糖蜜酒精废水微氧厌氧生物脱硫

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 SO24 - 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 SO24 - 去除率均较低 , 大约 1 周 后 CODCr 和 SO24 - 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 % ,SO24 - 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 。
1 —气体 H2S 含量 ;2 —出水 S2 - 浓度 ;3 —S0 生成率 ;4 —S0 浓度 ; 5 —出水 SO24 - 浓度 ;6 —SO24 - 去除率 ;7 —进水 SO24 - 负荷 ;8 —HRT。
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 SO24 - 浓度提高负 荷 ,进水 SO24 - 浓度由 460 mgΠL 增加到 920 mgΠL 时 , SO24 - 去除率较稳定 ,达 80 %以上 ;出水 S2 - 浓度约为 40 mgΠL ;循环气体中 H2 S 气体含量约为 5 % ; 出水中 S0 浓度在 40～130 mgΠL 之间 ,并随进水 SO24 - 浓度的 增加 呈 明 显 上 升 趋 势 。运 行 稳 定 时 , S0 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 。
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 。
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wk.baidu.com标
mgΠL
CODCr
BOD5
SO24 -
SS
130 000
80 000
8 500
200
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 。 112 实验方法
环 境 工 程
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糖蜜酒精废水微氧厌氧生物脱硫3
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
从图 4 还可看出 ,通过改变 HRT 进一步提高负 荷 ,当进水 SO24 - 负荷为 115 kgΠ(m3 ·d) 时 ,SO24 - 去除 率可保持在 80 %以上 ; 气体中 H2 S 气体含量稍微增 加 ,约为 6 % ;出水 S2 - 浓度明显增加 ,达 80 mgΠL ; 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 SO24 - 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
参考文献
[1 ] Clancy PB. Biochemical inhibition of sulfate reduction in batch and continuous anaerobic digestion. Sixth AD2symposium. Sao Paulo ,Brazil , 1991 ,5 (12216) :43261.
在反应器运行较稳定时 ,出水中 S2 - 浓度为 20～ 30 mgΠL ;收集气体中 H2 S 含量较低 ,约为 2 % ;出水中 测出的单质硫浓度为 25～30 mgΠL ,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 。 213 运行阶段
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 。
环 境 工 程
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[124] ,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 SO24 - 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 、K2 SO4 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 mgΠL 、 SO24 - 浓度为5 000 mgΠL ,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 5613 % ,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 kgΠ(m3 ·d) 提 高 至 27 kgΠ(m3 ·d) ,进水的 SO24 - 负荷由 015 kgΠ(m3 ·d) 提 高至 118 kgΠ(m3 ·d) 。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 。
(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 610 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 kgΠ(m3 ·d) , SO24 - 容积 负荷为 113 kgΠ(m3 ·d) 时 ,CODCr 去除率可保持在 40 % 左右 ,SO24 - 去除率达 80 %以上 ,单质硫生成率约为 30 %。
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211 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 。 21111 富含产甲烷菌和硫酸盐还原菌的污泥初期培养
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
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进水 CODCr 浓 度 提 高 负 荷 , 当 进 水 CODCr 浓 度 由 8 000 mgΠL提高到13 000 mgΠL 时 ,出水 CODCr 浓度约 为8 000 mgΠL , CODCr 去除率可稳定在 40 %左右 。此 后 ,维持进水 CODCr 浓度为13 000 mgΠL ,通过降低 HRT 进一步提高负荷 。当 HRT 为 20 h ,进水 CODCr 负荷为 16 kgΠ(m3 ·d) 时 , CODCr 去 除 率 保 持 在 40 %左 右 ; 当 HRT 为 16 h , 进 水 CODCr 负 荷 为 20 kgΠ(m3 ·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 。
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 710 ,培养时间为 2 周 。 21112 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 SO24 - 去除率为 50 %左 右 ,与 B 容器 SO24 - 去除率相当 ;A 容器的出水 S2 - 浓 度约为 20～40 mgΠL ,而 B 容器出水 S2 - 浓度高达40～ 100 mgΠL 。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 S2 - 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 。 212 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 = 20135 gΠL , VSS = 10156 gΠL) 。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 610 , CODCr启动负荷为 5195 kgΠ(m3 ·d) ,SO24 - 启动负荷为 014 kgΠ(m3 ·d) 。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 。
3 教 育 部留 学 回 国人 员 科研启动基金 (教外司留 20022247) 和教育部
科技重点项目 (教技司 2002202119) 联合资助
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
111 实验材料