一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，将陶瓷材料填充在厌氧反应器中作为污泥载体，陶瓷材料的体积占反应器工作体积的30%~45%；将厌氧污泥接种在陶瓷载体上，静置培养，使厌氧污泥吸附在陶瓷载体上；对厌氧污泥进行驯化培养，采用逐级稀释的木薯酒精废水引入反应器中回流，使固定化的污泥与木薯酒精废水充分接触，以COD去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束；将待处理的木薯酒精废水进入厌氧反应器中进行处理，水力停留时间为0.3~0.5 h，本方法COD稳定运行后去除率能够达98%以上。
【专利说明】
一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种木薯酒精废水处理方法，特别涉及使用一种陶瓷材料填充厌氧反应器对木薯酒精废水中高浓度有机污染物的去除及发酵产沼气的处理方法。
【背景技术】
[0002]木薯具有产量大、淀粉含量高且耐旱、耐贫瘠、种植省工、投资少等特点。以木薯为原料生产酒精在我国有较为广阔的市场，我国酒精产量的1/3是以木薯为原料的。常规生产工艺中每生产I t木薯酒精约产生7?15 t废水，且该类废水含有大量的有机化合物及悬浮物，属酸性高浓度有机废水。近年来，国家对严重污染环境的酒精废糟液的治理越来越重视，规定酒精行业废液允许排放的COD的二级标准为<300 mg/L，一级标准为<100 mg/L。
[0003]对于这类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有光化学混凝法、氧化一吸附法、焚烧法等，但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。生物处理法因其经济性，为众多工业废水处理工艺所青睐，常用的生物处理法可分为好氧法、厌氧法及介于两者之间的水解酸化法三大类。
[0004]好氧生物法由于其操作简单，出水效果好等特点一般用于处理低浓度有机废水，但好氧处理存在耗能问题，这个问题是最大的弊端，已越来越受到人们的重视。
[0005]厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解水体中有机物的一种生物处理法。与好氧处理相比，厌氧法在处理高浓度有机废水方面通常具有以下优点:(I)剩余污泥产生量少；(2)产生的生物污泥易于脱水；(3)需营养少；(4)不需曝气所需的能量；
[5]甲烷作为产物，是一种有用的终产物；(6)能在较高的负荷下运行；(7)活性厌氧污泥能保存几个月。
[0006]Dong, Z.等报道使用填充有悬浮陶瓷颗粒作为生物载体的厌氧反应器处理油田废水，COD去除率是63%;Gao，R.等报道利用反应器体积是1100 m3的两级UASB反应器处理木薯酒精废水，其进水⑶D浓度是10000-12000 mg/L, COD去除率是90%左右；TakashiNarihiro等研究了利用填充陶瓷载体的上流式厌氧生物反应器处理软饮料废水，运行了800天，进水COD浓度是3000mg/L，稳定运行后COD去除率达到93%以上;孙佳伟等报道利用高温厌氧EGSB反应器处理木薯酒精废水，当进水COD是6000 mg/L时，COD去除率是80%左右;王玉晓报道利用填充聚氨酯泡沫作为载体的移动床生物膜反应器(MBBR)处理生活废水，当进水COD浓度是300 mg/L时，稳定运行后COD去除率达到91.6%。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，使污水处理更加高效彻底，且有效降低经济成本。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，包括如下步骤: 1)将陶瓷材料填充在厌氧反应器中作为污泥载体，陶瓷材料的体积占反应器工作体积的30%?45%;
2)将厌氧污泥接种在陶瓷载体上，静置培养，使厌氧污泥吸附在陶瓷载体上；
3)对厌氧污泥进行驯化培养，采用逐级稀释的木薯酒精废水引入反应器中回流，使固定化的污泥与木薯酒精废水充分接触，以COD去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束；
4)将待处理的木薯酒精废水进入厌氧反应器中进行处理，检测出水COD的含量，去除率达到98%以上。
[0009]处理过程中有机负荷率是12.00?16.00 kg C0D/(m3 d)，水力停留时间为0.3?0.5h，COD去除率达到98%以上，pH保持在7.0?7.5，出水VFA保持在2.6-5.2 mM，甲烷产量为3200 mL/d左右。通常稳定运行阶段，从进水到出水的处理周期在4?6天，检测出水COD的含量，COD去除率达到98%以上。处理周期短。
[0010]步骤I)中陶瓷材料的体积优选占反应器工作体积的30%?45%，优选为35%?40%。
[0011]步骤2)中厌氧污泥的接种量占厌氧生物反应器体积的25%?33%。
[0012]步骤2)中所述厌氧污泥的可挥发性悬浮物VSS是10?45 g/L，总悬浮物TSS是20?50 g/L，VSS/TSS是20%?90%。
[0013]步骤2)中采用人工废水进行污泥的静置培养，其配方为乙酸钠0.25 g/L，丙酸钠0.25 g/L，丁酸钠0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氢二钾0.1 g/L，用NaHCO3调节进水pH为7.2，其中为了后续实验中污泥能够适应较高的COD，葡萄糖浓度由0.25 g/L逐渐增加至3.5 g/L ο
[0014]步骤3)中回流比为1:3?1:2。
[0015]步骤3)中所述逐级稀释的木薯酒精废水的稀释比例为1:5?1:1。
[0016]污泥负荷提高阶段采用逐级稀释的木薯酒精废水引入反应器中回流，使其与固定化的污泥充分接触、物质交换，稀释比例为1:5?1:1，C0D去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束。
[0017]所述的木薯酒精废水含有大量的有机化合物及悬浮物，属酸性高浓度有机废水，其中pH值是3.0-6.0, COD是20000?30000 mg/L，总氮是60?80 mg/L，总的挥发性脂肪酸(VFAs)是I5?30 mM。
[0018]本发明中所述的厌氧反应器可以是任意型号的厌氧反应器，将陶瓷材料填充在厌氧反应器中作为污泥载体。
[0019]为了研究方便，本发明所采用的厌氧生物反应器是自行设计并由江苏南京工大元凯生物能源环保科技有限公司制造，结构见图1，反应器装置包括:进水贮槽、进水蠕动栗、回流蠕动栗、厌氧反应器、夹套、取样口、支架、三相分离器、沉淀池和集气装置;进水蠕动栗两端分别连接进水贮槽和厌氧反应器，夹套设置在厌氧反应器外侧，用于水循环维持反应器的温度，厌氧反应器内部安装有支架，支架让微生物菌群更好地和陶瓷载体接触，污水经过回流蠕动栗在反应器中回流得到较大面积的接触、处理，通过取样口测定污水的一系列指标，三相分离器使气液固得以分离，消化气自反应器顶部进入集气装置计算甲烷产量和检测甲烷浓度，污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的固定床，消化液经处理后进入沉淀池，污泥经过沉淀可以重复利用。
[0020]按照厌氧污泥的接种量占厌氧生物反应器体积的25%?33%，将厌氧活性污泥接种厌氧生物反应器中，加入陶瓷载体的体积占反应器工作体积的30%?45%，经过一段时间培养，活性污泥里的微生物菌群与陶瓷载体进行物理吸附，利用陶瓷载体多孔的性质能够快速将微生物菌群吸附到孔道和表面上，快速完成菌群固定化过程，吸附于陶瓷载体表面和孔内的污泥中产甲烷菌群利用污水中的有机物产生沼气。
[0021 ]污泥培养驯化阶段使用人工废水进行污泥的静置培养，其配方为乙酸钠0.25 g/L，丙酸钠0.25 g/L，丁酸钠0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氢二钾0.1 g/L,用NaHCO3调节进水pH为7.2，其中为了后续实验中污泥能够适应较高的COD，葡萄糖浓度由
0.25 g/L 增加至 3.5 g/L ο
[0022]污泥驯化阶段采用逐级稀释的木薯酒精废水引入反应器中回流，使其与固定化的污泥充分接触、物质交换，稀释比例为I: 5?1:1，C0D去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束。污泥驯化结束，COD去除率、甲烷产量稳定后进入稳定运行阶段，将待处理的废水通过厌氧反应器进行废水的处理。
[0023]活性污泥经过培养驯化、负荷提高、稳定运行3个阶段，微生物菌群稳定地固定在陶瓷载体上，木薯酒精废水COD去除率稳定，厌氧反应器达到稳定，厌氧反应器处理后的木薯酒精废水COD和挥发性脂肪酸得到降低，厌氧系统pH值是7.2左右，有利于吸附于陶瓷载体表面和孔内的产甲烷菌利用产乙酸菌代谢产生的乙酸、氢气和二氧化碳产生沼气。
[0024]有益效果:本发明采用添加陶瓷载体的厌氧生物反应器处理⑶D是20000 mg/L-30000 mg/L高有机浓度的木薯酒精废水，经过微生物培养和驯化阶段，负荷提高阶段，稳定运行阶段共运行400天，COD去除率均稳定在98%左右，较已报道的文献对比具有操作方便，工艺流程简单，节省费用，提高资源利用价值，提高木薯酒精废水处理的效率等优点，可以稳定高效地处理高有机浓度的木薯酒精废水。
[0025]本发明可以进行处理高有机浓度的木薯酒精污水，COD去除率较高，厌氧反应系统产甲烷菌和产乙酸菌达到平衡，甲烷产量高，处理后的污水达到排放标准且利于回收利用。
[0026]【附图说明】:
图1是厌氧生物反应器装置图；其中:1-进水贮槽，2-进水蠕动栗，3-回流蠕动栗，4-厌氧反应器，5-夹套，6-取样口，7-支架，8-三相分离器，9-沉淀池，I O-集气装置；
图2是厌氧生物反应器随时间对木薯酒精的COD去除率变化图；
图3是厌氧生物反应器随时间出水VFA变化图；
图4是厌氧生物反应器随时间出水pH变化图；
图5是厌氧生物反应器随时间产甲烷总量变化图；
图6是厌氧生物反应器随时间产甲烷浓度变化图。
【具体实施方式】
[0027]以下实施例中所采用的厌氧污泥来自镇江长兴酒精厂；
所采用的厌氧生物反应器是自行设计并由江苏南京工大元凯生物能源环保科技有限公司制造，总体积为3460 cm3，陶瓷材料尺寸LXD XH是18 X 18 X 18mm，由南京金远夏化工科技有限公司购买；
木薯酒精废水来自镇江长兴酒精厂，其pH值是3.0-6.0,进水COD为20000?30000 mg/L，属酸性高浓度有机废水。
[0028]实施例1
下面结合附图，对本发明【具体实施方式】进行详细说明:
一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，包括如下步骤:
1)将陶瓷材料填充到厌氧反应器中，厌氧生物反应器是自行设计并由江苏南京工大元凯生物能源环保科技有限公司制造，总体积为3460 cm3，陶瓷材料尺寸LXDXH是18 X 18X18 mm，多孔陶瓷载体总体积占厌氧生物反应器体积35%?40%;
2)将865?1142mL厌氧污泥接种于反应器中的陶瓷载体上，污泥静置培养阶段使用人工废水进行培养，其配方为乙酸钠0.25 8/1，丙酸钠0.25 8/1，丁酸钠0.25 8/1，尿素0.5g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氢二钾0.1 g/L，用NaHCO3调节进水pH为7.2。其中为了后续实验中污泥的微生物能够适应较高的C0D，葡萄糖浓度由0.25 g/L逐渐增加至3.5 g/L，配置的人工废水COD是1024?4596 mg/L，有机负荷率(OLR)是1.46?10.58 kg C0D/(m3 d)，进水pH为7.2，培养温度为35 °C，此阶段采用静置培养使污泥能够较好的固定化在陶瓷载体上，运行6个周期后，其中5天为一个周期，为了更好地培养和驯化微生物，每个周期都要换新的人工废水，COD去除率达到稳定，达到96.05%；
3)之后进入负荷提高驯化培养阶段，将木薯酒精废水按照稀释比例1:5?1:1进行稀释进水，进水⑶D是2920?21160 mg/L，有机负荷率(OLR)是1.46?10.58 kg C0D/(m3 d)，是用回流栗控制一定的回流比1:3?1:2，在反应器内进行回流，使固定化的污泥与木薯酒精废水充分接触，以COD去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束，30个周期后反应器COD去除率达到稳定；
4)进入稳定运行阶段，此阶段采用木薯酒精废水原水进样，进水⑶D为20000?30000mg/L，有机负荷率(OLR)是 12.00 -16.00 kg COD/(m3 d)，水力停留时间(HRT)是0.3?0.5h，反应器处理污水能力达到稳定，处理周期为4?6天，COD去除率达到98%左右，截止当前，该处理系统已经运行一年半，COD去除率不低于95%，可继续运行。
[0029]添加陶瓷载体的厌氧生物反应器处理高浓度木薯酒精废水效果显著。图4说明了稳定运行后PH保持在7.0?7.5，产甲烷菌在酸性条件下会失去活性，较低的pH不利于厌氧微生物的代谢，其中产甲烷菌的最适PH是中性，本发明的添加陶瓷的厌氧反应器经200天运行后，PH可稳定在中性，有利于厌氧微生物的代谢，促进沼气的产生，从图5和图6可以看出，甲烷产量为3200 mL/d左右，甲烷浓度68%左右。有机物酸化产生VFA，VFA是甲烷的前体，图3说明了出水VFA保持在2.6?5.2 mM左右，说明了只有当产甲烷菌消耗了氢、乙酸和甲酸等，产酸菌才继续降解脂肪酸，因此产酸菌和产甲烷菌之间达到稳定，进一步说明了添加陶瓷的厌氧生物反应器环境适合厌氧微生物的生长，其中厌氧生物反应器处理木薯酒精废水效果优越的原因是陶瓷具有多孔和可重复性的特点，各种细菌如拟杆菌，变形菌和厚壁菌等都起得降解废水中有机物的作用，细菌不仅仅沉积在陶瓷载体上，还会包裹絮状物的保护层从而吸附在陶瓷上，所以陶瓷载体的多孔环境更适合厌氧细菌的生长，多孔陶瓷是固定微生物和提高高浓度有机废水有机物去除率的合适载体。
【主权项】
1.一种陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将陶瓷材料填充在厌氧反应器中作为污泥载体，陶瓷材料的体积占反应器工作体积的30%?45%; 2)将厌氧污泥接种在陶瓷载体上，静置培养，使厌氧污泥吸附在陶瓷载体上； 3)对厌氧污泥进行驯化培养，采用逐级稀释的木薯酒精废水引入反应器中回流，使固定化的污泥与木薯酒精废水充分接触，以COD去除率、甲烷产量稳定视为驯化结束； 4)将待处理的木薯酒精废水进入厌氧反应器中进行处理，COD去除率达到98%以上出水。2.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤I)中陶瓷材料的体积占反应器工作体积的35%?40%。3.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤2)中厌氧污泥的接种量占厌氧生物反应器体积的25%?33%。4.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤2)中所述厌氧污泥的可挥发性悬浮物VSS是10?45 g/L，总悬浮物TSS是20?50 g/L，VSS/TSS是20%?90%。5.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤2)中采用人工废水进行污泥的静置培养，其配方为乙酸钠0.25 8/1，丙酸钠0.25 g/L，丁酸钠0.25 g/L，尿素0.5 g/L，葡萄糖0.25 g/L，磷酸氢二钾0.1 g/L，用NaHCO3调节进水pH为 7.2。6.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤3)中回流比为1:3?1:2。7.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤3)中所述逐级稀释的木薯酒精废水的稀释比例为1:5?1:1。8.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤4)中待处理的木薯酒精废水的pH值是3.0-6.0,COD是20000?30000 mg/L，总氮是60?80mg/L，总的挥发性脂肪酸是15?30 mM。9.根据权利要求1陶瓷材料填充厌氧反应器处理木薯酒精废水的方法，其特征在于，步骤4)中处理中有机负荷率是12.00 -16.00 kg COD/(m3 d)，水力停留时间为0.3?0.5 h，COD去除率达到98%以上，pH保持在7.0?7.5，出水VFA保持在2.6-5.2 mM，甲烷产量为3000?.3500 mL/do
【文档编号】C02F3/28GK105967327SQ201610380757
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】贾红华, 周俊, 韩周, 陈非儿, 周华, 姜岷, 韦萍
【申请人】南京工业大学