一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，將陶瓷材料填充在厭氧反應(yīng)器中作為污泥載體，陶瓷材料的體積占反應(yīng)器工作體積的30%~45%；將厭氧污泥接種在陶瓷載體上，靜置培養(yǎng)，使厭氧污泥吸附在陶瓷載體上；對厭氧污泥進行馴化培養(yǎng)，采用逐級稀釋的木薯酒精廢水引入反應(yīng)器中回流，使固定化的污泥與木薯酒精廢水充分接觸，以COD去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束；將待處理的木薯酒精廢水進入?yún)捬醴磻?yīng)器中進行處理，水力停留時間為0.3~0.5 h，本方法COD穩(wěn)定運行后去除率能夠達98%以上。
【專利說明】
一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種木薯酒精廢水處理方法，特別涉及使用一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器對木薯酒精廢水中高濃度有機污染物的去除及發(fā)酵產(chǎn)沼氣的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木薯具有產(chǎn)量大、淀粉含量高且耐旱、耐貧瘠、種植省工、投資少等特點。以木薯為原料生產(chǎn)酒精在我國有較為廣闊的市場，我國酒精產(chǎn)量的1/3是以木薯為原料的。常規(guī)生產(chǎn)工藝中每生產(chǎn)I t木薯酒精約產(chǎn)生7?15 t廢水，且該類廢水含有大量的有機化合物及懸浮物，屬酸性高濃度有機廢水。近年來，國家對嚴(yán)重污染環(huán)境的酒精廢糟液的治理越來越重視，規(guī)定酒精行業(yè)廢液允許排放的COD的二級標(biāo)準(zhǔn)為<300 mg/L，一級標(biāo)準(zhǔn)為<100 mg/L。
[0003]對于這類高濃度有機廢水的處理方法主要有物理化學(xué)法和生物處理法兩大類。物理化學(xué)處理法主要有光化學(xué)混凝法、氧化一吸附法、焚燒法等，但這種方法只是將有機物從廢水中轉(zhuǎn)移，還需要考慮后續(xù)處理，不能達到標(biāo)本兼治的效果。生物處理法因其經(jīng)濟性，為眾多工業(yè)廢水處理工藝所青睞，常用的生物處理法可分為好氧法、厭氧法及介于兩者之間的水解酸化法三大類。
[0004]好氧生物法由于其操作簡單，出水效果好等特點一般用于處理低濃度有機廢水，但好氧處理存在耗能問題，這個問題是最大的弊端，已越來越受到人們的重視。
[0005]厭氧生物處理法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解水體中有機物的一種生物處理法。與好氧處理相比，厭氧法在處理高濃度有機廢水方面通常具有以下優(yōu)點:(I)剩余污泥產(chǎn)生量少；(2)產(chǎn)生的生物污泥易于脫水；(3)需營養(yǎng)少；(4)不需曝氣所需的能量；
[5]甲烷作為產(chǎn)物，是一種有用的終產(chǎn)物；(6)能在較高的負荷下運行；(7)活性厭氧污泥能保存幾個月。
[0006]Dong, Z.等報道使用填充有懸浮陶瓷顆粒作為生物載體的厭氧反應(yīng)器處理油田廢水，COD去除率是63%;Gao，R.等報道利用反應(yīng)器體積是1100 m3的兩級UASB反應(yīng)器處理木薯酒精廢水，其進水⑶D濃度是10000-12000 mg/L, COD去除率是90%左右；TakashiNarihiro等研究了利用填充陶瓷載體的上流式厭氧生物反應(yīng)器處理軟飲料廢水，運行了800天，進水COD濃度是3000mg/L，穩(wěn)定運行后COD去除率達到93%以上;孫佳偉等報道利用高溫厭氧EGSB反應(yīng)器處理木薯酒精廢水，當(dāng)進水COD是6000 mg/L時，COD去除率是80%左右;王玉曉報道利用填充聚氨酯泡沫作為載體的移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)處理生活廢水，當(dāng)進水COD濃度是300 mg/L時，穩(wěn)定運行后COD去除率達到91.6%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，使污水處理更加高效徹底，且有效降低經(jīng)濟成本。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，包括如下步驟: 1)將陶瓷材料填充在厭氧反應(yīng)器中作為污泥載體，陶瓷材料的體積占反應(yīng)器工作體積的30%?45%;
2)將厭氧污泥接種在陶瓷載體上，靜置培養(yǎng)，使厭氧污泥吸附在陶瓷載體上；
3)對厭氧污泥進行馴化培養(yǎng)，采用逐級稀釋的木薯酒精廢水引入反應(yīng)器中回流，使固定化的污泥與木薯酒精廢水充分接觸，以COD去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束；
4)將待處理的木薯酒精廢水進入?yún)捬醴磻?yīng)器中進行處理，檢測出水COD的含量，去除率達到98%以上。
[0009]處理過程中有機負荷率是12.00?16.00 kg C0D/(m3 d)，水力停留時間為0.3?0.5h，COD去除率達到98%以上，pH保持在7.0?7.5，出水VFA保持在2.6-5.2 mM，甲烷產(chǎn)量為3200 mL/d左右。通常穩(wěn)定運行階段，從進水到出水的處理周期在4?6天，檢測出水COD的含量，COD去除率達到98%以上。處理周期短。
[0010]步驟I)中陶瓷材料的體積優(yōu)選占反應(yīng)器工作體積的30%?45%，優(yōu)選為35%?40%。
[0011]步驟2)中厭氧污泥的接種量占厭氧生物反應(yīng)器體積的25%?33%。
[0012]步驟2)中所述厭氧污泥的可揮發(fā)性懸浮物VSS是10?45 g/L，總懸浮物TSS是20?50 g/L，VSS/TSS是20%?90%。
[0013]步驟2)中采用人工廢水進行污泥的靜置培養(yǎng)，其配方為乙酸鈉0.25 g/L，丙酸鈉0.25 g/L，丁酸鈉0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氫二鉀0.1 g/L，用NaHCO3調(diào)節(jié)進水pH為7.2，其中為了后續(xù)實驗中污泥能夠適應(yīng)較高的COD，葡萄糖濃度由0.25 g/L逐漸增加至3.5 g/L ο
[0014]步驟3)中回流比為1:3?1:2。
[0015]步驟3)中所述逐級稀釋的木薯酒精廢水的稀釋比例為1:5?1:1。
[0016]污泥負荷提高階段采用逐級稀釋的木薯酒精廢水引入反應(yīng)器中回流，使其與固定化的污泥充分接觸、物質(zhì)交換，稀釋比例為1:5?1:1，C0D去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束。
[0017]所述的木薯酒精廢水含有大量的有機化合物及懸浮物，屬酸性高濃度有機廢水，其中pH值是3.0-6.0, COD是20000?30000 mg/L，總氮是60?80 mg/L，總的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)是I5?30 mM。
[0018]本發(fā)明中所述的厭氧反應(yīng)器可以是任意型號的厭氧反應(yīng)器，將陶瓷材料填充在厭氧反應(yīng)器中作為污泥載體。
[0019]為了研究方便，本發(fā)明所采用的厭氧生物反應(yīng)器是自行設(shè)計并由江蘇南京工大元凱生物能源環(huán)?？萍加邢薰局圃欤Y(jié)構(gòu)見圖1，反應(yīng)器裝置包括:進水貯槽、進水蠕動栗、回流蠕動栗、厭氧反應(yīng)器、夾套、取樣口、支架、三相分離器、沉淀池和集氣裝置;進水蠕動栗兩端分別連接進水貯槽和厭氧反應(yīng)器，夾套設(shè)置在厭氧反應(yīng)器外側(cè)，用于水循環(huán)維持反應(yīng)器的溫度，厭氧反應(yīng)器內(nèi)部安裝有支架，支架讓微生物菌群更好地和陶瓷載體接觸，污水經(jīng)過回流蠕動栗在反應(yīng)器中回流得到較大面積的接觸、處理，通過取樣口測定污水的一系列指標(biāo)，三相分離器使氣液固得以分離，消化氣自反應(yīng)器頂部進入集氣裝置計算甲烷產(chǎn)量和檢測甲烷濃度，污泥顆粒自動滑落沉降至反應(yīng)器底部的固定床，消化液經(jīng)處理后進入沉淀池，污泥經(jīng)過沉淀可以重復(fù)利用。
[0020]按照厭氧污泥的接種量占厭氧生物反應(yīng)器體積的25%?33%，將厭氧活性污泥接種厭氧生物反應(yīng)器中，加入陶瓷載體的體積占反應(yīng)器工作體積的30%?45%，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)，活性污泥里的微生物菌群與陶瓷載體進行物理吸附，利用陶瓷載體多孔的性質(zhì)能夠快速將微生物菌群吸附到孔道和表面上，快速完成菌群固定化過程，吸附于陶瓷載體表面和孔內(nèi)的污泥中產(chǎn)甲烷菌群利用污水中的有機物產(chǎn)生沼氣。
[0021 ]污泥培養(yǎng)馴化階段使用人工廢水進行污泥的靜置培養(yǎng)，其配方為乙酸鈉0.25 g/L，丙酸鈉0.25 g/L，丁酸鈉0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氫二鉀0.1 g/L,用NaHCO3調(diào)節(jié)進水pH為7.2，其中為了后續(xù)實驗中污泥能夠適應(yīng)較高的COD，葡萄糖濃度由
0.25 g/L 增加至 3.5 g/L ο
[0022]污泥馴化階段采用逐級稀釋的木薯酒精廢水引入反應(yīng)器中回流，使其與固定化的污泥充分接觸、物質(zhì)交換，稀釋比例為I: 5?1:1，C0D去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束。污泥馴化結(jié)束，COD去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定后進入穩(wěn)定運行階段，將待處理的廢水通過厭氧反應(yīng)器進行廢水的處理。
[0023]活性污泥經(jīng)過培養(yǎng)馴化、負荷提高、穩(wěn)定運行3個階段，微生物菌群穩(wěn)定地固定在陶瓷載體上，木薯酒精廢水COD去除率穩(wěn)定，厭氧反應(yīng)器達到穩(wěn)定，厭氧反應(yīng)器處理后的木薯酒精廢水COD和揮發(fā)性脂肪酸得到降低，厭氧系統(tǒng)pH值是7.2左右，有利于吸附于陶瓷載體表面和孔內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌利用產(chǎn)乙酸菌代謝產(chǎn)生的乙酸、氫氣和二氧化碳產(chǎn)生沼氣。
[0024]有益效果:本發(fā)明采用添加陶瓷載體的厭氧生物反應(yīng)器處理⑶D是20000 mg/L-30000 mg/L高有機濃度的木薯酒精廢水，經(jīng)過微生物培養(yǎng)和馴化階段，負荷提高階段，穩(wěn)定運行階段共運行400天，COD去除率均穩(wěn)定在98%左右，較已報道的文獻對比具有操作方便，工藝流程簡單，節(jié)省費用，提高資源利用價值，提高木薯酒精廢水處理的效率等優(yōu)點，可以穩(wěn)定高效地處理高有機濃度的木薯酒精廢水。
[0025]本發(fā)明可以進行處理高有機濃度的木薯酒精污水，COD去除率較高，厭氧反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)乙酸菌達到平衡，甲烷產(chǎn)量高，處理后的污水達到排放標(biāo)準(zhǔn)且利于回收利用。
[0026]【附圖說明】:
圖1是厭氧生物反應(yīng)器裝置圖；其中:1-進水貯槽，2-進水蠕動栗，3-回流蠕動栗，4-厭氧反應(yīng)器，5-夾套，6-取樣口，7-支架，8-三相分離器，9-沉淀池，I O-集氣裝置；
圖2是厭氧生物反應(yīng)器隨時間對木薯酒精的COD去除率變化圖；
圖3是厭氧生物反應(yīng)器隨時間出水VFA變化圖；
圖4是厭氧生物反應(yīng)器隨時間出水pH變化圖；
圖5是厭氧生物反應(yīng)器隨時間產(chǎn)甲烷總量變化圖；
圖6是厭氧生物反應(yīng)器隨時間產(chǎn)甲烷濃度變化圖。
【具體實施方式】
[0027]以下實施例中所采用的厭氧污泥來自鎮(zhèn)江長興酒精廠；
所采用的厭氧生物反應(yīng)器是自行設(shè)計并由江蘇南京工大元凱生物能源環(huán)?？萍加邢薰局圃?，總體積為3460 cm3，陶瓷材料尺寸LXD XH是18 X 18 X 18mm，由南京金遠夏化工科技有限公司購買；
木薯酒精廢水來自鎮(zhèn)江長興酒精廠，其pH值是3.0-6.0,進水COD為20000?30000 mg/L，屬酸性高濃度有機廢水。
[0028]實施例1
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明【具體實施方式】進行詳細說明:
一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，包括如下步驟:
1)將陶瓷材料填充到厭氧反應(yīng)器中，厭氧生物反應(yīng)器是自行設(shè)計并由江蘇南京工大元凱生物能源環(huán)保科技有限公司制造，總體積為3460 cm3，陶瓷材料尺寸LXDXH是18 X 18X18 mm，多孔陶瓷載體總體積占厭氧生物反應(yīng)器體積35%?40%;
2)將865?1142mL厭氧污泥接種于反應(yīng)器中的陶瓷載體上，污泥靜置培養(yǎng)階段使用人工廢水進行培養(yǎng)，其配方為乙酸鈉0.25 8/1，丙酸鈉0.25 8/1，丁酸鈉0.25 8/1，尿素0.5g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氫二鉀0.1 g/L，用NaHCO3調(diào)節(jié)進水pH為7.2。其中為了后續(xù)實驗中污泥的微生物能夠適應(yīng)較高的C0D，葡萄糖濃度由0.25 g/L逐漸增加至3.5 g/L，配置的人工廢水COD是1024?4596 mg/L，有機負荷率(OLR)是1.46?10.58 kg C0D/(m3 d)，進水pH為7.2，培養(yǎng)溫度為35 °C，此階段采用靜置培養(yǎng)使污泥能夠較好的固定化在陶瓷載體上，運行6個周期后，其中5天為一個周期，為了更好地培養(yǎng)和馴化微生物，每個周期都要換新的人工廢水，COD去除率達到穩(wěn)定，達到96.05%；
3)之后進入負荷提高馴化培養(yǎng)階段，將木薯酒精廢水按照稀釋比例1:5?1:1進行稀釋進水，進水⑶D是2920?21160 mg/L，有機負荷率(OLR)是1.46?10.58 kg C0D/(m3 d)，是用回流栗控制一定的回流比1:3?1:2，在反應(yīng)器內(nèi)進行回流，使固定化的污泥與木薯酒精廢水充分接觸，以COD去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束，30個周期后反應(yīng)器COD去除率達到穩(wěn)定；
4)進入穩(wěn)定運行階段，此階段采用木薯酒精廢水原水進樣，進水⑶D為20000?30000mg/L，有機負荷率(OLR)是 12.00 -16.00 kg COD/(m3 d)，水力停留時間(HRT)是0.3?0.5h，反應(yīng)器處理污水能力達到穩(wěn)定，處理周期為4?6天，COD去除率達到98%左右，截止當(dāng)前，該處理系統(tǒng)已經(jīng)運行一年半，COD去除率不低于95%，可繼續(xù)運行。
[0029]添加陶瓷載體的厭氧生物反應(yīng)器處理高濃度木薯酒精廢水效果顯著。圖4說明了穩(wěn)定運行后PH保持在7.0?7.5，產(chǎn)甲烷菌在酸性條件下會失去活性，較低的pH不利于厭氧微生物的代謝，其中產(chǎn)甲烷菌的最適PH是中性，本發(fā)明的添加陶瓷的厭氧反應(yīng)器經(jīng)200天運行后，PH可穩(wěn)定在中性，有利于厭氧微生物的代謝，促進沼氣的產(chǎn)生，從圖5和圖6可以看出，甲烷產(chǎn)量為3200 mL/d左右，甲烷濃度68%左右。有機物酸化產(chǎn)生VFA，VFA是甲烷的前體，圖3說明了出水VFA保持在2.6?5.2 mM左右，說明了只有當(dāng)產(chǎn)甲烷菌消耗了氫、乙酸和甲酸等，產(chǎn)酸菌才繼續(xù)降解脂肪酸，因此產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌之間達到穩(wěn)定，進一步說明了添加陶瓷的厭氧生物反應(yīng)器環(huán)境適合厭氧微生物的生長，其中厭氧生物反應(yīng)器處理木薯酒精廢水效果優(yōu)越的原因是陶瓷具有多孔和可重復(fù)性的特點，各種細菌如擬桿菌，變形菌和厚壁菌等都起得降解廢水中有機物的作用，細菌不僅僅沉積在陶瓷載體上，還會包裹絮狀物的保護層從而吸附在陶瓷上，所以陶瓷載體的多孔環(huán)境更適合厭氧細菌的生長，多孔陶瓷是固定微生物和提高高濃度有機廢水有機物去除率的合適載體。
【主權(quán)項】
1.一種陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將陶瓷材料填充在厭氧反應(yīng)器中作為污泥載體，陶瓷材料的體積占反應(yīng)器工作體積的30%?45%; 2)將厭氧污泥接種在陶瓷載體上，靜置培養(yǎng)，使厭氧污泥吸附在陶瓷載體上； 3)對厭氧污泥進行馴化培養(yǎng)，采用逐級稀釋的木薯酒精廢水引入反應(yīng)器中回流，使固定化的污泥與木薯酒精廢水充分接觸，以COD去除率、甲烷產(chǎn)量穩(wěn)定視為馴化結(jié)束； 4)將待處理的木薯酒精廢水進入?yún)捬醴磻?yīng)器中進行處理，COD去除率達到98%以上出水。2.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟I)中陶瓷材料的體積占反應(yīng)器工作體積的35%?40%。3.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟2)中厭氧污泥的接種量占厭氧生物反應(yīng)器體積的25%?33%。4.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟2)中所述厭氧污泥的可揮發(fā)性懸浮物VSS是10?45 g/L，總懸浮物TSS是20?50 g/L，VSS/TSS是20%?90%。5.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟2)中采用人工廢水進行污泥的靜置培養(yǎng)，其配方為乙酸鈉0.25 8/1，丙酸鈉0.25 g/L，丁酸鈉0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氫二鉀0.1 g/L，用NaHCO3調(diào)節(jié)進水pH為 7.2。6.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟3)中回流比為1:3?1:2。7.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟3)中所述逐級稀釋的木薯酒精廢水的稀釋比例為1:5?1:1。8.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟4)中待處理的木薯酒精廢水的pH值是3.0-6.0,COD是20000?30000 mg/L，總氮是60?80mg/L，總的揮發(fā)性脂肪酸是15?30 mM。9.根據(jù)權(quán)利要求1陶瓷材料填充厭氧反應(yīng)器處理木薯酒精廢水的方法，其特征在于，步驟4)中處理中有機負荷率是12.00 -16.00 kg COD/(m3 d)，水力停留時間為0.3?0.5 h，COD去除率達到98%以上，pH保持在7.0?7.5，出水VFA保持在2.6-5.2 mM，甲烷產(chǎn)量為3000?.3500 mL/do
【文檔編號】C02F3/28GK105967327SQ201610380757
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】賈紅華, 周俊, 韓周, 陳非兒, 周華, 姜岷, 韋萍
【申請人】南京工業(yè)大學(xué)