UASB厌氧法处理乳酸废水的实验研究王恩学

2008年第8期广东化工第35卷总第184期·91·UASB厌氧法处理乳酸废水的实验研究王恩学，刘锋，蒋京东，马三剑(苏州科技学院环境科学与工程学院环保应用技术研究所，江苏苏州215011)[摘要]文章介绍了采用高负荷UASB工艺处理L-乳酸废水的实验装置以及实验过程，分析了UASB有机负荷对CODcr去除率影响以及进出水CODCr的变化，并确定了UASB的产沼气率。研究表明，在中温(37±1℃)环境下，UASB有机负荷在6.5kgCODCr·m-3·d-1左右时，CODCr去除率在80%左右，运行稳定。[关键词]L-乳酸废水；UASB；厌氧；实验研究TheExperimentalResearchonLacticAcidWastewaterTreatmentbyUASBWangEnxue,LiuFeng,JiangJingdong,MaSanjian(EnvironmentalProtectionApplicationTechnologyInstitute,CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011,China)Abstract:TheexperimentalequipmentandtheprocessoftheUp-flowAnaerobicSludgeBedtechnologywereintroducedtotreatLacticacidwastewater.TheaffectionofanaerobicorganicloadingtoCODCrremovalrateandtheCODCrvarietyoftheinfluentandtheeffluentwereanalyzed,andthebiogasproductionratewasconfirmed.TheresultsshowedtheCODCrremovalrateofUASBremained80%andransteadilyatthetemperatureof37±1℃andtheorganicloadingof6.5kgCODCr·m-3·d-1.Keywords:lacticacidwastewater；UASB；anaerobic；experimentalresearch乳酸又称2-羟基丙酸，是三大有机酸之一，其含有一个中性碳原子，具有旋光性。左旋性乳酸称为L-乳酸，右旋性乳酸称为D-乳酸，外消旋乳酸称为DL-乳酸。乳酸，尤其是L-乳酸，以其独特的优势，有着广泛的应用前景，主要应用于食品工业、制革业、医药、农业生产中[1]。生产废水主要来源于淀粉发酵以及精制车间，主要含有淀粉糖、菌体、乳酸、醇等有机物。随着乳酸行业的发展，对乳酸废水处理的研究逐渐开始。夏群等[2]采用在调节池后进行起伏然后进入厌氧罐，最后进行接触氧化的工艺进行处理，其中厌氧罐设计容积可容质量为4kg，CODCr去除率为45.1%；王白杨等[3]采用预缺氧脱氮/BIOFOR工艺处理L一乳酸生产废水，出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。本实验在前人研究基础上，采用UASB中温环境下处理L-乳酸废水，将UASB有机负荷提高到6.5kgCODCr·m-3·d-1，研究反应器的工况和效能，并对运行效果进行分析，为乳酸废水的厌氧处理提供理论参考。1实验装置和方法1.1实验废水水样实验用水为某乳酸厂的L-乳酸废水，其水质见表1。[收稿日期]2008-03-31[作者简介]王恩学(1984-)，男，山东沂南人，硕士研究生，主要从事水污染控制的研究工作。广东化工2008年第8期·92·(mg·L-1)6000～7000重铬酸钾法BOD5/(mg·L-1)4000～4500碘量法SS/(mg·L-1)1000～1500标准重量法pH3.8～5.2pH计1.2实验装置和控制条件UASB反应器采用有效内径88mm、高度800mm的有机玻璃管制成，其中反应区容积为3L，进水流量以电子泵控制，自动周期性进水，所产沼气经三相分离器后由反应器顶部排出，沼气排出管上装有集气瓶和湿式气体流量计，整个装置置于可控制温度的恒温柜中，实验温度控制在37±1℃内，水浴加热。工艺流程见图1。图1UASB实验装置工艺流程图Fig.1TheprocessflowchartofUASBexperimentalequipment2实验过程2.1实验方法UASB反应器的运行分为污泥驯化期、负荷提高期、稳定运行期。污泥驯化期。以某柠檬酸厂的厌氧颗粒污泥作为UASB反应器种泥，其中颗粒污泥约占整个UASB反应器容积的1/3，此阶段采取低浓度进水，乳酸废水进入反应器之前加氢氧化钙调节进水pH并加入5mL营养母液[4](营养母液每升含：NH4Cl·4H2O，170g；KH2PO4，37g；CaCl2·H2O，8g；MgSO4·4H2O，9g)。UASB进水CODCr约为2,000mg·L-1，经过20d的运行，CODCr的去除率为80%左右，出水中泥水分离效果好，没有厌氧污泥流失。反应器污泥经过驯化后，逐渐增大反应器的有机负荷，UASB有机负荷从2kgCODCr·m-3·d-1增加到6.5kgCODCr·m-3·d-1，运行约为40d。稳定运行期UASB有机负荷为6.5kgCODCr·m-3·d-1，CODCr的去除率在80%左右。2.2分析项目测定方法(1)COD测定采用重铬酸钾滴定法测定，UASB反应器的进出水每天各测定1次，有时根据反应器的运行情况加测1～2次。(2)pH使用pH测定仪测定，每取一次水样就测定一次水样的pH。(3)UASB反应器沼气量使用安装在反应器的气体流量计测定。(4)总悬浮物浓度(TSS)用标准重量法测定，按照实际的运行情况确定测定次数。(5)挥发性脂肪酸(VFA)按照滴定法测定，按照实际的运行情况确定测定次数。3实验结果分析3.1系统运行情况3.1.1污泥驯化期在反应器驯化污泥阶段，保持进水量为3L/d，逐渐增加反应器的容积负荷，从0.3kg/(m3·d)增加到2.0kg/(m3·d)，pH保持在7.0左右，运行20d后，CODCr去除效率约为80%左右。在这段运行时间内，反应器的运行良好，见图2。图2污泥驯化阶段COD去除率与容积负荷的关系Fig.2TherelationbetweenCODremovalandVLRinslugeculturalstage3.1.2提高负荷阶段污泥完成了驯化阶段，进入提高负荷阶段，共持续了36d，CODCr容积负荷从2.0kg/(m3·d)提高到6.5kg/(m3·d)，CODCr去除效率约为80%。从图3中可看出，随着反应器容积负荷的提高，CODCr的去除率基本保持在80%，此时反应器进入稳定运行阶段。见图3。234010203040506070809010002468101214161820实验天数/dCOD去除率/%0000.501.001.502.002.50容积负荷/(kg·m-3·d-1)COD去除率容积负荷1自动加水装置UASB装置厌氧出水水封气体流量计1：搅拌器2：温度计探头3：加热器电阻4：三相分离器2008年第8期广东化工第35卷总第184期·93·图3提升符合阶段COD去除率与容积负荷的关系Fig.3TherelationbetweenCODremovalandVLRinloadingincreasingstage3.1.3稳定运行阶段在稳定运行阶段，反应器对浓度变化的适应很快，污泥状态良好，保证水力负荷条件基本不变的情况下，控制进水量为3L/d，保持容积负荷在6.5kg/(m3·d)左右，CODCr去除效率在80%左右，运行比较稳定，见图4。图4稳定运行阶段COD去除率与容积负荷的关系图Fig.4TherelationbetweenCODremovalandVLRinstablestage3.2系统运行情况把原水、生活废水和营养母液进行配比，UASB厌氧反应器每天进水量保持3L/d不变，进水CODCr浓度从约2500mg/L开始启动实验，待污泥系统驯化稳定后不断提高进水浓度，试验最终可以达到CODCr平均去除效率为80%左右。以下为在整个实验运行阶段各项实验数据的对比：3.2.1实验阶段进出水的CODCr的对比UASB反应器启动完成之后，随着乳酸废水进水负荷的不断提高，厌氧出水CODCr在不断降低，最后达到出水CODCr只有500mg/L左右，去除效率可高达85%左右，经过厌氧处理后的乳酸废水再通过一级好氧处理即可达到废水排放标准。UASB进出水的CODCr随时间变化的关系见图5。由图5可知，乳酸废水是适合厌氧菌生长的，接种一定量的厌氧颗粒污泥，UASB可以实现快速启动，并能保持很高的厌氧效果。0100020003000400050006000700016111621263136414651566166实验天数/d进水COD/(mg•L-1)02004006008001000120014001600出水COD/(mg•L-1)进水COD出水COD图5进出水COD变化Fig.5TheCODchangeofinfruentandeffluent3.2.2UASB产沼气率的确定在实际废水处理中，常采用BOD5或CODCr表示有机物的含量，而不去测定具体有机物是什么，用CODCr指标代表废水中有机物含量更加方便，1kgCODCr厌氧发酵产生的甲烷量，如不考虑微生物合成，则可按1kg葡萄糖完全氧化所含的CODCr进行计算，1kg葡萄糖相当于1.067kgCODCr，通过计算每去除1kgCODCr可产生标准状态下的沼气0.70m3。确定有机物厌氧转化沼气的理论值，对科学研究和生产实践有理论指导意义，可以估算厌氧消化工程产沼气量[5]。UASB有机负荷在2.5kgCODCr·m-3·d-1时，去除约1.5gCODCr·d-1，开始计量产沼气的体积，产生沼气约为1.0L·d-1。增大有机负荷，产沼气量不断增大，稳定到3.5kgCODCr·m-3·d-1时，去除3.0gCODCr·d-1，产生沼气约为2.1L·d-1。产沼气量与厌氧去除CODCr的关系见图6。图6中曲线的斜率即为产沼率，通过计算，在37℃左右时，每去除1kg的CODCr产生的沼气量为0.6～0.7m3，通过试验研究与理论计算相似。沼气用于燃料燃烧加热、发电等，有非常好的经济效益，相当于节省20～22t·d-1标准燃煤，或发电3～3.3万kWh·d-1。图6产沼气量与厌氧去除CODCr的关系Fig.6TherelationbetweenCODCrremovalandbiogasproduce0246810120.81.62.13.35.46.97.38.710.211.212.714.416.116.201020304050607080901002126313641465156实验天数/dCOD去除率/%0.001.002.003.004.005.006.007.00容积负荷/(Kg·m-3·d-1)COD去除率容积负荷5055607075808590626364656667686970实验天数/dCOD去除率/%5.005.205.405.605.806.006.206.406.606.807.00容积负荷/(Kg·m-3·d-1)去除率容积负荷65沼气产量/(L·d-1)厌氧去除COD量(g·d-1)进水COD/(mg·L-1)出水COD/(mg·L-1)广东化工2008年第8期·94·结语(1)在