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小麦酒精废水处理工艺
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2015-1-4
 

小麦酒精废水属于高浓度有机废水,很多生产企业转化利用率不高,废水处理效率低、去除效果差,尤其是《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB 27631—2011)的颁布和实施,酒精工业的废水污染问题已成为制约酒精生产企业发展的瓶颈。目前厌氧-好氧组合工艺在酒精废水的处理中应用十分广泛。一方面厌氧处理过程中产泥量少,运行费用低,产生的沼气可用来发电、产蒸汽、制取生物天然气等,可以带来较好的经济和社会效益;另一方面高浓度酒精废水经厌氧处理后达不到排放标准,通常需后续好氧处理。笔者采用UASB-SBR组合工艺处理小麦酒精废水,分析出水水质,旨在为该类废水处理工程的设计、调试及运行提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验废水取自河南某酒精制造有限公司。该废水水质: COD 50 000~60 000 mg/L, NH3-N 23.6 mg/L,TP 16.5 mg/L, pH 为4~5。

1.2 分析方法

采用重铬酸钾滴定法测定COD;使用玻璃电极法测定pH;采用标准重量法测定SS 含量;采用酸碱联合滴定法测定挥发性脂肪酸(VFA);利用湿式流量计测定产气量。

1.3 实验装置

实验采用自行设计的升流式厌氧污泥床反应器(UASB)。UASB 反应器流程如图1 所示。

 实验装置由有机玻璃加工而成,直径90 mm,总高700 mm,三相分离器高80 mm,有效容积3 L。实验接种的污泥来自无锡某柠檬酸厂IC 装置中的颗粒污泥,其含水率约为90%,密度是1.15 g/cm3,污泥粒径比较均匀,约1~2 mm,颜色为灰黑色,表面光滑有光泽,VSS 为64.91 g/L,TSS 为6.79 g/L,VSS/SS 为0.75,接种污泥约为1 L,占装置容积的1/3。利用水浴箱使温度控制在(37±2)℃,通过蠕动泵使配水从装置底部进入,经过厌氧生物处理后的出水从装置顶部溢流出,产生的沼气从装置上部排出,经过水封,接入湿式气体流量计,记录产气量。

好氧处理的主要装置是SBR 反应器,直径120 mm,总高400 mm,有效容积3 L。笔者实验的接种污泥取自苏州市新区污水处理厂氧化沟,接种量约为反应器体积的1/3,即在有效容积3 L的好氧反应器加入1 L的好氧污泥。通过蠕动泵将经UASB反应器处理后废水打入SBR 反应器。SBR 工艺的运行工况是按一定时间顺序间歇操作,通过电磁阀自动控制进水、反应、沉淀、排水和闲置。在一个反应器内将这五个工序按顺序依次运行,一个循环完成后进入下个循环,如此反复,以达到处理污水的目的。SBR 反应器流程如图2 所示。

 2 结果与分析

2.1 UASB 反应器运行情况

UASB 反应器中接种1 L厌氧污泥,温度控制在(37±2)℃,每天通过PLC 控制蠕动泵向UASB 反应器中进水3 L。启动初期,进水采用啤酒加原水的方式驯化污泥,用自来水稀释进水浓度,用碳酸氢钠调节进水pH 为6.8~7.2。通过添加碳酸氢铵和磷酸二氢钾,使得进水符合ρ(COD)∶ρ(N)∶ρ(P)=(250~300)∶5∶1。设定废水HRT 为24 h,以确保厌氧污泥与废水充分接触。反应初期待厌氧出水COD 去除率达到90%以上,逐步提高进水中小麦酒精废水的比例,逐步驯化微生物对该废水的适应能力。

2.1.1 UASB 反应器进水情况与COD 去除率的关系

UASB 反应器容积负荷和COD 去除率的关系如图3 所示。

由图3 可见,UASB 反应器启动初期厌氧污泥的活性还没能恢复,反应器容积负荷由1 kg/(m3·d)提高至3 kg/(m3·d), COD 的去除率波动较大。随着厌氧污泥对小麦酒精废水逐渐适应,运行至15 d时,COD 去除率稳定在90%以上,可以看出厌氧污泥已经较好地适应了小麦酒精废水,完成了对厌氧污泥的驯化。随着反应器容积负荷的提高,COD 去除率比较稳定。当反应器的容积负荷提升到13.0kg/(m3·d)时,COD 去除率有所下降,从最高时的96%下降到82%。当反应器的容积负荷稳定在13.0kg/(m3·d)时,COD 去除率稳定在85%以上。

 UASB 反应器进水、出水COD 和COD 去除率的关系如图4 所示。

 由图4 可见,UASB 反应器污泥驯化阶段进水COD 从1 000 mg/L 提升到3 000 mg/L,出水COD 保持在300 mg/L 以下。当进水COD 从3 000 mg/L 提升至13 000 mg/L 时,出水COD 从260 mg/L 上升到1 600 mg/L 左右。当系统进水COD 稳定在13 000mg/L 时,出水COD 波动不大,基本保持在1 650 mg/L以下,反应器运行稳定。

2.1.2 UASB 反应器出水VFA 和COD 去除率的关系

在废水厌氧处理产酸过程中,大分子有机物会转变成简单的有机物,再进一步发酵生成短链脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸,这些酸在常压下易挥发,故称之为挥发性脂肪酸(VFA)。VFA 可直接反映系统产甲烷菌活性,产甲烷菌活性越高,出水VFA 就越低。系统COD 去除率与出水VFA 的关系如图5 所示。

 由图5 可见,在实验前15 d,废水COD 去除率呈上升趋势,出水VFA 总体呈下降趋势,运行至15 d后反应器开始进小麦酒精废水,COD 去除率略有下降并逐渐趋于稳定,出水VFA 波动不大。随着实验的进行,系统对小麦酒精废水水质基本适应,COD去除率稳定在85%左右,出水VFA 也保持在4mmol/L 以下,反应器运行稳定。

2.1.3 UASB 反应器容积负荷对沼气产量的影响

系统容积负荷和沼气产量的关系如图6 所示。

 由图6 可见,沼气产量与UASB 反应器容积负荷呈正相关关系。在系统运行初期,随着UASB 反应器容积负荷的不断提升,沼气产量也稳步上升。系统运行后期,UASB 反应器容积负荷稳定在13.0kg/(m3·d),UASB 可产沼气约17 L/d。

2.2 SBR 反应器运行情况

笔者研究采用PLC 自动控制系统控制SBR 反应器运行,SBR反应器的运行参数如表2 所示。

 该系统驯化成熟,能够稳定运行,以UASB 稳定运行阶段的出水作为好氧SBR 进水,研究COD 的变化规律。配水采用厌氧出水加自来水的方式,进水水量为3 L/d。按照表2 确定的运行参数,逐渐提升反应器进水COD,从200 mg/L 逐渐提升至1 600mg/L,曝气阶段溶解氧在0.5~2 mg/L 之间变化,总体上是呈先降低后升高的现象,这是因为废水一开始进入SBR 装置后,系统中的污染物浓度较高,活性污泥利用污染物进行生长代谢,此过程消耗氧气,而且供氧速率小于好氧速率,溶解氧下降,随着反应的进行,污染物逐步被生物降解,系统中耗氧速率已经低于供氧速率,溶解氧逐步提升。

SBR 反应器进、出水COD 的变化情况以及COD 的去除率如图7 所示。

 由图7 可见,随着反应器进水COD 从200 mg/L提升到1 600 mg/L,反应器出水COD 也相应地上升,从100 mg/L 提升到300 mg/L,这是由于进水中不可生物降解物质的累积和负荷的提高引起的。从而也间接地说明实验所用的小麦酒精废水中不可生物降解的物质较少。微生物对小麦酒精废水已有较好的适应性,容积负荷从0.2 kg/(m3·d)逐步提高至1.6 kg/(m3·d)并稳定运行,去除率基本稳定在80%以上,出水COD 在300 mg/L 以下,反应器运行稳定,达到接入市政污水管网的标准。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3 结论

在中温(37±2)℃条件下,采用有效容积3 L的UASB 反应器处理小麦酒精废水,容积负荷可以达到13 kg/(m3·d),COD 去除率维持在85%以上,厌氧出水COD 保持在1 650 mg/L 以下,出水VFA 在3.5 mmol/L 以下,反应器的产气量维持在17 L/d左右。

通过对小麦酒精废水好氧处理的实验结果表明:采用SBR 反应器处理,最高负荷为1.6 kg/(m3·d),即最大进水COD 为1 600 mg/L,去除率基本保持在80%以上,说明SBR 法后续处理工艺能在常温下有效处理厌氧出水,且处理效率较高,处理效果稳定。

小麦酒精废水经过UASB-SBR 组合工艺处理后,出水COD 在300 mg/L 以下,达到接入市政污水管网的标准。

 

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