糖蜜酒精廢水兩相UASB處理工藝的酸化段特征 |
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摘要： 文章考察瞭糖蜜酒精廢水二相UASB處理工藝的酸化段特征，試驗結果表明酸化段的容積負荷達到30 kgCOD/m3時，系統仍能正常運行，TOC去除率在35%以上，酸化段的SO42-去除率在70%。糖蜜酒精廢水酸化率在50%，二相厭氧生物處理系統並未將產酸微生物與產甲烷微生物截然分開，在產酸相中仍含有一定數量的產甲烷菌。 關鍵詞： 二相UASB 糖蜜酒精廢水 厭氧生物處Characteristics of Acid Phase in Two-phase UASB Treating Molasses WastewaterZHANG Ren-jiang， ZHANG Zhen-jia， GU Cheng， ZHANG Hong, DAI Shu-gui （College of Environmental Science & Engineering of Nankai University , Tianjin 300071）Abstract：This paper focuses on the characteristics of acid phase in two-phase UASB treating molasses wastewater .The results showed that the system worked well when volumetric loading reached 30 kg COD/m3, meanwhile TOC removal rates were above 35% and SO42- removal rates were about 70%. Acid rates of molasses wastewater were about 50%. Acidogenic and methanogenic microbiological groups were not sharply separated in the acidifying UASB ,and there is amount of methanogenic bacteria. Key words：two-phase UASB； molasses wastewater； anaerobic biotreatment 本試驗酸化段UASB反應器采用有機玻璃管制成，內徑15 cm，高2 m，總有效容積為28.5 L，其中三相分離器容積為4 L，高度方向上每間隔10 cm設置一個采樣口，以觀測反應器中的情況。反應器夾套水保溫在35±2℃左右。處理水經計量泵由底部進入反應器，在反應器頂部溢流出水。產氣經脫硫後，由濕式氣體流量計計量產氣量。出水進入下一段處理裝置。 1.2 接種污泥1.3 廢水性質 本試驗用水來自廣西某糖廠的糖蜜酒精糟液，其水質特征如表1所示。水質指標46 258 pH值4.2SO42－(mg/L) 5 234 NH3－N(mg/L)TKN(mg/L)色度(倍)5 000 pH：精密pH計 堿度：滴定法揮發酸：氣相色譜法 硫酸根：重量法 硫化物：離子選擇電極法 1.5 試驗條件控制2.1 試驗結果2.2 酸化反應器的運行效能分析 酸化段是將污水中大分子和不易生物降解的有機物降解為易生物降解的小分子有機物。酸化過程是溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物的過程。研究結果表明，酸化的末端產物的組成取決於厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。對兩相厭氧處理的第一步，糖作為主要底物，則末端產物將是丁酸、乙酸、丙酸、乙醇、二氧化碳和氫氣的混合物。 本試驗用水為糖蜜酒精廢水，基質中糖的含量很高，達20g/L，糖為主要底物之一，一級UASB反應器的操作控制按酸化反應器運行條件運行，試驗進程中揮發酸測定結果列於表2。結果顯示，出水中揮發性脂肪酸有乙酸、丙酸、丁酸、戊酸四種，其中乙酸和丁酸的量最大，乙酸最高達3 796 mg/L，丁酸達4 436 mg/L，揮發酸的濃度與進水TOC濃度有相關性。原水中已含有較高濃度的揮發酸，其中乙酸濃度在1 000 mg/L以上，如果扣除進水揮發酸後計算酸化率，則酸化率數值較低，基本上都小於30%，且該數值波動較大，這可能與進水水質波動有關。但出水揮發酸卻能占總TOC的50%，盡管該值有所波動，但基本上仍算比較穩定。這一數值說明，對糖蜜酒精廢水酸化率在50%左右，較好時能達到70%。此外，據試驗推斷當酸化末端產物揮發酸的濃度達到一定數值後，酸化過程很難再深入進行。對於本試驗乙酸、丁酸最高濃度均能達到占進水TOC的30%，但二者不能同時達到最大值。 表2 酸化反應器揮發酸測定結果 日期 1999年出水 mg/L揮發酸百分率%乙酸丙酸丙酸戊酸222 703 24571368723.07543 628 1 3253 98565545.91 115578 1 1525905622 353 2 159 14502 133 826 0 33.77.14469223 1221513 53936.9 66.7 7.201 4895851 92419269928.3 59.9 7.22764 3 1731 718 46972813.17.24 2 3701 372799 3 153 1 88182059.1 7.27 1 627 937301569 2 93178327.598.22 4662 238639930 657 2.350.88.7 1 148852246 468 3 0366538.271 057 9631561 165 2 282372395 11.6 36.18.311 737507 31541.22801 985 4 00050512.0158 2 5459.251 642783 937 2 793 5 1462 221 17.830.2圖1 TOC去除率、產氣量與運行天數的關系 由圖2可見通過動力學控制實現相分離並不意味著產酸發酵菌群與產甲烷菌群的完全分離。如Gil-Pena［12］的研究結果表明在酸化反應器的厭氧污泥中，產甲烷菌含量約為104個/毫升。表3是張錄等［10］人的研究結果，從表3中可以看出，二相厭氧生物處理系統並未將產酸微生物與產甲烷微生物截然分開，隻是通過對有關運行參數的控制限制瞭產酸相中甲烷菌的增殖，強化瞭水解發酵菌群功能。因此，在產酸相中仍含有一定數量的產甲烷菌，由於產甲烷菌也消耗有機物，所以酸化段可以對COD有一定的去除率。 表3 產酸槽與產甲烷槽各菌群計數結果 菌群計數蛋白質淀粉纖維同型產乙由丙酸產氫分解菌分解菌產乙酸菌1.9×107 1.7×103產甲烷槽 9.0×1044.1×1034.7×1071.8×102 6.6×1063 結論3.2 糖蜜酒精廢水酸化率在30%以下，出水揮發酸卻能占總TOC的50%左右，較好時可能達到70%。當酸化末端產物揮發酸的濃度達到一定數值後，酸化過程很難再深入進行。對於本試驗乙酸、丁酸最高濃度均能達到占進水TOC的30%，但二者不能同時達到最大值。3.3 兩相厭氧生物處理系統並未將產酸微生物與產甲烷微生物截然分開，隻是通過對有關運行參數的控制限制瞭產酸相中甲烷菌的增殖，強化瞭水解發酵菌群功能。因此，在產酸相中仍含有一定數量的產甲烷菌，由於產甲烷菌對有機物的消耗，所以酸化段可以對TOC有一定的去除率。作者簡介：張仁江 男，30歲，博士研究生，發表論文10餘篇。 張仁江（南開大學環境科學與工程學院，天津 300071） 張振傢（南開大學環境科學與工程學院，天津 300071） 谷成（南開大學環境科學與工程學院，天津 300071） 張虹（南開大學環境科學與工程學院，天津 300071） 戴樹桂（南開大學環境科學與工程學院，天津 300071）參考文獻 ［1］ Reis M A M.. Sulphate Reduction in Acidogenic Phase Anaerobic Digestion. Environ.Resch.Letter , 1998；9:775-784 ［2］ 康風先，倫世儀，陳堅.硫酸相還原甲烷發酵兩步厭氧法處理含高濃度硫酸鹽有機廢水可行性研究.工業水處理，1993；13（1）：13-16［3］ 楊景亮，左劍惡，胡紀萃.兩相厭氧工藝處理含硫酸鹽有機廢水的研究.環境科學，1995；16（3）：8-11 ［4］ 王子波，楊玉傑.二相UASB反應器處理堿法草漿黑液.華僑大學學報（自然科學版），1999；20（3）：323-325 ［5］ 任南琪，王寶貞.有機廢水發酵法生物制氫技術—原理與方法.哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1994 ［6］ 鄭元景.有機廢料厭氧發酵技術.北京：化學工業出版社，1988［7］ 竺建榮.二相升流式厭氧污泥床工藝微生物學特性的研究.博士論文，北京清華大學圖書館，1990 ［8］ 錢澤澎.沼氣發酵微生物學.杭州：浙江科學技術出版社，1986［10］ 張錄，徐潔泉.沼氣兩步發酵工藝微生物生態學研究.中國沼氣，1989；1：9-12 ［11］ 李建政，任南琪，王愛傑等.二相厭氧生物工藝相分離優越性的探討.哈爾濱建築大學學報，1998；31（2）：50-56［12］ Gil-Pena M L, Environ. Tech. Lett., 1986；9:479-486 |
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