顆粒污泥，經過篩濾和淘洗，去除雜質。其外觀接近球形，色澤烏黑，沉降性能良好，主要性能指標見表 2。污泥接種量7 L，約為反應器有效容積的1/3，各格室污泥接種量比V1∶V2∶V3=3∶2∶2。

1.3 試驗啟動運行
 
采用低負荷、連續進水的方式，在水力停留時間（HRT）26 h、溫度（35±1） ℃、進水色度約為150 倍、COD 約為500 mg/L 的條件下啟動ABR。整個系統的運行控制分兩個階段：第1 階段（第1 天—第54天），保持HRT 為26 h，每隔6 d 同步增加色度和COD，色度由150 倍逐步提高到200、250、300、350、400、500、600、750 倍，相應COD 由500 逐步提高到1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、4 000、5 000、6 500mg/L，COD 容積負荷由0.46 kg/（m3·d） 增至5.88kg/（m3·d）；第2 階段（第55 天—第78 天），保持色度為750 倍，COD 為6 500 mg/L，逐步調節HRT 為20、14、8 h，COD 容積負荷由5.88 kg/（m3·d）提高到19.6 kg/（m3·d）。每次同步改變COD 和色度或HRT，均需待系統均達到穩定狀態并維持一段時間后方可進入下一步驟的運行，整個試驗過程歷時78 d。

1.4 主要檢測指標及分析方法
 
色度：稀釋倍數法；COD：重鉻酸鉀消解法；pH：玻璃電極法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；TP：鉬酸銨分光光度法。

2 結果與討論
 
2.1 色度的去除
 
啟動運行過程中，系統及各格室色度變化及去除情況見圖 2。

 由圖 2 可以看出，每當提高進水色度時，其去除率先下降，隨后又逐漸上升，這是微生物還不適應條件的改變所致。在第1 階段前3 d，色度總去除率較低，不到30%，同時進水對污泥的淘洗使得出水較渾濁，透明度低。隨著馴化時間增加，在第35 天，色度為403 倍時，去除率升至46.4%。隨后系統進入穩定期，色度去除率在47.5%左右波動，最高可達50.2%。在第2 階段，色度總去除率隨著HRT 的減小先升高然后降低，在HRT=8 h 時，色度去除率降至34.7%左右。啟動初期由于微生物還未適應反應器的環境，對色度物質的去除主要以吸附為主。隨著馴化過程的進行，色度物質的不飽和鍵及發色或助色基團被破壞，大分子色度物質轉化成色度較低的小分子物質，同時厭氧環境抑制了各種褐變反應途徑，使其不能重新生成色度，從而使有機物和色度物質得到同步去除，兩者之間不發生明顯的相互轉化。對于實際醬油廢水，由于廢水成分更為復雜且水中含有一定的懸浮物質，影響到微生物對底物的攝取，減少了污泥對色度物質的吸附量，使得色度去除效果較模擬廢水低。因此，有必要控制ABR 進水懸浮物的濃度。

由圖 2 還可以看出，在反應器運行的不同階段，各格室色度去除率有一定的變化，但也具有一定的規律性，即色度的去除主要在第1 和第2 格室完成，第3 格室脫色效果較小。ABR 中，沿水流方向各格室呈現良好的生物相分布。在第1 格室，水解菌將較易降解的生色基團的共軛雙鍵斷裂，生成可慢速或快速生物降解的有機物，而產酸菌則對這些初級產物進一步降解，色度去除較好。在第3 格室，產甲烷菌作為優勢菌群，在一定程度上抑制了脫色菌的活性，同時格室里存在的是抗生化性較強的生色基團，因此脫色效果較小。此現象表明，ABR 的分段多相有利于色度物質的去除，這與P. I. M Firmino 等處理實際印染廢水的研究結果一致。

2.2 COD 的去除
 
啟動運行過程中，反應器中COD 變化及去除情況見圖 3。

由圖 3 可見，隨著馴化過程的進行，COD 去除率逐漸增加，并趨于穩定。在第27 天，當進水COD為2 500 mg/L，反應器的COD 容積負荷為2.25kg/（m3·d） 時，COD 去除率為94%。此后，系統對COD 的去除率保持穩定，維持在93.9%～95.1%。在第2 階段的第1 天，系統COD 的去除率由94%下降至79.8%，出水COD 達1 316 mg/L，出水pH 為6.0 左右，反應器出現酸化跡象。這是由于進水堿度不夠，導致產酸階段的產物VFA 大量積累造成的。及時向ABR 第2、第3 格室單獨補充NaHCO3，使pH 保持在7.0 左右。6 d 后，反應器運行基本穩定，COD 去除率維持在92%以上。第2 階段，隨著HRT的縮短，COD 的去除率變化不大，這充分體現了ABR 的耐沖擊負荷特性。每次提高進水COD 后，COD 去除率均有明顯下降，這是由于有機負荷提高對細菌造成了沖擊，抑制了厭氧細菌的活性，使得有些細菌不能適應這種變化而死亡。這與試驗過程中觀察到的污泥上浮漂出現象相吻合。而對于實際醬油廢水，由于水質、水量的波動較大及廢水中的含鹽量較高，尤需注意控制進水中的含鹽量，避免因沖擊負荷造成污泥上浮。

2.3 容積負荷對色度去除的影響
 
接種的顆粒污泥具有較高活性。在考察容積負荷對色度去除的影響時發現： 在試驗進行到第8 天時，COD 容積負荷為0.88 kg/（m3·d），此時色度去除率達到30.2%。當反應器的COD 容積負荷上升至2.73 kg/（m3·d），進水色度為403 倍時，色度去除率升至46.4%。此后系統對色度的去除率保持穩定，在47.5%上下小幅度波動。當COD 容積負荷達到5.86kg/（m3·d），進水色度為750 倍時，色度去除率開始下降。這表明，厭氧顆粒污泥在一定的COD 容積負荷下能對有機物保持一定的吸附降解能力，并處于發酵穩定期，因此反應器中沒有出現酸的積累。但當其進一步提高時，微生物對有機物的吸附能力達到飽和，對有機物的降解速率較容積負荷的增長慢，系統原有的穩定狀態被打破并開始產生酸的積累，抑制了水解菌對色度物質的生化降解途徑，使脫色效果下降。而對于實際醬油廢水，因它含有較多的含氮有機物，其NH3-N 質量濃度約在50~80 mg/L 之間，在厭氧條件下部分有機氮轉化為氨態氮，從而提高了系統堿度，減少了有機酸的積累，將有利于反應器的穩定運行。

2.4 HRT 對色度去除的影響
 
通過調節計量泵改變水力停留時間，考察了不同水力停留時間下COD 及色度去除情況，見圖 4，各格室色度去除情況見圖 5。

由圖 4 可見，HRT 對色度去除的影響較大，而對COD 去除的影響較小。當HRT 由26 h 減為20 h時，色度去除率由41％升到47.5％，但COD 去除率維持穩定，這可能是由于色度物質的降解機理與COD 的降解機理不同所致。適當增大水流上升流速，可使得一些懸浮狀態的色度物質能更好地與污泥接觸，從而增大了色度物質的去除率。當HRT 由20 h 減為8 h 時，色度去除率下降了13.3％；COD 去除率波動不大，維持在92%以上。這是由于醬油廢水中的色度物質主要由一些大分子的難降解物構成，流速過大，在一定程度上削弱了水與污泥的接觸，增大了反應器的死區體積，減緩了色度物質從醬油廢水向微生物細胞的傳遞過程。考慮到實際應用，由于實際醬油廢水屬于高濃度有機廢水，為了強化微生物之間的傳質作用，降低乃至消除反應器格室內的溝流現象，應選用較長的HRT。結合模擬廢水處理結果，從實際處理工程的經濟性考慮，選擇20 h作為ABR 處理醬油廢水的最佳HRT。

由圖 5 可見，隨著HRT 的縮短，各格室對色度物質去除的貢獻在不斷變化。總體趨勢表現為第1、第3 格室的去除份額在逐漸減小，第2 格室的去除份額在逐漸增加。當水力擾動增大時，反應器的流態逐漸變差，廢水在反應器第1 格室的HRT 縮短，有機物與顆粒污泥未充分反應即被推流至第2 格室，而第3 格室主要以產甲烷菌為主，底物中主要是抗生化性較強的色度物質，從而脫色效果下降。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3 結論
 
（1）采用低負荷低增幅啟動方式，在（35±1） ℃下，歷時78 d，成功啟動ABR 并達到穩定。

（2）維持HRT 為26 h，色度由150 倍逐漸提高到750 倍，COD 容積負荷由0.46 kg/（m3·d） 逐漸提高到5.88 kg/（m3·d）時，色度去除率先增大，然后達到穩定，但一直維持在30%以上，其去除作用主要在第1 格室完成。同時，COD 去除率能維持在91.0%～95.1%。

（3）保持進水色度和COD 不變，HRT 由26 h 逐步縮短至8 h，色度去除率先增大后減小，20 h 時色度去除率最高，為47.5%；COD 去除率基本維持在92%以上。結合實際工程情況，取醬油廢水處理最佳HRT 為20 h。承擔色度主要去除作用的格室后移至第2 格室，第3 格室色度去除效果較小。

（4）ABR 多段分相、混合流態的結構特性，使得反應器緩沖能力及適應能力較強，能同步高效地去除色度和COD。可見，ABR 在醬油廢水脫色處理中具有潛在的優勢。