白酒廢水厭氧條件優(yōu)選的實(shí)驗(yàn)研究

劉煦晴, 賀 珍, 鄧光天, 向 科, 熊 誠

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

白酒生產(chǎn)是中國經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水，即俗稱的鍋底水、窖底水，窖底水的COD濃度最高可達(dá)100 000 mg/L以上.目前，除個(gè)別大型國有企業(yè)(規(guī)模20 000 t/a以上)建有污水處理設(shè)施外，其余多數(shù)小型白酒企業(yè)廢水或不處理直接排放，或不能做到達(dá)標(biāo)排放，成為行業(yè)的環(huán)保難題.熊誠等[1]采用貴州某小型白酒廠(規(guī)模600 t/a)的鍋底水、窖底水做實(shí)驗(yàn)，探討了該類型白酒廢水高溫、中溫厭氧產(chǎn)甲烷及回收利用的可行性，本文在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對高溫厭氧消化，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了條件實(shí)驗(yàn)以及消化中間產(chǎn)物VFA與COD濃度和甲烷產(chǎn)氣量的關(guān)系研究，并推薦小型醬香型白酒企業(yè)高濃度有機(jī)廢水處理的適宜工藝及優(yōu)化控制條件，為企業(yè)的水污染治理提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

自制厭氧反應(yīng)器8套(由碘量瓶、血清瓶，量筒及連接管組成，見圖1)，厭氧產(chǎn)生的沼氣經(jīng)導(dǎo)氣管進(jìn)入集氣裝置，用排水法記錄甲烷氣產(chǎn)量，測試處理前后COD濃度，計(jì)算去除率.厭氧反應(yīng)器放置于SHZ-C恒溫水浴振蕩器中，確保反應(yīng)器內(nèi)污泥的均勻分布及溫度恒定.

實(shí)驗(yàn)污泥取自湖北省某市檸檬酸廠IC厭氧反應(yīng)器中的厭氧顆粒污泥.

圖1 厭氧反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

取8份等量厭氧污泥(約50 mL)置于8個(gè)厭氧反應(yīng)瓶中，實(shí)驗(yàn)初期分別向8個(gè)厭氧反應(yīng)瓶中加入50 mL的原水稀釋液，投加一定量的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為7.0,并置于恒溫水浴鍋中進(jìn)行厭氧污泥的馴化與培養(yǎng)[2-3]，逐步提高厭氧反應(yīng)溫度至55 ℃[4].待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，向反應(yīng)器中加入窖底水與鍋底水的配比液，采用逐步提高進(jìn)水濃度的方法，連續(xù)運(yùn)行48 h，通過排水法記錄甲烷氣產(chǎn)量并定時(shí)取樣分析COD及VFA質(zhì)量濃度，計(jì)算去除率.

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

取貴州省某小型醬香型白酒生產(chǎn)車間的鍋底水、窖底水進(jìn)行高溫厭氧試驗(yàn)，窖底水、鍋底水的水質(zhì)指標(biāo)見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)白酒廢水各污染指標(biāo)

1.2.1 鍋底水、窖底水及兩者混合樣的高溫厭氧實(shí)驗(yàn) 取8份不同濃度的鍋底水、窖底水及兩者的混合液各50 mL置于8個(gè)厭氧反應(yīng)瓶中，投加一定量的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為7.0，并置于恒溫水浴鍋中進(jìn)行厭氧實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

1.2.2 水力停留時(shí)間(HRT)對厭氧反應(yīng)效果影響的實(shí)驗(yàn) 取混合水樣50 mL置于厭氧反應(yīng)瓶中，加入一定量的的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為7.0，并置于恒溫水浴鍋中進(jìn)行厭氧實(shí)驗(yàn).每隔8 h記錄產(chǎn)氣量并測定上清液COD質(zhì)量濃度[5].

1.2.3 pH對厭氧反應(yīng)效果影響的實(shí)驗(yàn) 取混合水樣50 mL置于厭氧反應(yīng)瓶中，加入一定量的的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水的pH值，并置于恒溫水浴鍋中進(jìn)行厭氧實(shí)驗(yàn).記錄不同pH條件下的產(chǎn)氣量和上清液COD質(zhì)量濃度[6].

1.2.4 厭氧反應(yīng)過程中VFA與COD去除率及產(chǎn)氣量的關(guān)系實(shí)驗(yàn) 取混合水樣50 mL置于厭氧反應(yīng)瓶中，加入一定量的的碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH為7.0，并置于恒溫水浴鍋中進(jìn)行厭氧實(shí)驗(yàn).每隔8 h 記錄產(chǎn)氣量并測定上清液COD濃度及VFA質(zhì)量濃度[7].

2 結(jié)果與討論

2.1 鍋底水、窖底水及兩者混合樣的高溫厭氧實(shí)驗(yàn)

單獨(dú)鍋底水、窖底水及兩者混合樣的COD去除效果及產(chǎn)氣量試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3.

由表2和表3可知，單獨(dú)鍋底水、窖底水COD去除效果、產(chǎn)氣量都不如混合水樣，且COD去除率都未超過90%.混合樣鍋底水：窖底水配比為5∶11時(shí)COD去除率達(dá)90.84%，且產(chǎn)氣量最高.由此認(rèn)為，混合樣鍋底水：窖底水配比以5∶11為宜，進(jìn)水質(zhì)量濃度為24 000 mg/L時(shí)，混合樣整體COD去除率較高，所以進(jìn)水質(zhì)量濃度以24 000 mg/L最佳.

因此，后續(xù)試驗(yàn)均采用混合水樣，鍋底水：窖底水為5∶11，進(jìn)水質(zhì)量濃度24 000 mg/L.

表2 厭氧反應(yīng)COD去除效果以及產(chǎn)氣量情況

注：鍋底水最高質(zhì)量濃度不超過20 000 mg/L.

表3 混合水樣厭氧反應(yīng)COD去除效果以及產(chǎn)氣量情

2.2 水力停留時(shí)間(HRT)對厭氧反應(yīng)效果影響的實(shí)驗(yàn)

水力停留時(shí)間HRT對COD去除率及產(chǎn)氣量的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2.

圖2 HRT對COD去除率及產(chǎn)氣量影響的結(jié)果

由圖2可知， 32 h之前厭氧反應(yīng)較快，產(chǎn)氣量大，但COD去除率不高，到40 h后，COD去除率迅速提高，反應(yīng)趨于平和，到48 h后，COD去除率達(dá)90.17%，產(chǎn)氣量達(dá)650 mL，處于峰值，在之后的反應(yīng)中，COD去除率以及產(chǎn)氣量都變化不大，說明厭氧反應(yīng)在48 h后基本結(jié)束.

因此，厭氧反應(yīng)控制HRT48 h為宜.

2.3 pH對厭氧反應(yīng)效果影響的實(shí)驗(yàn)

pH對COD去除率及產(chǎn)氣量的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.

圖3 pH對COD去除率及產(chǎn)氣量影響的結(jié)果

由圖3可知，pH從6.6上升到7.0的過程中，COD去除率、產(chǎn)氣量都在逐步增大；當(dāng)pH為7.0的時(shí)候，COD去除率達(dá)最高90.12%，產(chǎn)氣量達(dá)最大872 mL.當(dāng)pH從7.0繼續(xù)升高到 7.3的過程中發(fā)現(xiàn)，COD去除率及產(chǎn)氣量都在逐步降低.因此，厭氧反應(yīng)最佳pH是7.0.

2.4 VFA與COD去除率及產(chǎn)氣量的關(guān)系試驗(yàn)

當(dāng)VFA濃度居高不下，醋酸菌消化就會(huì)成為主導(dǎo)[8].因此控制VFA的積累量是有效去除COD并獲得較高甲烷產(chǎn)量的重要指標(biāo).

VFA對COD去除率及產(chǎn)氣量的影響試驗(yàn)結(jié)果見圖4和圖5.

圖4 VFA對COD去除率影響的結(jié)果

圖5 VFA對產(chǎn)氣量影響的結(jié)果

由圖4和圖5可知，HRT16 h之前，反應(yīng)器中VFA濃度逐漸升高，至16 h達(dá)頂峰，而此階段產(chǎn)氣量不高，COD去除率低，說明厭氧反應(yīng)處于水解酸化階段，當(dāng)HRT16 h之后， VFA的濃度逐漸降低，產(chǎn)氣量迅速上升， COD去除率迅速提高，在HRT48 h時(shí)出現(xiàn)峰值，COD去除率降至2 575 mg/L，產(chǎn)氣量達(dá)608 mL，說明此階段進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段，HRT48 h之后，COD去除率及產(chǎn)氣量變化不大.

因此，厭氧反應(yīng)中VFA的積累量是影響COD去除率及產(chǎn)氣量的重要指標(biāo).

3 結(jié) 語

小型醬香型白酒廠窖底水、鍋底水最佳厭氧條件參數(shù)如下：

a.鍋底水與窖底水最佳混合配比(v/v)為5∶11.

b.厭氧過程 HRT 16 h前 VFA濃度逐漸升高，至16 h達(dá)頂峰，此后甲烷氣產(chǎn)量逐步抬升，COD去除加快.

c.HRT 48 h，COD去除率達(dá)90.17%，產(chǎn)氣量達(dá)650 mL，處于峰值.

d.厭氧過程最佳pH 7.0.

對廢水厭氧處理工藝的優(yōu)選結(jié)論為：

根據(jù)最佳厭氧條件參數(shù)，該類型白酒廠高濃度有機(jī)廢水厭氧過程存在著明顯的兩相階段，其廢水厭氧處理工藝以兩相厭氧為宜，出水COD可降解至3 000 mg/L以下，有利于后續(xù)的好氧處理.水解酸化反應(yīng)器HRT以16 h為宜，厭氧反應(yīng)器(產(chǎn)甲烷階段)HRT可控制在32 h.

參考文獻(xiàn)：

[1] 熊誠，向家新，向科，等.小型醬香型白酒廢水厭氧產(chǎn)甲烷及回用的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(3)：72-75.

[2] 韓育宏，季民，柴建榮，等.高溫厭氧消化污泥的培養(yǎng)試驗(yàn)研究[J] .環(huán)境工程，2009，27(1)：78-84.

[3] Sen Q，Yuki K，Toichiro K, et al. Partial nitritation of raw anaerobic sludge digester liquor by swim-bed and swim-bed activated sludge processes and comparison of their sludge characteristics[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008,106(5):433-441.

[4] Eskicioglu C, Kennedy K J, Marin J, et al. Anaerobic digestion of whole stillage from dry-grind corn ethanol plant under mesophilic and thermophilic conditions[J]. Bioresource Technology, 2010.

[5] 戰(zhàn)立偉. ABR法處理變性淀粉廢水的試驗(yàn)研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,2007.

[6] 李麗,周健,管秀瓊,等.厭氧流化床處理白酒廢水的啟動(dòng)試驗(yàn)安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)[J].Journal of Anhui Agri Sci,2010，38(8)：3919-3921.

[7] 楊亞靜.污水處理廠污泥酸性發(fā)酵實(shí)現(xiàn)揮發(fā)酸產(chǎn)量最大化實(shí)驗(yàn)研究[D].太原:太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,2006.

[8] Kaan Y，Zehra S-Z. Stochastic modeling applications for the prediction of COD removal efficiency of UASB reactors treating dilutedreal cotton textile wastewater[J].Stoch Environ Res Risk Assess,2007,23∶113-26.