一種纖維素燃料乙醇廢水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燃料乙醇廢水處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了減輕長(zhǎng)時(shí)間使用化石燃料所引發(fā)的環(huán)境污染以及能源危機(jī)，生物燃料乙醇被 廣泛推廣，并逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。早期生物燃料的生產(chǎn)原料為大豆和玉米等糧食作物，為了避 免出現(xiàn)"與人爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地"的危機(jī)，生物燃料生產(chǎn)改用秸桿、稻草等纖維素為原料。
[0003] 隨著纖維素燃料乙醇行業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水總量也不斷增 加；據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，每生產(chǎn)1噸纖維素燃料乙醇，將產(chǎn)生約25~35t工業(yè)廢水。纖維素燃料乙 醇生廣廢水具有尚硫酸鹽和尚氣氣的特點(diǎn)。
[0004] 在纖維素燃料乙醇生產(chǎn)的原料預(yù)處理階段，通常會(huì)采用氨纖維爆破法或稀酸處理 法對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，采用硫酸是比較常用的工程選擇方案；因此廢水中硫酸根濃度高，一 般都在3000mg/L以上，高的甚至達(dá)10000mg/L。不同纖維素原料生產(chǎn)乙醇所產(chǎn)生的廢水中 硫酸根的含量是不相同的，例如，以木薯和玉米為原料產(chǎn)生的乙醇廢水中硫酸根的含量差 別很大，前者廢水中硫酸根的含量約是后者的10~12倍。由于硫酸根在厭氧條件下容易 被硫酸鹽還原菌還原成硫化氫；而水相中硫化氫（HS0的存在，可以抑制厭氧產(chǎn)甲烷菌的生 長(zhǎng)，嚴(yán)重者還會(huì)導(dǎo)致直接中毒死亡，使得有機(jī)物的去除效率明顯下降，導(dǎo)致后續(xù)好氧以及深 度處理負(fù)擔(dān)加重，運(yùn)行成本加大，出水無(wú)法達(dá)標(biāo)。
[0005] 纖維素燃料乙醇生產(chǎn)的原料預(yù)處理階還會(huì)增加廢水中氮的含量，以纖維素為原料 生產(chǎn)乙醇所產(chǎn)生的廢水中，氨氮的含量要比以淀粉為原料生產(chǎn)乙醇所產(chǎn)生的廢水高100倍 以上，而且多以無(wú)機(jī)銨鹽的形式存在。
[0006] 纖維素燃料乙醇生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水排放量大，且水中有機(jī)物、硫酸鹽、氨氮濃度 高，所以對(duì)環(huán)境的污染非常嚴(yán)重，這大大制約了纖維素燃料乙醇行業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決目前纖維素燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水中硫酸鹽和氨 氮濃度高、不能有效處理的問(wèn)題，而提供的一種纖維素燃料乙醇廢水處理方法。
[0008] 纖維素燃料乙醇廢水按以下步驟進(jìn)行處理：
[0009] -、將稀釋5~6倍的纖維素燃料乙醇廢水通入?yún)捬魿STR反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧水解 反應(yīng)，厭氧CSTR反應(yīng)器中含經(jīng)馴化的厭氧污泥；
[0010] 二、步驟一厭氧CSTR反應(yīng)器出水通入?yún)捬鮅C反應(yīng)器進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)，厭氧IC 反應(yīng)器中含經(jīng)馴化的厭氧顆粒污泥；
[0011] 三、步驟二厭氧IC反應(yīng)器出水通入SBR反應(yīng)器處理后，即完成纖維素燃料乙醇廢 水處理；
[0012] 步驟一中厭氧CSTR反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為54h ;
[0013] 步驟二中厭氧IC反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為20h ;
[0014] 步驟三在SBR反應(yīng)器中按以下順序進(jìn)行水處理：先曝氣3h，再停止曝氣、加入乙酸 鈉攪拌Ih進(jìn)行反硝化，然后繼續(xù)曝氣3h，再停止曝氣、加入乙酸鈉攪拌2~3h，之后靜置 2h，即完成SBR反應(yīng)器對(duì)水體的處理；其中，曝氣采用微氧曝氣。
[0015] 本發(fā)明方法步驟一，在厭氧CSTR反應(yīng)器中，利用硫酸鹽還原菌在厭氧條件下將硫 酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物，經(jīng)過(guò)步驟一和步驟二的兩次厭氧反應(yīng)，厭氧IC反應(yīng)器出水中SOf的濃 度在60mg/L以下，降低90%以上。硫酸鹽濃度大幅降低，同時(shí)水體內(nèi)堿度大量增加。
[0016] 經(jīng)過(guò)本發(fā)明步驟一和二的兩級(jí)厭氧處理，廢水的堿度大幅提高。纖維素燃料乙醇 廢水進(jìn)水堿度很低，少量堿度主要來(lái)自于重碳酸鹽的堿度。經(jīng)過(guò)本發(fā)明步驟一和二的兩級(jí) 厭氧處理，厭氧IC反應(yīng)器出水堿度增加到10000mg/L以上；而且厭氧IC反應(yīng)器出水的堿度 主要是重碳酸鹽堿度，對(duì)溶液酸堿性具有很強(qiáng)的緩沖能力。經(jīng)過(guò)本發(fā)明步驟一和二的兩級(jí) 厭氧處理，水體中的硫酸鹽被大幅脫除，同時(shí)出水中堿度得到大幅提升，有利于后續(xù)SBR短 程硝化反應(yīng)的進(jìn)行。
[0017] 本發(fā)明步驟三反應(yīng)需要消耗水體中的大量堿度，本發(fā)明方法處理后出水中總堿度 仍在2500mg/L以上，說(shuō)明本發(fā)明方法利用纖維素燃料乙醇廢水可以完全滿足硝化過(guò)程對(duì) 堿度的需要，無(wú)需額外投加堿性物質(zhì)，節(jié)省成本。
[0018] 本發(fā)明方法處理纖維素燃料乙醇廢水，廢水經(jīng)過(guò)步驟一和步驟二的處理其COD去 除率平均達(dá)80%以上。
[0019] 本發(fā)明步驟一和二厭氧反應(yīng)利用了纖維素燃料乙醇廢水產(chǎn)生大量堿度，為后續(xù)的 SBR短程硝化反應(yīng)提供了充足的堿度；之后步驟三采用微氧曝氣的方式，在實(shí)現(xiàn)短程硝化 脫氮的同時(shí)，避免還原態(tài)硫向硫酸鹽的轉(zhuǎn)變，保證了出水的達(dá)標(biāo)。
[0020] 本發(fā)明方法完全采用生物處理技術(shù)處理纖維素燃料乙醇廢水，廢水中硫酸根去除 率達(dá)65%以上，廢水中氨去除率達(dá)90%以上，出水符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是實(shí)施例1稀釋后纖維素燃料乙醇廢水進(jìn)水COD濃度和厭氧CSTR反應(yīng)器出 水、厭氧IC反應(yīng)器出水的COD濃度，以及經(jīng)過(guò)步驟二處理后水體COD去除率曲線圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明步驟三反應(yīng)過(guò)程中水體pH的變化曲線圖。
[0023] 圖3是實(shí)施例1步驟三反應(yīng)過(guò)程中三氮濃度柱形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的 任意組合。
【具體實(shí)施方式】 [0025] 一：本實(shí)施方式纖維素燃料乙醇廢水按以下步驟進(jìn)行處理：
[0026] 一、將稀釋5~6倍的纖維素燃料乙醇廢水通入?yún)捬魿STR反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧水解 反應(yīng)，厭氧CSTR反應(yīng)器中含經(jīng)馴化的厭氧污泥；
[0027] 二、步驟一厭氧CSTR反應(yīng)器出水通入?yún)捬鮅C反應(yīng)器進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)，厭氧IC 反應(yīng)器中含經(jīng)馴化的厭氧顆粒污泥；
[0028] 三、步驟二厭氧IC反應(yīng)器出水通入SBR反應(yīng)器處理后，即完成纖維素燃料乙醇廢 水處理；
[0029] 步驟一中厭氧CSTR反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為54h ;
[0030] 步驟二中厭氧IC反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為20h ;
[0031] 步驟三在SBR反應(yīng)器中按以下順序進(jìn)行水處理：先曝氣3h，再停止曝氣、加入乙酸 鈉攪拌Ih進(jìn)行反硝化，然后繼續(xù)曝氣3h，再停止曝氣、加入乙酸鈉攪拌2~3h，之后靜置 2h，即完成SBR反應(yīng)器對(duì)水體的處理；其中，曝氣采用微氧曝氣。
[0032] 本實(shí)施方式步驟一厭氧CSTR反應(yīng)器的容積負(fù)荷率達(dá)到了 6. 5kgAm3 · d)，步驟二 厭氧IC反應(yīng)器的容積負(fù)荷達(dá)到了 4. OkgAm3 · d)，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定。
[0033] 本實(shí)施方式中，在CSTR反應(yīng)器內(nèi)，厭氧消化先后進(jìn)行了產(chǎn)酸和產(chǎn)堿（產(chǎn)甲烷）兩 個(gè)過(guò)程，進(jìn)入產(chǎn)酸階段時(shí)水體中的堿度會(huì)降低，當(dāng)隨后進(jìn)入產(chǎn)甲烷階段水體堿度則會(huì)升高。 隨著步驟一和二的厭氧反應(yīng)，廢水中硫酸根的還原（每還原〇· 5mol的SO42I^會(huì)產(chǎn)生Imol 的堿度）、氨基酸和蛋白質(zhì)的發(fā)酵、含氮有機(jī)物的降解（產(chǎn)物均NH3，游離的NH3是制堿物質(zhì)） 都會(huì)產(chǎn)生堿度。
[0034] 本實(shí)施方式步驟三SBR反應(yīng)器中曝氣進(jìn)行硝化反應(yīng)，停止曝氣、攪拌進(jìn)行反硝化 反應(yīng)。本實(shí)施方式步驟三反應(yīng)過(guò)程中pH值曲線呈現(xiàn)上升-下降-上升的變化，反應(yīng)初期的 pH值的上升，是由氣體吹脫和硝化反應(yīng)所致，曝氣導(dǎo)致水中的CO2被吹脫出來(lái)，CO 2溢出的 速率比硝化反應(yīng)速率快，導(dǎo)致PH上升（pH的變化曲線如圖2所示）；但是隨著硝化反應(yīng)的 進(jìn)行，體系中的堿度被消耗，PH值開始下降。步驟三反應(yīng)過(guò)程中pH值穩(wěn)定在7. 8~8. 4之 間，此pH范圍為短程硝化菌的最適生長(zhǎng)范圍，因此短程硝化菌的活性高，在此pH范圍內(nèi)硝 化