低溫厭氧處理技術研究報告

1、.馬鈴薯精淀粉廢水低溫厭氧處理技術研究實驗報告寧 夏 大 學固原市環(huán)境保護科學研究所寧夏佳立生物科技有限公司寧夏山水環(huán)?？萍加邢薰緷霞{川環(huán)保科技發(fā)展有限責任公司目 錄1、實驗內容和目的- 1 -1.1 實驗內容- 1 -1.2 實驗目的- 1 -2、實驗單位、時間、主持人及實驗人- 2 -3、實驗形式及實驗方法- 3 -4、靜態(tài)試驗- 3 -4.1廢水厭氧反應原理- 3 -4.2污水厭氧處理技術的比較- 4 -4.3實驗步驟- 7 -5、動態(tài)實驗- 11 -5.1廢水動態(tài)實驗工藝路線流程說明- 11 -5.1.1工藝流程- 11 -5.1.2工藝路線流程說明- 11 -5.2厭氧運行情況-

2、 12 -5.3厭氧運行總結- 14 -6、低溫厭氧和常規(guī)的中溫厭氧成本比較及收益分析- 14 -6.1低溫厭氧和常規(guī)的中溫厭氧成本比較- 14 -6.2低溫厭氧運行費用- 15 -（1）低溫厭氧電費- 15 -（2）低溫厭氧加熱費- 15 -（3）低溫厭氧運行費用- 15 -6.3低溫厭氧收益- 15 -7、實驗結論和存在的問題- 17 -7.1實驗成果- 17 -7.2存在的問題- 17 -: 1、實驗內容和目的1.1 實驗內容本實驗以寧夏佳立生物科技有限公司西吉南臺淀粉分公司氣浮出水為試驗用水，實驗內容如下：研發(fā)馬鈴薯廢水厭氧低溫處理工藝技術，降低廢水處理成本。1.2 實驗目的通過共同研

3、發(fā)，取得具有工藝合理、技術先進、性價比高、經(jīng)濟實用的低溫厭氧工藝，其技術水平應達到國內先進，為下一步工程實踐和技術推廣提供依據(jù)。2、實驗單位、時間、主持人及實驗人實驗單位：寧夏大學固原市環(huán)境保護科學研究所寧夏佳立生物科技有限公司 寧夏山水環(huán)?？萍加邢薰緷霞{川環(huán)?？萍及l(fā)展有限責任公司實驗時間：2009年10月2010年1月主持人： 劉玉國、郭思新、葉佩清、蔣文強、熊朝輝、楊建民、李敬龍、丁文捷、蔡東霞實驗員： 吳桂峰、吳志剛、賀華、樊靜波、續(xù)京、馬續(xù)飆、郭艷艷、 剡榮花、李金玉、鹿洪偉、石洪濤 3、實驗形式及實驗方法本實驗分為靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗兩個部分。首先通過靜態(tài)實驗對廢水處理的可行性方案

4、分析，以靜態(tài)實驗的結論作為依據(jù)，來指導動態(tài)實驗，并通過動態(tài)實驗的結果來驗證方案的可行性。為下一步工程化放大、技術推廣提供工藝技術參數(shù)。4、靜態(tài)試驗4.1廢水厭氧反應原理廢水厭氧反應的過程可分為兩個階段，即：酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段，如圖1所示。圖1 厭氧反應兩階段理論（1）酸性發(fā)酵階段兩階段理論將液化階段和產(chǎn)酸階段合稱為酸性發(fā)酵階段。在酸性發(fā)酵階段，高分子有機物首先在兼性厭氧菌胞外酶的作用下水解和液化，然后滲入細胞體內，在胞內酶的作用下轉化為醋酸等揮發(fā)性有機酸和硫化物，pH 值下降。 氫的產(chǎn)生，是消化第一階段的特征，所以第一階段也稱作“氫發(fā)酵”。兼性厭氧菌在分解有機物的過程中產(chǎn)生的能量幾乎全

5、部消耗作為有機物發(fā)酵所需的能源，只有少部分合成新細胞。因此酸性消化時，細胞的增殖很少。產(chǎn)酸菌在低 pH 值時也能生存，具有適應溫度、pH值迅速變化的能力。 （2）堿性消化階段專性厭氧菌將消化過程第一階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和代謝產(chǎn)物均被甲烷菌利用分解成二氧化碳、甲烷和氨，pH 值上升。由于消化過程第二階段的特征是產(chǎn)生大量的甲烷氣體，所以第二階段稱為“甲烷發(fā)酵”。由于甲烷菌的生長條件特別嚴格，即使在合適的條件下其增殖速度也非常小，因此甲烷化過程要控制污水或者污泥的厭氧消化進程。厭氧是用來處理高濃度廢水的一種有效方法，厭氧相對好氧而言其運行費用低，并且能夠產(chǎn)生沼氣。如要只通過好氧來處理，則進水必須稀釋對

6、高濃度廢水而言其水量將會成倍甚至幾十倍的增加，其基建費用和運行費用都會相應地增加。4.2污水厭氧處理技術的比較污水厭氧處理是近年來污水處理領域發(fā)展較快的技術，具有高效低耗、運行穩(wěn)定、產(chǎn)生沼氣，可實現(xiàn)資源化利用等特點，已成為中、高濃度污水處理的主流技術之一，我國從80年代起，在引進消化吸收國外技術的基礎上，開發(fā)了上流式厭氧污泥反應器（UASB）、厭氧流化床反應器（AFBR）、內循環(huán)厭氧污泥顆粒反應器（IC）等新技術，現(xiàn)已廣泛用于酒精、淀粉、制糖、啤酒、等農副產(chǎn)品加工領域，并逐漸成熟，擴大應用于難降解化工污水中。下面各種厭處理技術比較如下：（1）上流式厭氧污泥反應器（UASB）上流式厭氧污泥反應器

7、（UASB）技術在國內外已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理的主流技術之一，在UASB中沒有載體，污水從底部均勻進入，向上流動，顆粒污泥（污泥絮體）在上升的水流和氣泡作用下處于懸浮狀態(tài)。反應器下部是濃度較高的污泥床，上部是濃度較低的懸浮污泥層，有機物在此轉化為甲烷和二氧化碳氣體。在反應器的上部有三相分離器，可以脫氣和使污泥沉淀回到反應器中。UASB的COD負荷較高，反應器中污泥濃度高達100150 g/L，因此COD去除效率比普通的厭氧反應器高三倍，可達80%95%。但其啟動時間短，能間斷或季節(jié)性運行，投資低，運行管理簡單。（2）IC反應器IC反應器是在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應器。它

8、通過出水回流再循環(huán)，大大提高了污水的上升流速，反應器中顆粒污泥始終處于膨脹狀態(tài)，加強污水與微生物之間的接觸和傳質，獲得較高的去除效率，反應器的高度高達16-20m。從外觀上看，IC反應器由第一厭氧反應室和第二厭氧反應室疊加而成，每個厭氧反應器的頂部各設一個氣-固-液三相分離器，如同兩個UASB反應器的上下重疊串聯(lián)。由于采用了較高的上流速度，對顆粒污泥的形成和污水的前期預處理要求很高，需投加顆粒污泥進行培養(yǎng)。目前，IC反應器在國內外的工程中已普遍得到應用。IC反應器具有很大的高徑比，一般可達2-5，反應器的高度高達16-20m。IC反應器的優(yōu)點：a.容積負荷率高，水力停留時間短。b.抗沖擊負荷強

9、。c.避免了固形物沉積。c.基建投資省和占地面積小。d.依靠沼氣提升實現(xiàn)自身的內循環(huán)，減少能耗。厭氧流化床載體的膨脹和流化，是通過出水回流出水泵加壓實現(xiàn)。因此必須消耗一部分動力。而IC反應器正常運行時是以自身產(chǎn)生的沼氣作為提升的動力，實現(xiàn)混合液內循環(huán)，從而減少能耗。內循環(huán)又能夠對IC內最上層的浮渣層形成沖擊，起到攪拌效果，使料液重新均勻混合，以便微生物充分接觸浮渣層原料并進一步降解發(fā)酵，提高產(chǎn)氣效率。e.減少藥劑投量，降低運行費用。對溫度的要求相對第二低反應器要低。內外循環(huán)的液體量相當于第一級厭氧出水的回流，對pH起緩沖作用，使反應器內的pH保持穩(wěn)定。可減少進水的投堿量，從而節(jié)約藥劑用量，而減

10、少運行費用。f.產(chǎn)氣量大，而且穩(wěn)定。（3）厭氧流化床反應器（AFBR）厭氧流化床（AFBR）是一種填有比表面積很大的惰性顆粒填料的反應器，厭氧微生物生長在填料上，反應器的出水部分回流，與進水混合后，從反應器底部進入向上流動，使固著有微生物的顆粒填料處于流化狀態(tài)并在整個反應器均勻分布，由于流化床使用的是比表面積很大的填料，使反應器內厭氧微生物的量增大，對污水有較高的去除率，且耐沖擊。反應器的流速控制適中，這樣填料不致流失并且微生物與污水充分接觸。如果填料密度過大，需要加大回流，提高流速使填料在反應器中處于流化和膨脹狀態(tài)，這樣增加了運行成本。并且產(chǎn)生的氣體在反應器上部形成漂浮的泡沫，須用水力或機械

11、方法去除，因三相分離比較困難，影響其在工程上的應用。通過以上分析，本項目確定采用IC反應器。4.3實驗步驟中溫和低溫靜態(tài)實驗比較廢水的厭氧生物處理受到許多因素的影響，一般可把這些因素分為設計因素和環(huán)境因素兩大類。前者包括采用的反應器類型、操作單元的選擇及排列方式、預處理的方式、負荷、水力停留時間、菌種污泥的選用等等，后者則側重以微生物學角度對厭氧過程加以考慮，影響厭氧過程的環(huán)境因素包括溫度、pH值、堿度、營養(yǎng)、氧化還原電位以及毒性、可降解性等廢水特征，它是影響厭氧處理的關鍵因素，是決定設計因素的依據(jù)。因此要更好地了解和應用厭氧工藝，必須深入了解影響它的環(huán)境因素。其中溫度因素是以上各環(huán)境因素中比

12、較重要的因素。（1）試驗流程與設備本實驗采用的實驗設備為水浴加熱的厭氧系統(tǒng)。主要處理裝置厭氧反應器有效容積為3L，它的內徑為94mm，總高度為720mm，整個系統(tǒng)的安裝流程見圖5。圖5 IC厭氧反應器試驗流程實驗污泥：污泥顆粒呈，棕褐色，粒徑為14mm。試驗原水：取洗凈土豆用粉碎機打碎，按馬鈴薯與水16的比例，配置一定量的自來水，攪拌靜置后過80目篩，靜沉0.5 h后取上清液作為實驗水樣實驗廢水的COD濃度控制在50008000 mg/L之間。先在厭氧反應器中各加入1.6L顆粒污泥，作為接種污泥，注滿水，1號厭氧反應器溫度控制在23±1，2號厭氧反應器溫度控制在32±1，用

13、馬鈴薯廢水和營養(yǎng)液所配制成的溶液（COD為5000mg/l）作為基質液培養(yǎng)一周左右時間，用低濃度的試驗原水（COD為3000mg/l）作為進水，對污泥進行馴化。用碳酸氫鈉溶液調節(jié)進水的pH， pH值控制在6.88之間，每兩天進一次水，進水量為3L，水力停留時間24h。反應器的設計和水質分析方法用比較常見的方法，進水用泵（HL2型）控制，用溫度控制儀控制水浴溫度，電加熱器（1000W）進行加熱，筆式精密酸度計測pH值。 每天定時觀察并記錄結果。（2）結果分析1、溫度對CODcr去除率的影響，實驗結果如圖6所示。圖6 溫度對COD去除率的影響在23±1和32±1條件下，均能在厭

14、氧開始后一個月左右達到較高的COD去除率;在32±1條件下，COD去除率增加速率較快，但達到較高COD去除率的時間并沒有縮短。2、不同的保溫條件對溫度的影響樣式大小相同的兩組設備，在同樣的條件下，一組敞口、一組封口密閉。實驗結果：敞口設備內溫度比密閉封口設備每天多降23。3、接種污泥量的影響表4.1 不同接種污泥量情況下去除率表 去出率接種污泥量2d4d6d8d10d10%少量氣泡22%29%35%40%20%較大量氣泡31%37%42%45%30%大量氣泡35%41%45%49%40%大量氣泡37%42%46%50%注：接種污泥量為接種污泥體積與容器的容積比。加大接種污泥量可明顯提

15、高污水的去除率，有利于初期的調試工作，但是加大接種量也會增加購買菌種的費用。實驗表明菌種投加量在20%左右比較合適。（3）結論隨著新型厭氧反應器的開發(fā)研究和應用，可以降低溫度對厭氧效果的影響（新型反應器內的生物量很大），因此運用IC厭氧反應器對馬鈴薯淀粉廢水進行處理可以在小于30度條件下進行，以降低能耗和運行費用。5、動態(tài)實驗5.1廢水動態(tài)實驗工藝路線流程說明5.1.1工藝流程動態(tài)實驗采用：生物選擇池+調配池+低溫IC厭氧反應器5.1.2工藝路線流程說明（1）生物選擇池生物選擇池作用：對廢水進行選擇酸化處理，提高廢水的可生化性，并能去除部分有機負荷，確保后續(xù)低溫處理穩(wěn)定運行。規(guī)格：NCSJ-1

16、.5處理水量：15L/h水力停留時間：6h水解酸化池材質：工程塑料。（2）調配池調配池作用：調節(jié)廢水的水溫、pH值，保證厭氧（IC）的正常運行。調配池規(guī)格：NCHL-1.5調配池材質：工程塑料溫控系統(tǒng)：2套（3）低溫厭氧反應器（IC）。厭氧（IC）規(guī)格：NCIC-1.5尺寸：380×2000mm有效容積：200L排泥渣系統(tǒng) 1套三相分離器（二層）1套氣水分離器 1套5.2厭氧運行情況（1）厭氧反應器投加厭氧顆粒污泥進行接種，投加量約為厭氧反應器容量的1/5-1/4。（2）向反應器內投加鍋爐房前下水井中濃度較低廢水25L，測得其COD為3640mg/L,pH值為6.5，水溫為15，加溫

17、回流。定期補充投加廢水。適當提高反應器溫度到23-25度。啟動泵進行內循環(huán)，調整反應器上流速度。（3）經(jīng)過一個星期的運行，COD去除率達48.57%以上，說明厭氧反應器啟動成功。適當降低反應器溫度到25度以下。（4）每天向生物選擇池投加適量原水，提高廢水回流比，IC厭氧反應器溫度控制在24左右。上流速度控制在3-8m/h。（5）根據(jù)COD去除率情況逐步提高厭氧裝置的容積負荷。COD容積負荷可高達5Kg/m3.d檢測結果如表5.1所示。表5.1 厭氧運行記錄表記錄日期進水量(L)PHIC罐實測溫度厭氧裝置進水CODmg/L內循環(huán)進水CODmg/L出水CODmg/L去除率(%)11月9256.51

18、53360232050.00 11月10756.92335802280168059.22 11月111007.12434602240146075.72 11月121207.2253640168084091.21 11月131606.9233640136032080.22 11月141507.0 232880192072063.89 11月152007.12428002520104061.43 11月162007.0 2428001920108048.57 11月172007.0 2528002560144062.86 11月182007.12526801840104055.22 11月1920

19、07.22527202160120050.00 11月202007.42427802320136051.80 11月212007.22327402360134051.82 11月222007.82425602400132045.31 11月231207.12426602600140048.87 11月24907.12438402760136067.71 11月25907.0 2338602320124067.88 11月261507.0 2339402160124074.11 11月271507.12339602560102078.28 11月28907.1234040266086075.25

20、 11月29907.0 2240402880100074.75 11月30607.22340402840102076.24 12月1607.3234020280096076.62 12月21607.1244010282094077.26 12月7607.6244010286091275.46 12月8907.4244010284098475.56 12月9907.3244010294098075.56 12月10907.3234010296098075.41 12月11907.2244010296098674.06 12月12907.42348002980104077.50 12月131906

21、.92452803600108079.70 12月141807.12443803560107275.30 12月151607.1244540 3620108274.89 12月161807.0 2548603640114078.48 12月171607.0 2545403660104675.90 12月181807.12548203580109478.13 12月191907.12446903490105478.25 12月202007.0 2344703330102077.32 12月211607.22446802820101479.10 12月221607.0 24464028509787

22、7.93 12月231807.12447903070102478.96 12月241607.0 2356403160100879.08 12月251607.0 2357203280118080.87 12月261607.1235340319010945.3厭氧運行總結（1）從運行記錄分析,厭氧反應器啟動20天后，COD去除率高達75%以上，啟動速度較快，運行穩(wěn)定。（2）上流速度控制在3-8m/h, COD容積負荷可高達5Kg/m3.d。（3）由于馬鈴薯減產(chǎn)嚴重，原料供應不足，本實驗時間較短，未能達到最佳效果。6、低溫厭氧和常規(guī)的中溫厭氧成本比較及收益分析6.1低溫厭氧和常規(guī)的中溫厭氧成本比較低

23、溫厭氧和常規(guī)的中溫厭氧，除溫度外，其它的工藝件條相同，本次小試力求從工藝技術入手降低運營成本；IC工藝采用低溫厭氧，低溫厭氧平均水溫按25計，常規(guī)IC中溫厭氧平均水溫按35計，由低溫厭氧到中溫厭氧需要提高10。壓力為2公斤的蒸汽熱焓值按600千卡/千克計，傳熱效率按80%計，則噸水消耗的蒸汽量約為：20.83kg。若蒸汽價格按200元/噸計，那么與中溫厭氧相比，采用低溫厭氧工藝每處理1噸水可以節(jié)省4.17元的蒸汽加熱費用投入。6.2低溫厭氧運行費用（參照年產(chǎn)1萬噸馬鈴薯淀粉廠規(guī)模，工藝廢水1000噸/天計）（1）低溫厭氧電費低溫厭氧成本為水提升及循環(huán)電耗，根據(jù)現(xiàn)有運轉IC罐，電耗費用約為0.100元/m3。（2）低溫厭氧加熱費本方案中IC采用低溫厭氧,厭氧罐內溫度控制在25左右即可。因此需要對廢水進行加熱，加熱方式采用蒸汽直接加熱，按年平均進水水溫10計算對廢水加熱到25，壓力為2公斤的蒸汽熱焓值按600千卡/千克計，傳熱效率按80%計，則噸水消耗的蒸汽量約為：31.25kg。每噸蒸汽按200元計