甲醇廢水厭氧生物處理分析

馬小焱

南通市環境工程設計院有限公司 江蘇南通 226000

1 甲醇廢水特性以及危害

對于甲醇來說，其自身具有一定的無色有味的特性，屬于液體。在對其誤飲的情況下，少量會導致失明，如果大量的話甚至會導致死亡。甲醇大部分都是利用其對甲醛和農藥進行相應的制造，而且還會在有機物中起到萃取劑的作用和酒精的變性劑。對于微生物來說也是具有毒性的。對于甲醇廢水來說，主要是說在甲醇的相關工業生產過程或者使用的時候，從精餾塔底部對蒸餾的殘液進行排出，這要是甲醇廢水，在低溫的條件下會產生新物質，COD以及BOD含量都相對較高，可降解[1]。

2 概述厭氧處理技術

針對精細化工廢水有毒物質的微生物，憑借生物作用與化學反應，將毒性比較大的物質替換為無機物與沼氣等，從而實現對化工廢水的有效處理，從而使廢水可以得到再次回收利用。這一過程就是厭氧處理技術。廢水被處理時經歷了酸性發酵與堿性發酵兩階段。其中，酸性發酵指的是將化工廢水內有機物質進行細菌發酵，使有毒物質產生水解發酵的反應，最終生成酸性與酵類物質。與酸性發酵不同，堿性發酵就是將之前生成的物質轉為二氧化碳氣體，實現對化工廢水的有效處理，且廢水可以被回收利用。

3 厭氧生物處理技術

3.1 UASB

LETTINGA通過利用重力場對不同密度物質作用的差異發明了由下部圓柱形的主反應區和上部氣液固（GLS）三相分離器組成的UASB，然后首次利用UASB處理質量分數50%甲醇的混合廢水。BHATTI等對UASB處理甲醇廢水進行了可行性研究，其研究發現在pH為7．0～7．3的優化條件下運行400d過程中，UASB對甲醇廢水的COD去除率可達到90%以上，最大CH4產率為2．31L/（L·d），且沒有揮發性脂肪酸的過度積累。

隨后，學者們相繼研究UASB處理甲醇廢水的效果以及產生的問題。ZHEN等研究發現，微生物電解池（MEC）耦合UASB處理甲醇廢水具有改善甲醇生物降解和CH4回收的潛力。MEC-UASB組合反應器處理甲醇廢水的COD去除率為98．9%±0．4%，CH4產量（1．505±0．092）L/（L·d）；而UASB對甲醇廢水的生物降解效果COD 去除率 98．5%±0．5%，CH4 產量（1．366±0．071）L/（L·d），明顯差于MEC-UASB組合反應器。

在后續的研究中陸續發現UASB處理甲醇廢水的缺點：①處理甲醇廢水過程中會出現顆粒污泥細化和流失等問題，從而導致UASB反應器系統惡化，COD去除率和CH4產氣量急劇下降。LU等在研究UASB反應器處理甲醇廢水時發現，隨著顆粒污泥開始細化，UASB反應器降解甲醇廢水的COD去除率從92．5%降至67．5%，生物氣產量從25L/（L·d）將至 5L/（L·d）。且通過增加進水中Ca2+含量等方式都沒有明顯改善顆粒污泥的細化。②處理甲醇廢水過程中也許會產生VFA。研究發現當容積負荷增至22．6 kg／（m3·d）后，出水中出現VFA的積累；容積負荷增至1000～1500mg／L后，反應液pH迅速降至5．0，COD去除率也迅速降低。③對于受厭氧消化過程中甲烷化有著一定的制約作用，無法對出水中的有機物進行礦化，如果污染物相對較多，出水COD也無法到達小于100mg/L的程度[2]。

3.2 兩相厭氧法

1971年戈什（Ghosh）以及波蘭特（Pohland）對兩相發酵的概念，就是將產酸以及產甲烷的這兩個階段在兩個相對比較獨立的反應器里面來試驗，對各個環境進行合理的創建，通過兩個反應器合理的整合形成此種工藝。

隨后在處理甲醇廢水的過程中，周雪飛等針對傳統UASB工藝的不足，提出采用一體化兩相厭氧反應器處理甲醇廢水。研究發現，在COD容積負荷為11．1～26．8kg/（m3·d）運行條件下，COD去除率維持在90%以上；在COD容積負荷為21．3kg/（m3·d）運行條件下，一體化兩相厭氧反應器對甲醇廢水的COD去除率達到了95%以上，CH4產氣率達到了0．45m3/kg。此設備在一個反應器里面的兩相厭過程進行了有效的分離，并且加強了互補以及協同的作用，所以在處理的過程中效率比較高，抗擊能力比較強。厭氧系統的有機物去除率始終穩定在90%左右，出水COD為200～500mg/L。

雖然兩相厭氧法對甲醇廢水的處理效果較佳，但相較于UASB處理甲醇廢水的啟動時間只需20d，而兩相厭氧法處理甲醇廢水的啟動時間比較長（50d）。

3.3 厭氧序批式反應器（ASBR）工藝

邵享文利用ASBR工藝處理高濃度甲醇廢水，并對甲醇廢水的厭氧抑制性、處理穩定性及系統運行影響因素進行了研究。實驗結果表明：COD為3000～30000mg/L的甲醇廢水不會抑制產甲烷菌的活性；當容積負荷提高至9．1kg/（m3·d）時，反應器運轉正常，處理效率達90%以上，反應器中以甲醇直接轉化為甲烷為主；當系統容積負荷高于9．1kg/（m3·d）時，甲醇轉化為乙酸的途徑逐漸占優勢，系統中的VFA大量積累，廢水處理效率降低。

4 COD對甲醇廢水厭氧生物處理所產生的影響

4.1 COD概述

COD表示在一定條件下的化學反應中消耗的氧化劑量，也叫做化學需氧量，例如在使用強氧化劑處理水樣時，廢水COD就可以表示這一化學反應中消耗的氧化劑數量。所以化學需氧量（COD）也經常會被人們用來衡量水中有機物質含量的多少，化學需氧量數值越大，說明水體中的有機物含量越多，水體被污染的程度越嚴重。

4.2 COD對甲醇廢水所產生的影響

甲醇廢水中COD變化直接影響甲醇廢水厭氧生物技術的處理效果。LU等探究了不同進水COD對UASB處理甲醇廢水的COD去除效率和產氣量變化，發現當甲醇廢水中COD為3g/L時，UASB對甲醇廢水的COD去除率為62．6%，產氣率0．2L/（L·d）；當進水 COD為12g/L時，COD去除率增加并穩定在92．9%，產氣率上升至25 L/（L·d）。邵享文研究發現，當甲醇廢水中COD為2g/L 時，ASBR對甲醇廢水中COD的去除率只有60%；當進水COD為4g/L時，COD去除率為69%；當進水COD為6g/L時，COD去除率為75% 。馬文成研究也發現，當進水COD為1．4g/L時，兩相厭氧法對甲醇廢水的COD去除率只有58%；當進水COD為3g/L 時，COD去除率89%；隨著進水COD增加至6g/L，COD去除率逐漸增加至95%左右并基本保持不變。綜上所述，在適宜的pH、運行溫度、OLR、HRT和進水COD等影響因素下，UASB、兩相厭氧法和ASBR厭氧生物處理技術對甲醇廢水的處理效果達到最佳效果。相較于兩相厭氧法和ASBR，UASB對甲醇廢水中COD去除率和產氣率更高[3]。

5 結語

綜上所述，隨著我國工業化的迅速發展，還需要對工業的環境保護方面工作進行進一步的研究，甲醇廢水的產生會對人體產生很大的影響，因此就需要對其進行厭氧生物技術的有效處理，保證工業環境的有效可持續發展。