UASB处理牛奶废水的试验研究曹倩男

2012年第3期广东化工第39卷总第227期·127·UASB处理牛奶废水的试验研究曹倩男1，张晔2，王秋云2，赵应群2，马三剑2(1．苏州科技学院环保应用技术研究所，江苏苏州215011；2．苏州科特环保设备有限公司工程部，江苏苏州215156)[摘要]利用厌氧反应器在中温条件下处理牛奶废水。当进水浓度在3000mg/L，水力停留时间在9h时，容积负荷达到9.6kgCOD/(m3·d)以上，COD去除率稳定在85%以上。通过本试验取得的效果，为利用厌氧技术处理牛奶废水提供了设计依据。[关键词]UASB；牛奶废水；厌氧[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2012)03-0127-02ExperimentalStudyontheTreatmentofMilkWastewaterbyUsinganUASBReactorCaoQiannan1,ZhangYe2,WangQiuyun2,ZhaoYingqun2,MaSanjian2(1.EnvironmentalProtectionApplicationTechnologyInstituteofSuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011；2.EngineeringDepartmentofKeteEnvironmentalProtectionEquipment(SuZhou)Co.,Ltd.,Suzhou215156,China)Abstract:Ananaerobicreactorisusedforthetreatmentofmilkwastewaterinmediumtemperaturecondition.Whentheinfluentconcentrationwas3000mg/L,thehydraulicretentiontimewas9h,thevolumetricCODloadingcouldreach9.6kgCOD/(m3·d)andCODremovalrateover85%.Theresultsachievedbythisexperimentwouldprovideadesignbasisfortheanaerobictreatmentofmilkwastewater.Keywords:UASB；milkwastewater；anaerobic1概述随着人民的生活水平不断提高，人们对奶制品的需求量越来越大，促进了牛奶养殖场和牛奶加工厂的相继涌现，带来了巨大的社会和经济效益，但同时也造成了很大的环境污染。乳品厂排放的废水中主要含有蛋白质、脂肪、碳水化合物等营养物质[1]。目前国内外对乳品厂废水的处理方法主要有活性污泥法、生物滤池法、生物接触氧化法、化学凝聚沉淀法等。在上述工艺中物化方法由于化学药剂费用较高而且对溶解性COD的去除效率不高，因此，常用生物处理工艺[2]。在生物处理工艺中，好氧生物处理工艺需要大量的能量以及随时会遇到污泥膨胀和污泥过量生长等问题，相比之下厌氧工艺具有较大的优势，因为它不需好氧曝气装置、污泥生长少，而且厌氧工艺占地面积较小[3]。本课题在实验室研究的基础上，针对高浓度牛奶废水厌氧处理进行了研究，一方面探讨提高牛奶废水厌氧处理效率的可能性，另一方面力求在实验结果的指导下将数据应用于工程实践中，为现实工程中遇到的困难提供有效的解决办法。2试验装置与方法2.1实验方法厌氧实验采用UASB反应器，反应系统示意见图1，反应器分为3个部分：三相分离器、悬浮污泥层区和污泥区。反应器的内径150mm，总的有效容积为3L，温度控制在(37±2)℃，废水通过蠕动泵由反应器底部注入，在顶部溢流出水，所产生的沼气经三相分离器后，由反应器顶部排出，沼气排出管上装有洗气瓶。图1实验反应装置工艺流程Fig.1Processflowdiagramofexperimentalreactor2.2废水水质本试验中处理的废水为苏州伊利乳业废水。废水的水质情况如下：(1)厂方所给数据根据现场取样水质分析及以后企业水量增加后的预测值：COD=6000mg/L；BOD=3000mg/L；SS=1410mg/L；NH3=75mg/L；色度=100倍pH；pH=7~8；水温=31~34℃。(2)实验测得数据COD=3411mg/L；NH3=60.5mg/L；总磷=11.095mg/L；pH=6~72.3污泥接种接种污泥来自无锡某柠檬酸厂IC反应器的颗粒污泥(含水率90%，密度约为1.20×103kg/m3)，接种量为1L颗粒污泥和0.5L消化污泥，反应器内平均污泥浓度为30g/L。2.4试验分析项目及方法(见表1)表1试验分析项目及方法[4]Tab.1Testitemsandmethos序号分析项目分析方法主要仪器及材料1COD重铬酸钾标准法电炉、玻璃回流装置2pH电极法精密酸度计3NH3-N钠式试剂比色法分光光度计4VFA联合滴定法精密酸度计5产气量湿式气体流量计[收稿日期]2011-12-15[作者简介]曹倩男(1987-)，女，江苏南通人，主要从事水污染控制工程工作。控制自动加水装置蠕动泵进水管三相分离器出水管水封瓶厌氧出水温度计探头加热丝厌氧反应器水浴箱广东化工2012年第3期·128·污泥驯化期在污泥驯化期，为了使微生物较快适应环境，采用啤酒加原水的方式培养驯化污泥。至反应器反应稳定后，去除啤酒，使用生活污水和原水混合进水，保持进水流量3L/d，进水浓度在700～800mg/L，且为防止反应器酸化，利用碳酸氢钠调节pH=6.7～7.5，温度控制在(35±2)℃。运行12d，进出水COD及去除率变化如图2。0246810120300600900120015001800进水COD出水CODCOD去除率天数/dCOD浓度/(mg·L-1)020406080100COD去除率/%图2污泥驯化期进、出水COD变化及COD去除率变化Fig.2Duringthesludgeacclimationperiod,changesofwaterinletCOD,effluentCODandtheremovalrateofCOD由图2可以看出，微生物很快就对废水有了适应性，7d后COD去除率上升到80%以上并逐渐稳定在85%左右，出水COD浓度在200mg/L以下，VFA稳定在2～3mmol/L之间，说明了微生物在驯化后能较好的适应该废水。3.2负荷提升期(1)进水量不变，增加进水浓度维持进水流量3L/d，进水浓度由COD1000mg/L逐步提高到2400mg/L，每次稳定3～5d后继续提高负荷，运行20d，情况见图3。1214161820222426283032340500100015002000250030003500天数/d出水COD进水CODCOD去除率COD去除率/%COD浓度/(mg·L-1)0102030405060708090100图3负荷提升期进、出水COD浓度与COD去除率变化Fig.3Duringtheloadliftingstage,changesofwaterinletCOD,effluentCODandtheremovalrateofCOD由图3可以看出，污泥经过驯化期后活性很好，进水浓度从1000mg/L升到3000mg/L，COD去除率一直保持在90%左右，出水COD依然保持在200mg/L以下，出水pH在7.5～8.0之间。(2)进水浓度不变，增加进水量当进水COD浓度达到3000mg/L左右时，即进水全部为原水时，保持进水COD浓度的稳定，通过增加系统单位时间进水量的方法来提高容积负荷。由图4可以看出，当每天进水量在4～8L的范围内，污泥活性良好，COD去除率保持在90%左右。随着每天进水量的增加，达到10L/d时，COD去除率开始有所下降，下降到80%以下，当进水量达到12L/d时，COD去除率下降到70%左右，出水酸臭并伴有跑泥的现象。3032343638404244464850525456586062640246810121416进水水量/LCOD去除率COD去除率/%COD浓度/(mg·L-1)天数/d0102030405060708090100图4负荷提升期进水量与COD去除率之间的关系Fig.4Duringtheloadliftingstage,relationshipofthevolumeofwaterinletandtheremovalrateofCOD0510152025303540455055600246810121416COD去除率/%COD浓度/(mg·L-1)天数/d系统负荷(kg/(m3·d))COD去除率0153045607585100图5系统负荷与COD去除率之间的关系Fig.5RelationshipofsystemloadandtheremovalrateofCOD从图5中可以看出，去除率保持在90%以上时的最高系统负荷可达到9.6kg/(m3·d)，当系统负荷提高到15kg/(m3·d)时，去除率下降到70%以下，出现跑泥现象，系统状况恶化，去除率难以进一步提高。由此可推断针对这种牛奶废水UASB厌氧反应器所能够承受的最佳容积负荷为9.0～9.6kg/(m3·d)。在此期间，为观察厌氧反应器对氨氮的影响，间断测得氨氮的进出水含量。结果为进水COD为1500mg/L时，进水氨氮26.8mg/L，出水氨氮为99.9mg/L；COD为3000mg/L时，进水氨氮60.5mg/L，出水氨氮为109.8mg/L。3.3负荷稳定期为了试验UASB厌氧反应器对牛奶废水的耐冲击负荷，维持进水量8L/d，进水COD3000mg/L以上一段时间，其去除率以及出水COD浓度的变化情况如图6。5860626466687072747678808284868890929405001000150020002500300035004000天数/dCOD浓度/(mg·L-1)COD去除率/%74768078828486889092进水COD出水CODCOD去除率94图6负荷稳定期进、出水COD浓度与去除率变化Fig.6Duringtheloadstabilizationperiod,changesofwaterinletCOD,effluentCODandtheremovalrateofCOD(下转第98页)广东化工2012年第3期·98·期近年来，我国液化气芳构化装置从无到有，发展迅速。目前，仅山东地炼芳构化的产能就达349万t/a，同时，副产大量的芳烃液化气，带来芳烃液化气的资源化利用问题。4芳烃液化气作乙烯裂解原料芳烃液化气作乙烯原料优于重质油品裂解原料：乙烯收率高，裂解炉清焦周期长，经济效益好[6]；但与石脑油相比，乙烯收率、乙烯产量明显降低，丙烯收率有所增加；最佳反应温度为845~850℃，装置能耗增加；若LPG低于石脑油360元/t，可作裂解原料[7]。液化气中的烯烃在裂解炉中会发生聚合、环化、缩合和结焦反应，因此通常要求将芳烃液化气中1%~5%不饱和烃降至1%以下。低压加氢就是解决该问题的简单有效的方法。采用气体分馏的方法也可将烯烃全分离而除去，但工艺复杂，设备较多[8]。目前尚无C4烯烃加氢工业装置，但加氢技术属于全加氢过程，在催化剂的开发上相对来讲比选择性加氢容易一些，目前有成型的催化剂；工艺流程可借鉴国内应用比较成熟的催化裂化干气(绝热加氢工艺；绝热循环加氢工艺；等温绝热加氢工艺；变温加氢工艺)及裂解汽油加氢工艺技术流程而设计[9]。5丙烷和干气芳构化液化气深加工，不可避免有干气产生。液化气的资源化利用研究中，甲烷与丙烷的芳构化研究备受关注。郑海涛研究xCu6%Zn/HZSM-5(x=0%~0.9%)系列催化剂对甲烷和丙烷混合气体无氧芳构化反应的催化性能[10]。结果表明：在此系列催化剂上，丙烷促进