糖蜜酒精废水微氧厌氧生物脱硫.pdf

糖蜜酒精废水微氧厌氧生物脱硫 ＊ 解庆林 李亚伟 李丽芳 桂林工学院资源与环境工程系, 广西 541004 摘要 糖蜜酒精废水属于富含硫酸盐的高浓度有机废水, 采用微氧厌氧生物脱硫技术进行处理。 在同一反应器中先 利用硫酸盐还原菌 SRB 将糖蜜酒精废水中的硫酸盐还原为硫化物, 然后利用无色硫细菌 CSB 在微氧状态下将硫酸 盐还原产物 硫化物氧化成硫单质, 消除了硫化物对产甲烷菌的毒害作用。 研究结果表明, 此工艺脱硫效果显著。 关键词 微氧厌氧 硫酸盐还原 生物脱硫 糖蜜酒精废水 ＊教育部留学回国人员科研启动基金 教外司留 2002 -247 和教育部 科技重点项目 教技司 2002 -02119 联合资助 0 引言 糖蜜酒精废水是富含硫酸盐的高浓度有机废水,在 进行厌氧生物工艺处理时 ,会生成大量对产甲烷菌有 毒性作用的硫化物,降低甲烷产率。为了控制硫化物 毒性,人们提出了多种方法 [ 1-4] ,但这些方法都不理想。 近来研究表明 无论是在厌氧微环境中还是分散 的悬浮状态下, 厌氧菌均可与好氧菌共存 ,而且污泥 可呈现出高的产甲烷活性 [ 5] 。Zitomer [ 6] 对厌氧 FBR 反应器和微氧 FBR 反应器进行比较研究发现, 处理 高浓度 SO 2- 4废水的微氧 FBR反应器比厌氧 FBR 反 应器 CODCr去除率高出 60以上 。Khanal [ 7] 在以葡萄 糖为碳源 、 K2SO4为硫酸盐源的人工配水条件下, 利 用ORP 控制系统 ,进行了调节供氧量的硫化物在线控 制的研究。结果表明,在废水的 CODCr为10 000 mg L、 SO 2- 4浓度为5 000 mg L ,通过微氧使氧化还原电位控 制在 - 230～ - 180 mV 时 ,溶解态和气态硫化物全被 去除, 甲烷产率提高到了 56. 3, 这表明在微氧厌氧 处理含高浓度硫酸盐废水时通过ORP 控制进氧量在 线控制硫化物是可靠的 。但多数研究均为人工配水 实验 ,直接利用实际废水开展的研究较少。 在国内 ,董春娟等人 [ 8] 分析了微氧产甲烷系统的 工艺特点 ,指出由于加入适量氧而使厌氧菌、好氧菌、 兼性菌等共存于同一反应器中 , 协同代谢污染物, 使 系统出水 CODCr低 、 污泥产量少、抗冲击负荷能力强, 同时能使毒性和难降解物质彻底降解 。李亚新等 [ 9] 以人工合成含硫化物废水为进水 , 以陶粒为填料, 通 过无色硫细菌生物膜反应器开展了硫化氢氧化生成 单质硫的实验, 硫化氢的去除率可达87以上 。 本研究以广西某公司的糖蜜酒精废水为实验对 象,重点探索微氧厌氧条件下使硫酸盐形成单质硫, 为后续厌氧处理工艺消除硫酸盐影响的途径 。 1 材料与方法 1. 1 实验材料 实验所用废水水质指标见表 1。实验过程中, 根 据需要将原水用自来水进行稀释。 表 1 原水水质指标mg L CODCrBOD5SO2 - 4 SS 130 00080 0008 500200 实验主要设备 微氧厌氧反应器, 以 UASB 为主 体设备 ,附设氧气供给和循环收集气体装置而成, 用 于糖蜜酒精废水除硫 。 1. 2 实验方法 工艺流程见图 1。硫酸盐还原 、 硫化物氧化和产 甲烷三位一体, 在微氧厌氧反应器中同时进行, 大部 分硫酸盐和有机质被同时去除 ,并可生成单质硫。 图 1 工艺流程示意图 2 实验结果和分析 微氧厌氧生物脱硫实验共包括 3 个阶段 污泥培 养阶段、 反应器启动阶段和反应器运行阶段。 17 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 2. 1 污泥培养阶段 为成功培养出同时富含产甲烷菌 MPB 、硫酸盐 还原菌 SRB 和无色硫细菌 CSB 3 菌种并具有较高 活性的污泥 ,首先对污泥进行初期培养 , 先驯化出富 含MPB 和 SRB 的污泥 ; 然后再将污泥驯化成同时富 含MPB、 SRB 和 CSB 3菌种的污泥 。 2. 1. 1 富含产甲烷菌和硫酸盐还原菌的污泥初期培养 A、B 两个相同的容器中各放置厌氧消化污泥 6 000 g 在室温下进行培养, 以 NaHCO3调节 pH 值至 7. 0,培养时间为 2 周。 2. 1. 2 富含产甲烷菌 、硫酸盐还原菌和无色硫细菌 的污泥后期培养 CSB 的生活条件较广泛 , 在有氧存在的条件下, CSB 能氧化硫化物并从中获取生长活动所需的能量。 若控制反应条件, 即维持一定的微氧状态, CSB 在环 境中可大量生长 ,并将硫酸盐的还原产物硫化物氧化 为单质硫。本实验在室温下向A 容器中通入适量氧 气进行污泥培养 ,培养时间为 1 个月。培养过程中, 每2 d 取样分析 1 次,与 B 容器污泥培养实验结果进 行CODCr、 硫酸盐去除率的对比 。 当逐渐增加废水中有机质和硫酸盐浓度时,A 容 器中CODCr去除率可保持在 30以上, B 容器 CODCr 去除率约为 15; A 容器的 SO 2- 4去除率为 50左 右,与 B 容器SO 2- 4去除率相当 ; A 容器的出水 S 2-浓 度约为20～ 40 mg L ,而 B容器出水S 2-浓度高达40～ 100 mg L 。由实验结果可知,与 B 容器的去除结果相 比,A 容器的 CODCr去除率较高 , 出水中 S 2-浓度较 低, 且有淡黄色硫颗粒产生 。取 A 容器中少量污泥 进行镜检得知, 细菌类别主要为脱硫弧菌 、 甲烷杆菌 和硫杆菌 。 可见, 维持一定的微氧厌氧条件, 不仅可使 CSB 大量繁殖 ,而且在废水中硫化物浓度得到有效控制的 基础上,MPB 和 SRB 同样可大量生长在此环境中 。 2. 2 启动阶段 将A 容器中初期培养的污泥接种至微氧厌氧生 物脱硫反应器, 接种污泥量为 6 L , TSS 20. 35 g L, VSS 10. 56 g L 。反应器启动为连续运行。反应器 运行温度为 30 ℃, HRT 为 24 h, 进水 pH 值为 6. 0, CODCr启动负荷为 5. 95 kg m 3d ,SO2- 4启动负荷为 0. 4 kg m 3d 。启动过程中定期向反应器中通入氧 气,测定仪监控反应器内 ORP 为 -250～ -220 mV。 每2 d 取样分析 1 次,分析结果如图 2所示。 图 2 启动期CODCr及SO2- 4 去除结果 由图 2 可看出, 反应器自接种污泥后, 开始阶段 CODCr和 SO 2- 4去除率均较低 , 大约 1 周后 CODCr和 SO 2- 4去除率开始呈现增长趋势 ; 2 周后 , 反应器运行 较稳定,CODCr去除率达 50,SO 2- 4去除率达80,这 表明反应器内 SRB 和MPB 生长及繁殖情况均良好 。 在反应器运行较稳定时 ,出水中 S 2-浓度为 20～ 30 mg L ; 收集气体中 H2S 含量较低,约为 2; 出水中 测出的单质硫浓度为 25 ～ 30 mg L, 单质硫生成率为 20～ 25,约为理论生成率的 60, 这主要是由于 未考虑反应器内壁附着和存于污泥中的硫颗粒的缘 故,从而造成实测值与理论值之间的差别 。但该实测 值可基本反映单质硫的生成情况和反应器内的 CSB 的生长情况 。 2. 3 运行阶段 在反应器启动运行较稳定后 ,进入负荷运行期, 使进 水 的 CODCr负 荷 由 8 kg m 3 d提 高 至 27 kg m 3d ,进水的 SO2- 4负荷由 0. 5 kg m 3d 提 高至 1. 8 kg m 3d 。 控制 温度为 30 ℃, ORP 为 - 230 mV左右 。实验共运行 6 周, 每 2 d 对监测项目 进行分析 1 次。分析结果见图 3和 4。 图 3 负荷期反应器 CODCr去除结果 由图 3 可看出,维持HRT 为 24 h ,通过逐步增加 18 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 进水 CODCr浓度提高 负荷, 当进水 CODCr浓 度由 8 000 mg L提高到13 000 mg L 时, 出水 CODCr浓度约 为8 000 mg L , CODCr去除率可稳定在 40左右。此 后, 维持进水CODCr浓度为13 000mg L, 通过降低HRT 进一步提高负荷 。当 HRT 为 20 h, 进水 CODCr负荷为 16 kg m 3d 时, COD Cr去除率保持在 40左右; 当 HRT 为 16 h , 进水 CODCr负荷为 20 kg m 3 d 时, CODCr去除率低于 30 ,并开始随HRT 的降低而呈下 降趋势。其原因是反应器内参与生化反应的微生物 种类较多, 不同种类的微生物要求的 HRT 不同 ,当减 小HRT 时 ,硫酸盐的还原产物硫化物浓度增长较快, 相对转化为单质硫的比例减小 ,造成反应器内硫化物 浓度过高 ,从而抑制MPB 的生长, 降低 CODCr去除率。 1气体H2S 含量; 2出水S2 -浓度; 3S0生成率; 4S0浓度; 5出水SO2- 4 浓度; 6SO2 - 4 去除率; 7进水 SO2- 4 负荷; 8HRT 。 图 4 负荷期反应器硫酸盐迁移转化结果 从图 4 可看出, 通过增加进水 SO 2- 4浓度提高负 荷,进水SO 2- 4浓度由 460 mg L 增加到 920 mg L 时, SO 2- 4去除率较稳定 ,达 80以上; 出水 S 2-浓度约为 40 mg L; 循环气体中 H2S 气体含量约为 5; 出水中 S 0 浓度在 40～ 130 mg L 之间, 并随进水 SO 2- 4浓度的 增加呈明显上升趋势。 运行稳定时, S 0 生成率达 30。由此可见 , 控制反应器内的微氧状态, 可以使 大部分硫酸盐还原为硫化物, 而生成的硫化物大部分 被氧化为单质硫 。 从图 4 还可看出 , 通过改变 HRT 进一步提高负 荷,当进水 SO 2- 4负荷为 1. 5 kg m 3d 时 ,SO2- 4去除 率可保持在 80以上 ; 气体中 H2S 气体含量稍微增 加,约为 6; 出水 S 2-浓度明显增加, 达 80 mg L; 单 质硫生成率有所降低 ,约为20,并随HRT 的降低而 呈下降趋势。这表明通过改变 HRT 提高运行负荷, 对SO 2- 4去除效果的影响较小, 而对单质硫生成率的 影响较大, 因为降低 HRT 时, 反应器内硫化物的浓度 增长较快,CSB 不能及时将其转化为单质硫, 大部分 硫化物随出水排出 ,导致出水中硫化物浓度增加, 单 质硫的生成率则相对下降 。 3 结论 1 经过驯化培养 ,可以得到同时富含MPB、SRB 和CSB ,并具有较高活性的污泥 。在微氧厌氧条件下 将硫酸盐转化为单质硫是可行的。 2 在温度为 30 ℃, ORP 为 - 230 mV 左右 ,进水 pH 值约为 6. 0 的条件下, 糖蜜酒精废水经过自来水 稀释 ,当进水 CODCr负荷为 16 kg m 3 d , SO2- 4容积 负荷为 1. 3 kg m 3d 时 ,COD Cr去除率可保持在 40 左右,SO 2- 4去除率达80 以上,单质硫生成率约为30。 参考文献 [ 1] Clancy PB. 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[ 9] 李亚新, 储江林, 池勇志. 无色硫细菌氧化 SRB 还原硫酸盐产物 硫化氢生成自然硫. 城市环境与城市生态, 2002, 15 5 4 -7. 作者通讯处 解庆林 541004 广西桂林市建干路 12 号 桂林工学 院资源与环境工程系 电话 0773 5896271 E -mail xqinglinhotmail. com 2005- 08-30 收稿 19 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 TEST OF AmOnINTEGRATIVE BIOREACTOR FOR WASTEWATER TREATMENT Liu Changqing Zhang Yalei Zhao Jianfu et al7 Abstract The bench-scale study on AmOnintegrative process was discussed. The result shows that AmOnintegrative process has high efficiency of removing CODCrand nitrogen, and the concentration of CODCr, NH3-N and TN in effluent reaches the national effluent ernission standard. AmOnintegrative process has widespread prospect for application and high value for further research. But the process has poor efficiency on TP removal, and it will be improved by equipment and technique modification next time. Keywords wastewater treatment, AmOn, integrative bioreactor and N P removal ENGINEERING PRACTICE OF TREATING CHEMICAL WASTEWATER BY THE HYDROLYSIS A O PROCESSLi Tong Yin Ailing Wang Yongqing 10 Abstract Lanzhou Petrochemical Company used the hydrolysisacidificationA O new process to treat chemical wastewater. After treatment, BOD5 CODCrof wastewater wasincreased from 0. 2 to 0 . 37 and the biodegradability of chemicalwastewater was raised. After treating the chemicalwastewater by facultative -aerobic microbes, the CODCrremoval rate was about 85 and NH3-N removal rate was about 85. Keywords chemical wastewater, wastewater treatment, hydrolysis acidification andA O treatment process TREATMENTOFHIGHCONCENTRATIONSLAUGHTERHOUSEWASTEWATERWITH ANAEROBIC UASB AND COAGULATION SEDIMENTATIONGuo Yongfu Chu Jinyu 12 Abstract The process of UASB reactor and coagulation -sedimentation was used to study treatment of high concentration slaughterhouse watewater. With UASB reactor to treat slaughterhouse wastewater, the volume load of CODCrcould reached 6. 8g Ld , and the removal rate of CODCrwas about 93. A certain quantity of poly -ferric sulfate and auxiliary agentMZ was added to the effluent of UASB, the experimental results showed the effluent of slaughterhouse wastewater system could be up to the second order of “ Discharge Standard of Water Pollutants for Meat Processing Industry” GB13457 -92. Keywords slaughterhouse wastewater, UASB, coagulation sedimentation and granular sludge TREATMENT OF WASTE WATER OF EXTRACTING SODIUM AESCINATE Su Hong Zhang Xiaojie Chang Xianbo 15 Abstract There are starch, pigment and pectin in the waste water of extracting sodium aescinate. Sodium aescinate in the extractant is easy to foam and difficult to be reclaimed and treated. The concentration of synthetic waste water was reduced by foam inhibitor YP -1, and was used to treat and recover residual effluent, thus reducing the concentration of the synthetic wastewater. The CODCrof effluent was less than 100 g L, which couldmeet the national discharge standard by three hours treatment of hydrolytic acidification and six hours treatment of aerobic biotreatment. Keywords waste water of sodium aescinate, hydrolytic acidification and treatment of waste water USING OXYGEN -LIMITED ANAEROBIC BIOLOGICAL DESULPHURIZATION PROCESS TO TREAT MOLASSES DISTILLERY WASTEWATERXie Qinglin Li Yawei Li Lifang 17 Abstract The molasses distillery wastewater, one of the typical high -concentration organic watewater with high sulfate, was treated using oxygen -limited anaerobic biological desulphurization process. The sulfate in molasses distillery wastewater was firstly reduced into sulfide by sulfate reducing bacterium SRB. Then, the sulfide ed in the er stage was oxidized biologically into sulfur with colorless sulfur bacterium CSB under oxygen -limited condition, inwhich the sulfide poisonous influence on methanogenesis could be eliminated. The experimental results showed that this process had a remarkable desulphurization effect. Keywords oxygen -limited anaerobic process, sulfate -reducing, biological desulphurization and molasses distillery wastewater DESIGN, DEBUGGINGANDOPERATIONOFSAPONINWASTEWATERTREATMENT PROJECTDanJinfeng Yuan Songhu Liu Lixiang et al 20 Abstract It is introduced the practical engineering of treating saponin wastewater by combination of inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aeration and advanced treatment, and the quality of the effluent confirms to the first class of “ Integrated Discharge Standard of Wastewater” GB8978 -1996. The debugging and operation of the system are introduced as well. Keywords inner -electrolysis, UASB, anaerobic, aerobic and saponin wastewater THE ADJUSTED PRACTICE OF OPERATIONAL PARAMETERS OF THREE -TANK OXIDATION DITCH UNDER LOW ORGANIC LOADINGZhou Shuxiang Cao Guoping Sun Jincheng 22 Abstract Because the organic loading of the influent of a wastewater treatment plant on the east outskirts of Tangshan is far below the design 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006