沼气池-沼气设备-沼气工程-山东达禹环境工程有限公司

————————————————————————————————————————————————————————————

摘自《中國(guó)沼氣》第6期 蔣勇 郭清吉 蔣小玉 褚衍生

苧麻作為工業(yè)紡織的生產(chǎn)原料,其加工產(chǎn)生大量的廢水,主要有:生物酶浸泡廢水、燒堿煮煉廢水、煮煉后清洗廢水,苧麻加工中用水量大,平均處理1t原麻用水500噸,COD產(chǎn)生量5000kg-3)。根據(jù)理論推算,1 kgCOD通過(guò)黑膜沼氣池厭氧消化可產(chǎn)生0.35m甲烷,則每加工1t原麻,產(chǎn)生的廢水可生成1750m3甲烷,相當(dāng)于70GJ的能量,可用于補(bǔ)充整個(gè)工藝的能耗6。而針對(duì)苧麻廢水的傳統(tǒng)處理方式是達(dá)標(biāo)排放,極少利用其黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)沼氣,也未有對(duì)不同工藝階段的廢水產(chǎn)氣潛力進(jìn)行研究-10。

本文根據(jù)苧麻加工不同工藝階段廢水具有不同特性,分別對(duì)其進(jìn)行黑膜沼氣池厭氧消化產(chǎn)沼氣研究,通過(guò)對(duì)整個(gè)黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的追蹤,分析不同苧麻廢水的產(chǎn)氣特性,為下一步研究和利用到實(shí)際生產(chǎn)中做準(zhǔn)備。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1苧麻廢水

苧麻廢水取自湖南省岳陽(yáng)市洞麻廠,分為生物

酶浸泡廢水、燒堿煮煉廢水、煮煉后清洗廢水,主要  性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.1.2污泥

試驗(yàn)所用污泥取自本公司黑膜沼氣池厭氧消化反應(yīng)器中的黑膜沼氣池厭氧污泥,其主要性質(zhì)見(jiàn)表2

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1,由1000mL消化瓶(有效體積  800mL)和500mL的排水集氣裝置組成。反應(yīng)瓶  放入水浴中,并保證水浴液面高于反應(yīng)瓶?jī)?nèi)液面。  水浴用加熱棒控溫在35℃±1℃。

1.3試驗(yàn)方法

按照污泥:苧麻廢水=1:1進(jìn)料,發(fā)酵罐TS=  1.5%-2%,分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組,每組3個(gè)平行。發(fā)酵過(guò)程持續(xù)3-4天,每12h搖動(dòng)1次反應(yīng)瓶,保證有機(jī)質(zhì)被充分利用。由于廢水pH值偏高,發(fā)酵液配制好后調(diào)節(jié)pH值到7.18后開(kāi)始試驗(yàn)。

1.4參數(shù)測(cè)定及方法

pH值,總固體(TS),可揮發(fā)性固體(VS),SV,COD,BOD3等常規(guī)參數(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。CH4和CO2百分比利用氣象色譜法進(jìn)行測(cè)定,色譜

柱使用PEG-20M毛線管柱,以氮?dú)鉃檩d氣,流速30mL·min。柱箱,進(jìn)樣器和檢測(cè)器的溫度分別是180℃,180℃和200℃。產(chǎn)氣量采用排水集氣法測(cè)定

2結(jié)果與討論

2.1生物酶浸泡廢水產(chǎn)氣特性分析

黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中日產(chǎn)氣量變化規(guī)律如圖2所示,3組平行實(shí)驗(yàn)均在第2天達(dá)到產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量約80mL左右,隨后迅速下降,在第4天停止產(chǎn)氣。從圖3可知苧麻加工的生物酶浸泡廢水黑膜沼氣池厭氧消化累積產(chǎn)氣量可達(dá)170mL左右,原料產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣潛力為1.13mL·mL廢水。而甲烷含量在第3天可達(dá)50%,后續(xù)穩(wěn)定于此,說(shuō)明生物酶浸泡廢水黑膜沼氣池厭氧消化  所產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣的可燃性較高(見(jiàn)圖4)。二氧化碳含量則從第1天的50%左右降至產(chǎn)氣停止時(shí)的30%左右,  可見(jiàn)微生物活性較大(見(jiàn)圖5)。日產(chǎn)甲烷量在第2

天達(dá)到最高33mL左右(見(jiàn)圖6),累積產(chǎn)甲烷量在第4天產(chǎn)氣停止后達(dá)73mL左右(見(jiàn)圖7),可得原料產(chǎn)甲烷潛力為0.49mLmL-廢水。

從表4可知,經(jīng)過(guò)4d的黑膜沼氣池厭氧消化,可使生物酶浸泡廢水的COD降解率達(dá)到76%,BOD3降解率達(dá)到82%,大部分可生化降解物質(zhì)得到了去除,雖然COD產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率較低,但BOD3的產(chǎn)氣率可達(dá)394.9mL·g-1,產(chǎn)甲烷率也超過(guò)160mL·g-1,而由表1可知,此廢水BOD3COD為0.31,通常以BOD3COD=0.3為污水可生化降解的下限,所以可認(rèn)為該廢水的可生化性不強(qiáng),且pH值偏高,因此造成其COD產(chǎn)氣率不佳12。

2.2燒堿煮煉廢水產(chǎn)氣特性分析

黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中日產(chǎn)氣量變化規(guī)律如圖8所示,3組平行實(shí)驗(yàn)均在第2天達(dá)到產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣

量約35mL左右,隨后迅速下降,在第3天停止產(chǎn)  氣。從圖9可知苧麻加工的燒堿煮煉廢水黑膜沼氣池厭氧消化  累積產(chǎn)氣量只有45mL左右,原料產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣潛力為  0.3mL·mL廢水。而甲烷含量在第3天僅為30%左右,說(shuō)明燒堿煮煉廢水黑膜沼氣池厭氧消化所產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣的可燃性較低(見(jiàn)圖10)。二氧化碳含量則從第1天的50%左右降至產(chǎn)氣停止時(shí)的40%左右,可見(jiàn)微生物活性不低(見(jiàn)圖11)。日產(chǎn)甲烷量在第2天最高超過(guò)13mL(見(jiàn)圖12),累積產(chǎn)甲烷量在第3天產(chǎn)氣停

止后達(dá)15mL左右(見(jiàn)圖13),可得原料產(chǎn)甲烷潛力  僅為0.1mLmL廢水。雖然二氧化碳含量顯示整  個(gè)黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中生物活性不低,但甲烷含量一直  處于較低水平,說(shuō)明甲烷菌的生長(zhǎng)受到了抑制,才會(huì)  導(dǎo)致整體產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲烷量較低。  從表5可知,經(jīng)過(guò)3天的黑膜沼氣池厭氧消化,可使燒堿煮煉廢水的CoOD降解率達(dá)到60%,BOD3降解率達(dá)到71%,超過(guò)一半的可生化降解物質(zhì)得到了去除,但  COD和BOD3的產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率都較低,而由表1可知,此廢水BOD/COD為0.4,通常以BOD3COD=0.3為污水可生化降解的下限,所以可認(rèn)為該廢水的可生化性較強(qiáng),這與其產(chǎn)氣差的表現(xiàn)矛盾,推測(cè)可能在苧麻加工的燒堿煮煉這步工藝中,由于高溫和高pH值條件的存在,造成許多有毒物質(zhì)的產(chǎn)生,最終導(dǎo)致此廢水產(chǎn)氣效果差.12。

2.3煮煉后清洗廢水產(chǎn)氣特性分析

黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中日產(chǎn)氣量變化規(guī)律如圖14所示,3組平行實(shí)驗(yàn)均在第2天達(dá)到產(chǎn)氣高峰,日產(chǎn)氣量約25mL左右,隨后迅速下降,在第3天停止產(chǎn)氣。從圖15可知苧麻加工的煮煉后清洗廢水黑膜沼氣池厭氧  消化累積產(chǎn)氣量只有30mL左右,原料產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣潛力  為0.2mL·mL廢水。而甲烷含量在第3天僅為  23%左右,說(shuō)明煮煉后清洗廢水黑膜沼氣池厭氧消化所產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣  的可燃性很低(見(jiàn)圖16)。二氧化碳含量則在40%  30%之間小幅度變化,可見(jiàn)微生物活性較低(見(jiàn)  圖17)。日產(chǎn)甲烷量在第2天達(dá)到最高6mL左右  (見(jiàn)圖18),累積產(chǎn)甲烷量在第3天產(chǎn)氣停止后達(dá)8  m左右(見(jiàn)圖19),可得原料產(chǎn)甲烷潛力僅為0.05

黑膜沼氣池厭氧消化過(guò)程中生物活性較低,且甲烷含量一直處

于較低水平,說(shuō)明發(fā)酵系統(tǒng)整體生物活性及產(chǎn)甲烷

菌群活性受到了抑制,才會(huì)導(dǎo)致整體產(chǎn)氣量和產(chǎn)甲

烷量較低。

從表5可知,經(jīng)過(guò)3天的黑膜沼氣池厭氧消化,可使煮煉后

清洗廢水的COD降解率達(dá)到47%,BOD3降解率達(dá)

到50%,約一半的可生化降解物質(zhì)得到了去除,雖

然COD產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率不高,但BOD3的產(chǎn)氣率

可達(dá)530.4mL·g1,BOD3的產(chǎn)甲烷率也超過(guò)120mL·g,而由表1可知,此廢水BOD3COD為0.29,通常以BOD3/COD=0.3為污水可生化降解的下限,所以可認(rèn)為該廢水的可生化性較差,這與其產(chǎn)氣差的表現(xiàn)一致,但與其BOD3較高的產(chǎn)氣率矛盾,推測(cè)可能是由于此廢水本身COD和BOD含量較低,造成微生物可利用底物較少,因此導(dǎo)致產(chǎn)氣量絕對(duì)值偏低,但微生物依然降解了約一半的底物,因此作為相對(duì)值的產(chǎn)氣率偏高2。

2.4不同廢水產(chǎn)氣比較

由圖20可知,3種廢水中生物酶浸泡廢水產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率最高,分別是燒堿煮煉廢水的3.7倍和4.9倍,是煮煉后清洗廢水的5.6倍和9.8倍,且不同廢水之間差距較大,可達(dá)近10倍。圖21顯示同樣的趨勢(shì),生物酶浸泡廢水BOD3和COD降解率最高,分別是燒堿煮煉廢水的1.1倍和1.3倍,是煮煉后清洗廢水的1.6倍,但不同廢水之間差距較少不超過(guò)60%。

由圖22可知,雖然生物酶浸泡廢水在COD產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率方面依然是最佳,但與圖20和圖21不同的是,燒堿煮煉廢水的COD產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率變得最差,分別只有生物酶浸泡廢水的15%和21%,煮煉后清洗廢水的2%和32%,生物酶浸泡廢水和煮煉后清洗廢水差距卻不大,雖然在發(fā)酵前,燒堿煮煉廢水的COD含量最高,但其COD產(chǎn)氣表現(xiàn)卻最差,一方面原因是底物量大,另一方面可能是高溫和高pH值條件產(chǎn)生了微生物活性抑制物質(zhì)。

由圖23可知,同圖22,燒堿煮煉廢水的BOD  產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率最差,但不同的是,煮煉后清洗廢  水的BOD,產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率超過(guò)其他兩種廢水,  成為最佳,并分別是生物酶浸泡廢水的1.3倍和  1.2倍,燒堿煮煉廢水的的6.9倍和4.5倍,雖然在發(fā)酵前,燒堿煮煉廢水的BOD3含量最高,但其BOD產(chǎn)氣表現(xiàn)卻最差,原因與其COD產(chǎn)氣表現(xiàn)最差一致。需特別指出的是,煮煉后清洗廢水的初始BOD3含量最低,而B(niǎo)OD3產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率卻最高,COD含量也最低,而COD產(chǎn)氣率和產(chǎn)甲烷率卻接近最高,原因可能是底物量小,降解效率高。

結(jié)論

3種苧麻廢水產(chǎn)氣規(guī)律和表現(xiàn)不同,其中,生物酶浸泡廢水p值最低,COD和BOD,含量較高,其產(chǎn)氣時(shí)間為4天,總體產(chǎn)氣率和有機(jī)物降解率最佳。燒堿煮煉廢水pH值最高,COD和BOD3含量也最高,其產(chǎn)氣時(shí)間為3天,有機(jī)物降解率較好,而產(chǎn)氣率表現(xiàn)最差。煮煉后清洗廢水pH值較高,COD和BOD3含量最低,其產(chǎn)氣時(shí)間為3天,有機(jī)物降解率較差,廢水產(chǎn)氣率表現(xiàn)最差,而COD和BOD3產(chǎn)氣  率較好。因此,COD和BOD含量的高低很大程度  上影響著廢水產(chǎn)氣率,而卻對(duì)COD和BOD3產(chǎn)氣率  的影響卻較小。總的來(lái)說(shuō),通過(guò)黑膜沼氣池厭氧消化,可去除廢  水中大部分有機(jī)物,減輕后續(xù)處理壓力,并且生物酶  浸泡廢水產(chǎn)氣率較高,可用于生產(chǎn)黑膜沼氣池沼氣,為苧麻加工提供綠色能源。