CN102079606A - 一种处理甘薯燃料乙醇废液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种处理甘薯燃料乙醇废液的方法。本发明方法工艺流程为：序批式ASB厌氧反应→两级SBBR好氧反应→絮凝沉淀。厌氧采用间歇序批式进水，消化液静置沉淀后排水；好氧投加脱氮菌剂；絮凝沉降投加由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁混合而成的高效复合絮凝剂。本发明具有厌氧有机负荷高，水力停留时间短，有机物去除率高，沼气产率高，解决了进水SS浓度高造成高效厌氧反应器难以运行的难题；好氧有机物去除率高，脱氮效果好；絮凝沉降对色度和TP的去除率在95％以上，COD去除率70％左右，终排水达GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种处理甘薯燃料乙醇废液的方法。
背景技术
甘薯燃料乙醇废液是甘薯发酵产物经固液分离的滤液蒸馏燃料乙醇后的剩余物，每生产1吨燃料乙醇，大约产生10m3废液。由于采用浓醪发酵技术，废液含高浓度有机物和氮磷营养物，直接排放对环境的污染相当严重。某燃料乙醇中试发酵基地糟液经过滤后的滤液各项监测指标见表1。
表1甘薯燃料乙醇废液主要监测指标
由表1可知，一个规模为10万t/a的甘薯燃料乙醇项目，年排放COD约3.7～4.4万t，相当于一个人口200万的大城市一年的生活污水COD排放量。2007年，国家《可再生能源中长期发展规划》明确规定，到2020年，生物燃料乙醇年利用量将达到1000万t，其中广西、重庆和四川等地作为以薯类为原料的燃料乙醇项目重点建设地区。
关于乙醇废液处理方法的专利比较多，基本为厌氧+好氧的生物处理方法，主要是针对玉米或小麦乙醇废液的。就甘薯乙醇废液而言，其不同于玉米或小麦乙醇废液的特征是蛋白质含量低，生产DDGS的价值不大，且色度很高，厌氧处理和好氧处理对色度去除效果甚微，物化处理对色度去除效果不显著，后续处理难度很大。因此，处理玉米或小麦乙醇废液的方法并不适用于处理甘薯乙醇废液，必须有专门适用甘薯乙醇废液的方法。
经查新，关于甘薯乙醇废液的研究成果存在的问题主要存在于两个方面：第一，厌氧段水力停留时间长(国内发酵时间远大于5天，国外先进的也长达2～5天)，有机负荷不高，国内一般可达10kgCOD/(m3·d)，最高可达20kgCOD/(m3·d)，国外最高可达26kgCOD/(m3·d)左右，但高效厌氧反应器对SS含量很敏感，一旦进水中SS含量超过4000mg/L，整个工艺就将遭到严重破坏而无法正常运行；第二，好氧出水仅COD、BOD5、SS和pH达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)二级排放标准，色度、NH3-N和TP等指标无法达到《污水综合排放标准》(GB8978-88)二级排放标准，更谈不上达到GB8978-1996一级排放标准。因此，在我国环保标准日趋严格的形势下，探索经济高效、能稳定达一级排放标准的甘薯燃料乙醇废液处理方法势在必行。
发明内容
本发明的目的是针对甘薯燃料乙醇废液污染严重，已出现的甘薯乙醇废液处理方法存在厌氧水力停留时间长，有机负荷低，而高效厌氧反应器对进水SS含量敏感，好氧出水部分指标(COD、BOD、SS、pH)仅能达GB8978-88二级排放标准，色度、NH3-N和TP等指标无法达到GB8978-88二级排放标准，更谈不上达GB8978-1996一级排放标准等问题，提供一种经济高效、稳定运行，能够达到一级排放标准的甘薯燃料乙醇废液处理的方法。
本发明处理过程中的主要反应装置为序批式ASB(厌氧污泥床)反应器、SBBR(序批式生物膜反应器)、絮凝沉淀池。
本发明采用的主要工艺为：序批式ASB厌氧反应→两级SBBR好氧反应→絮凝沉淀。
本发明采用生化与物化组合工艺，其中生化工艺采用序批式ASB反应器与两级SBBR好氧相结合，物化工艺主要采用絮凝沉淀工艺，对甘薯燃料乙醇废液处理达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准后排放。其工艺特征是序批式ASB反应器结构类似于UASB反应器，但出水管在气室下方，采用间歇序批式运行方式，消化液静置沉淀后排水，该序批式ASB反应器兼具UASB和ASBR两种反应器的优点，尽可能避免两种反应器的缺点，从而实现水力停留时间短，有机负荷高，且不受高浓度SS影响，对有机物去除率高和沼气产率高的目的；好氧采用两级SBBR，并投加由菌种H9(CCMCC NO.1010)、H10(CCMCC NO.1011)、H13(CCMCC NO.1006)按体积比为H9∶H10∶H13＝1∶1∶0.5组成的脱氮菌剂，使有机物去除率高，脱氮效果好；絮凝沉淀投加800～1000mg/L由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成的高效复合絮凝剂，脱色、除磷效果好，有机物去除率较高。
本发明工艺的调试与运行操作过程：甘薯燃料乙醇废液pH值调节至6.0～6.8，从反应器底部泵入颗粒污泥培养成熟的序批式ASB反应器，中温(32～38℃)厌氧产沼气，每日4周期运行，HRT25～30hr，反应器容积负荷28～35kg/m3·d，COD去除率92％以上，产气率0.55m3/kgCOD以上，进水中SS8370～11400mg/L不会对厌氧消化造成影响，SS去除率90.7％以上。消化液稍静置沉降后，上清液与低浓度废水按1∶1混合后泵入微生物预先挂膜培养成功的一级SBBR，调节曝气量使SBBR内DO1.0～2.0mg/L，曝气9～11hr。停止曝气后，上清液引入微生物挂膜培养成功的二级SBBR，在DO2.5～3.5mg/L范围内曝气3～5hr。两级SBBRCOD去除率80％左右，SS去除率85％以上，NH3-N去除率90％以上。二级SBBR出水引入絮凝沉淀池，投加800～1000mg/L由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成的高效复合絮凝剂，脱色、去有机物和除磷后，其出水可达一级排放标准，排放至自然水体中(如河流)。
本发明序批式ASB反应器结构类似UASB反应器，但出水管在气室下方，运行方式为间歇序批式进水，消化液静置沉淀后排水，从而避免消化液中小气泡附着于污泥上，使气液固分离更充分，最大限度地保存反应器内污泥量。序批式ASB反应器以城市污水厂厌氧脱水污泥(先沉淀去沙粒并过筛除杂物)或厌氧成熟颗粒污泥作为接种物，中温消化(32～38℃)。若采用城市污水厂厌氧污泥作为接种物，反应器启动与颗粒污泥培养期为95天，分为启动期、负荷平稳提升期和颗粒污泥成熟期3个阶段，启动期25～35天，负荷平稳提升期25～35天，污泥成熟期30～40天；若采用成熟颗粒污泥作为接种物，反应器启动与颗粒污泥培养期更短。中温厌氧消化所产沼气引入气液分离器，由于厌氧过程中部分硫酸盐被还原产生了H2S气体，含硫气体需脱硫后才能用于燃烧。
本发明两级SBBR都以组合填料挂膜培养，常温运行，其中一级SBBR以城市污水厂活性污泥为接种物，二级SBBR不接种污泥，仅投加3‰的由H9∶H10∶H13＝1∶1∶0.5组成的脱氮菌剂(H9：CCMCC No.1010；H10：CCMCC No.1011；H13：CCMCC No.1006)。
本发明絮凝沉淀用到的高效复合絮凝剂，由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成，800～1000mg/L投入二级SBBR出水并搅拌4～6分钟后静置，出水的色度和磷的去除率都在95％以上，COD去除率达70％左右。
本发明污泥经浓缩脱水后送污泥堆场堆放。
本发明具有厌氧有机负荷高，水力停留时间短，在SS浓度高达8370～11400mg/L的情况下，有机物去除率高，沼气产率高；好氧有机物去除率高、脱氮效果好；絮凝沉降对色度和TP去除效果好，COD去除效果较好等优点，经本发明处理的甘薯燃料乙醇废液，COD、BOD、SS、pH、氮氨、总磷和色度等重要指标都能达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。
附图说明
附图为本发明的工艺流程示意图，其中1为甘薯燃料乙醇废液收集池，2为水泵，3为进水管，4为序批式ASB反应器，5为消化液储存池，6为好氧调节池，7为水泵，8为一级SBBR，9为二级SBBR，10为絮凝沉淀池，11为搅拌器，12为河流，13为输气管，14为气液分离器，15为脱硫塔，16为气体流量计，17为贮气柜，18为空压机，19、20为气体流量计，21、22为曝气器，23为污泥浓缩池，24为污泥堆场，25为低污染水。
具体实施方式
A、序批式ASB反应器4：
序批式ASB反应器4由原有UASB反应器改制而成。规格为φ×H＝18×120cm，总容积30L，有效容积22.9L，高径比为6.67∶1，PVC管加工制作。改制后反应器4保持原有水封、布水器和气室。变动之处有二，一是原出水管由反应器4顶部改在气室下方，距反应器4底部为65cm，距顶部为55cm；二是运行方式由连续进水改为间歇序批式进水，消化液静置沉淀后排水，更利于气液固分离，可最大限度地提升反应器4内污泥保有量。
B、序批式ASB反应器4启动与颗粒污泥培养：采用城市污水厂厌氧脱水污泥作为接种物，按反应器4有效容积污泥浓度30g/L一次性接入，污泥VSS/TSS＝58％。接入前先沉淀去沙粒并过筛去杂物。反应器4温度保持35±3℃，进水pH6.0～6.8，培养初期加入CaO100mg/L。反应器4启动与颗粒污泥培养期为95天，分为启动期、负荷平稳提升期和颗粒污泥成熟期3个阶段，其中启动期25～35天，起始有机负荷1.5kgCOD/(m3·d)，每日1～2周期运行，调节进水COD值，提升负荷不超过0.6kgCOD/(m3·d)，反应器4出水COD去除率不低于85％，pH不低于7.1，VFA(挥发性脂肪酸)不超过150mg/L，该阶段结束时有机负荷提升至5.0～5.5kgCOD/(m3·d)；负荷平稳提升期25～35天，每日2～3周期运行，提升负荷幅度1.0～1.5kgCOD/(m3·d)，反应器4出水COD去除率不低于90％，pH7.1～7.5，VFA100mg/L左右，该阶段结束时有机负荷提高到12～15kgCOD/(m3·d)；污泥成熟期30～40天，每日4周期运行，有机负荷提升较快，提升幅度达2～3kgCOD/(m3·d)，该阶段结束时颗粒污泥占污泥总量的50～60％，颗粒粒径以1～3mm为多，有机负荷达到34.5kgCOD/(m3·d)，反应器4出水COD去除率90～93％，VFA100mg/L左右，pH7.1～7.7。
序批式ASB反应器4运行：某甘薯燃料乙醇中试发酵基地的发酵液，过滤去除部分SS后，用NaOH调pH至6.0～6.8后从序批式ASB反应器4底部进入布水器，然后均匀地上升到序批式ASB反应器4顶部，中温消化(32～38℃)产沼气，气、水、污泥经三相分离器分离后，沼气通过输气管13引入气液分离器14，由于厌氧消化过程中部分硫酸盐还原成H2S气体，气液分离后含硫气体导入脱硫塔15脱硫，经气体流量计16测定体积后，储于贮气柜17中，用于燃烧。序批式ASB反应器每日4周期运行，HRT25～30hr。通过10个月的连续运行，厌氧反应器4容积负荷随进水COD的升降保持在28.86～34.5kg/m3·d范围，COD去除率保持92～93％的稳定状态，颗粒污泥呈黑色，表面光滑发亮，沉降性能很好，进水中SS8370～11400mg/L没有对厌氧工艺造成影响，该反应器对SS的抗冲击能力显著高于其它高效厌氧反应器。产气量0.55m3/kgCOD，沼气中甲烷含量不低于60％。序批式ASB厌氧反应器4运行数据见表2。
表2序批式ASB反应器处理废液的运行参数
C、好氧反应微生物的培养与挂膜：两级SBBR都以组合填料挂膜培养，填料密度0.3～0.5g/L，运行温度12～30℃。其中一级SBBR 8以城市污水厂活性污泥为接种物，接种污泥浓度1g/L，将序批式ASB反应器4出水用低污染水25稀释至COD500mg/L左右作为培菌水质并逐渐减小稀释比，最终稀释比为1∶1，进水COD1240～1780mg/L。挂膜培养45天后，活性污泥内轮虫、楯纤虫、累枝虫、钟虫较多，出水COD去除率75％以上。二级SBBR 9不接种污泥，仅投加3‰的由H9∶H10∶H13＝1∶1∶0.5组成的脱氮菌剂(H9：CCMCC No.1010；H10：CCMCC No.1011；H13：CCMCC No.1006)，整个培菌期，以一级SBBR 8出水作为二级SBBR9进水。培养挂膜一个月左右，出水NH3-N降至15mg/L以下，COD降至300mg/L以下。
两级SBBR运行：两级SBBR微生物培养与挂膜成功后，厌氧消化液与某甘薯燃料乙醇中试基地低污染水25按1∶1混合，进水COD1240～1780mg/L，从一级SBBR 8底部进入，一级SBBR 8出水直接从二级SBBR 9的底部进入，曝气器21维持反应器8内DO1～2mg/L，曝气器22维持反应器9内DO2.5～3.5mg/L。每日1～2周期运行，12～30℃曝气，反应器8曝气9～11hr，反应器9曝气3～5hr。其中一级SBBR 8对COD和SS去除效果较好，二级SBBR 9主要是脱氮和进一步去除有机物，两级SBBR运行数据见表3。
D、絮凝沉淀：二级SBBR 9出水直接引入絮凝沉淀池10，加入800～1000mg/L由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成的高效复合絮凝剂，用搅拌器11搅拌4～6分钟后脱色、去有机物和除磷后静置，其上清液可达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准，排放至自然水体中(如河流12)。运行数据见表4。
表3两级SBBR处理效果
表4高效复合絮凝剂对SBBR出水净化效果
E、污泥处置：消化液储存池5、好氧调节池6、一级SBBR 8、二级SBBR 9和絮凝沉淀池10产生的污泥输送至污泥浓缩池23，经浓缩脱水后，运送至污泥堆场24。
Claims (3)
1.一种处理甘薯燃料乙醇废液的方法，其工艺流程为：序批式ASB厌氧反应→两级SBBR好氧反应→絮凝沉淀。
2.权利要求1所述的处理甘薯燃料乙醇废液的方法，其特征是：序批式ASB反应器出水管在气室下方，采用间歇序批式进水，消化液静置沉淀后排水；两级好氧SBBR，以组合填料挂膜，一级SBBR以城市污水处理厂活性污泥培菌，二级SBBR投加3‰由菌种H9(CCMCC NO.1010)、H10(CCMCCNO.1011)、H13(CCMCC NO.1006)按体积比为H9∶H10∶H13＝1∶1∶0.5组成的脱氮菌剂；絮凝沉降投加800～1000mg/L由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成的高效复合絮凝剂，搅拌4～6分钟后静置。
3.权利要求1所述处理甘薯燃料乙醇废液的方法，其特征是：分为以下步骤：
(1)甘薯燃料乙醇废液调节pH至6.0～6.8后，从序批式ASB反应器底部进入颗粒污泥培养成熟的反应器中，32～38℃中温消化产沼气，每日4周期运行，HRT25～30hr，反应器容积负荷28.86～34.5kgCOD/m3·d，COD去除率92～93％，沼气产生量0.55m3/kgCOD以上，颗粒污泥呈黑色，表面光滑发亮，沉降性能很好，在SS8370～11400mg/L范围内，不受SS浓度变化影响，且SS去除率90.7％以上；
(2)(1)中消化液静置沉淀后，上清液与低污染废水按1∶1混合使COD1240～1780mg/L，泵入已挂膜培菌成功的一级SBBR，12～30℃维持DO1～2mg/L，曝气9～11hr，COD去除率75％以上；一级SBBR以城市污水厂活性污泥为接种物，接种污泥浓度1g/L，培菌初期进水COD500mg/L，以后逐渐增大进水浓度，约45天微生物培养挂膜成功；
(3)(2)中一级SBBR出水直接进入含3‰由H9∶H10∶H13＝1∶1∶0.5组成的脱氮菌剂挂膜培养成功的二级SBBR反应器，12～30℃，维持DO2.5～3.5mg/L，曝气3～5hr，出水NH3-N降至15mg/L以下，COD降至300mg/L以下；
(4)(3)中二级SBBR出水引入絮凝沉淀池，经800～1000mg/L由聚合硫酸铁和七水合三氯化铁按重量比3∶2混合而成的高效复合絮凝剂脱色、去有机物和除磷后，其出水可达GB8978-1996《污水综合排放标准》的一级排放标准。
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