升流式多级厌氧反应器于一身的新型高强度木薯淀粉废水的厌氧生物处理.docx

升流式多级厌氧反应器于一身的新型高强度木薯淀粉废水的厌氧生物处理王颖辉泽斌宇，孙雷，万顺刚，王双飞，广西大学，南宁530004中国摘要中国城市环境研究所，中国科学院，厦门361021，中国公关厌氧处理木薯淀粉废水的升流式多级厌氧反应器进行了研究。结果表明，在22日龄，成功地完成了启动。除去在固定的浓度为6.0 h的水力停留时间（HRT）的最大87.9的化学需氧量（COD）4000毫克/升。此外，77.5-92.0的COD去除有机负荷率在10.2-40.0公斤COD/（M3四）在固定水力停留时间为6.0 h。格劳二阶动力学模型和改性秸秆Kincannon模型被成功地用于发展动力学模型的实验数据。更进一步，比产甲烷活性分别为0.31和0:73克CODCH4= DG VSS DTH第一和第二喂，分别。最后，污泥形态学检查显示Methanothrix属和甲烷菌为优势菌群。UMAR所有的结果表明，可以有效地利用木薯淀粉加工废水中含有高浓度COD处理。关键词：厌氧生物处理 UMAR 淀粉废水 厌氧污泥 2011 Elsevier公司保留所有权利1介绍有机污染废水的生物处理是一个有趣的过程，并朝着更加复杂和高效生物反应器与活性污泥污水处理领域的发展，已经取得了相当大的努力。目前，基于活性污泥好氧和厌氧废水处理方法被普遍接受。适当的分析和环境控制，几乎所有的废水中含有可生物降解的成分与BOD / COD比大于或等于0.5可以很容易地被视为生物技术。此外，传统的基于好氧活性污泥法好氧技术为主，也适用于治疗由于生活污水的去除效率高，去除营养物和操作灵活性高（加夫里列斯库Macoveanu的，1999年）的可能性。但是，也有有氧过程中至少有两个明显的缺点：它们具有相对高的能量消耗和高的剩余污泥产量，这需要处理，处理和处置（雷塔奥等人，2006）。与传统的好氧技术相比，厌氧处理后的废水可以作为可行的和具有成本效益的替代方案，由于其相对较低的建设和运营成本，没有氧气的要求，营养要求低，剩余污泥产量低，能源生产沼气的形式（Kushwahaet人，2011年Zhang等，2010）。特别是，厌氧系统适合处理高浓度废水（可生物降解的COD浓度超过4000毫克/升）（Chan等人，2009）。因此，高度污染的工业废水在厌氧反应器中，由于COD潜在的能量的产生和低剩余污泥生产的高水平优选治疗。例如Sentrk等。（2010A）采用嗜热厌氧接触反应器处理马铃薯芯片废水，COD去除率是86-97有机负荷率（OLRs）的范围从0.6到8公斤COD/（立方米D）。 Zhang等人。 （2010）报道充分回收利用木薯生产燃料乙醇通过两个阶段的厌氧处理工艺的酒厂生产废水。陶菲克和El-Kamah的（2011）采用厌氧混合果汁行业废水处理序批式反应器中，组成一个联合系统。由于厌氧技术与好氧技术比较有优势，因此，厌氧技术将发挥重大作用在废水处理来自各种行业，特别是木薯淀粉行业。木薯，是一种含淀粉的块根作物，如食品，饲料和非食品产品的全球重要性。超过70的产值是由小规模农户之间的亚热带和热带地区30 N和30 S的非洲，拉丁美洲和亚洲（Jansson等人，2009）。木薯是超过700万人在热带发展中国家的粮食喂养的主要来源之一，并种植在全球总面积1860万公顷，总产238万吨（帕蒂尔和Fauquet，2009）。今天的状态木薯种植是从自给农业工业化转变系统设计成一个多元化的产品谱（Jansson等人，2009）处理木薯。特别地，木薯主要用于提取的淀粉，因为淀粉在植物多糖是主要的储备。值得指出，每年超过600万吨木薯收获了自2009年以来在中国广西的提取淀粉。同时，废水从现有的约150木薯植物产生的淀粉提取过程中，主要涉及的根，淀粉提取，分离和干燥的预处理。的过程中产生的废水中20-60 m3/metric吨，低pH值，高化学需氧量（COD），生化需氧量（BOD），悬浮固体（SS）的性质（2000 Annachhatre Amatya Annachhatre Amornkaew2001）。虽然淀粉加工厂可能会产生稀释的废水，它是一种污染源和导致的环境问题，如高毒性热带浮萍（特松和阮明哲，1994）。因此，有效的技术是必要的木薯淀粉废水的处理。一些厌氧生物系统，如升流式厌氧污泥床（UASB）反应器污水和淀粉废水处理（马哈茂德，2008），内循环（IC）厌氧反应器处理养猪废水（邓等人，2006）木薯废水厌氧的池塘（Rajbhandari Annachhatre，2004年），用竹横流过滤器已被用于废水处理。然而，在实际应用中，所有的厌氧处理遭受低的微生物，生长速率低的沉淀速率，过程不稳定，高水力停留时间（HRT）和需要后处理有毒的厌氧流出物通常含有铵离子和硫化氢（Chan等人，2009; Ndon Dague，1997）。另外，在本工作中，升流式多级厌氧反应器（UMAR），的一个新的不同的设计，以克服现有的厌氧反应器的缺点，然后将它应用于治疗高强度木薯淀粉废水去除悬浮物后。欧麦尔操作参数，如流量，OLR和进水COD浓度的影响进行了调查细节。 pH值的变化和产甲烷也被确定。使用格劳二阶动力学模型和修正秸秆Kincannon的多组分底物降解的模型结果进行了评价。此外，比产甲烷活性（SMA）也被确定。最后，在稳定状态下的木薯淀粉废水处理过程中的微生物的形态和颗粒结构研究。这项研究将不仅有助于了解奥马尔处理木薯淀粉废水的工艺和性能，同时也有助于治疗其他高浓度工业废水与奥马尔提供的信息。2方法 2.1 木薯淀粉废水的表征木薯淀粉废水的实验中使用的是安宁淀粉有限公司，广西，中国的淀粉沉淀池的排水问题。在本研究中所使用的废水的特征列于表1。原始的排水为酸性的，pH值在4.50和4.92之间波动。应当指出的是，只有进水的pH值需要调整到7.0驯化和启动期间，进料的pH值在稳定运行期间并不需要调整。此外，BOD / COD的比例为0.60，适于废水生物处理。 2.2 欧麦尔系统 所有实验均UMAR系统中，如图所示。 1。它由废水进料罐中，温度控制单元，pH值控制单元，湿式气体流量计，用于废水处理的主体。 UMAR本体是透明硬质有机玻璃制成的，其内径为100毫米和1400毫米的高度。在反应器的有效容积为9.0 L.的废水处理装置包括气 - 液分离器和两个气 - 液 - 固分离器，精处理区和污泥膨胀床。五法兰的加入与金属夹具和氯丁橡胶垫片密封。这是值得指出，两个气 - 液 - 固分离器分别位于UMAR的中间，避免粒状厌氧污泥流失，从反应器中失去。此外，在气 - 液分离器被安装在UMAR系统的顶部，并具有两个通过两个气升管和污泥膨胀床的气 - 液 - 固分离器通过的液体下降管连接。在降解过程中产生的沼气收集了气 - 液 - 固分离器，它通过在液体向上沿气升管的气 - 液分离。在气 - 液分离器分离的沼气和液体，然后液体沿下降管的液体回流到污泥膨胀床。此外，沼气收集器连接在气 - 液分离器安装在反应器的底部和分销商。八个采样和出水端口被安置UMAR系统沿高度。UMAR通过控制废水的温度在中温条件下操作。2.3 种子和驯化 颗粒状厌氧污泥作为种子，在中国湖南省岳阳市造纸厂的污水处理厂。厌氧反应器的启动的一般规则是，种子污泥驯化相似的废水，特别是可能存在的任何毒性或抑制化合物。颗粒状厌氧污泥蘸淀粉废水，淀粉废水驯化大约一个星期在30-35？C UMAR系统启动前期间。进水COD浓度稀释约2000 mg / L的驯化期间，水力停留时间为24小时。 UMAR操作液体升流模式。木薯废水提供了一个持久泵（上海青浦沪西仪器厂，中国）。 2.4 启动和操作条件 大致受到环境因素的影响，如温度，pH，水动力因素和驯化污泥UMAR系统的启动。启动时的总体目标是开发最合适的用于废水处理的微生物培养。 UMAR系统的驯化后，在本研究中，木薯原料废水被连续引入到UMAR系统在温度为371时，pH为7.0。进水COD浓度和HRT逐渐增加，从2500至4000毫克/升，年底启动时间与运行时间的延长，分别从12.0下降到9.4。当成功地完成了启动过程，废水的流量从23.0提高到54.0品L / d，相应的水力停留时间减少至9.4至4.0，同时保持固定的COD浓度为4000毫克/升，以确定最佳HRT。随后，进水COD浓度从400010000 mg / L的最佳HRT固定入口浓度的影响，以进一步探讨UMAR系统的性能，并确定最佳的COD浓度逐渐增加。此外，UMAR系统监测pH值的变化和甲烷生产。2.5 SMA测试的平均测试方法的原理图和Rajbhandari Annachhatre（2004）所描述的。总之，厌氧颗粒污泥样品取自底部取样口UMAR。一个已知量的厌氧污泥被转移到三个相同的血清瓶（500毫升）洗涤5次后，用清水去除COD现有的并行测试。适量的木薯淀粉废水中加入作为底物的血清瓶，以便取得初始COD在3500mg/ L的水平，将pH调节至7.0。此外，还加入2克/升碳酸氢钠随着基板作为在测试过程中的pH缓冲液中。随后，血清瓶密封用橡胶隔膜和铝盖，以避免沼气282 L. Sun等人的挥发。 /生物资源技术104（2012）280-288在实验过程中氧气与氮气吹扫后，然后连接到所述液体位移系统。同时，血清瓶充满了水，而不是作为对照实验的木薯淀粉废水。的液体位移瓶含有3的NaOH溶液。甲烷气体产量测定在不同时间间隔长达480小时。相对于时间的一个关系，建立了产甲烷量。此外，常见的线性回归曲线的最大斜率，还根据获得的数据拟合。2.7 分析方法COD，挥发性悬浮固体（VSS），BOD，SS，总氮（TN），总磷（TP），浊度和挥发性脂肪酸（VFA，在厌氧条件下的污染物的代谢中间体）进行了测定，一式三份，按标准方法（APHA，1998年，1998年）。每日甲烷生产，进水和出水的pH值UMAR