（市政工程专业论文）微氧水解酸化处理糖蜜酒精废水的实验研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 蔓! 曼! ! ! 曼曼! ! 蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼寰曼曼曼曼曼曼曼皇皇笪曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 蔓曼曼曼! ! 曼曼曼曼曼i i i i 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼囊 摘要 微氧水解酸化工艺是无氧水解酸化基础上发展起来的新型处理工艺，它具有处理效率 高、对毒性物质和盐分承受能力大、耐冲击性负荷性能好、无恶臭气味产生等多方面的 优点，因此近年来受到了重视。本文研究了微氧水解酸化处理糖蜜酒精废水的效果，得 出以下结论： 1 厌氧水解酸化处理效果明显不如微氧水解酸化，这主要是由于参与反应的主要是 兼性菌，微量的溶解氧更有利于它们的生存。而厌氧水解酸化有时会产生恶臭气体甲烷， 而微氧水解酸化可以克服这方面的问题。在h r t 为8 h 时，尽管曝气量不同，但出水p h 的值最低，出水v f a 值最大，出水c o d 趋于平缓，说明h r t 为8 小时处理效果最好。 2 通过实验可以发现在p h = 5 至p i t = 8 之间变化过程中，微氧水解酸化过程都可以进 行，说明水解酸化细菌的适应性较强，能适应不同的p h 环境，p h 为6 5 酸化率最高，反 应进行得完全，此p h 为最佳p h 值。 3 水解酸化将废水中的非溶解状态的有机物截留并转化为溶解状态的有机物或将难 生物降解的大分子的有机物转化为易于生物降解的小分子有机物，以提高废水的可生物 降解性，同时部分去除水中的b o d 。，c o d ，s s 。在不同的水力停留时间下，经过水解酸化后， 废水的1 3 c 都有明显的提高，更有利于后续处理。水解产酸菌具有把大分子难降解有机 物转化为小分子易降解有机物的能力，系统降解大分子有机物也在短时间内完成，具有 明显的高效性。 同时还对水解酸化的影响因素进行如下研究：( 1 ) 曝气量对水解酸化的影响；( 2 ) 温度对水解酸化的影响；( 3 ) 进水浓度对水解酸化的影响；( 4 ) 容积负荷对水解酸化的 影响。通过实验表明，糖蜜酒精废水可以采用微氧水解酸化方法来处理。微氧环境提高 了兼性水解酸化菌的生理代谢功能，由微曝气产生的物理搅拌作用改善了水力条件，强 化了水解污泥与有机底物问的传质作用，改善了高浓度难生物降解废水的水解酸化效果。 水解酸化可以作为一种预处理手段应用，起到承上启下的作用，一是对上一阶段处理的 深化，是为下一阶段的处理创造好的条件。对于不同水质水量的废水，选择与水解酸 化工艺相结合的不同的上阶段处理工艺和后续处理工艺，会使整个处理系统正常运行， 各工艺的处理效果达到最佳。 关键词：糖蜜酒精废水；微氧水解酸化；影响因素；可生化性 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i c r o - a e r o b i ch y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o ni san e wt y p eo ft r e a t m e n tp r o c e s sd e v e l o p e do n t h eb a s i so fh y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n i ti sh i g he f f i c i e n yt r e a t m e n t ，b e a r i n gc a p a c i t yo ft h e t o x i cs u s t a n c e sa n ds a l i n i t y , l o a dp e r f o r m a n c eo fi m p a c tr e s i s t a n c e ，n of o u lo d o r , a n do t h e rm a n y a d v a n t a g e s s op e o p l ep a ya t t e n t i o nt oi ti nr e c e n ty e a r s i nt h ep a p e r , t h ee f f e c to fm i c r o a e r o b i c h y d r o l y s i sa n da c i d i f i c a t i o n t om o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ss t u d i e d t h e c o n c l u s i o n sa r ef o l l o w i n g ： 1 t h et r e a t m e n te f f e c to ft h em i c r o a e r o b i ch y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o ni so b v i o u s l yb e t t e rt h a n t h ea n a e r o b i ch y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o nb e c a u s et h e r ei sm u c hf a c u l t a t i v eb a c t e r i at or e a c ta n d t h et r a c eo fd i s s o l v e do x y g e ni sm o r ec o n d u c i v et ot h e i re x i s t e n c a n a e r o b i ch y d r o l y s i sa n d a c i d i f i c a t i o ns o m e t i m e se m e r g e st h es t e n c ho fm e t h a n eg a s ，w h i l et h em i c r o - o x y g e nh y d r o l y t i c a c i d i f i c a t i o nc a ne n d u r et h i sp r o b l e m a l t h o u g ht h ev o l u m e so ft h ea e r a t i o na r ed i f f e r e n t ，t h e e f f l u e n tp hi st h em i n i m u m ，t h ee f f l u e n tv f ai st h em o s t , t h ee f f l u e n tc o dt e n d st om o d e r a t e i nt h e8 h 。i ts h o w st h a tt h eh o u ro f8i st h eb e s tf o rt h i sr e a c t i o n 2 t h em i c r o - a e r o b i ch y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o np r o c e s sc a nb ea d v a n c e db e t w e e np h = 5a n d p h = 8i nt h er e s e a r c h i ts h o w st h a th y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nb a c t e r i ac a l la d a p tt od i f f e r e n tp h e n v i r o n m e n t ，a n dt h er e a c t i o ni sc a r r i e do u tc o m p l e t e l ya tt h eh i g h e s tr a t eo fa c i d i f i c a t i o ni nt h e p h 6 5 s ot h ep h 6 5i st h eb e s t 3 h y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nc a nw h e t h e rc u to f ft h en o n d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e ra n dc h a n g e i ti n t od i s s o l v e do r g a n i cm a t t e rs t a t u so rc h a n g et h eh i g hc o n c e n t r a t i o nr e f r a c t o r yo r g a n i cw a t e r i n t ol i t t l ec o n c e n t r a t i o nr e f r a c t o r yo r g a n i cw a t e r , i m p r o v et h ew a s t e w a t e rb i o d e g r a d a b i l i t ya n d r e m o v a lt h e b o d 5 ，c o d ，s s a f t e r a c i dh y d r o l y s i s ，t h eb co fw a s t e w a t e rh a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi nt h ed i f f e r e n th y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea n di sm o r ec o n d u c i v et of o l l o w - u p t r e a t m e n t t h ea b i l i t yo fh y d r o l y t i ca c i d o g e n i cb a c t e r i ai sc h a n g i n gr e f r a c t o r ym a c r o m o l e c u l a r o r g a n i cc o m p o u n d s i n t os m a l lm o l e c u l e se a s i l y d e g r a d a b l eo r g a n i cm a t t e r t h es y s t e m d e g r a d a t i n gm a c r o m o l e c u l a ro r g a n i cc o m p o u n d si nas h o r tt i m ea n do b i v i o u s l ye f f i c i a l m e a n w h i l et h ep e p a rs t u d i e st h ei m p a c t i n gf a c t o r so ft h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o ns u c h a s ：( 1 ) a e r a t i o nr a t eo nt h ee f f e c t so fh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n ；( 2 ) t e m p e r a t u r eo nt h ee f f e c t so f h y d r o l y t i c a c i d i f i c a t i o n ；( 3 ) i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o no nt h ee f f e c t so f h y d r o l y t i c a c i d i f i c a t i o n ；( 4 ) v o l u m el o a do nt h ee f f e c t so fh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n t h ee x p e r i m e n t ss h o w t h a tm o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e rc a nb et r e a t e dw i t ht h em i c r o - o x y g e nh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n t h em i c r o a e r o b i cc i r c u m s t a n c e i m p r o v e dp h y s i o l o g i c a l m e t a b o l i s mf u n c t i o no f h y d r o l y s i s a c i d i f y i n g f a c u l t a t i v eb a c t e r i a t h e p h y s i c a l s t i r r i n g f u n c t i o n g e n e r a t e db y 桂林理工大学硕士学位论文 m i c r o a e r a t i o ni m p r o v e dt h eh y d r a u l i cc o n d i t i o n ，m e a n s s t r e n g t h e n e d t h et r a n s f e rf u n c t i o n b e t w e e nh d r o l y s i ss l u d g ea n do r g a n i cs u b s t r a t ea n dp r o m o t e dt h e h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n e f f e c tf o rh i g hc o n c e n t r a t i o nr e f r a c t o r yo r g a n i cw a t e r t h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o nc a nb e u s e da sa p r e t r e a t m e n ta p p l i c a t i o n ，p l a y i n gac o n e t t i n gr o l e ，f i r s td e e p e n i n gt h et r e a t m e n ts t a g e a n ds e c o n di n p r o v i n gb e t t e rc o n d i o nf o rt h en e x tt r e a t m e n t f o rd i f f e r e n tq u a l i t ya n dq u a n t i t yo f w a s t e w a t e r , t h eh y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o np r o c e s sc a nc o m b i n ed i f f e r e n ti n i t i a lt r e a t m e n ta n d f o l l o w i n gt r e a t m e n t i tw o u l dm a k et h ew h o l es y s t e mn o r m a la n dt h ep r o c e s s e sa c h i e v et h eb e s t t r e a t m e n te 仟宅c t k e y w o r d s ：m o l a s s e sa l c o h o lw a s t e w a t e r ；m i c r o - a e r o b i ch y d r o l y t i ca c i d i f i c a t i o n ；i n f l u e n c i n g f a c t o r s ；b i o d e g r a d a b i l i t y 桂林理工大学硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的 完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ：毯遣 签字日期：丝! j ! ：丛 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学 校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学 位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：狱旋 签字日期：砂1 7 年舌月j 歹日 导师签字： 签字日期：勿叩年月 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 大量生活污水和工业废水的肆意排放已经造成了我国水污染严重的现状。全国七大 水系中近一半的河段污染严重，8 6 的城市河段水质超标，其中某些地区特别是水域环境 的污染已严重威胁人民的身体健康和工农业生产。近年来，各地由于水污染导致的停工、 停产事件频频发生，水污染的纠纷逐年增加，成为影响社会稳定的重要因素。与其他废 水的处理方法相似，对于高浓度有机废水的处理方法主要有物理化学法和生物处理法两 大类。 物理化学处理法主要以光化学混凝法、氧化一吸附法、焚烧法等为代表。主要应用 于难生物降解的和有害的高浓度有机废水的处理，及一些可生物降解但废水中含有有害 物质的废水的预处理。这种方法只是将有机物从废水中转移，还需要考虑后续处理，不 能达到标本兼治的效果。生物处理法按参与作用的微生物种类和供氧情况，可分为好氧 法、厌氧法及介于两者之间的水解酸化法三大类。 近年来发展起来的水解酸化法是一种介于好氧和厌氧之间的方法，该方法已广泛地 应用于有机废水的预处理。水解酸化废水处理技术，国外7 0 年代就有大量研究，国内8 0 年代后期才开展此项研究工作。微氧水解酸化工艺是无氧水解酸化基础上发展起来的新 型处理工艺，它具有处理效率高、对毒性物质和盐分承受能力大、耐冲击性负荷性能好、 无恶臭气味产生等多方面的优点，因此近年来受到了重视。 本实验采用微氧水解酸化工艺来处理糖蜜酒精废水，糖蜜酒精废液是指以糖厂制糖 副产品糖蜜为原料，经发酵后醪液在初塔蒸馏出酒精后排放的高浓度、色深、酸度 大的有机废弃液，每生产1 吨酒精排放1 3 - - 1 5 吨废液，每生产1 吨酒精从废醪液排出的 耗氧有机物为0 。6 - 1 吨之多，其c o d 。，和b o d 。含量高，若直接排放将对环境造成严重污 染。糖蜜酒精废液的主要特点是有机物质和悬浮物含量高，易腐败，排入江河会使水体 富营养化造成水体缺氧，严重破坏生态平衡，水质恶化，鱼虾绝迹，河水发臭，饮用水 源污染，影响人体健康。 1 2 糖蜜酒精废水处理的研究意义 糖蜜酒精废水中有机物浓度很高，c o d 。，可达十几万m g l ，而且废水中主要是糖分、 蛋白质、氨基酸以及糖蜜发酵生产酒精的中间产物，是宝贵的资源。如果直接进行处理， 不仅浪费资源，而且会因负荷高而耗费较多的基建投资和运行费用，处理效果也不理想。 因此，通过综合利用的途径，使废水中的有机资源转化成有较高价值的副产品，一方面 桂林理工大学硕士学位论文 可充分利用资源，另一方面可降低废水中的污染物浓度。余下的废水再进行处理，不仅 可以减轻处理负荷，也可保证处理效果。综合来看，资源化与治理污染相结合是糖蜜酒 精废水治理的理想途径，可达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。 1 3 糖蜜酒精废水处理工艺的方法研究 食糖是天然营养食品，它既是直接消费品，又是食品、医药工业的重要原料。全世 界有1 1 4 个产糖国家，其中产糖量在4 0 5 0 万讹以上的有4 5 个1 1 1 。其中，我国现有生 产能力为1 6 0 0 万蚀，大小型糖厂5 0 0 多家，遍布全国1 9 个省区。 我国人均食糖消费仅为7 k g a ，只有世界水平的3 0 左右，居世界食糖消费最少国家 之列。糖蜜( 俗称桔水) 是制糖工艺过程不能再结晶糖的残余糖浆。糖蜜的主要成分是糖， 含糖量一般在4 0 n 4 6 之间，约占干物质的7 8 ，含蛋白质7 5 8 。7 、天然矿物质和维 生素等多种营养成分，是一种具有较高可溶性的碳水化合物。糖业废水具有有机物含量 高、污染负荷大的特点，c o d 甚至可高达8 7 9 3 5 1 1 5 1 5 0 m g l t 2 。 糖业废水可分为：( 1 ) 高浓度糖蜜酒精废水；( 2 ) 中浓度废水，主要来自洗滤布水、洗 罐水和洗地水等；( 3 ) 低浓度废水，主要来自制糖车间的煮糖、蒸发冷凝器、真空吸滤机 和动力车间汽轮发电机等设备的冷却用水。其中，高浓度糖蜜酒精废水中污染物浓度高， 处理困难，是糖业的主要污染源。 1 3 1 生物厌氧滤池 厌氧滤池( a n a e r o b i c f i l t e r ，简称a f ) 是采用填料作为微生物载体的一种高速厌氧装 置，废水向上( 或向下) 通过生物载体，并于装置顶部收集厌氧发酵气体。b o r i e s 3 1 采用降 流式厌氧生物滤池，o l r 为1 4 2 2 0 4 k g ( m 3 d ) ，产气6 5 8 8 m 3 ( m s d ) ，c o d 去除率 6 0 0 旷7 3 ，b o d 5 去除率8 5 0 o - 9 7 。s e t h 4 用类似颗粒活性炭g a c 材料作生长介质，当 o l r 2 2 k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率7 1 8 ，产气量0 4 5 m 3 k g c o d 。c a r o n d o m j t 糖 厂【5 】采用a f 法处理糖蜜酒精废液，容积负荷8 1 0 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率 6 4 8 撕7 4 ，产气率4 4 4 8 m 3 ( m 3 d ) 。r b r a u n 与s h u s s 糖厂采用厌氧滤池处理糖蜜 酒精废液，容积负荷3 0 k g v s s ( m 3 d ) ，c o d 去除率4 7 ，产气率1 3 m 3 ( m 3 d ) 。 1 3 2 上流式厌氧污泥床反应器 上流式厌氧污泥床反应器( u p f l o w a n a e r o b i c s l u d g e b l a n k e t ，简称u a s b ) 是一种污( 废) 水自反应器底部以一定流速自下而上通过厌氧污泥层，有机质等污染物被吸附降解的高 速厌氧反应器。h u l s h o f fp o l l 6 1 发现甜菜糖蜜酒精废水培养的颗粒污泥的比产甲烷活性为 1 2 k g c o d k g v s s d ，颗粒污泥密度在1 0 3 1 1 0 8 2 k m 3 。l i e 一在高温u a s b 中处理 2 桂林理工大学硕士学位论文 制糖废水，c o d 负荷可达4 5 k g ( m 3 d ) ，但出水v f a 浓度明显上升，其处理酸化废水负 荷可高达1 0 0 1 5 0 k g c o d ( m 3 d ) 。比利时k n g s f 糖厂【5 】中试处理糖蜜酒精废水，当进 水c o d 浓度5 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 、c o d 负荷1 3 8 3 1 k g ( m 3 寸) 时，c o d 去除率5 5 4 1 0 ， 产气率6 6 1 0 m 3 ( m 3 d ) 。h a r a d a s l 小试研究表明，当进水c o d 浓度1 0 0 0 0 m g l ，有机 负荷2 8 k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 去除率4 9 , - - 6 7 ，b o d 去除率大于8 0 。j e n i c e k t 9 1 d x 试处理糖蜜酒精废水，c o d 去除率7 8 8 ，体积负荷7 1 k ( m 3 d ) ，产气率2 6 m 3 d 。 s h i b a z a b i c 1 0 l 中试研究c o d 负荷达2 5 3 0 k g ( m 3 d ) ，c o d 去除率为6 0 ，b o d 去除率 大于9 0 ，沼气产率主要受负荷高低的影响，而8 0 4 2 几乎没有影响。陈玉谷 u l u a s b 反 应器运行约半年后进入稳定状态，c o d 容积负荷1 7 2 2 k ( m 3m ，c o d 去除率8 3 9 0 ， 出水c o d 浓度7 7 3 3 1 7 1 m g l 。 1 3 3 膨胀颗粒污泥床 膨胀颗粒污泥床( 简称e g s b ) 是在u a s b 反应器基础上开发出来的新式厌氧反应器， 其结构与u a s b 相似，所不同的是上升流速远大于u a s b ( 一般可达2 5 , - - 6 m h ) ，但小于 流化床，其污泥部分或全部处于“膨胀 状态，废水与颗粒污泥接触更充分。水力停留 时间更短，因而可处理较低浓度的有机废水。k a t o 1 2 1 处理c o d 浓度1 0 0 n 7 0 0 m g l 稀废 水，上升流速2 5 5 5 m h ，负荷1 2 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率在8 0 。0 , - - 9 6 。 1 3 4 氧化塘法 该技术属于天然处理法的一种，利用自然界本身具有的自洁功能，在微生物代谢作用 下，废水中有机物自然降解，以达到治理的目的。该法是广西各糖厂使用最多的方法， 不少于5 0 家糖厂使用。在印度，微型厌氧氧化塘系统应用得非常广泛。印度的r a o t d 【l 列 介绍了一个高质量的土质结构的发酵器收集气体和控制臭气，同时提出发展恰当的好氧 处理技术来处理厌氧后的污水。德国的c a r l o s l l 4 1 报道了r a i n 糖厂用氧化塘进行污水的全 程处理，g e r o n t 糖厂用曝气氧化塘处理糖蜜酒精废水，c o d 去除率达9 0 ，b o d 去除 率达9 7 。我国有的糖厂从日本引进e m 技术l l 副，其工艺流程是：先将e m 菌液按一定 比例投入废液，废液进入氧化塘预处理，使c o d 、b o d 下降5 0 ，再流入更大的氧化 塘，经一周的循环，有机物去除达9 0 以上，该法工艺简单，处理过的沉淀物和废水能 作为肥料和灌溉使用，但废水颜色较深，c o d 未达标。氧化塘法方便、易行资金投入少。 其缺点是：氧化塘容积相当大，且易被废渣和废水填满而失去氧化功能，使c o d 、b o d 达不到排放标准。这只是一种暂时性的处理办法，其目的是避免在枯水期直接向江河排 放高浓度废水，仅起到缓解问题、减轻污染程度的作用，而且一次性投资大，需要场地 宽，受到季节限制，更为可惜的是浪费了酒精废液的糖份、蛋白质、氨基酸和氮、磷、 桂林理工大学硕士学位论文 钾等元素，还得定期清理氧化塘中的沉淀物。 1 3 5 微生物脱色法 酒精废水有很深的颜色，有多酚类褐变产生的黑色素，还原糖碱分解缩合聚合成的 高分子黑色素、拉美德黑色素、焦糖色素，这类色素耐高温，耐光照，色值久置不减， 因此脱色是治理该废水的重要步骤。 n a k a j i m a - k a m b e 1 6 j 发现，新从土壤样品中分离出来的菌种m 3 2 是对糖蜜酒精废水 脱色最好的菌种，m 3 2 属于杆状菌，与b s m i t h i i 最接近，m 3 2 不但能去除小分子色素， 而且能去除大分子色素。g o n z a l e z 7 】研究了用t r a m e t e s v e e r s i c o l o r 脱色，k h 2 p 0 4 为唯一 营养物时，脱色率8 0 ，c o d 去除率7 7 。据m i r a n d a m t l 8 】报道，s p e r g i l l u n i g e r 在震动 培养基间歇工艺中，当添加m g s 0 4 、k h 2 p 0 4 、n h a n 0 3 和碳源3 4 d 后，最大脱色率为 6 9 ；在泡沫反应器连续工艺中的脱色率较低，脱色活性只能维持4 d 。k i m ，s e o n g 1 9 挪1 介绍了一种微生物f u n g u s ：g c d e c l ，d e c l 作为色素脱色微生物被用来在震动闪光系统 中给糖蜜酒精脱色，脱色率达8 7 ，糖蜜酒精的超滤处理脱色效果和d e c l 处理脱色效果 相似。c a r l a 2 1 j 介绍了微生物f u n g u s ：p c ( a t t c c 2 4 7 2 5 ) 对合成焦糖色素、拉美得色素和 h a d p s 色素及取白糖厂的多酚类化合物的生物降解，脱色率分别是7 4 5 、8 7 、8 9 、 7 2 ，f i t z 2 2 j 报道了含酚酸和糖蜜消耗液m s w 浓度对用来处理蒸馏废水的四种f u n g a g c ， c v ，p c ，m s 的生长和脱色的影响，在五倍子酸和香草酸存在下，除c t c 外，f u n g a l 不同程度受到抑制，g c 和p c 的生长速度随m s w 浓度的增加而增加m s 和c v 在m s w 浓度大于5 ( v n ) 时受到抑制。 1 3 6 发酵单细胞蛋白质一厌氧一好氧法 酒精废液可作单细胞蛋白的培养基，先除灰，清液接入种母液发酵，成熟后分离菌 体，干燥即成为蛋白质菌体饲料。据报道前苏联8 5 的酒精废液用于生产饲料酵母。英 国的s h o j a o s a d a t i 报道了在连续培养基中单细胞蛋白s c p 的生产工艺，如果不添加营养 物，生物体的产量5 7 9 l 、c o d 去除率3 1 、s c p 中粗蛋白的含量3 9 6 ；添加营养物 则分别增至8 5 l 、3 9 6 、5 0 6 ，s c p 中基本氨基酸的含量大于黄豆或鱼粉。s c p 生 产中的最终污水循环至发酵段，可减少7 0 的污水排放量。埃及有采用两步好氧问歇工 艺处理合成糖蜜废水生产微生物动物蛋白饲料的报道。p o p o v s 报道了在淹没式生物反应 器中，f i m g i ( m m o l 8 7 ) 能把糖蜜中的糖全部转化为s c p 。文献【2 3 】报道：广西将酒精废液 导入发酵罐，接入热带假丝酵母菌种，通风培养、干燥、粉碎，得饲料酵母粉，生产酵 母粉后的废液仍属高浓度废液，再经厌氧好氧法处理。国内外饲料酵母价格介于鱼粉和 豆粉之间，均低于鱼粉售价，生产规模要在4 t d 以上才不致亏损。 4 桂林理工大学硕士学位论文 1 3 7 微氧技术 将微氧技术应用于污水处理的研究是近几年才发展起来的，大致有4 个方向。 1 用于污泥消化：张全等【2 4 】向污水生化处理设施的剩余污泥中通入少量氧气，在2 0 下反应3 5 - - 一4 0 h ，污泥量由原来的8 0 减为1 5 , - - - 2 0 。胡颖华等【2 5 j 也进行了活性污泥 法污水厂剩余污泥微氧消化的研究，结果表明，污泥经过2 0 d 的微氧消化后，s s 的去除 率达到3 7 0 ，v s s 的去除率达到5 2 o ，达到城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中有机物降解大于4 0 的要求。 2 用于改善出水水质：孙艳玲等【2 6 】采用水解一厌氧一微氧联合处理工艺处理城市污 水的研究结果表明：在总水力停留时间( h r t ) 不超过8 5 h ( 水解2 5 h 、厌氧4 o h 、微 氧2 o h ) ，平均温度为1 9 ，进水c o d 浓度为3 0 0 5 0 m g l 时，总c o d 和s s 的去除率分 别可达7 5 和8 0 以上，总出水c o d 、b o d 。、s s 达到污水综合排放标准( g b 3 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级排放标准；刘红等【2 1 7 】采用微氧生物吸附一好氧生物氧化联合工艺处理生活污水，在 h r t 为9 4 7 h ( 微氧单元3 5 4 h ，好氧单元5 9 3 h ) 条件下，进水c o d 在2 0 0 - 一4 5 0 m g l 时， c o d 和b o d 。平均去除率分别为9 2 6 7 和9 7 7 5 ，出水中c o d 和b o d 。分别低于3 0 m g l 和 7 m g l ，达到污水综合排放标准( g b 3 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级排放标准中相应指标的要求。 3 用于脱氮：微氧状态下，硝化菌和反硝化菌具备各自适合的空间，能够同时发挥 作用，同时发生硝化反硝化反应从而脱除氮；亓化亮等【2 8 j 报道，济青高速公路服务区污 水经厌氧处理后的出水，用微氧工艺可以降解氨氮，并进一步降解厌氧处理出水中的残 留有机物：初里冰等【2 9 】采用微氧颗粒污泥膜反应器处理生活污水，研究结果表明，在进 水氮容积负荷为2 3 8 - - 7 2 6 m g ( l d ) ，反应器氮的去除负荷为2 - - 4 5m g ( l d ) ，在 h r t 为1 6 h 以上时，系统总氮去除率为6 5 - - - 9 2 ，平均去除率为7 7 。 4 用于处理含有毒性或难降解物质的废水：云南昆湖针织厂将原有推流式活性污泥 曝气池改成微氧状态运行，提高了染色废水的处理效果，改善了废水中有机污染物的可 生化性【3 0 】；蓝惠霞等【3 1 1 在微氧条件下培养出能有效降解五氯酚的颗粒污泥，解决了有机 氯化物在厌氧条件下不能彻底矿化的问题；祁佩时等1 3 2 用微氧水解酸化工艺处理高浓度 抗生素废水，降低了难生物降解抗生素废水中的生物毒性物质浓度，减少了抑制性作用， 极大地改善了其生物降解性；z i t o m e r 对厌氧f b r ( 鼓泡流化床反应器) 和微氧f b r 进行 研究比较发现，处理含高浓度硫酸盐有机废水的微氧f b r 比厌氧f b r 的c o d 去除率高出 6 0 以上；k h a n a l 在以葡萄糖为碳源、k ：s 0 4 为硫酸盐源的人工配水条件下，利用氧化还 原电位( o r p ) 控制系统调节供氧量创造反应器的微氧状态，进行了模拟试验研究，结果 表明，在废水的c o d 为1 0 0 0 0 m g l 、s 0 4 2 - 浓度为5 0 0 0 m g l 、控制氧化还原电位在一2 3 0 - - - 1 8 0 m v 时，溶解态和气态硫化物全被去除，甲烷产率提高到了5 6 3 。 桂林理工大学硕士学位论文 第2 章水解酸化处理的基本理论 2 1 水解酸化的作用机理 2 1 1 水解酸化的原理 水解酸化生物处理技术是在厌氧处理技术的基础上发展起来的。根据有氧和 无氧的条件，消化处理可以分为好氧消化和厌氧消化。当产生的污泥量不大时可 以考虑采用好氧消化，而多数情况下，采用好氧消化处理是不经济的。相对于好 氧消化而言，污泥厌氧消化是最古老和最常见的污泥生物处理方法之一，其优点 为：在费用较低、物质产出率高、治病菌破坏率高、产生甲烷等条件下使大量的 污泥得到稳定化1 3 3 4 1 。 厌氧消化是一种普遍存在于自然界的微生物降解有机物代谢过程。凡是有水 和有机物存在的地方，只要供氧条件不好或有机物含量多，都会发生厌氧消化现 象，使有机物经厌氧分解而产生c h 4 、c 0 2 、h 2 s 等气体。但是，厌氧消化是一 个极其复杂的过程，1 9 7 9 年，b r y a n t 等人根据微生物的生理种群的不同，提出 了厌氧消化三阶段理论，是当前较为公认的理论模式【”3 6 1 。第一阶段，在水解 与发酵细菌的作用下，使复杂的有机物质( 包括碳水化合物、蛋白质、脂肪等) 水 解和发酵转化为单糖、氨基酸、脂肪酸等。第二阶段，在产氢产乙酸菌的作用下， 将第一阶段的产物转化为氢、二氧化碳和乙酸。第三阶段，在产甲烷菌的作用下， 将乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等转化为甲烷、碳酸以及新的细胞物质。污泥 的发酵产酸( 包括乙酸和大于两个碳原子的脂肪酸) 过程包含三阶段理论中的前 两个阶段。而这两个阶段还可以分为水解阶段和发酵( 酸化) 阶段。有机物厌氧消 化见图2 1 。 水解在化学上指的是化合物与水进行的一类反应的总称。在废水生物处理 中，水解是指有机物( 基质) 进入细胞前，在胞外进行的生物化学反应。这一阶 段最典型的特征是生物反应的场所发生在细胞外，微生物通过释放胞外自由酶和 连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化氧化反应( 主要包括大分子物质的断 链和水溶) 。 酸化则是一类典型的发酵过程。这一阶段的基本特征是微生物的代谢产物主 要为各种有机酸( 如乙酸、丙酸、丁酸等) 。水解和酸化无法截然分开，是因为 水解菌实际上是一种具有水解能力的发酵细菌，水解是耗能过程，发酵细菌付出 能量进行水解的目的，是为了获取能进行发酵的水溶性基质，通过胞内的生化反 6 桂林理工大学硕士学位论文 应取得能源，同时排放代谢产物( 各种有机酸醇) 。如果废水中同时存在不溶性 和溶解性有机物时，水解和酸化更是同时进行而不可分割。 图2 1 有机物厌氧消化 水解工艺系统中的微生物主要是兼性微生物，它们在自然界中的数量较多， 繁殖速度较快。而厌氧工艺系统中的产甲烷菌则是严格的专性厌氧菌，它们对于 环境的变化，如p h 值、碱度、重金属离子、洗涤剂、氨、硫化物和温度等的变 化比水解菌和产酸菌要敏感得多，并且生长缓慢( 世代期长) 。最重要的是水解工 艺和厌氧工艺中的两类不同菌种的生态条件差异很大。水解工艺是在缺氧条件下 反应，而厌氧工艺则是在厌氧条件下反应。这里说的“缺氧 有别于“厌氧 ， 所谓厌氧作用是指绝对的无氧( 溶解氧d o = 0 ) ，而缺氧作用是指无氧或微氧 ( d o 桂林理工大学硕士学位论文 4 2p h 值对微氧水解酸化反应的影响 水解酸化反应器内水解液的p h 值主要影响水解酸化的速率和水解酸化产物 以及污泥的形态和结构。根据大量实验结果表明，水解酸化微生物对p h 值变化 的适应性较强，水解酸化过程可以在p h 值3 5 1 0 的范围内顺利的进行，但最 佳p h 值为5 5 到6 5 之间。p h 值朝酸性或碱性方向移动时，水解酸化速率都会 减少。 水解酸化是作为厌氧或者好氧处理的预处理，其目的并不是完全矿化有机物， 而是其对大分子物质和难降解物质进行水解，产生小分子的有机酸，使后续的厌 氧或好氧装置能更好地运行。在这里，引入酸化度( a c i d i 6 c a t i o n d e g r e e ) ( 简写为 a d ) 和酸化率( a c i d i f i c a t i o n e f f i c i e n c y ) ( 简写为a e ) 两个概念。 a d ( ) = ( v f a c o d ) x1 0 0 ( 4 1 ) 式中：v f a 一出水挥发酸浓度( 以c o d 当量计c o d ，m g l ) 酸化率( a e ) 的计算方法如下： a e ( ) = ( v f a l - v f a 2 ) 1 0 7 1 0 0 c o d ( 4 2 ) v f a l 出水挥发酸浓度( 以h a c 计m g l ) ； v f a 2 进水挥发酸浓度( 以h a c 计r a g l ) ； c o d 一进水c o d ( m g l ) 1 0 7 为h a c 的c o d 当量值。 酸化度( a d ) 可表示为有机物在某一时刻的酸化程度，而酸化率( a e ) 可表示 为水解酸化反应器的效率。这次实验把酸化率作为主要的衡量标准。 从厌氧水解酸化和微氧水解酸化比较来看，系统在微量氧的情况下曝气量为 2 0 m l m i n 时的处理效果最好，因此，本次主要考察此条件下系统的酸化率。进 水p h 分别为5 、6 、6 5 、7 、8 。 由图4 4 可以看出，无论是酸性、碱性还是中性条件，系统都有很强的适应 性，但总体比较，酸性条件优于中性和碱性条件。p h = 6 5 的初始条件下，反应 酸化率明显高于其它条件，说明此条件下水解反应进行的完全，有机酸产生的比 较多所以酸化率较高。这是由于水解酸化菌种把大分子的有机物断裂成小分子有 机物，进一步使这些小分子有机物转变成有机酸，所以含有大量溶解性碳水化合 物( 如纤维素、半纤维素、木素) 等的废水进入系统后，p h 值将有所降低，也表 现为废水中的可挥发性脂肪酸( v f a ) 值升高。微氧水解酸化过程速度很快，开始 也很早，曲线有一个上升的趋势，说明水解酸化菌活性好，有机酸很快生成。随 着反应的进行，曲线开始下降，这时反应达到了最高峰，h r t 为8 h 时，曲线出 现了陡点。而且可以看出，不同的初始p h 值对微氧水解酸化过程还是有影响的。 桂林理工大学硕士学位论文 通过实验可以发现在p h = 5 至p h = 8 之间变化的过程中，微氧水解酸化过程都可 以进行，说明水解酸化细菌的适应性较强，能适应不同的p h 环境，但如果酸性 太高或碱性太高都会影响产酸过程，p h 为6 5 时酸化率最高，反应进行得完全， 此p h 为最佳p h 值。 5 0 4 5 4 0 3 5 余3 0 墼2