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          產品中心 解決方案
          乳品廢水處理方法
          時間:2015-09-25   來源:廢水回用研究公眾號   作者:   閱讀次數:2158

          乳制品廢水主要來源于容器 、管道 、設備 、車間的清洗過程,以及冷卻水和部分生活污水。其主要污染成分為乳蛋白 、乳糖、乳脂以及酸、堿等 ,CODCr 8002 500 mg/L,BOD5 6001 500 mg/L,B/C>0.5,具有易生化處理、pH 變化大、容易起泡沫等特點 。目前處理乳品廢水應用較多的工藝有單獨好氧處理工藝、 氣浮+好氧處理工藝 、水解酸化+好氧處理工藝以及厭氧+好氧處理工藝等。而多相串聯內循環厭氧反應器(MICR) 針對乳品廢水的特點,采用多相厭氧反應、 管道進水和增設內循環等方式,提高了反應器的容積負荷,可以達到更好的處理效果 。筆者在成功培養馴化顆粒污泥的基礎上,對 MICR 處理乳品廢水時的抗沖 擊特性和相分離特性進行了研究,旨在為該反應器的實際應用和工藝優化提供一定的理論指導 。

          1 試驗材料與方法

          1.1 試驗裝置

          試驗裝置如圖 1 所示 ,MICR 3 D 80 mm× 1 000 mm 的有機玻璃管串聯而成,總有效容積為 12.81 L,分為 1#、2#、3# 反應室。各反應室均設 3 個孔徑為 8 mm 的取樣口,取樣口分別位于距離 反應室底部 100、350、700 mm 處,并用恒溫水浴槽控制試驗溫度為(35±1 ) ℃。 廢水從高位槽向 1# 反應室底部注入,然后由上部出水口經溢流堰順管道進入 2# 反應室底部,依次推進,經過 3# 反應室之后排出 。各反應室的氣體在集氣罩下方匯集,以泥水混合液的形式經提升管進入氣液分離器,氣體從排氣口排出,泥水混合液經回流管回流至反應室底部,形成液體內部循環 。



          1 試驗裝置


          1.2 接種污泥


          所用污泥取自廣西大學實驗室處理淀粉廢水的厭氧顆粒污泥,粒徑在 2.0 3.5 mm 之間,黑色,污泥容積指數(SVI) 19.1 mL/g,沉降性能良好。污泥經淘洗備用,污泥接種量為反應室容積的 1/2。


          1.3 試驗用水


          試驗所用乳品廢水取自廣西皇氏甲天下乳業股份有限公司 ( 主要水質參數見表 1 ),并根據需要添加了適量純牛奶,以提高 CODCr,以尿素為氮源 、磷酸二氫鉀為磷源,保持 m (CODCr) m (N) m (P) = 300 51 。為促進污泥馴化,適量添加含有 Fe、Ca、 Mn、Zn、Co、K 等微量元素的營養液。



          1.4 試驗方法


          啟動試驗采用自制的淀粉廢水與乳品廢水進行混合作為進水,控制 CODCr 1 000 mg/L左右,保持 HRT= 24 h 不變,逐步提高進水中乳品廢水的比例 ,直至進水完全是乳品廢水。


          MICR 啟動成功后,即進入運行特性研究。首先保持進水CODCr 不變,以每次 4 h 的梯度逐步縮短 HRT; 隨后保持 HRT 不變,以每次 500 mg/L 的梯度逐步提高進水的 CODCr。 通過這兩種方式增加進水的容積負荷 ,并對整個運行過程中出水的 CODCr、pH、SS、VFA、產 CH4 量等進行分析。


          1.5 分析方法及儀器


          試驗中對 CODCr、pH、SS、VFA、產 CH4 量進行測定 , 其中 CODCr 采用微波消解法測定 ,pH 用玻璃電極法測定 ,SS 采用重量法測定 ,VFA 用比色測定法,CH4 采用自制血清瓶液體置換系統測定 ( 以質量分數 3% NaOH 溶液吸收去除其中的 CO2,剩余氣體即 CH4)。


          儀器: WMX 型微波密封消解 COD 速測儀,汕頭市環海工程總公司 ; pHS-3C 型精密 pH 計,上海雷磁儀器廠; CS-122 型恒溫箱 ,重慶試驗設備廠 ; 自制蒸餾裝置。


          2 結果與分析


          2.1 MICR 的抗沖擊特性


          2.1.1 進水容積負荷對 CODCr 去除率的影響


          經過近 40 d 的培養馴化,當進水 CODCr 1 100 mg/L,HRT 24 h 時 ,CODCr 去 除 率 穩 定 在 92% 左右,進入運行特性試驗階段,該過程分 2 個階段提高進水容積負荷 。 CODCr 去除率隨進水容積 負荷的變化情況見圖 2。


           

          1 階段保持 CODCr 1 000 mg/L,逐步縮短 HRT。 由圖 2 可見 ,CODCr 容積負荷 <3.0 kg/(m3· d)時,每次提高容積負荷 CODCr 去除率均呈現先下降后回升的趨勢 ,最高都在 88% 左右 ,例如容積負荷從 1.0 kg/(m3· d) 升至 1.2 kg/(m3· d) 時,CODCr 去除率由 91.4%降到 80.1%,之后又升到 87.2%。 主要原因是容積負荷的增加使得甲烷菌增殖速率滯后于產酸菌 ,導致有機酸發生積累 ,代謝產物增多 ,從而抑制了甲烷菌對有機物的降解活性; 待微生物開始適應新的環境,其降解活性得以恢復。


          CODCr 容積負荷提高到3.0 kg/(m3· d) 時,CODCr 去除率相對較低 ,最高只恢復到 84.4%,并呈下降趨勢 ,特 別 是 當 HRT =4 h,相 應 的 容 積 負 荷 為 6.0 kg/(m3· d) 時,CODCr 去除率一直在 78%的較低水平,表明此時進水容積負荷已經超過 MICR 的抗沖擊負荷能力 ,原因可能是 HRT 較短使得世代時間較長的產甲烷菌被沖出。


          2 階段保持 HRT =8 h 不變,以 500 mg/L 的梯度逐步提高 CODCr 質量濃度 。 當進水 CODCr 提高到 1 500 mg/L 時 ,CODCr 去 除 率 回 升 到 84.5% ; 進 水 CODCr 提高到 2 000 mg/L 時 ,CODCr 去除率先略微降低后逐漸升高,并最終穩定在 85.6%左右。 可見運行 50 余天后 ,當 HRT =8 h,進水 CODCr 2 000 mg/L,相應的容積 負 荷 為 6.0 kg/(m3· d) 時 ,MICR 具 有 最優的運行效能。


          2.1.2 pH CODCr 去除率的影響


          pH 是影響厭氧反應器處理效果的最重要因素之一 〔4〕。圖 3 為進、 出水 pH 隨時間的變化情況。


          由圖 3 可見,經過前期的污泥馴化之后 ,當進水 pH 保持在 7.0 7.6 時,出水 pH 也穩定在 7.5 左右 。當進水 pH 突然增大至 8.16(A ) 時 ,出水 pH 也隨之升高到 8.44,CODCr 去除率即由 88%降至 80%,及時 降 低 進 水 pH 8.0 后 ,CODCr 去 除 率 恢 復 到 82.1% ; 當進水 pH 突然減小到 6.47 (B ) 時 ,出水 pH 隨 之 降 到 7.16,CODCr 去 除 率 由 84.4% 降 至 77.5%,及時提高進水 pH 6.71 后 ,CODCr 去除率恢復至 82.5%。 這主要是因為微生物對 pH 非常敏感,pH 的突然改變會引起細胞膜發生變化 ,影響微生物對營養物質的吸收,從而大大降低細菌活性; 而及時調節進水 pH CODCr 去除率的迅速恢復 ,表明顆粒污泥結構為內層產甲烷菌提供了保護和隔離作用 ,使得厭氧顆粒污泥對短時的 pH 變化具有一定的緩沖能力 ,能夠很好地適應環境的改變,迅速恢復活性。


          2.1.3 HRT SS 去除率的影響


          研究表明 HR T SS 去除率有重要影響 〔5〕。 圖 4 為進、 出水 SS SS 去除率隨運行時間的變化情況。



          由圖4 可知,隨著 HRT 的增加 ,系統出水的 SS 逐漸降低 ,SS 去除率逐漸升高。 HRT >8 h 時,出水 SS <40 mg/L,SS 去除率保持在 78.8% 88.7%之間 。 當 HRT 減小至 4 h 時 ,出水 SS 增至 60 mg/L,SS 去除率則降至 69.7%。 可見,若要保證出水 SS ≤ 40 mg/L, HRT 至少應 >4 h。 實驗過程中進水 SS 180 210 mg/L 之間變化,但出水 SS 受其影響較小 ,仍表現出上述變化規律,且具有較高的 SS 去除率 ,這主要受益于 MICR 的內部結構 : 內設的集氣罩很好地截留了污泥和懸浮物,同時多相串聯的結構使得大量懸浮物在第 1 格室被吸附分解,在最后格室沉淀,因此該系統對 SS 的去除效果明顯 。


          2.2 相分離特性


          2.2.1 各反應室出水VFA 的變化規律


          在厭氧消化過程中 ,甲烷菌主要利用 VFA 形成甲烷,因此 VFA 的積累程度及變化規律能夠很好地表征厭氧反應器的相分離狀態。圖 5 為各反應室出水的 VFA 隨運行時間的變化情況。


          由圖 5 可以看出 ,1# 反應室出水的 VFA 最多,總體在 2.0 mmol/L 以上,并隨著進水容積負荷的增加 而 增 大 ( 隨 運 行 時 間 延 長 進 水 容 積 負 荷 逐 漸 加大 ),VFA 最高達到 7.0 mmol/L; 2#、3# 反應室出水的 VFA 沒有明顯差異 ,均較低 ,在 0.250.75 mmol/L 之間變化。 說明 1# 反應室以產酸菌為主,2#、3# 反應室以產甲烷菌為主。1# 反應室中 ,隨著進水容積負荷的逐漸增大 ,大量有機物為代謝速率高 、 適應能力強的產酸菌提供了適宜的生長環境 ,產酸菌大量生長繁殖 ,有機物被產酸菌迅速轉化為脂肪酸 ,而產甲烷菌適應環境較慢且代謝能力弱 ,無法將產生的脂肪酸及時吸收利用 ,致使脂肪酸大量積累 ,出水 VFA 較高 ; 2#、3# 反應室中 ,產甲烷菌開始適應環境并迅速生長繁殖,而此時產酸菌由于底物不足,活性變差,與產甲烷菌的生長達到平衡,其產生的脂肪酸能夠及時被產甲烷菌利用 ,出 水 VFA 較 低 。 此 外 , MICR 的內循環系統可增強泥水的混合 ,加快各種厭氧菌種的代謝活動 ,從而達到良好的相分離效果 。


          2.2.2 各反應室產 CH4 量的變化


          試驗過程中對各反應室產生的 CH4 氣體單獨收集測定 ,以考察反應室厭氧菌種的生長情況。 各反應室的產 CH4 量如圖 6 所示。



          由圖 6 可見,2# 反應室產生的 CH4 最多,容積產氣率 >0.153 m3/(m3· d),最高達 0.397 m3/(m3· d),并隨著容積負荷的 增加而增大 ( 隨運行時間延長容積負荷增加 ),表明 2# 反應室以產甲烷菌為主。 1# 反應室產生的 CH4 量受進水容積負 荷的影響不大 ,總體保持在 0.103 0.137 m3/(m3· d) 的水平 ,表明 1# 反應室主要起水解和酸化作用 ,以產酸菌為主,產甲烷菌的活性受到抑制 ,而且受進水容積負荷的直接沖擊,CH4 產量呈現小幅度的波動 。 3# 反應室與 2# 反應室一樣 ,產 CH4 量隨著容積負荷的增加而增大 ,但 產 CH4 量 始 終 很 低 ,其 容 積 產 氣 率 最 大 為 0.071 m3/(m3· d),表明 3# 反應室也以產甲烷菌為主 ,但由于廢水流至 3# 反應室時剩余的有機物很少 ,底物不足,因此 CH4 量很少 。


          3 結論


           (1)MICR 對乳品廢水有穩定高效的處理效果 。當 HRT=8 h、 進水 CODCr 2000 mg/L、 相應的容積負荷為 6.0 kg/(m3· d) 時 ,MICR 具 有 最 優 的 運 行 效能 ,CODCr 去除率可穩定在 85.6%左右 。 MICR 底部污泥對 pH 驟變有較好的抗沖擊能力 ,能夠隨 pH 的穩定很快恢復活性,提高 CODCr 去除率。 MICR 獨特的結構設計對 SS 有較高的去除率 ,當 HRT>8 h 時出水 SS<40 mg/L,SS 去除率保持在 78.8%88.7%。


           (2)MICR 存在產酸相與甲烷相分離現象。 1# 反應室出水 VFA 2.0 mmol/L 以上,2#、3# 反應室出水 VFA 僅在 0.250.75 mmol/L 之間變化 ; 2# 反應室產生 CH4 最多 ,容積產氣率最高可達 0.397 m3/(m3· d),研究表明 2# 、3# 反應室以產甲烷菌為主 ,1# 反應室以產酸菌為主。



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