硫酸盐废水来源广泛，按硫酸盐废水的特点可将其分为两大类：第一类废水含有大量的SO42-和高浓度有机物；第二类废水也含有大量SO42-，但有机物含量较少。本研究主要针对第一类废水进行。此类废水的厌氧生物处理工艺可归纳为两大类：
(1)单相处理工艺；
(2)两相处理工艺[2，3]。比较两种处理工艺，单相处理工艺具有经济简便的优势。
应用单相处理工艺时最大的困难在于硫酸盐还原菌(SRB)对产甲烷菌(MPB)的竞争与抑制作用：
(1)竞争作用，因为在厌氧反应器内SRB与MPB同时存在，并且这两类菌可利用同种底物，从而在底物浓度不足时会发生竞争作用，不过由于高浓度有机废水可提供较充足的营养，故对本类废水这已不成为问题；
(2)抑制作用，主要是由硫酸盐的还原产物硫化物引起的，尽管由于实验条件、方法的不同，关于抑制程度不同研究人员[4，5]所得出的结果不尽相同，但存在这一抑制作用却是毋庸质疑的。能否成功解除这一抑制作用就成了单相法处理这类废水的关键，这方面已有人提出了多种解决途径，例如气提法、金属离子沉淀法、出水硫化物氧化(如利用各种各样的微生物进行的生物氧化法)与回流工艺相结合的方案等等[1，6，7]。以上方法虽然都有一定的作用，但是操作起来都显得较为繁琐，本试验采用EGSB反应器，通过在反应器内维持一定的上升水流速度(<i>v</i>up)，从而在<i>v</i>up以及反应自身所产气体的推动之下将产生抑制作用的H2S从液相转移至气相，减轻或解除硫化物的抑制作用。
本研究采用上述技术处理含硫酸盐高浓度有机废水，希望在保证废水COD去除效果的前提下达到高的硫酸盐去除率和还原负荷。一旦硫酸盐还原成硫化物就可以通过化学或者生物法转化成单质硫[8～10]，从而实现废水脱硫的最终目的。
1 材料与方法
1.1 接种污泥
取自某柠檬酸生产企业IC反应器中的厌氧颗粒污泥，根据荷兰Lettinga推荐的接种量，本反应器内的种泥量控制在10～15
kgVSS/m3。
1.2 试验用水
采用人工模拟废水，其中COD：N：P=200：5：1，硫酸盐浓度通过另外添加硫酸钠控制，具体配方见表1。
表1 模拟废水成分
mg/L
1.3 试验装置
试验中的EGSB反应器由有机玻璃制成，总体积为7.0 L，其中反应区为3.8 L。反应区高度为104.3 cm，内径为6.2 cm，高径比约为16.8。整套试验装置置于恒温室内，温度控制在30
℃左右。
试验装置及流程如图1所示，整套装置形成了一个闭路循环，在换水周期内连续运转。
图1 试验装置及工艺流程图
1-进水及全回流出水接受容器；2-柱塞泵；3-湿式气体流量计；4-出气管
1.4 试验内容与方法
采取每天进出水各一次的半连续运行方式。首先在进水中不添加硫酸盐的情况下启动反应器，由于本实验用接种污泥是直接从某企业中正在高负荷运行的IC反应器中取出的颗粒污泥，活性非常之高，故在进水COD4000
mg/L左右的条件下，COD容积负荷很快达到了20 kg/(m3.d)并能够稳定运行，然后即在此情况下进行下列试验。
1.4.1 确定装置运行最佳<i>v</i>up的试验
对于本套装置，<i>v</i>up是保证其稳定运行的至关重要并且需要首先进行研究的参数。相对于从反应器中去除气体的效果而言，<i>v</i>up自然越大越好，但从保证污泥良好稳定生长的角度，<i>v</i>up有最适的取值范围。故决定从污泥生长方面来确定最佳<i>v</i>up，即待反应器在20
kgCOD/(m3.d)的容积负荷下稳定运行后，考察污泥的生长量(通过污泥床体积来反映)和废水的COD去除率。<i>v</i>up值选取为2、4、6及8
m/h，各阶段运行时间定为1周，通过排泥控制运行前的污泥床体积相等，运行期末测一次污泥床体积，并每天检测一次进出水COD。
1.4.2 硫酸盐废水处理试验
待确定最佳<i>v</i>up的试验结束后，紧接着即在此<i>v</i>up值下进行硫酸盐废水处理试验。尽管<i>v</i>up值不是在处理硫酸盐废水时得到的，因此不一定最适于硫酸盐废水处理，但是利用其作为本实验的运行参数仍不失为一项可行的策略。
在维持COD容积负荷20 kg/(m3.d)不变的条件下，通过向进水中添加Na2SO4并逐渐提高加入量来进行本试验，其中加入的Na2SO4量依次为20、30、45及60
g，对应的进水中SO42-分别为676、1014、1521和2028 mg/L，待硫酸盐还原率与COD去除率均达到80%以上，并稳定运行3
d后即可进入下一阶段。
1.5 分析项目与方法
COD：半微量快速烘箱法；pH：pH-2S型酸度计；碱度：分步滴定法；MLSS(悬浮固体)及MLVSS(挥发性悬浮固体)：重量法；SO42-：络合滴定法；硫化物：滴定法；颗粒污泥沉降速度：取量程为1
L的量筒，测定其高度，并注满清水。将用自来水淘洗过的颗粒污泥逐个加入量筒内，用秒表计量单个颗粒污泥从筒口沉降到筒底所需时间<i>t</i>，然后利用公式<i>v</i>=<i>H</i>/<i>t</i>(<i>v</i>为沉速，H为量筒高度，<i>t</i>为沉淀时间)计算得出该颗粒污泥的沉速。测试过程中，在某个粒径范围内一般测定其中20～30个任意选取的颗粒污泥进行测试，取其平均值作为该粒径范围颗粒污泥的沉速。
2 结果与讨论
2.1 最佳运行<i>v</i>up的确定
据资料反映，EGSB反应器的<i>v</i>up一般为5～10 m/h。从图2和图3明显可以看出通过污泥的生长量和废水的COD去除率确定的本工艺最佳<i>v</i>up为6
m/h。当<i>v</i>up较低时，<i>v</i>up产生的搅动效果不够，反应器内会出现“气袋"，影响了传质效果，从而带来污泥生长活性及去除效果的下降；而当<i>v</i>up较高时会对污泥造成较大的剪切力，使得污泥流失量增加，同样对污泥生长不利。这从各个阶段的出水SS值亦可反映出来，当<i>v</i>up值取为2、4、6及8
m/h时对应的SS值分别约为150、175、250及370 mg/L，可见在前面三种条件下，反应器出水和COD去除率较为平稳，而当<i>v</i>up为8
m/h时反应器运行非常不稳定，出水SS和COD去除率变化较大。因此，认为<i>v</i>up6 m/h时的上升流速较为适合颗粒污泥厌氧反应体系。经检测在6
m/h阶段下的颗粒污泥性质良好，沉降速度达到了88 m/h，粒径一般在2～3 mm。
图2 不同<i>v</i>up阶段的反应器运行情况
注：从左至右对应<i>v</i>up分别为2、4、6及8 m/h。
2.2 硫酸盐废水处理过程
从图4可以看出，在整个驯化过程中COD去除率较为平稳，基本在90%上下波动，说明高浓度硫酸盐并未对COD的去除造成不利影响，SRB和MPB对COD去除都有一定的作用。
图3 不同<i>v</i>up阶段运行前后污泥床体积变化
而结合图5分析可知，在高硫酸盐浓度(2028 mg/L)之下，由于SRB对底物的需求量大增，这就导致在底物COD浓度有限的情况下，SRB与其他厌氧细菌之间发生强烈竞争作用，试验结果则说明如此之高的硫酸盐浓度超出了SRB的还原能力。因此，在进水COD为4000
mg/L的条件下，本试验的最适进水SO42-浓度(意即在保证废水处理效果的同时，进水中所允许的最高硫酸盐浓度)在1521～2028
mg/L，因为一般认为采用COD/SO42-比值较进水SO42-浓度更能确切地反映硫酸盐对废水厌氧消化的影响程度，故本试验的最适COD/
SO42-比值(对应于最适进水SO42-浓度)在2.0～2.6。
另外对各阶段排水中的硫化物分析可知，其浓度(以H2S表示)都在200 mg/L以下，基本不构成对SRB及MPB活性的抑制，从而这亦能够说明进水SO42-得不到充分还原是由于底物浓度不足(或者COD/
SO42-比值不当)引起的。
整个试验过程中的出水硫化物浓度一直维持在一个较低的水平上，这就验证了6 m/h的<i>v</i>up能够保证一定的气提效果。
本试验采用NaHCO3控制进水碱度，添加量见表1，但考虑到进水SO42-在转化过程中会产生部分碱度，故当进水SO42-增至2028
mg/L时，将NaHCO3添加量减少了一半，检测表明出水碱度、pH并未受到很大影响，所以这样做完全可行。
图4 硫酸盐废水的COD变化曲线
2.3 硫酸盐还原负荷的变化过程
随着驯化过程的进行，硫酸盐还原负荷(阶段平均值)得以逐渐提升(图6)，在进水SO42-为1521mg/L(COD：SO42-值约为2.6)时，硫酸盐还原负荷已经达到了7.60kg/(m3.d)，
图5 SO42-变化曲线
说明在本试验条件下，硫酸盐还原负荷最高可达到7.60 kg/(m3.d)以上，相比其他一些文献报道[17～19]的数据而言，上述结果相当令人满意。需要说明的是，由于时间所限，本试验只是对硫酸盐废水处理的可行性作了一下简单研究，没有得出本技术的最大处理能力(进水COD固定在4000
mg/L左右)，所以该技术仍有进一步提升的潜力。
图6 硫酸盐还原负荷变化曲线
3 结 论
(1)在COD容积负荷为20 kg/(m3.d)的情况下，从有利于污泥生长的角度得出最佳<i>v</i>up为6m/h左右，并作为本技术的运行参数。
(2)经过1个多月的驯化，在进水COD为4000 mg/L的条件下，最适进水SO42-在1521～2028mg/L，对应的最适COD/ SO42-比值在2.0～2.6，并验证了6
m/h的<i>v</i>up作用于本试验的有效性。
(3)在COD去除负荷为20 kg/(m3.d)的情况下，SO42-还原负荷可达到7.60kg/(m3.d)以上，并且有进一步提升的潜力。
总之，本技术操作运行非常简便经济，这既体现在单相工艺上，又因为它与一般的EGSB流程相比，省却了一个进水泵，减少投资的同时又简化了操作；同时从试验结果可以看出，它对于处理含硫酸盐高浓度有机废水又是非常有效的，因此极有推广应用的价值。
