（环境工程专业论文）好氧脱水污泥接种高温uasb处理酒精废水.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys c l e n c ea n dr 1 e c n n 0 1 0 9 v m a s t e rc a n d i d a t e ：x i a oy r u n s u p e r v i s o r ： a s s o c i a t ep r o j i a n gj i n g d o n g m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n d1 e c h n o l o g y s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g j u n e 2 0 1 1 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 敝储躲鼻年_ 嗍举月母 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保 存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学 校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文：同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 苏州科技学院硕士学位论文摘要 摘要 随着城市的越来越密集，城市人口的急剧增加，污水处理厂的设立也越来越多， 随之产生的待处置脱水污泥的处置问题，也成为目前许多专家面临和挑战的问题。 同时，随着工业的发展，废水厌氧处理领域不断扩展，高温厌氧生物技术逐渐成 熟的适用于各种高温废水，如酒精、食品、加工等废水。然而，高温反应器内的接种 污泥由于运输成本和价格昂贵，在整个废水处理处置中占有了相当大的比重，无形中 增加了企业的负担，因此，需要，寻求能够快速、高效、廉价的污泥接种反应器，同 时保证获得相同的处理效率。 本文在高温环境( 5 5 1 ) 下，采用3 l 的上流式厌氧污泥床反应器( 简称u a s b ) 接种某污水处理厂好氧脱水污泥，实现快速启动并能处理一定负荷的发酵类废水。 由于厌氧污泥的形成和性质受到多种因素的影响，因此培养过程中通过检测p h 、 出水c o d 、去除率、产气量、容积负荷及水力停留时间等参数的变化情况确定反应 器的运行状况，研究发现： 1 接种污泥为好氧脱水污泥，接种前期由于氧气的突然隔绝，大量好氧微生物死亡， 引起污泥老化脱落，反应器内出现大量浮泥，出水浑浊，出水c o d 不稳定，处 理效果一般，前期产甲烷量较少，随着反应器的运行，当反应器中厌氧污泥恢复 活性继而大量繁殖，并占据主导位置时，反应器的处理效果在短期内急剧提升， 产气充足。 2 保证水中足够的碱度对于厌氧颗粒污泥的形成是必要的。虽然实验证明，对于成 熟的颗粒污泥来说，较低的进水碱度不会影响反应器的稳定运行，但是在颗粒污 泥的形成阶段，足够的进水碱度依旧是不可缺少的。 3 在高温( 5 5 l ) 条件下，u a s b 反应器接种好氧脱水污泥能够培养出良好的 厌氧污泥，处理小麦酒精废水，在保证去除率在8 0 谓5 范围内、稳定运行的 前提下，反应器内的最高容积负荷为2 9 k g c o d m 3 d 3 1 k g c o d o d 左右，出水 c o d 在2 0 0 0 m g l 以下，出水p h 维持在6 7 7 之间，最大产气量达到1 7 l d 左 右。 4 在高温( 5 5 1 ) 条件下，u a s b 反应器接种好氧脱水污泥能够培养出良好的 厌氧污泥，处理木薯酒精废水，在保持c o d 去除率在8 0 8 5 的条件下，容积 负荷最高达到3 5 k g c o d m 3 d 左右，出水c o d 低于1 5 0 0 m g l ，出水p h 维持在 6 7 7 之间，最大产气量达到2 7 l d 3 0 l d 。 苏州科技学院硕士学位论文摘要 5 实验所得的结果对有机废水的厌氧生物处理有着重要的理论与工程意义。 关键词：好氧；快速启动；高温；u a s b m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u 疝o uu n i v e r s 时o fs c i e n 肌dt e c l l n o l o 鲥a b s 慨t a b s t r a c t a st l l ec i t i e sb e c o m em o r e 趴dm o r ea g g l o m e r a t e ，、) l ，i 也r a p i di n c r e 懿i n gi i lp o p u l a t i o n t h e 豫盯em o r e 趿dm o r ew 嬲t e w a t e r 讹a t m e n tp l a n t s ，锄d 也ep r o b l e mo ft l l ed i s p o s a lo f t l l ed e w a t e r e ds l u d g e ，i sa l s ot h eg r e a tp r o b l e mf a c e d 觚dc h a l l e n g e db ym 锄ye x p e n s a st l l ei i l d u s t r i a ld e v e l o p i n g ，t l l ef i e l do f 锄a e r o b i cw a s t e w a t e r 骶撇e n ti se x p 锄d i n g ， t i l el l i 曲t e m p e r a t u r e 觚r o b i ct e c h n o l o g yi s 吣e di i l 讹a t i n gm 锄yk i r l d so fl l i g l l - t e m p e r a _ t u r ew a s t e w 纳e r ，l i k ea l c o h o lw a s t e w a t e r f o o dp r o c e s s i l l gw a s t e w a t e r 姐ds oo n h o w e v e r ，t l l e 位m s p o r t a t i o nc o s ta r l dp r i c eo fm ei n o c u l a t e ds l u d g ei i lt h el l i g l l - t e m p e r a _ t u 他 r e a c t o ri sv e 巧e x p e n s i v e ，w h i c ho c c u p i e sas i 鲥f i c 锄tp r o p o n i o ni nw 弱t e w a t e r 仃e 咖e n t 龇1 dd i s p o s a l ，锄di i l c r e 孙e st l l eb u r d e no ft h ee n t e r p f i s e s o ，、en e e dt 0r e s e a r c hs o m ef 如t e 街c i e 她c h e 印s l u d g et 0i i l o c u l a t e ，w m l et 0 s u r em es a m e 仃e a t i n ge 伍c i e n c y i nt l l i sp 印e r i nc o n d i t i o no f 5 5 l ，惦吨恤u a s b ( e 疵c t i v ev o l 啪ei s3 l ) i i l o c m a t e db y r o b i cd e h y d r a t e ds l u d g eo fw 淞t e w a t e r 仃e a 衄e mp l a n tt 0m a k et l l eq u i c k s t a r t u p 锄dl l i g hl o a do f 廿l ef e 肌e n tw a s t e w a t e r d u et 0t ：h en a t u 他o ft h em m e r o b i cs l u d g ef o m a t i o ne 岱：c t so fav a r i e 哆o ff 搬。体， w ec 锄d e t e m 曲em ec l l a n g e so f 廿l eo p c r a t i o n a ls t a t l l so fr 铭c t o ri nm ep r o c e s sb y d e t e c t i i l g 舭p h 、t l l ec o do fe m u e n t 、托m o 砌m t e 、v o l 眦el o a d i i l g 、h y d r 肌l i cr e t e n t i o n t i m e t h er e s e a r c hf o u i l d ： 1 u s i i l gt h e r o b i cs l u d g et 0b em o c u l a t e ds l u d g e ，i nm ep r o p h 嬲e ，b e c a u s em eo x y g e ni s c u to 噩am 雒so f r o b i ci i l i c r o o 玛a i l i s md i e d 锄dm e f l o a t i i l gs l u d g er u i io 行、 ，i t l l 也e e m u e 吐恤c o do f 岫e m u e n tb c c 锄eh i g h ，觚dm er c m 0 砌r a t ek e p ti o w ，舭 p r o d u c t i o no fm e m 锄ew 嬲l i t t l e w i lm eo p e 枷o no f t ：h er c a c t o r ，m e 锄r o b i cs l u d g e 、懿a c t i v ea g 血a n d 陀p r o d u c e dm o 他锄dm o r e ，a n db e c 姗et l l ed o l i l j n a m tp o s i t i o 玛恤 e 疏c to fm e 他a c t o rr a p i d l yi n c r e 鲢e 洫s h o n - t e m ，、) r i mt l l es u 伍c i e n tm e t h a n e 2 g u 钺m t e ea d e q u a l ei i 】n u e n ta l k a l i i l i t ) ，i sm c e s s a 巧f o rt l l ef 0 肌a t i o no fa i l r o b i c 伊觚u l 盯s l u d g e 舢t l l o u g ht h ee x p e r i m e n t ss h o wt l l a tm a n u e 鲫1 u l a rs i u d g e ，l o w 砌u e n ta l k a l i i l i t ) rw i l ln o t 雄e c tt h es t a b i l i 妙o fr e a u c t o ro p e r a ：t i o n b u t 洫t h ef o m a t i v e s t a g eo f 黟跹u l a rs l u d g e ，e n o u g l li i l f l u e n ta l k a j i m t ) ri se s s e n t i a l l 3 a tm g ht e m p e r a t u 舱( 5 5 1 ) c o n d i t i o n s ，潞i n gu a s b 陀t o r 访o c u la t i 耐州廿l r o b i c d e w a t e r e ds l u d g et 0 仃e a t 、 ，：h e a te 也肌o l 、v 嬲t e w a t e r m a l 【es u r et l l e 阍n o v a lr a t e j m a 咖rd i s s e n a t i o no fs u 疝o uu n i v e 体时o fs c i e n c e 蚰dt e c h n o l o g ) ， a b s t 删 b e t v 忙e n8 0p e r c e n t 锄d8 5p e r c e n t 觚ds t a b l eo p e r a t i o 枷c o n d i t i o n t h em a x i m 啪 v o l 啪eo ft h er e a c t o rl o a d i n gi s2 9 k g c o d m 3 d 31k g c o d m f j d ，m ec o do fe m u e n t r e m 抽sl o 、e rt h a n2 0 0 0 m g l ，岫p hr e m 血s b e t w e e n6 6 锄d7 ，t h cm 觚p r o d u c t i o n o f m c t h a n ei s1 7 l d 4 a t1 1 i g ht e m p e r a ：m r e ( 5 5 1 ) c 0 n d i t i o n s ，u s i i l gu a s br e a c t o r 舢c m a t e d 、 ，i m r o b i cd e w a t e r e ds l u d g et 0 仃e a tc 嬲s a v ae t l l a n o l 融w a t e r m a l 【es u r et l l er e l n o v a l 豫t eb 舐e e n8 0p e r c e n t 龇l d8 5p e r c e n t 觚ds t a b l eo p e r a ! t i o n mc o n d i t i o n t h e m a x i m u mv o l u m eo ft h er e a c t o r l o a d i n gi s3 5 k g c o d 一d ，m ec o d o fe m u e n t r e l n a j n sl o 、e r 也a 1 11 5 0 0 m g l ，t h ep hr e m 如b e t w e e n6 7 趾d7 ，舭m a ) ( p 川u c t i o n o fm e t h a n ei sk 舰v e 2 7 l d 锄d3 0 l d 5 越lo ft l l er e s u l t si nm ee x p e r h n e 鹏h a v ei i i l p o r t 锄t l l e o r e t i c a l 锄de n g i n e e 渤gs e 船e ，o nm e 锄唧巳r o b i cb i o l o g i c a l 仃e a ：t i n e n to f o r g a l l i cw 嬲t e w a t e r ， k e yw o r d s ：r o b i c ，q u i c ks t a n ，l l i g ht e m p e 均n l r e ，u a s b 苏州科技学院硕士学位论文目录 目录 摘要。 a b s t r a c t 第一章绪论。 1 1 酒精工业发展概况。l 1 2 酒精工业的水污染1 1 3 研究处理废水之白酒工业废水2 ，3 2 自属乙毖笔产r 艺2 t一：- 二，、 j 3 3 自力雪兰苣户寺麓乏= ：庀：，苣源彳 j i 4 自i 溉庞吠勉毽刃犹， j ，5f 争搓甄历艺刀匕霓 露虽；榭j 1 4 研究处理废水之= 木薯酒精废水5 j t j 衣雾糟猾溯况5 j t 2 禾雾酒猾! 铲r 言专蓖吠采盈辱5 j t 3 衣雾措掰z 览吠勉碧刃犹7 j t 4 衣雾酒猎逸芑狄勉毽荬缎删册_ = r 兰f 7 1 5 城市污水处理厂污泥处置概况9 j 工，彦说毖丝刚烈蒙9 ，工2 厨力巧落毖丝髓萨览9 j 工3 观盼发疗堀勉j d 1 6 课题的研究背景、提出和研究内容1 0 j 五j 谦烟珊考镘j d j 反2 馏廖功据凹，j j 五3 旅魉例弼蝴雾：，j i 苏州科技学院硕士学位论文 目录 第二章厌氧生物处理技术简介。1 3 2 1u a s b 反应器1 3 2 2 影响厌氧处理的因素1 4 2 3 高温u a s b 反应器的运行。1 7 第三章好氧脱水污泥接种高温u a s b 处理白酒废水。1 9 3 1 材料和方法1 9 3 2 反应器的启动运行2 0 i 2 3 缮榘与f 矿趁2 夕 3 3 本章小结3 3 第四章好氧脱水污泥接种高温u a s b 处理木薯酒精废水 4 1 材料和方法。3 5 4 2 工况一的运行研究3 6 i i 苏州科技学院硕士学位论文 目录 4 2 j 斌翟l 方焦筘 t 2 2 卣馅硷也经舞彦 i 况3 6 t 2 ，磊墚割矿趁4 彳 4 3 工况二的运行研究4 8 t ，j 反翟力j 岜招 t ，2 耐裂趔旌0 鳜冤诒 t 3 3 差爵彳g 箩z 矿商六5 6 4 4 本章小结6 0 第五章结论与建议 。6 3 5 1 结论。：6 3 5 2 建 义6 4 参考文献 致谢 附录 6 6 6 9 7 0 l 、作者简历7 0 2 、主要发表论文7 0 3 、参加的科研项目7 0 m 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 酒精工业发展概况 酒精是一种重要的工业原料，酒精工业是国民经济重要的基础原产业广泛应 用于化学工业、食品饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域，可作为酒基、浸 提剂、洗涤剂、溶剂、表面活性剂；同时又是最有希望全部或部分替代石油的可再生 资源。解放前我国酒精工业发展缓慢，只有辽宁、吉林、黑龙江、四川省以及沿海等 地有3 0 多家发酵法酒精生产厂。解放后，随着国民经济的不断发展，特别是液态法 生产白酒的推广，酒精工业有了很快的发展。 到目前为止，部分酒精厂正在通过技术改造等途径扩大酒精年产量。按企业规模 经济效益( 包括综合利用经济效益) 和废水治理工艺科学性等特点，酒精行业划分为 以下三种规模。 ( 1 ) 大型企业年生产3 万吨以上，采用玉米、薯干、木薯为原料，发挥规模、 技术、综合利用优势，酒精和综合利用的产品较为畅销。且废渣水经生产d d g 、d d g s ( 蛋白饲料) 或厌氧、好氧工艺处理基本上能达标排放。 ( 2 ) 中型企业年生产酒精1 3 万吨，能发挥原料、技术优势，已经建立或正 在筹建综合利用与废水治理工艺。 ( 3 ) 小型企业年生产酒精1 万吨以下，基本上采用附近地区原料，酒精产品 部分自用。由于这部分生产企业的规模很不符合国家规定( 国家计委、轻工总会明文 规定，酒精企业生产与综合利用最小经济规模应为3 万吨以上) ，因此正在观望中。 酒精厂年产量分布可见表1 1 。由表可见，大部分酒精厂的年产量在l 万吨以下， 属于小型企业，这就给这些厂的综合利用和废水处理带来极大困难。这部分小厂应通 过技术改造或企业重组扩大酒精生产年产量。 表卜1 酒精厂年产量分布 1 2 酒精工业的水污染 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 酒精工业同时又是一个污染十分严重的行业。长期以来整个行业的综合利用和污 染治理进展迟缓，还没有抓住酒精工业污染全过程控制，即未将原料、生产工艺与设 备、综合利用与废水治理作为一个整体考虑。 我国酒精产量居世界酒精产量第三位，1 9 9 6 年我国酒精工业年排放高浓度有机 废水超过5 0 0 0 万立方米，排放b o d 约1 8 0 万吨，c o d 约3 6 0 万吨，分别占全国工 业废水b o d 和c o d 排放总量的l 8 ，是我国排放有机物污染物浓度最高，造成水环 境污染严重的第二大轻工行业。因此，酒精工业的废水治理刻不容缓，必须与时俱进， 发展和治理同步进行。 1 3 研究处理废水之白酒工业废水 1 3 1 白酒工业发展概况 白酒是我国传统的蒸馏酒，也是世界上六大蒸馏酒之一。我国白酒生产采用的固 态酒醅发酵和固态蒸馏传统操作，是世界上独特的酿酒工艺。白酒品种繁多、产量大， 占饮料酒5 0 以上，是广大人民喜好的饮料，尤其是矿工、牧民、伐木工、渔民等劳 动人民的消费必需品。 随着人民生活水平的提高，社会生产力不断发展，白酒产量也逐年增长。白酒行 业是耗能、耗粮大户，白酒属嗜好性消费品，国家以征收高税的方式限制其发展。但 由于白酒行业是利税大户，白酒又是人民生活不可缺少的消费品，对国家和社会有一 定的贡献，故白酒行业还要存在，要存在就要发展，充分利用资源化害为利，变废为 宝，不仅对国家、对人类的生态环境有利，也是提高企业经济效益、增强企业的生存 竞争能力的有效途径。 1 3 2 白酒工业生产工艺 白酒生产工艺可分为固态法和液态法两种。前者劳动强度大，原辅材料消耗多， 但产品质量好，大多用于名优白酒生产，其年产量小，后者先用液态法生产食用酒精， 再进行串香、调香或固液勾兑，又称新工艺白酒，即液态法白酒，其年产量大，工人 劳动强度低，原辅材料消耗小，已成为我国大众化、物美价廉的饮料。 2 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 白酒生产分为续渣和清渣两种工艺。续渣法将渣子( 粉碎后的生原料) 蒸料后，加曲 ( 大曲和酒母) ，入窖( 即发酵池) 发酵，取出酒醅蒸酒，在蒸完酒的醅子中，再加 入清蒸后渣子( 清蒸) ；亦有采用将渣子和酒醅混合后，在甑桶内同时进行蒸酒和蒸 料( 混烧) ，然后加曲继续发酵，如此反复进行。由于生产过程一直在加入新料及曲， 继续发酵、蒸酒，故称续渣发酵法。采用续渣发酵法生产大曲酒的工艺流程见图l - l ， 图卜1 续渣发酵法大曲生产工艺流程 图1 2 清渣法大曲工艺生产流程 采用清渣法生产大曲酒工艺流程见图1 2 。由图1 1 、图1 2 可以看出，白酒生产的废 3 因吲例u固酬目甲骨川酽 圆目函辨圃 一瞒怜伏怕一 甲骨习烈|甲 廿 网h u 困匝 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 渣水主要来自洗涤水、冲洗水、冷却水以及白酒精。 1 3 3 白酒生产废水来源 我国白酒大多以高粱、小麦、玉米等为原辅材料，只是酿酒工艺各有不同，但不 论采用哪种工艺，其废水的排放点基本为以下几处，且均属间歇式排放： 酿酒车间冷却水、蒸馏操作工具的洗涤水、蒸馏锅底排水、蒸馏管地面冲洗水、 发酵池渗沥水( 积于盲沟) ；地下酒库渗漏水；灌装车间的酒并清洗水；“下沙”、 “糙沙”工艺操作期的高粱冲洗水和浸泡排放水；锅炉房水膜除尘水、冲洗水。 本次试验用水取自安徽某公司采用小麦酿造白酒产生的废水，该公司采用固态酒 醅发酵和固态蒸馏传统工艺生产白酒。 生产区生产污水由蒸酒锅底水、制曲污水、包装洗瓶水、曲酒车间冷却循环外排 水和电站锅炉水组成；生活污水由浴池污水、公厕冲洗水、生活区污水构成。各部门 废水水质和水量可见表1 2 。由表可知，曲酒锅底水c o d 量最大，占总废水的7 1 4 8 ； 其次是包装洗瓶水，占8 2 5 ；而生活污水的s s 排放量，占s s 总排量的4 5 5 7 ， 电站锅炉s s 排放量占s s 总排放量2 3 6 4 ；包装洗瓶水和生活污水各占污水排放量 4 0 6 5 。该公司污水属于高糖低氮低磷易降解的有机污水。 表1 2 各部门废水水质和水量 4 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 1 3 4 白酒废水处理现状 白酒废水属于易降解有机废水。通常的处理方法有物理法、化学法和生物法。而 处理过程通常分为三个部分：预处理、二级处理和后处理。目前，生物法成为白酒废 水主要处理方法，采用预处理和后处理可进一步提高出水质量。 1 3 5 白酒废水处理实例 连学林船3 采用两级u a s b 作为底锅水和冲滩水厌氧处理反应器。在常温条件下， 进水c o d c r l 5 0 0 0 m g l 2 0 0 0 0 m g l ，出水c o d c r 小于3 0 0 m g l ，去除率达到9 5 。 赵庆d 1 采用u a s b 生物接触氧化工艺处理白酒有机废水，u a s b 反应池为主体处 理单元，大部分污染物在这里得到降解和去除，容积负荷( c o d c r ) 为1 0 k 叭m 3 d ) ， c o d c r 去除率为9 0 。 ：；。 朱正刚h 运用微生物学原理，对白酒废水治理系统生物净化进行研究，通过创新 改造，调节发酵液酸度和产甲烷菌种浓度等，改善微生物生存代谢环境。既提高了系 统消化量，又增强了系统的稳定性。从而保护了环境，避免了一定时间段白酒生产的 部分停产，社会效益和经济效益显著。 1 4 研究处理废水之二木薯酒精废水 1 4 1 木薯酒精概况 木薯具有产量大、淀粉含量高，且耐旱、耐贫瘠，种植省工、投资少的特点。到 2 0 0 6 年，我国酒精产量的1 3 是以木薯为原料。虽然木薯是生产生物酒精的首选原料， 但要想大力发展木薯酒精生产，除了需要配备先进高效的生产工艺之外，首先必须要 解决的问题就是木薯酒精生产废液的治理和综合利用。我国南方地区盛产木薯，利用 新鲜木薯或木薯干为原料发酵生产酒精的过程中，发酵得到的醪液在蒸馏塔蒸出酒精 后被作为废水排放，生产每吨酒精需排放该废水约7 一1 5 吨。该废水含有大量的有机 物及悬浮物，水温高，并且呈酸性，属酸性高浓度有机废水。这种含高浓度有机物、 悬浮固体的废水本身也是宝贵的能源，在处理中应当有效地加以利用，实现废液的资 源化，以提高企业清洁生产能力，减少对环境的污染。1 1 4 2 木薯酒精生产工艺与废水来源 5 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 术辫原料 8 凰c ，1 r 糟砰扦瓣 废 废水 口固 好瓴缝一厌氕缝皿 0 出水 口商口 图卜3 木薯酒精生产流程图 图1 3 是木薯酒精生产流程图，通过生产流程可以了解到木薯酒精废水的来源及 其特点。 以木薯为原料的酒精生产过程如图1 3 所示。由于木薯中淀粉含量较高，因而比 较容易粉碎，为了最大限度的保留木薯中的营养成分，先使用粗碎机把带皮木薯磨成 小块，再使用细碎机将其磨成粉末。这一过程中木薯原料经清洗和粉碎搅拌后产生的 污水是木薯酒精废水的来源之一。此部分水是常温水，c o d 浓度平均在10 0 0 0 m g l 左右，废水量0 2 吨吨木薯块及2 4 吨吨木薯根。木薯原料粉碎后为了使原料蒸煮 环节顺利进行，先把木薯粉添加到约4 倍质量的5 0 的温水中，边添加边搅拌，以 使木薯粉均匀分散，之后加入少量淀粉酶，从而最大限度的利用木薯中可发酵成分。 搅拌约3 0 分钟后，将该混合液注入加热器中。采用蒸汽给木薯粉混合液加热，温度 控制在1 2 1 左右，气压1 4 个大气压，蒸煮时间为3 晰0 分钟。木薯粉在高温高压， 从而保证在发酵过程中原料不受杂菌的污染。蒸煮结束后，停止加热，打开冷却系统 使醪液迅速冷却，当温度降至6 0 左右加入糖化酶，之后继续降温，直到3 0 左右， 保持该温度3 0 分钟，以使醪液完全糖化。极速降温的目的在于：使淀粉颗粒的细胞 完全破裂，再通过糖化酶作用变成可发酵性糖，进而为酵母所利用。发酵工艺的选择 较多，如固定化酵母发酵，真空发酵等，只需根据实际工况控制好相应的温度，p h 值等条件，即可实现高效率生产。蒸馏阶段需要严格稳定操作工艺，确保蒸馏塔的进 6 苏州科技学院硕士学位论文 第一苹绪论 汽、进醪、取酒、温度的稳、准、细致。酒精被蒸馏后，剩下的酒糟是木薯酒精废水 的另一个来源。由于蒸馏温度较高，因此这部分酒糟废水一般温度在7 0 上，属高 温废水，c o d 浓度在3 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 m g l 。从废液量来说，蒸馏精馏后的残余液也要 大得多，约3 5 吨酒糟吨木薯淀粉，因此蒸馏后的酒精废液是木薯酒精废水的主要来 源。1 木薯酒精废水的最大特点是有机物含量高，属于高浓度有机废水，c o d 高达 3 0 0 0 0 5 0 0 0 0 m g l ，且废液量大，每生产1 吨酒精就要产生7 1 5 吨的废液，这些废 液如不经过处理直接排放河道，将会对当地和下游地区的水资源造成严重的影响。 1 4 3 木薯酒精废水处理现状 木薯酒精废水由于高c o d 浓度、高s s 的特点，处理难度很大，这是很多小企 业不愿意投入成本用于废水处理的根本原因。甚至有些大型企业也由于无法高效处理 废液，不得不采取大型厌氧罐或特大容积氧化塘这一类大容积或长时间的策略来应付 大量生产废水的产生，处理效率十分低下。废水处理问题成为制约各类酒精生产企业 发展的瓶颈问题。 目前国内外对其处理方法：一是农灌法，将废液直接施放蔗地，澳大利亚、巴西 等国在这方面已有了一套科学管理方法，根据不同的土壤成分，指定不同农作物生长 期的单位面积释放量。二是厌氧发酵法，废液经厌氧发酵，消减大部分的c o d 并生 成沼气。三是发酵生产蛋白饲料。四是蒸发浓缩法，将废液蒸发浓缩至6 0 。b x ，与 糖蜜及其他饲料混合作饲料；与滤泥和无机肥混合作有机复混；或直接喷入焚烧炉焚 烧。五是废液直接送城市污水处理厂集中处理。六是采用清洁型生产工艺b i o s t i l ，废 液的排放量大为减少。 国外的研究普遍认为接种厌氧颗粒污泥可以大大提高启动速度，研究也主要放在 了接种颗粒污泥与接种其他污泥的启动对比和颗粒污泥的形成条件、过程上，然而大 批量接种厌氧颗粒污泥作为启动条件难以适应我国国情。国内在不同种污泥启动方面 的研究非常少，而且其结果也不尽相同，难以指导实践，寻找适用的种泥、快速稳定 的接种启动方法成为厌氧工艺在工业废水处理领域中广泛应用的关键。h 1 4 4 木薯酒精废水处理实例u a s b 工艺 徐富、程鑫、邓瑞举哺1 等采用高负荷u a s b 工艺处理木薯酒精废水，分析了u a s b 有机负荷对c o d 去除率影响及其进水，出水p h 的变化，并确定u a s b 产沼气率。 7 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 研究表明，在中温( 3 7 1 ) 环境下，u a s b 有机负荷2 5 k 咖3 d 时，去除率在8 5 以上，运行稳定。 浦跃武、赵晓生、刘族安3 等在酸性进水条件下，采用u a s b 反应器对木薯酒精 废水进行处理，结果表明：反应器温度控制在3 8 1 ，在进水p h 值为4 5 0 士0 2 0 。 进水c o d 为1 4 0 0 0 士5 0 0 m g l ，水力停留时间为3 2 h 的条件下，将u a s b 反应器的 有机负荷( 以c o d 计) 提高到1 0 o o k g m 3 - d - 1 ，c o d 去除率达到9 0 以上，u a s b 反应器在达到较高有机负荷时，系统能够维持较高的碱度，约为2 5 0 0 m g l ，缓冲能 力较好，使木薯酒精废水能够在酸性条件下不经调节p h 值直接进入u a s b 反应器进 行厌氧生物处理。 邹中海、罗刚n 们等以木薯酒精废水为厌氧发酵产氢底物，以中温( 3 7 ) 厌氧颗 粒污泥为接种物，研究了高温条件( 6 0 ) 下厌氧发酵产氢的可行性；并比较了6 0 - 8 0 条件下的累计产氢量、产氢速率和液相发酵产物组成，以确定温度对木薯酒精废水 厌氧发酵产氢的影响以及不同温度下厌氧发酵产氢菌的代谢类型。研究表明，6 0 时 累积产氢量为3 8 3 m l ( 木薯酒精废水用量1 4 0 i i 儿) 、产氢率为7 0 o i n l ( 以每克挥发 性固体s ) 计) ，中温厌氧颗粒污泥适合作为高温条件下木薯酒精作为厌氧发酵产氢 的接种物；从6 0 升高到8 0 时，累计产氢量逐渐下降，最大产氢速率逐渐降低， 8 0 时产氢完全受到抑制，7 0 为产氢的临界点，低于7 0 时厌氧发酵产氢菌的代 谢类型属典型的丁酸型发酵，此过程中伴随着大量氢气产生，大于7 0 时，正丁酸 生成受到严重抑制，累计产氢量迅速降低；氢气的产生主要来自于溶解性碳水化合物 的分解。 冯亮，吴静，陆正禹1 等在试验室静态装置中培养高温厌氧颗粒污泥的试验表明， 以常温颗粒污泥为种泥，中温( 3 5 ) 启动运行一段时间后，再升至高温( 5 5 ) ， 经过7 3 天运行可培养出具有高生物活性的高温颗粒污泥。 白威、陈玉谷、王亭放、张云昭n 列等在3 5 1 条件下，采用u a s b 培养出颗粒 污泥，到运行结束时，污泥t s 浓度为6 5 o g l ，s v i 为1 4 ，最大产甲烷速率为 6 0 3 9 m l g d 1 ，当h l 玎为2 4 1 8 4 h ，容积负荷大于2 0 ( l d ) 时，甲烷产量约为 6 0 ，c o d 去除率9 1 ，出水c o d 浓度为1 4 0 0 2 0 0 0 m g l 。厌氧生物降解的产能和 治污效果良好。 杜兵、齐文钰、申立贤、杨瑞宗n 3 1 等研究发现，采用有效容积2 7 0 0 m 3 的u a s b 装置，在高温条件下处理高悬浮物酒精废水的启动运行和形成颗粒污泥的过程。当反 应器稳定运行时，进水s s = 1 0 0 0 0 m g l 以上，容积负荷可达7 1 2 k g c o d m 3 d ，水力 8 苏州科技学院硕士学位论文第一章绪论 停留时间为2 5 d ，c o d 去除率达9 0 以上，出水c o d 小于5 0 0 0 m g l ，s s 小于 2 5 0 0 m g l 。 1 5 城市污水处理厂污泥处置概况 1 5 1 污泥处置问题 城市污水处理厂的污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃 物。污泥处置初期，污水处理厂少，污泥量少。污泥的成分也不像现在这样复杂，可 作为很好的农家肥施用。随着污水处理事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将 不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。据计算，目前中国城市污水处理厂每年 排放的污泥量( 干重) 大约1 3 0 万吨，而且年增长率大于1 0 。如果城市污水全部得 到处理，则将产生污泥量( 干重) 为8 4 0 万吨，占中国总固体废弃物的3 2 。再加 上城市化的进程加快，原来消纳污泥的农田变成了城区。污泥处置的难题终于暴露出 来。n 耵 脱水污泥含水率高，易腐烂、有恶臭，不便于运输和施用，加之其中的病原菌对 操作者易感染，故对污泥进行减量化、无害化、稳定化、资源化处理处置是必要的。 1 5 2 国内污泥处置研究 污泥处置的困难不仅是我国在环境综合整治中出现的问题，也是世界各国都面临 的挑战。西方国家大规模现代化污水处理是自2 0 世纪6 0 年代末开始的，原有的污泥 处置方式也是把污泥经过脱水减量化后运往农业区或林地进行土地应用。随着控制污 染、保护环境的呼声提高。在大量兴建污水处理设施的同时，建设了一批污泥无害化 处理设施，改变了原来直接把生污泥应用于农田的状态。这一时期，污泥无害化处理 的主要技术和设施是污泥的中温厌氧消化和机械脱水。污泥消化可以抑制病菌，改善 污泥的卫生状态，但是降解不了重金属。 我国年排放干污泥约为6 6 7 万吨。根据国家环境保护“十五计划”，到2 0 0 5 年， 我国城市生活污水集中处理率达到4 5 ，5 0 万人口以上的城市达6 0 ；到2 0 1 0 年， 所有城市的污水处理率不得低于6 0 ，直辖市、省会城市、计划单列市和风景旅游 城市的污水处理率不得低于7 0 。因此，随着污水处理量的提高和处理程度的深化， 污泥的产量必将大幅度增长，如何合理地处理处置污水厂污泥，解决大量污泥的出路 已成为非常紧迫的任务。 9 苏州科技学院硕士学位论文 第一章绪论 1 5 3 现阶段污泥处置 目前在世界范围内污泥的处置和综合利用方法有土地利用、填埋、焚烧、投海等。 但每种处置方法均存在一定问题：如填埋、投海必将带来严重的二次污染；焚烧耗资 巨大。近年来，各国纷纷寻找其他的污泥综合利用途径，对污泥进行无害化、资源化、 减量化处理处置，这可大大降低污水处理成本，对环境保护和社会的可持续发展都有 重要意义。 1 6 课题的研究背景、提出和研究内容 1 6 1 课题研究背景 厌氧废水处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水的处理和能源回收利 用相结合的一种技术。包括中国在内的大多数发展中国家面临严重的环境问题、能源 短缺以及经济发展与环境治理所面临的资金不足，这些国家需要既有效、简单又费用 低廉的技术，厌氧技术因而是特别适合我国国情的一种技术。 随着生物发酵工程中固定化技术的发展，人们认识到提高反应器中污泥浓度的重 要性，于是基于微生物固定化原理的高速厌氧反应器得以发展。其中又以l e ：t t i n g a 等 发展上流式厌氧污泥床( u p f l o w 舢啪r o b i cs l u d g eb e d ) 突破最为重大，推动了以微 生物固定化和提高污泥和废水混合效率为基础的一系列高速厌氧反应器的发展。 高速厌氧反应器的发展大大提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，使废水在反应 器内的停留时间缩短到几小时，反应器容积得以大大缩小，从而有利于厌氧技术应用 与工业化的废水处理。污泥停留时间的延长与污泥浓度的提高使厌氧系统更具有稳定 性，有效增强了对不良因素( 例如有毒物质) 的适应性，因此2 0 年来，厌氧废水处 理技术得以很快推广，成为水污染防治领域的一项有效的新技术。 酒精废水是一种温度较高，浓度较高的有机废水，因此采用中、低温厌氧反应器 无形中会增加很多降温成本，而高温厌氧反应器的局限性正好可以弥补这一点，采用 高温厌氧反应器已经成为很多酒精制造公司处理酒精废水的首选。 目前城市污水厂已遍及中国大中型城市，2 0 0 1 年全国工业和城市生活污水