不同温度条件下厌氧处理食品废水的试验研究华喜萍

2010年第8期广东化工第37卷总第208期·101·不同温度条件下厌氧处理食品废水的试验研究华喜萍1，曹倩男1，蒋文化2，肖昀1，马三剑1(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，江苏苏州215156)[摘要]本试验采用UASB厌氧反应器对某工业园区食品加工废水进行处理。比较了在中温(37±2℃)和模拟原水水温(26~30℃)的条件下，不同负荷对COD去除率的影响。实验结果显示，当水力停留时间为8h/d时，厌氧反应器容积负荷为6kgCOD/(m3·d)，在模拟原水水温条件下，COD去除率可达到75%左右；在中温条件下，COD去除率可达到80%左右，均有较好的效果；相对于中温而言，原水水温厌氧在工程应用上节省了投资，该实验结果可为该类食品废水厌氧生物处理提供设计运行依据。[关键词]厌氧生物处理；温度；食品废水[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)08-0101-03DifferentTemperatureConditionontheAnaerobicTreatmentofFoodWastewaterHuaXiping1,CaoQiannan1,JiangWenhua2,XiaoJun1,MaSanjian1(1.EnvironmentalProtectionApplicationTechnologyInstitute,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011；2.SuzhouKurtEnvironmentalProtectionEquipmentCo.,Ltd.,Suzhou215156,China)Abstract:TheexperimentusedUASBanaerobicreactortodealwiththefoodwastewater.ThestudyinvestigatedthedifferentloadsonCODremovalrateatrawwatertemperature(26~30℃)andthehighertemperature(37±2)℃.Theexperimentalresultshowedthat,whentheHRT8h/d,anaerobicreactorvolumeload6kgCOD/(m•d),CODremovalratecouldreachabout75%atroomtemperatureconditions;and80%athighertemperatureconditions.Bothhadgoodresults.Relativetothehighertemperature,therawwatertemperatureanaerobicapplicationsinengineeringcansaveinvestment.Theresultscanprovidedesignbasisfortheanaerobicbiologicaltreatmentofsuchfoodwaste.Keywords:anaerobicbiologicaltreatment；temperature；foodwastewater食品工业废水的特点是有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。废水中主要污染物有(1)漂浮在废水中固体物质，如果皮、碎肉、禽羽等；(2)悬浮在废水中的物质有乳蛋白、淀粉、胶体物质等；(3)溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等：(4)原料夹带的泥砂及其他有机物等；(5)致病菌毒等[1]。对食品加工废水的处理一般采用物化法(气浮、混凝沉淀、吸附等)，但其去除效率不稳定、运行费用高、管理操作不便[2]。生物处理法以其成本低、处理效率高、对环境危害小等特点而成为主要的处理方法。UASB反应器作为一种高效厌氧生物处理工艺，从20世纪80年代开发以来主要集中在高浓度有机废水的处理方面，随着环境和能源问题的紧迫，近年来大量的研究集中在UASB反应器在常温甚至低温下对低浓度污水的处理上[3-6]。本研究以UASB反应器作为单纯的厌氧处理工艺，尝试在不同温度条件下，对某工业园区食品(乳制品、果冻、豆制品等)加工过程中产生的水温26～30℃的中低浓度的有机废水进行处理，以期为该类食品废水厌氧生物处理提供设计依据。1实验原料、装置及方法1.1原水水质该废水主要包括果冻布丁、乳酸饮料、豆奶饮料、豆制品等食品加工项目的废水。具体水质指标如下：CODcr为1800～2000mg/L，pH3.8～4.2，NH3-N为110.4mg/L，TP为2.678mg/L。温度26～30℃。1.2主要分析项目及方法pH：pH计；CODcr：重铬酸钾滴定法；NH3-N：分光光度法；TP：分光光度法。1.3实验装置实验装置如图，反应器采用有机玻璃加工而成，UASB反应器的内径90mm，总高700mm，其中三相分离器部分高度为70mm，总的有效容积为3L，进水流量采用PLC控制。图1试验装置Fig.1Testdivice2试验情况与讨论2.1模拟原水水温条件下系统运行情况[收稿日期]2010-04-14[作者简介]华喜萍(1985-)，女，江苏苏州人，在读硕士研究生，主要研究方向为污水处理与理论技术。水浴箱UASB装置气体流量计温度计探头厌氧出水水封瓶出水管三相分离器进水管蠕动泵PLC控制自动加水装置进水广东化工2010年第8期·102·期在反应器启动初期，模拟原水水温26～30℃，COD为2000mg/L左右，且pH较低，为3.8～4.2，未加碱调节pH，微生物不容易适应其环境，容易使厌氧处理过程受到抑制，先将废水COD浓度稀释，逐步增加原水比例直至全部采用原水，保持进水量为3L/d，水力停留时间为24h。同时，反应器的容积负荷也随之逐渐增加，从0.095kg/(m3·d)增加到2.0kg/(m3·d)，出水pH保持在7.5左右，稳定运行两周后，COD去除效率保持在90%以上。在这段时间内，反应器运行良好。进出水COD及去除率变化如图2。02468101214050010001500200025000.00.20.40.60.81.0进水COD出水COD进、出水COD/(mg·L-1)日期/dCOD去除率COD去除率/%图2模拟原水水温第一阶段进出水COD与COD去除率的关系Fig.2TherelationshipbetweenCODandCODremovalofthefirststageatrawwatertemperature由图可以看出，微生物很快显示了对该食品废水有了较强的适应性，五天后COD去除率上升到80%以上，一周后COD去除率逐渐稳定在90%左右，出水COD浓度在100mg/L以下。说明微生物适应了该废水的特性。在第二阶段，通过提升进水水量来提高系统进水负荷，运行情况如图3~5。从图3、4可以看出，当进水水量达6L/d，水力停留时间为12h/d，容积负荷4kgCOD/(m3•d)的情况下，系统的COD去除率约在80%以上。随着进水水量增加，停留时间的缩短，COD去除率最初略有下降，但通过适应既有缓慢的上升趋势，当逐步提升至9L/d，此时HRT为8h/d，容积负荷为6kg/(m3•d)，系统的COD去除率约在75%左右，出水pH在7~7.2，稳定运行，说明厌氧反应器处于运行良好状态，系统对该食品废水具有较好的处理能力。20304050607080050010001500200025000.00.20.40.60.81.0COD去除率/%出水COD进水COD进、出水COD/(mg·L-1)时间/dCOD去除率图3模拟原水水温第二阶段进出水COD与COD去除率间的关系Fig.3TherelationshipbetweenCODandCODremovalofthesecondstageatrawwatertemperature152025303540455055606570758002468100.00.20.40.60.81.0进水水量反应器容积负荷COD去除率/%反应器容积负荷/(kg·m-3·d-1)进水水量/(L·d-1)时间/dCOD去除率图4模拟原水水温第二阶段容积负荷对COD去除效果的影响Fig.4TherelationshipbetweenvolumeloadandCODremovalofthesecondstageatrawwatertemperature203040506070800.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0252627282930COD去除率温度/℃COD去除率/(mg·L-1)日期/d温度图5模拟原水水温时温度对COD去除效果的影响Fig.5TheeffectoftemperatureonCODremovalatrawwatertemperature2.2中温条件下系统运行情况反应器启动初期，在中温条件下，相同水质，进水量为3L/d，逐渐增加反应器的容积负荷，从0.1kgCOD/(m3·d)增加到2.0kg/(m3·d)，出水pH保持在7.5左右，稳定运行两周后，COD去除效率保持在90%以上。在这段时间内，反应器运行良好。进出水COD及去除率变化如图6。0246810121405001000150020002500020406080100进水COD出水COD进、出水COD/(mg·L-1)时间/dCOD去除率COD去除率/%图6中温下第一阶段进出水COD与去除率间的关系Fig.6TherelationshipbetweenCODandCODremovalofthefirststageathighertemperature由图6可以看出，微生物很快显示了对该食品废水有了较强的适应性，4d后COD去除率上升到90%以上，且保持稳定。第二阶段，中温条件下，通过提升进水水量来提高系统进水负荷，运行情况如下图7～8。从图7、8可以看出，随着进水水量增加，容积负荷增加，停留时间缩短，COD去除率最初略有下降，但通过适应既有缓慢的上升趋势，当逐步提升容积负荷至6kgCOD/(m3•d)，系统的COD去除率约在80%左右，出水pH在7～7.2左右，稳定运行。152025303540455055606570758005001000150020002500020406080100进水COD出水COD进、出水COD/(mg·L-1)COD去除率/%时间/d去除率图7中温下第二阶段进出水COD与COD去除率间的关系Fig.7TherelationshipbetweenCODandCODremovalofthesecondstageathighertemperature2010年第8期广东化工第37卷总第208期·103·15202530354045505560657075800123456789100102030405060708090100进水量反应器系统负荷COD去除率/%进水水量/(L·d-1)容积负荷/(kgCOD/(m3·d))时间/d去除率图8中温下第二阶段反应器容积负荷与COD去除率的关系Fig.8TherelationshipbetweenvolumeloadandCODremovalofthesecondstageathighertemperature2.3试验讨论(1)由上图可见，总体看来，在第一阶段反应器启动初期，中温比模拟原水水温更有利于厌氧反应器内微生物对废水的适应。等稳定运行后，不论是在中温还是模拟原水水温条件下，厌氧生物处理该食品废水均有较好的处理效果；当进水水量为9L/d，水力停留时间为8h/d时，厌氧反应器容积负荷为6kgCOD/(m3·d)，在模拟原水水温条件下，COD去除率可达到75%左右；在中温条件下，COD去除率可达到80%左右。(2)在稳定运行期间，进水COD不变，通过