两级常温厌氧_好氧_固定化微生物组合工艺处理酿酒废水

1、第一作者 :叶笑风 , 男 ,1984年生 , 硕士研究生 , 研究方向为环境生物技术。两级常温厌氧 好氧 固定化微生物组合 工艺处理酿酒废水叶笑风 1迟莉娜 1张振家 1何松贵 2黄广宇 2戴永康 3(1. 上海交通大学环境科学与工程学院 , 上海 200240;2. 广东省九江酒厂 , 广东 南海 528205;3. 南开大学环境科学与工程学院 , 天津 300071 摘要 酿酒废水是一种典型的高氨氮浓度的有机废水 。 好氧 -中试研究 , 重点考察了各级工艺对有机物和氨氮的去除效果 , , 稳定 运行状态下 , 一级厌氧膨胀颗粒污泥床 (EGSB 70%; 二级EGSB 反应器可以同时去

2、除有机物和氮氧化物 ; 70%, 氨氮去除率维持在 50%;, 15mg/L 。 关键词 COD 氨氮 Pilot study on the of distillery w ater by tw o 2stage anaerobic 2aerobic 2immobilized microorganism process Ye X iaof 1, Chi L ina 1, Zhang Zhenj ia 1, He S ong gui 2, H uang Guang y u 2, Dai Yongkang 3. (1. Col 2lege of Envi ronmental Science &am

3、p;Engineering , S hanghai J iaotong Universit y , S hanghai 200240; 2. Guang dong J i uj iang Distillery Co. L t d. , N anhai Guang dong 528205; 3. College of Envi ronmental Science &Engineering , N ankai Universit y , Tianj ing 300071Abstract : Distillery wastewater was typical organic wastewat

4、er with high ammonia concentration. In the pilot study , two 2stage anaerobic 2aerobic 2immobilized microorganism process was designed to remove COD and ammonia in the feed. Main influential factors of each bioreactor were also analyzed. The results showed that COD removal rate of the first stage EG

5、S B a 2chieved 70%90%and the removal rate changed according to the variation of environmental temperature. The second stage EGS B simultaneously removed the COD and NO X . The COD and ammonia removal rate of aerobic contact oxidation tank at 2tained 70%and 50%, respectively. Finally , the nitrificat

6、ion tank packed with immobilized nitrifier effectively removed the ammonia and ammonia concentration of the effluent was kept below 15mg/L.K eyw ords : CODAmmoniaEGSBAerobic contact oxidationImmobilized nitrifier 酿酒工业废水由洗米 、 制曲用大豆蒸煮和酒蒸馏 3道工序中所排出的废水组成 , 是典型的高氨氮 浓度的有机废水 。目前 , 国内外的理论和工程研究 主要针对此类发酵工业废水的

7、有机物的降解 。厌氧 生物处理工艺 , 如厌氧膨胀颗粒污泥床 (EGSB 、 上 流式厌氧污泥床 (UASB 等工艺能有效地处理酿酒 废水的有机物 。 张振家等 1利用 EGSB 处理玉米酒 精糟液 ,COD 负荷达到 29kg/(m 3 d ; 郭晓燕等 2利用 EGSB 处理米酒废水 , 成功去除了 90%以上的 COD 。 但针对此类废水的脱氮试验和工程应用鲜有 报道 。 本研究通过前两级 EGSB 和好氧生物固定床 处理废水中的有机物 , 最后设置了包埋硝化菌流化 床进一步去除废水中的氨氮 ; 同时 , 流化床出水部分 回流到二级 EGSB 反应器 , 使得二级 EGSB 反应器 不但

8、能去除废水中的有机物 , 而且同时发生反硝化 作用 , 去除水中的硝酸盐和亚硝酸盐 。1 材料和方法1. 1 试验装置及工艺流程 本研究所采用的试验装置和工艺流程如图 1所 示。 其中 , 两级 EGS B 反应器结构相同 , 从上到下依 次为三相分离器、 悬浮层区和泥床区 , 有效容积 600L , 沿反应器高度设置 13个采样口。 内循环式好氧接 触氧化反应器总高度 2. 0m , 断面积 0. 3m 2, 直径 0. 6m 。 安装填料后有效容积约为 600L 。 包埋硝化菌流化床反应器总容积为 1200L , 分为两部分。 其中第 一段体积 400L , 投入 40L 的包埋硝化颗粒

9、; 第二段 体积 800L , 投入 80L 的包埋颗粒。 试验中 , 进水从 底部进入一级 EGS B 反应器 , 经三相分离器溢流出 水 , 产气经水封收集。 一级出水进入配水池 , 在配水 池中与流化床回流水混合后由泵打入二级 EGSB 反 应器。 二级厌氧出水通过重力作用分别通过好氧接728 叶笑风等 两级常温厌氧 好氧 固定化微生物组合工艺处理酿酒废水 触氧化反应器和包埋硝化菌流化床后排出。图 1 试验装置及工艺流程图1 进水 ;2 配水池 ;3 进水泵 ;4 EGSB 反应器 ;5 三相分离器 ; 6 一级厌氧出水 ;7 水封 ;8 沼气 ;9 二级厌氧出水 ;10 触氧化反应器

10、;11 好氧出水 ;12 风机 ;13 应器 ;14 回流水 ;15 系统出水1. 2 废水水质 , , 调节进水 COD 和氨氮 ; 通 过添加氢氧化钠调节进水 p H 。为了确定组合工艺 所能承受的最大氨氮负荷 , 试验中向配水池中投加 氯化铵 , 调节系统氨氮负荷 。 稳定运行状态下 , 进水 COD 大约 10000mg/L , 氨氮 200300mg/L , 总氮 800mg/L ,p H 46。 1. 3 试验接种污泥 两级 EGSB 反应器接种污泥均来自某酒厂污水 处理工艺 EGSB 反应器的厌氧颗粒污泥 (SS 78680mg/L 、 VSS 58846mg/L 、 VSS/S

11、S 质 量 分 数 为 75% 。 好氧接触氧化反应器接种污泥取自酒厂原 污水处理工艺 。 包埋硝化菌流化床 (硝化池 中接种 的包埋颗粒由日本日立公司提供 , 填充率为 10%(体积分数 , 约 120L 。载体主要成份为聚乙二醇 。 包埋颗粒大小约为 3mm ×3mm ×3mm , 浅棕黄 色 , 比水略重 , 密度约为 1. 02g/cm 3, 经适量曝气后 可均匀悬浮于水相 。 1. 4 运行参数 中试研究在小试试验基础上展开 , 系统运行参数 以小试试验运行结果为依据 , 保持固定的进水流量和 停留时间 , 各级反应器温度均为室温 , 如表 1所示。表 1 系统运

12、行条件参数 一级 EGSB 二级 EGSB好氧接触 氧化反应器包埋硝化 菌流化床反应器容积 /L241212241. 5 分析测试方法 主要分析测试项目包括 COD 、 p H 、 温度 、 氨氮 、硝态氮 、 亚硝态氮 、 总氮 、 挥发酸 、 碱度等 。以上项目均采用标准方法 3进行测定 。 2 试验结果及讨论 2. 1 系统对有机物的去除 系统对有机物的去除主要通过两级 EGSB 反应器和好氧接触氧化反应器来实现 。系统运行结 果表 明 , 一 级 EGSB 对 有 机 物 的 去 除 率 维 持 在 70%90%; 二级 EGSB 反应器维持在 50%左右 ; 好氧接触氧化反应器对有机

13、物的去除率稳定在 70%80%。 2. 1. 1 EGSB , 再 , 去除废水中的有机物 。系 统运行期间 , 一级 EGSB 反应器 COD 去除率 、 容积 负荷 、 温度等随时间的变化如图 2所示 。图 2 一级 EGSB 反应的运行情况 由于反应器接种为厌氧颗粒污泥 , 所以在运行初 期 , 反应器对 COD 的去除率保持在 80%90%。 随 着进水 COD 浓度的逐渐提高 , 系统 COD 容积负荷在 第 15天左右达到最大 , 为 17kg/(m 3 d 。 系统运行 到第 20天时 , 发生酸化 , COD 去除率下降到 30%。 引起反应器酸化的主要原因有 :(1 负荷提高

14、过快 , 导 致挥发酸的积累 ; (2 环境温度的变化导致反应器温 度的下降 , 从而引起产甲烷菌活性的降低和挥发酸的 积累。酸 化 以 后 , 通 过 降 低 系 统 COD 负 荷 到 5kg/(m 3 d , 在 5d 内 , 系统恢复正常。 重新启动后 , 反应器 COD 负荷稳定在 10kg/(m 3 d 左右。 从图 2可以看出 , 重新启动后的反应器的去除率较之系统运 行初期明显下降 , 仅能达到 70%。 这主要是由于此阶段反应器温度较低 (1820而引起的。 随着反应 器的继续运行 , 自第 50天开始 , 反应器温度升高到 25 ,COD 去除率也随之提高到 80%左右。

15、2. 1. 2 二级 EGSB 反应器对有机物的去除率 二级厌氧反应器内进行的生化反应比较复杂 , 底部因硝化池的回流水中含有溶解氧和 NO X 而呈 缺氧状态 , 适于反硝化菌的生长 ; 顶部呈厌氧状态 , 产甲烷菌能够同时去除废水中的有机物 4。图 3为 二级 EGSB 反应器对有机物的去除效果 。828 环境污染与防治 第 28卷 第 11期 2006年 11月 图 3 二级 EGSB 对有机物的去除率 从图 3可以看出 , 系统运行前期对有机物的去除效果 (70%左右 明显好于运行后期的去除效果 (50%左右 。 细菌 (如反硝化细菌等 了反应器内的微生物菌群 , , 系统所去除的 :

16、(1 反应器顶部的产甲 烷菌在厌氧状态下仍能继续分解小分子有机酸 6; (2 EGSB 反应器底部由于呈现缺氧状态 , 反硝化细菌 会逐渐积累 ,NO X 在反硝化细菌的作用下转化为 N 2, 由于反硝化细菌是化能异氧菌 , 所以反硝化反应需要 外部碳源 , 在此反应器中 , 一部分被水解酸化的小分 子有机酸作为反硝化反应的外部碳源而被去除。 2. 1. 3 好氧接触氧化反应器对有机物的去除率 如图 4所示 , 好氧接触氧化反应器对有机物的 去除率保持相对的稳定 , 在 70%左右 。运行前 20天 , 随着负荷逐渐提高 ,COD 去除率保持稳定 , 出水 COD 稳定在 200mg/L 左右

17、 。 由于组合工艺一级厌 氧发生酸化 , 好氧反应器在第 2024天停止进水 ; 重新启动后 , 进水 COD 维持在 1300mg/L 左右 , COD 去除率稳定在 70%80%, 出水 COD 维持在 300mg/L 左右 。图 4 好氧接触氧化反应器对有机物的去除率2. 2 系统对氨氮的去除 系统对氨氮的去除主要通过好氧接触氧化反应器 和包埋硝化菌流化床反应器中的硝化反应来实现的。 实验结果表明 , 好氧接触氧化反应器对氨氮的去除率能 够达到 50%;包埋硝化菌流化床最终可以有效地去除 废水中的氨氮 , 保证出水氨氮质量浓度低于 15mg/L 。2. 2. 1 好氧接触氧化反应器对氨氮

18、的去除率 图 5为系统运行期间氨氮去除率随时间的变化 曲线 。 随着进水氨氮质量浓度逐渐增大 , 第 20天时 系统达到最大氨氮负荷 , 此阶段系统对氨氮的去除 率保持稳定 , 维持在 50%左右 。第 25天开始 , 系统 重新启动后 , 由于组合工艺有机负荷的降低造成反应器进水氨氮负荷的降低 。 为了更好地验证系统的 脱氮性能 , 自第 30天开始 , 定量的氯化铵 , , 考 。由图 5, %左右 。图 5 好氧接触氧化反应器对氨氮的去除率2. 2. 2 包埋硝化菌流化床对氨氮的去除 包埋硝化菌流化床为推流式两段结构 (如图 1所示 , 在两部分反应器中明显形成了氨氮浓度梯 度 。 这样

19、在两段反应器内富集生长起来的硝化菌在 生理功能方面适应不同的氨氮浓度 , 从而有利于提 高处理效果 , 稳定出水水质 。包埋硝化菌流化床对 氨氮的去除率随时间的变化曲线见图 6。 前 20天随 着进水氨氮质量浓度的提高 , 反应器效率很高 , 出水 氨氮质量浓度在 10mg/L 以下 , 去除率在 95%以 上 。 第 2025天由于一级 EGSB 反应器酸化 , 导致 系统暂停 。 从第 25天恢复运行后 , 随着进水氨氮质 量浓度的逐渐提高 , 系统对氨氮的去除率始终保持 在 90%以上 。 系统稳定运行期间 , 在保证反应器出 水氨氮质量浓度低于 15 mg/L 国家标准的前提下 , 包

20、埋硝化菌流化床反应器最大进水氨氮质量浓度为图 6 包埋硝化菌流化床对氨氮的去除率928180mg/L 。 系统能承受氨氮最大的容积负荷为 120mg/(L h 。 此负荷下 , 包埋硝化菌可达到最大的 硝化速率为 160mg/(L h 。 2. 3 系统对 NO X 的去除率 系统对 NO X 的去除主要是由于包埋硝化菌流化床出水回流后 , 在二级 EGSB 反应器底部发生反 硝化反应 , 而被去除。 图 7 二级 EGSB 二级 EGSB 水和一级厌氧出水按 1 1体积比混合而成。 如图 7所示 , 反应器启动后 , 进水中 NO X 以亚硝酸盐为主 , 硝酸盐含量较低 , 稳定后 , 反应

21、器进水中硝酸盐浓度 逐渐提高。 这主要是因为包埋硝化菌流化床中包埋 硝化菌在刚启动阶段发生亚硝酸盐积累 , 亚硝酸盐浓 度较高 7。 实验运行结果表明 , 稳定运行阶段 , 反应 器出水亚硝酸盐和硝酸盐质量浓度均低于 2mg/L 。 3 结 论 一级 EGSB 反应器在常温状态下运行 , 处理效果 受温度影响。 当 COD 容积负荷为 10kg/(m 3 d 时 , 稳定运行状态下 , 温度为 25 时 ,COD 去除率达到 80%, 温度为 1820 时 , 去除率只能维持在 70%。 二级 EGSB 反应器内 , 底部发生反硝化反应 , 稳 定运行状态下 , 出水硝酸盐 、 亚硝酸盐质量浓

22、度均在 2mg/L 以下 ; 反应器顶部仍处于严格厌氧状态 , 系 统对有机物的去除率达到 50%60%。 好氧接触氧化反应器对有机物的去除率可达到 70%80%, 对氨氮的去除率维持在 50%左右 。 90%。在保证出水 的前提下 , 反应器所能 120mg/(L h , 包埋 160mg/(L h 。 参考文献1 张振家 , 周伟丽 , 林荣忱 . 膨胀颗粒污泥床处理玉米酒精糟液的生产性试验 J.环境科学 ,2001,22(4 :1142116. 2 郭晓燕 , 张振家 . EGSB 反应器处理米酒废水的启动方法的研究 J.环境污染与防治 ,2004,26(2 :1072109. 3 国家

23、环境保护局 水和废水监测分析方法 编委会 . 水和废水监测分析方法 M .第 3版 . 北京 :中国环境科学出版社 ,1989. 4 康晶 , 王建龙 . EGSB 反应器中颗粒污泥脱氮性能特性研究 J.环境科学学报 ,2005,25(2 :2082213.5 Akunna J C ,Bizeau C , Moletta R. Denitrification in anaerobicdigesters :possibilities and influence of wastewater COD/N 2NO X ratio J.Environ. Technol. ,1992,13:8252836

24、. 6 Bernet N , Habouzit F ,Moletta R. Use of an industrial effluent as acarbon source for denitrification of a high 2strength wastewater J.Appl. Microbiol. Biotechnol. ,1996,46:92297. 7 许葆玖 , 龙腾锐 . 当代给水与废水处理原理 M .北京 :高等教育出版社 ,2000:5382547.责任编辑 :陈泽军 (修改稿收到日期 :2006208208(上接第 813页 3种有机粘土矿物对菲的平衡吸附量和 K p

25、 , HD T 2MA 改性土吸附能力最好 , PEG 改性土次之 , TMA改性土最差 。 经改性土 f oc 归一化后菲两相 K oc 基本 为常 数 , 高 于 前 人 的 估 测 值 。对 于 低 质 量 浓 度 (139. 4g/L 的菲的废水溶液 , 根据不同有机粘土 的吸附性能 , 投土量在 0. 030. 08g 时对菲的去除 率可达到 90%以上 ; 而菲被有机粘土矿物吸附后稳 定性也很好 , 很难发生解吸 。 参考文献1 朱利中 , 任晓刚 , 俞绍斌 , 等 . CTMAB 2膨润土去除水中有机物的性能及机理 J.中国环境科学 ,1998,18(5 :4502454.2

26、Pal O R , Vanjara A K. Removal of malat hion and butachlorfrom aqueous solution by clays and organoclaysJ.Separation and Purification Technology ,2001,24:1672172. 3 王晓蓉 , 吴顺年 , 李万山 , 等 . 有机粘土矿物对污染环境修复的研究进展 J.环境化学 ,1997,16(1 :1214. 4 Li Zhaohui ,Robert S B. Regeneration of surfactant 2modified ze 2olite after saturation wit h chromate and perchloroet hyleneJ.Wat. Res. ,2001,35(1 :3222326.5 朱利中 , 陈宝梁 . 多环芳烃在水 /有机膨润土间的分配行为 J.中国环境科学 ,2000,20(2 :1192123. 6 孙胜龙 , 龙振永 , 蔡保丰 . 非金属矿物修复环境机理研究现状J.地球科学进展 ,1999,14(5 :4752481. 7 吴平宵 , 廖宗