木薯淀粉废水的处理

Environmental Sciences 两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究 冼 萍 两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究 A Research on Treatment of Cassava Starch Wastewater Using Two一Phase Upf I ow Anaerobic Sludge Blanket(UASB) 冼 萍 潘正现 钟莉莹 (广西大学化学化工学院，南宁 530004) Man Ping Pan Zhengxian Zhong Liying (Chemistry and Chemical Engineering College, Guangxi University, Nanning 530004) 摘要 采用两段UASB厌氧反应器为主体的工艺处理木薯淀粉废水在温度为20℃左右.进水为CODc,6000 - 8000mg/L反应 条件下二次启动.经过33d的运行，两段厌氧处理CODc,去除率累计达85%以上，出水COD,,为400一800mg八。实验结果表明，甲 烷段是整个反应器启动的控制阶段.只要控制好各反应器的运行参数.便能很好达到两相分离的目的。 关键词:上流式厌氧污泥床反应器 木薯淀粉废水 产酸段 甲烷段 Abstract A process with two-phase upflow anaerobic sludge blanket (UASB) as a principal unit was used to treat cassava starch wastewater. At a temperature of about 200C and influent COD concentration of 6,000~ 8,000mg/L, through twice start-ups and 33 days' run, a cumulative removal rate of the two-phase anaerobic treatment could be up to 85% and the COD concentration in the effluent was reduced to about 400~800mg/L. The experiment has shown that methanogenic phase was the controlling step to the secondary start-up of the UASB. The separation of acid generating phase and methanogenic phase could be well obtained as long as individual operational parameters had been under control. Key words: Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) Cassava starch wastewater Acid generating phase Methanogenic phase 1引言 广西木薯产量约占全国60%，是生产淀粉的主要 原料之一。在木薯淀粉加工过程中会产生大量的含高 浓度有机物的废水〔约产生20 -30m3(废水)/t(淀 粉)〕。木薯淀粉废水属高浓度有机废水，其BOD/COD 比值在0.6一0.8之间(1.z1，生化性能好[1,21，但含有一 定浓度氰化物，氰化物对甲烷菌毒性很强，会对生化 反应产生很大的抑制作用〔’]，不利于生化处理。同 时，木薯淀粉生产有季节性，即每年11月份至来年的 2月份生产，从3月至10月份处于停产状态，其废水 排放也有相应的季节性。 针对木薯淀粉废水的特点，特别设计了以两段 UASB厌氧反应器为主体工艺来处理木薯淀粉废水。 试验目的是为研究反应器在停置了近1年后二次启动 运行的情况。 1材料与方法 1.1试验用水 试验用水取自广西武鸣木薯淀粉厂的黄浆水，其 水质情况见表 1。 表1 废水水质(mg/L) 项目 CODI, BOD, pH SS CN 数值 4000一8100 3000一6000 3.8一4.5 500一2500 20一30 从表1中可见，木薯淀粉废水中氰化物含量高达 20一30mg/L，这会对生化处理不利，但它遇光和在一 定温度条件下容易分解，故经简单预处理后其浓度便 可降至2一5mg/L o 2.2实验装置 第一作者先 萍，女，1960年生，1985年毕业于天津大 学大学，副教授。 一 156一 j油j;-袖针带 2005年 第24卷 第4期 Shanghai Environmental Sciences 如图1所示，本次实验采用两段UASB反应器，产 酸反应器有效容积190L，甲烷反应器有效容积420L. 废水首先进入调节池进行预处理(主要是调节pH值、 去除部分悬浮物)，然后经泵打到高位槽后经由 UASB底部进人反应器，厌氧反应器产生的气体通过 水封装置后燃烧排放。反应器内污泥曾于 1年前在同 一装置中做过相同水质废水的试验，该试验历时8个 月，包括启动、负荷提高、稳定运行等三个阶段。反 应器内污泥约占反应器有效容积的1/3左右。 2.3分析项目及方法 高位槽 水封 ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 、 调节池 提升泵 UASB(酸化段) 集水池 提升泵 UASB(产甲烷段) 图1 试验装置 ? ? ? 主要分析项目，分析方法(仪器)为: CODs,:重铬酸钾法滴定，WMX微波密封消解 COD快速测定仪; BODS:国产880数字型BODS培养箱; pH:国产PHS一3C型精密pH计; SS:国产PHS-3C型精密pH计; CN-:异烟酸一毗哇琳酮分光光度法。 时间 (d) 一刊卜-产酸反应器进水pH值; -屯卜一产酸反应器出水pH值。 图3 产酸反应器进出水pH值变化情况 3结果与分析 3.1酸化段运行情况分析 产酸反应器中COD去除率、pH值变化情况见图 2、3。 产酸反应器中主要发生有机物水解、发酵，对木 薯淀粉废水而言是碳水化合物水解发酵为各种有机酸 的过程。在试验启动初期，虽然考虑到了本实验所用 装置及污泥曾在 1年前处理过相同性质废水，但为给 时间 (d) -刁卜一进水COD; -<)一出水COD } - COD去除率。 图2 产酸反应器进出水COD及COD去除率 随时间变化情况 污泥一个良好的适应环境，采用稀释进水方式，首次 进水CODs,控制为1000mg/L，进水量维持在20- 25L/h，同时由于原废水pH值较低，所以废水在进人 产酸反应器前都用NaOH来调节pH值至6.0一7.5之 间。 试验开始后第3天，从图3中可看出产酸反应器 出水pH值已明显低于进水pH，同时出水COD已略 有下降，说明反应器中污泥正在逐渐恢复活性，实验 到了第9天，酸化反应器COD去除率已上升至20%左 右，这时提高进水COD至2000mg/L，进水量保持不 变，在接下来的几天里，COD去除率还是在逐步上升 并接近30%，在这种情况下，再次提高进水COD至 3000mg/L，这时COD去除率明显下降，并维持在 15%左右，约一周后才缓慢回升，至25%左右，到了 第23天继续提高进水COD至4000mg/L, COD去除 率变化不大，始终在20%一25%间，从第29天起开始 进原废水，其COD浓度最高达8100mg/L，在连续进 ???? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ???? 一 157一 Shanghai Environmental 两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究 冼 萍 原废水后，反应器连续运行了近 1个月，在这期间， 产酸反应器 COD去除率变化不大，保持在 15%- 25%。此外，从图3可知从试验开始后3d起，在调节 pH至6.0一8.0情况下，酸化反应器中进水pH都略低 于进水pH，维持在6.0一7.0左右，这充分说明在本次 实验中的酸化反应器作用是相当明显的。 3.2甲烷段运行情况分析 甲烷反应器中COD去除率、pH值变化情况见图 4、5。 ? ?? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?。 ? ??? ? ???? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ， ? ? 已趋稳定，COD去除率达80%左右。第33天起，从 进原废水后的监测数据来看，甲烷反应器的COD去除 率变化也不大，始终维持在70%左右，这标志反应器 的运行状况良好，甲烷菌活性较强，反应器启动已完 成。从另外一个监测数据pH值的结果来看，甲烷段反 应器稳定后最终出水pH一般在7.5一8.0间，同时从 各监测口得到pH数据来看，在进水pH为6.8一8.0的 情况下，甲烷反应器内pH值在7.2一7.8之间，在这 pH值范围内最适宜产甲烷菌的生长[41 3.3试验运行效果 厌氧反应器中COD去除率变化情况见图60 时间 (d) -屯}-进水COD; -4 卜一出水COD; .-奋-COD去除率。 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ，? ? ??? ? ???? 图4 甲烷反应器进出水COD及COD去除率 随时间变化情况 时间 (d) ---o--进水COD; --*-出水COD; _} COD去除率。 图6 厌氧反应器进出水COD及COD去除率 随时间变化情况 -o--甲烷反应器出水pH值。 一奋-甲烷反应器进水pH值; 图5 甲烷反应器进出水pH变化情况 甲烷反应器是通过产甲烷菌作用把酸化反应器的 产物即各种有机酸转化为CH;及CO,，从而达到降解 废水中有机物的目的。在本次实验中，产酸反应器出 水经吹脱塔除硫化物后才进人甲烷反应器。由图可 知，在实验启动后的十几天内，甲烷反应器COD去除 率一直都不高，约在30%左右，经过仔细分析其原因如 下:(1)产甲烷菌繁殖增长周期比较长，一般为4一6d, 所以在短时间内产甲烷菌数量难以达到理想水平;(2) 进水COD浓度提高相当快，而产甲烷菌对废水的再次 适应是需要一个过程的;(3)反应器内反应温度在20- 25℃左右，属低温条件，这影响到产甲烷菌的增长繁 殖。但是到了25d, COD去除率已升至70%，这说明此 时甲烷菌已达到一定的数量，反应器启动情况良好。第 29天进原废水后，甲烷段进水在3000一6800mg/L间， 经4d的适应，从COD去除率情况来看，甲烷反应器 本次试验连续运行了2个月，其中从第33天进原 水后起又继续运行了27d，在这27d里反应器的反应 条件变化较温和，反应器运行状况良好，即使是在最 高有机负荷(进水COD为8100mg/L)的冲击下，反 应器运行仍然很稳定。试验过程中共经历了4个负荷 提高阶段，每次负荷提高COD 1000一2000mg/L不 等，每个阶段为3一10d，提高负荷前提取决于COD 去除率。试验中除调节进水pH值外没有添加任何营养 盐或微量元素，反应温度维持在20℃左右。试验最终 结果为容积负荷达5.11 kg/( ms -d)，停留时间为 31h，经两段厌氧处理COD去除率累计达85%以上， 其中，产酸反应器容积负荷达 16.Skg/(m3-d)，水 力停留时间为l Oh, COD去除率达到15%一25%，甲 烷反应器容积负荷达到7.43kg/(m' -d)，水力停留 时间为21h, COD去除率达75%一85%。从试验结果 来看，通过控制产酸、甲烷反应器的运行参数确实达 到了两相的很好分离，从而充分发挥其各自优势，当 然，两相的彻底分离是很难实现的，在产酸反应器或 甲烷反应器中，总还会有另一类细菌的存在，只是不 占优势而已[51。从试验进程来看，甲烷反应器COD去 除率增加得较为缓慢，这说明产甲烷阶段是整个厌氧 消化的控制阶段，为了使厌氧消化过程更好进行，必 ? ? ? 一 158一 J油;‘袖针奋 2005年 第24卷 第4期 Shanghai Environmental 须满足产甲烷相细菌的生长条件。厌氧反应器的最终 出水COD为400一800mg/L，从广西的实际情况来 看，目前大多数木薯淀粉厂家都采用稳定塘作为废水 处理的后续处理工艺，因此可因地制宜充分利用现有 设备，即UASB出水后续处理采用稳定塘的废水处理工 艺，从而降低废水处理的运行费用，减轻企业负担。 4结论 4.1试验表明，采用两段UASB厌氧反应器为主体的 工艺处理木薯淀粉废水是可行的，反应器在停置1年 后，在温度为20℃左右，进水COD6000一8000mg/L 的反应条件下二次启动，经过了33d的运行，反应器 启动完成，容积负荷达 5.11 kg/(ml -d)，经两段厌 氧处理COD去除率累计达85%以上，出水COD为 400一800mg/L，为后续处理创造了有利条件。 4.2试验结果表明，甲烷段是反应二次启动的控制阶 段。要加快反应器的二次启动，关键在于如何控制好 甲烷段的运行条件。试验结果同时表明，只要控制好 反应器的运行条件就能很好的达到两相分离的目的， 从而更好的发挥两段厌氧反应器的优点。 作电极，利用安培检测法测定水样中COD值;探讨了 用该方法测定COD值的机理，并将该方法应用于实际 水样COD值的分析。实验结果表明，该电极重复性 好，使用寿命长;所建立的方法具有分析时间短，无 二次污染等优点。本方法线性范围为20一500mg/L, 最低检出限为l Omg/L。与国家COD 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 分析法的测 定结果具有好的相关性，应用于实际水样COD值的测 定取得了满意的结果。因此，本方法是一种具有应用 前景的测定COD值的新方法。 5参考文献 参考文献 Hien P G, Koanh L T. 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(上接第155页) 表2 本方法和重铬酸钾法对实际水样COD值测定的对比 责任编辑 钟月华 (收到修改稿日期:2005-07-10 ) 化学需氧量(mg/L) 水样 本方法 重铬酸钾法 误差(%) -4.5 3.8 3.6 一3.8 ?， ，、 ?? ? ? ? ? ? ???， ? ?? ? ?? ，?? ?， ?， ? ? ， ? ? ， ? ???， ? ? ? 样品1 样品2 样品3 样品4 一 159一