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    上流式厭氧污泥床處理生物柴油廢水

    發布時間:2021-7-27 11:22:00  中國污水處理工程網

      生物柴油是一種新型的可再生的生物質能源,是目前極具發展潛力的替代能源之一。但生物柴油生產也伴隨著廢水污染問題。生物柴油廢水主要產生于水洗階段,是一種集懸浮油、乳化油、溶解性有機物及鹽于一體的多相體系,主要污染物包括油、COD、硫化物、堿、鹽、醇、烴類、懸浮物以及氨氮等。廢水處理難度很大,尤其是硫酸鹽含量高時,會嚴重影響生化處理效果。上流式厭氧污泥床(UASB)工藝是一種具有很大應用前景的生物柴油污水處理技術,具有運行費用低、剩余污泥量少和有機負荷高等優點。但也存在反應速度較慢、反應時間較長、處理構筑物容積大、耐高含量硫酸鹽能力差、有機酸積累快和啟動周期長等問題。

      為解決上述問題,本研究通過UASB處理生物柴油廢水的實驗,分析UASB工藝在投加填料前后對生物柴油廢水的處理效果和運行規律,以期為類似廢水的處理提供技術支持。

      1、實驗部分

      1.1 實驗目的

      實驗在北方某生物柴油廢水處理廠進行。處理用水為該廠經過預處理的含油污水,由生產廢水(包括原料雜水、工藝生產水、工藝生產甘油、濃硫酸)、沖刷廢水、鍋爐房廢水和生活污水組成。生產廢水(COD高達500~600g/L)是主要廢水,其中含硫酸、甘油的質量分數分別為10%、40%,甲醇、短鏈有機物、脂肪酸、脂肪酸甲酯、油脂等合計質量分數2%。實驗通過投加一定比例、一定粒徑的顆;盍献鳛閰捬跷⑸锏妮d體,來快速提高UASB裝置中微生物的活性和數量,從而提高UASB裝置對生物柴油廢水中污染物的去除效果,以及UASB反應裝置的容積負荷,并優化工藝參數,進而降低UASB裝置的投資成本。

      1.2 實驗裝置

      實驗裝置如圖1所示。

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      實驗裝置主體由有機玻璃管制成,以利于觀察UASB裝置運行過程中發生的現象。厭氧反應柱直徑200mm,總高約2m。頂部設置三相分離器、出水口和沼氣收集裝置,以利于氣、液、固三相的分離,沼氣收集裝置與氣體流量計相連;中間筒體進廢水和外循環加熱水;底部設置進水箱和外循環水加熱箱,進水分別通過泵自動控制。外循環系統通過泵調控UASB裝置中廢水的上升流速。

      1.3 實驗過程

      將厭氧污泥(取自該廠一期UASB厭氧污泥,污泥接種量36g/L)和顆粒填料(投加量為裝置有效容積的5%,具體參數如表1所示)先后裝入UASB反應裝置,控制循環上升流速為0.2m/h、溫度為35℃,對比填料投加前、后UASB裝置對污染物的去除效果。

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      實驗過程中廢水由進水箱通過泵進入UASB反應裝置后,在反應區與微生物進行反應后進入三相分離器進行氣、水、泥的三相分離,產氣量通過氣體流量計測量,出水通過出水口排出,污泥下降返回反應區繼續進行廢水處理。裝置反應溫度控制為35℃,通入加熱箱加熱外循環水進入筒體來控制UASB的反應溫度。為了提高廢水的處理效果,通過泵調節UASB外循環流速來控制廢水的上升流速。

      1.4 分析方法

      水質分析項目為COD、產沼氣量、有機酸含量和pH。其中COD通過重鉻酸鉀法測定,產沼氣量通過氣體流量計讀數測量,有機酸含量采用化學滴定法檢測,pH采用pH計測定。

      2、結果與討論

      2.1 COD的去除效果

      進行了UASB裝置加裝填料(進水體積流量2.4L/d)和不加裝填料(進水體積流量0.8L/d)情況下COD去除效果的對比實驗,結果如圖2和圖3所示。

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      從圖2和圖3可以看出,出水COD隨著進水COD的增大而增大,COD去除率總體上隨著容積負荷的增大而減少;UASB裝置加填料后單位時間廢水處理量明顯增加,且前期微生物掛膜啟動時間明顯縮短。

      在不加填料的情況下,當控制進水體積流量為0.8L/d,進水COD為70.55g/L時,COD的平均去除率為84.9%,此時COD容積負荷為5.13kg/(m3·d);當進水COD增加為115.3g/L時,COD的去除率為80.7%,此時COD容積負荷為8.4kg/(m3·d)。在不加填料的情況下,前期出水COD偏高,分析原因認為是接種底泥中部分COD釋放到水中所致。

      在加裝填料的情況下,當控制進水體積流量為2.4L/d,進水COD為59.18g/L時,COD的平均去除率為88.6%,此時容積負荷為12.9kg/(m3·d);當進水COD增加為125.1g/L,容積負荷為27.3kg/(m3·d)時,COD的平均去除率為71.9%,當COD容積負荷提高為54.6kg/(m3·d),此時COD的去除率下降為57.97%。COD容積負荷從12.9kg/(m3·d)增加到54.6kg/(m3·d),雖然此時建設成本降低了約3/4,但是裝置的運行穩定性明顯變差,COD的去除率也下降了約30%。

      綜上所述,在不加填料情況下,UASB裝置容積負荷為5.13kg/(m3·d)時對COD的去除率最高,為84.9%;在加填料情況下,從建設成本、COD去除率和裝置運行穩定性方面考慮,COD容積負荷為12.9kg/(m3·d)時效果較好,此時COD去除率為88.6%。因此建議,UASB裝置COD容積負荷不加填料情況下宜取4~6kg/(m3·d),在加填料情況下宜取10~13kg/(m3·d)。

      2.2 產沼氣量的變化

      進行加填料(進水體積流量2.4L/d)和不加裝填料(進水體積流量0.8L/d)情況下的產沼氣量對比實驗,分析UASB裝置產沼氣量v的變化,結果如圖4、圖5和表2所示。

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      從圖4、圖5和表2可以看出,產沼氣量前期隨著進水COD的增加而增加,后期又呈現下降的趨勢。在不加填料的情況下,當進水COD為70.55g/L時,產沼氣量為1.84L/d,此時COD容積負荷為5.13kg/(m·3d)。在加填料的情況下,當進水COD為18.27g/L時,產沼氣量為11.88L/d,此時COD容積負荷為3.99kg/(m3·d),出水中有機酸濃度為7.95mmol/L。后期產沼氣量隨出水中有機酸含量的增加而呈現明顯下降趨勢,當出水中有機酸濃度為98.81mmol/L時,產沼氣量降為0.77L/d。后期產沼氣量呈現下降趨勢,分析認為是出水中有機酸的大量增加使產甲烷菌受到了抑制所致。

      綜上所述,在不加填料情況下COD容積負荷為5.13kg/(m3·d)時沼氣產量最大,為1.84L/d;在加填料情況下,COD容積負荷為3.99kg/(m3·d)時沼氣產量最大,為11.88L/d。對比不加填料的情況,UASB裝置在加填料的情況下,產沼氣量明顯增加,分析原因認為是作為微生物載體的填料比表面積大、孔隙率高,使得UASB裝置中產甲烷菌數量明顯增多,從而沼氣產量明顯增大。因此,從沼氣產量和能源利用角度考慮,COD容積負荷建議取3~6kg/(m3·d),同時控制出水中有機酸濃度<8mmol/L。

      2.3 有機酸含量和pH的變化

      進行加填料情況下的有機酸和pH變化實驗,進水COD分5個階段提升,每階段運行2d,每天同一時間取樣檢測,分析出水中有機酸含量和pH的變化,實驗結果如圖6所示。

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      從圖6可以看出,出水中有機酸含量隨進水COD增加基本呈現上升的趨勢,有機酸不斷累計,分析原因認為是,每階段COD大幅提升后2d的穩定運行時間較短,產甲烷菌來不及分解厭氧反應產生的有機酸,大量累計的有機酸致使產甲烷菌受到了抑制。

      從圖6還可以看出,出水pH隨進水COD增加呈現下降的趨勢。分析認為是有機酸的不斷累計所致。為保證COD的去除效果和沼氣產量,建議控制出水pH>6.8。如果出水pH≤6.8,應在進水中適當加碳酸鈉或氫氧化鈉調節。

      3、結論

      UASB裝置出水COD隨進水COD的增大而增大,COD去除率總體上隨進水COD容積負荷的增大而減小。當進水COD為59.18g/L時,填料裝填體積比為5%時,UASB裝置對COD的去除率為88.6%,此時裝置容積負荷為12.9kg/(m3·d)。

      產沼氣量前期隨進水COD的增加而增加,后期由于出水中有機酸的大量積累而呈現明顯下降的趨勢。在加填料情況下,當進水COD為18.27g/L時,UASB裝置產沼氣量可達11.88L/d,此時UASB裝置COD容積負荷為3.99kg/(m3·d)。

      出水有機酸含量隨進水COD增加基本呈現上升的趨勢。出水pH隨進水COD增加呈現逐步下降的趨勢。(來源:中交上海航道局江蘇分公司)

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