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1、马铃薯精淀粉废水低温厌氧处理技术研究实验报告宁 夏 大 学固原市环境保护科学研究所宁夏佳立生物科技有限公司宁夏山水环保科技有限公司济南纳川环保科技发展有限责任公司目 录1、实验内容和目的- 1 -1.1 实验内容- 1 -1.2 实验目的- 1 -2、实验单位、时间、主持人及实验人- 2 -3、实验形式及实验方法- 3 -4、静态试验- 3 -4.1废水厌氧反应原理- 3 -4.2污水厌氧处理技术的比较- 4 -4.3实验步骤- 7 -5、动态实验- 11 -5.1废水动态实验工艺路线流程说明- 11 -5.1.1工艺流程- 11 -5.1.2工艺路线流程说明- 11 -5.2厌氧运行情况-
2、12 -5.3厌氧运行总结- 14 -6、低温厌氧和常规的中温厌氧成本比较及收益分析- 14 -6.1低温厌氧和常规的中温厌氧成本比较- 14 -6.2低温厌氧运行费用- 15 -（1）低温厌氧电费- 15 -（2）低温厌氧加热费- 15 -（3）低温厌氧运行费用- 15 -6.3低温厌氧收益- 15 -7、实验结论和存在的问题- 17 -7.1实验成果- 17 -7.2存在的问题- 17 -1、实验内容和目的1.1 实验内容本实验以宁夏佳立生物科技有限公司西吉南台淀粉分公司气浮出水为试验用水，实验内容如下：研发马铃薯废水厌氧低温处理工艺技术，降低废水处理成本。1.2 实验目的通过共同研发，取
3、得具有工艺合理、技术先进、性价比高、经济实用的低温厌氧工艺，其技术水平应达到国内先进，为下一步工程实践和技术推广提供依据。2、实验单位、时间、主持人及实验人实验单位：宁夏大学固原市环境保护科学研究所宁夏佳立生物科技有限公司 宁夏山水环保科技有限公司济南纳川环保科技发展有限责任公司实验时间：2009年10月2010年1月主持人： 刘玉国、郭思新、叶佩清、蒋文强、熊朝辉、杨建民、李敬龙、丁文捷、蔡东霞实验员： 吴桂峰、吴志刚、贺华、樊静波、续京、马续飙、郭艳艳、 剡荣花、李金玉、鹿洪伟、石洪涛 3、实验形式及实验方法本实验分为静态实验和动态实验两个部分。首先通过静态实验对废水处理的可行性方案分析，
4、以静态实验的结论作为依据，来指导动态实验，并通过动态实验的结果来验证方案的可行性。为下一步工程化放大、技术推广提供工艺技术参数。4、静态试验4.1废水厌氧反应原理废水厌氧反应的过程可分为两个阶段，即：酸性发酵阶段和碱性发酵阶段，如图1所示。图1 厌氧反应两阶段理论（1）酸性发酵阶段两阶段理论将液化阶段和产酸阶段合称为酸性发酵阶段。在酸性发酵阶段，高分子有机物首先在兼性厌氧菌胞外酶的作用下水解和液化，然后渗入细胞体内，在胞内酶的作用下转化为醋酸等挥发性有机酸和硫化物，pH 值下降。 氢的产生，是消化第一阶段的特征，所以第一阶段也称作“氢发酵”。兼性厌氧菌在分解有机物的过程中产生的能量几乎全部消耗
5、作为有机物发酵所需的能源，只有少部分合成新细胞。因此酸性消化时，细胞的增殖很少。产酸菌在低 pH 值时也能生存，具有适应温度、pH值迅速变化的能力。 （2）碱性消化阶段专性厌氧菌将消化过程第一阶段产生的中间产物和代谢产物均被甲烷菌利用分解成二氧化碳、甲烷和氨，pH 值上升。由于消化过程第二阶段的特征是产生大量的甲烷气体，所以第二阶段称为“甲烷发酵”。由于甲烷菌的生长条件特别严格，即使在合适的条件下其增殖速度也非常小，因此甲烷化过程要控制污水或者污泥的厌氧消化进程。厌氧是用来处理高浓度废水的一种有效方法，厌氧相对好氧而言其运行费用低，并且能够产生沼气。如要只通过好氧来处理，则进水必须稀释对高浓度
6、废水而言其水量将会成倍甚至几十倍的增加，其基建费用和运行费用都会相应地增加。4.2污水厌氧处理技术的比较污水厌氧处理是近年来污水处理领域发展较快的技术，具有高效低耗、运行稳定、产生沼气，可实现资源化利用等特点，已成为中、高浓度污水处理的主流技术之一，我国从80年代起，在引进消化吸收国外技术的基础上，开发了上流式厌氧污泥反应器（UASB）、厌氧流化床反应器（AFBR）、内循环厌氧污泥颗粒反应器（IC）等新技术，现已广泛用于酒精、淀粉、制糖、啤酒、等农副产品加工领域，并逐渐成熟，扩大应用于难降解化工污水中。下面各种厌处理技术比较如下：（1）上流式厌氧污泥反应器（UASB）上流式厌氧污泥反应器（UA
7、SB）技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一，在UASB中没有载体，污水从底部均匀进入，向上流动，颗粒污泥（污泥絮体）在上升的水流和气泡作用下处于悬浮状态。反应器下部是浓度较高的污泥床，上部是浓度较低的悬浮污泥层，有机物在此转化为甲烷和二氧化碳气体。在反应器的上部有三相分离器，可以脱气和使污泥沉淀回到反应器中。UASB的COD负荷较高，反应器中污泥浓度高达100150 g/L，因此COD去除效率比普通的厌氧反应器高三倍，可达80%95%。但其启动时间短，能间断或季节性运行，投资低，运行管理简单。（2）IC反应器IC反应器是在UASB反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器。它通过出
8、水回流再循环，大大提高了污水的上升流速，反应器中颗粒污泥始终处于膨胀状态，加强污水与微生物之间的接触和传质，获得较高的去除效率，反应器的高度高达16-20m。从外观上看，IC反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成，每个厌氧反应器的顶部各设一个气-固-液三相分离器，如同两个UASB反应器的上下重叠串联。由于采用了较高的上流速度，对颗粒污泥的形成和污水的前期预处理要求很高，需投加颗粒污泥进行培养。目前，IC反应器在国内外的工程中已普遍得到应用。IC反应器具有很大的高径比，一般可达2-5，反应器的高度高达16-20m。IC反应器的优点：a.容积负荷率高，水力停留时间短。b.抗冲击负荷强。c.
9、避免了固形物沉积。c.基建投资省和占地面积小。d.依靠沼气提升实现自身的内循环，减少能耗。厌氧流化床载体的膨胀和流化，是通过出水回流出水泵加压实现。因此必须消耗一部分动力。而IC反应器正常运行时是以自身产生的沼气作为提升的动力，实现混合液内循环，从而减少能耗。内循环又能够对IC内最上层的浮渣层形成冲击，起到搅拌效果，使料液重新均匀混合，以便微生物充分接触浮渣层原料并进一步降解发酵，提高产气效率。e.减少药剂投量，降低运行费用。对温度的要求相对第二低反应器要低。内外循环的液体量相当于第一级厌氧出水的回流，对pH起缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定。可减少进水的投碱量，从而节约药剂用量，而减少运行
10、费用。f.产气量大，而且稳定。（3）厌氧流化床反应器（AFBR）厌氧流化床（AFBR）是一种填有比表面积很大的惰性颗粒填料的反应器，厌氧微生物生长在填料上，反应器的出水部分回流，与进水混合后，从反应器底部进入向上流动，使固着有微生物的颗粒填料处于流化状态并在整个反应器均匀分布，由于流化床使用的是比表面积很大的填料，使反应器内厌氧微生物的量增大，对污水有较高的去除率，且耐冲击。反应器的流速控制适中，这样填料不致流失并且微生物与污水充分接触。如果填料密度过大，需要加大回流，提高流速使填料在反应器中处于流化和膨胀状态，这样增加了运行成本。并且产生的气体在反应器上部形成漂浮的泡沫，须用水力或机械方法去
11、除，因三相分离比较困难，影响其在工程上的应用。通过以上分析，本项目确定采用IC反应器。4.3实验步骤中温和低温静态实验比较废水的厌氧生物处理受到许多因素的影响，一般可把这些因素分为设计因素和环境因素两大类。前者包括采用的反应器类型、操作单元的选择及排列方式、预处理的方式、负荷、水力停留时间、菌种污泥的选用等等，后者则侧重以微生物学角度对厌氧过程加以考虑，影响厌氧过程的环境因素包括温度、pH值、碱度、营养、氧化还原电位以及毒性、可降解性等废水特征，它是影响厌氧处理的关键因素，是决定设计因素的依据。因此要更好地了解和应用厌氧工艺，必须深入了解影响它的环境因素。其中温度因素是以上各环境因素中比较重要
12、的因素。（1）试验流程与设备本实验采用的实验设备为水浴加热的厌氧系统。主要处理装置厌氧反应器有效容积为3L，它的内径为94mm，总高度为720mm，整个系统的安装流程见图5。图5 IC厌氧反应器试验流程实验污泥：污泥颗粒呈，棕褐色，粒径为14mm。试验原水：取洗净土豆用粉碎机打碎，按马铃薯与水16的比例，配置一定量的自来水，搅拌静置后过80目筛，静沉0.5 h后取上清液作为实验水样实验废水的COD浓度控制在50008000 mg/L之间。先在厌氧反应器中各加入1.6L颗粒污泥，作为接种污泥，注满水，1号厌氧反应器温度控制在231，2号厌氧反应器温度控制在321，用马铃薯废水和营养液所配制成的溶
13、液（COD为5000mg/l）作为基质液培养一周左右时间，用低浓度的试验原水（COD为3000mg/l）作为进水，对污泥进行驯化。用碳酸氢钠溶液调节进水的pH， pH值控制在6.88之间，每两天进一次水，进水量为3L，水力停留时间24h。反应器的设计和水质分析方法用比较常见的方法，进水用泵（HL2型）控制，用温度控制仪控制水浴温度，电加热器（1000W）进行加热，笔式精密酸度计测pH值。 每天定时观察并记录结果。（2）结果分析1、温度对CODcr去除率的影响，实验结果如图6所示。图6 温度对COD去除率的影响在231和321条件下，均能在厌氧开始后一个月左右达到较高的COD去除率;在321条件
14、下，COD去除率增加速率较快，但达到较高COD去除率的时间并没有缩短。2、不同的保温条件对温度的影响样式大小相同的两组设备，在同样的条件下，一组敞口、一组封口密闭。实验结果：敞口设备内温度比密闭封口设备每天多降23。3、接种污泥量的影响表4.1 不同接种污泥量情况下去除率表 去出率接种污泥量2d4d6d8d10d10%少量气泡22%29%35%40%20%较大量气泡31%37%42%45%30%大量气泡35%41%45%49%40%大量气泡37%42%46%50%注：接种污泥量为接种污泥体积与容器的容积比。加大接种污泥量可明显提高污水的去除率，有利于初期的调试工作，但是加大接种量也会增加购买菌
15、种的费用。实验表明菌种投加量在20%左右比较合适。（3）结论随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，可以降低温度对厌氧效果的影响（新型反应器内的生物量很大），因此运用IC厌氧反应器对马铃薯淀粉废水进行处理可以在小于30度条件下进行，以降低能耗和运行费用。5、动态实验5.1废水动态实验工艺路线流程说明5.1.1工艺流程动态实验采用：生物选择池+调配池+低温IC厌氧反应器5.1.2工艺路线流程说明（1）生物选择池生物选择池作用：对废水进行选择酸化处理，提高废水的可生化性，并能去除部分有机负荷，确保后续低温处理稳定运行。规格：NCSJ-1.5处理水量：15L/h水力停留时间：6h水解酸化池材质：工程塑料
16、。（2）调配池调配池作用：调节废水的水温、pH值，保证厌氧（IC）的正常运行。调配池规格：NCHL-1.5调配池材质：工程塑料温控系统：2套（3）低温厌氧反应器（IC）。厌氧（IC）规格：NCIC-1.5尺寸：3802000mm有效容积：200L排泥渣系统 1套三相分离器（二层）1套气水分离器 1套5.2厌氧运行情况（1）厌氧反应器投加厌氧颗粒污泥进行接种，投加量约为厌氧反应器容量的1/5-1/4。（2）向反应器内投加锅炉房前下水井中浓度较低废水25L，测得其COD为3640mg/L,pH值为6.5，水温为15，加温回流。定期补充投加废水。适当提高反应器温度到23-25度。启动泵进行内循环，调
17、整反应器上流速度。（3）经过一个星期的运行，COD去除率达48.57%以上，说明厌氧反应器启动成功。适当降低反应器温度到25度以下。（4）每天向生物选择池投加适量原水，提高废水回流比，IC厌氧反应器温度控制在24左右。上流速度控制在3-8m/h。（5）根据COD去除率情况逐步提高厌氧装置的容积负荷。COD容积负荷可高达5Kg/m3.d检测结果如表5.1所示。表5.1 厌氧运行记录表记录日期进水量(L)PHIC罐实测温度厌氧装置进水CODmg/L内循环进水CODmg/L出水CODmg/L去除率(%)11月9256.5153360232050.00 11月10756.923358022801680
18、59.22 11月111007.12434602240146075.72 11月121207.2253640168084091.21 11月131606.9233640136032080.22 11月141507.0 232880192072063.89 11月152007.12428002520104061.43 11月162007.0 2428001920108048.57 11月172007.0 2528002560144062.86 11月182007.12526801840104055.22 11月192007.22527202160120050.00 11月202007.42427
19、802320136051.80 11月212007.22327402360134051.82 11月222007.82425602400132045.31 11月231207.12426602600140048.87 11月24907.12438402760136067.71 11月25907.0 2338602320124067.88 11月261507.0 2339402160124074.11 11月271507.12339602560102078.28 11月28907.1234040266086075.25 11月29907.0 2240402880100074.75 11月3060
20、7.22340402840102076.24 12月1607.3234020280096076.62 12月21607.1244010282094077.26 12月7607.6244010286091275.46 12月8907.4244010284098475.56 12月9907.3244010294098075.56 12月10907.3234010296098075.41 12月11907.2244010296098674.06 12月12907.42348002980104077.50 12月131906.92452803600108079.70 12月141807.1244380
21、3560107275.30 12月151607.1244540 3620108274.89 12月161807.0 2548603640114078.48 12月171607.0 2545403660104675.90 12月181807.12548203580109478.13 12月191907.12446903490105478.25 12月202007.0 2344703330102077.32 12月211607.22446802820101479.10 12月221607.0 244640285097877.93 12月231807.12447903070102478.96 12月
22、241607.0 2356403160100879.08 12月251607.0 2357203280118080.87 12月261607.1235340319010945.3厌氧运行总结（1）从运行记录分析,厌氧反应器启动20天后，COD去除率高达75%以上，启动速度较快，运行稳定。（2）上流速度控制在3-8m/h, COD容积负荷可高达5Kg/m3.d。（3）由于马铃薯减产严重，原料供应不足，本实验时间较短，未能达到最佳效果。6、低温厌氧和常规的中温厌氧成本比较及收益分析6.1低温厌氧和常规的中温厌氧成本比较低温厌氧和常规的中温厌氧，除温度外，其它的工艺件条相同，本次小试力求从工艺技术入
23、手降低运营成本；IC工艺采用低温厌氧，低温厌氧平均水温按25计，常规IC中温厌氧平均水温按35计，由低温厌氧到中温厌氧需要提高10。压力为2公斤的蒸汽热焓值按600千卡/千克计，传热效率按80%计，则吨水消耗的蒸汽量约为：20.83kg。若蒸汽价格按200元/吨计，那么与中温厌氧相比，采用低温厌氧工艺每处理1吨水可以节省4.17元的蒸汽加热费用投入。6.2低温厌氧运行费用（参照年产1万吨马铃薯淀粉厂规模，工艺废水1000吨/天计）（1）低温厌氧电费低温厌氧成本为水提升及循环电耗，根据现有运转IC罐，电耗费用约为0.100元/m3。（2）低温厌氧加热费本方案中IC采用低温厌氧,厌氧罐内温度控制在
24、25左右即可。因此需要对废水进行加热，加热方式采用蒸汽直接加热，按年平均进水水温10计算对废水加热到25，压力为2公斤的蒸汽热焓值按600千卡/千克计，传热效率按80%计，则吨水消耗的蒸汽量约为：31.25kg。每吨蒸汽按200元计算，则每吨水的平均加热运行费用为6.25元/m3。（3）低温厌氧运行费用低温厌氧运行费用为：电费+加热费=0.10+6.25=6.35元/m3。6.3低温厌氧收益在厌氧条件下，有机物在厌氧微生物作用下被转化为沼气（含甲烷55-65%）通常情况下1公斤COD可转化为 沼气0.583m3，一般按0.5m3计算。本工程按设计进水水质和水量计算：年产1万吨马铃薯淀粉厂规模，
25、工艺废水1000吨/天计,IC厌氧反应器每天处理掉的COD总量约为18000公斤（进IC废水COD：20000mg/L，去除率为90%），则沼气日产量为9000m3。沼气发热量约为5500千卡/m3，相当于1kg燃煤的热值，回收用于厂内生产锅炉燃烧，每天节约标准煤9吨，吨煤按400元计，每天可收益3600元。吨水收益为3.6元。7、实验结论和存在的问题7.1实验成果（1）经过小试，确定低温厌氧工艺路线为：生物选择池+调配池+低温IC厌氧反应器，其COD去除率可达75%。（2）由于采用生物选择池 +低温IC厌氧反应器两段厌氧反应方式，跟中温IC厌氧反应器相比，增加生物选择池，占地面积和投资有一定增加。低温厌氧COD去除效率，高负荷条件下低于中温厌氧。（3）低温厌氧和常规的中温厌氧，温度低10度，吨废水处理费用下降4.17元，每生产一吨淀粉能耗可下降65.6元。收到较好的经济效益。（4）低温厌氧节能效果明显，综合比较，有一定市场推广价值。7.2存在的问题由于马铃薯减产严重，原料供应不足，企业生产时间较短，致使本实验时间较短，取得实验数据资料不够完整，未能达到最佳效果。（2）因天气寒冷，取水管道容易结冰，频繁启闭出水不稳定，对有机物的去除效果造成一定影响。动态实验照片图片1：实验装置图片2：生物选择池图片3：厌氧调配池图片4：低温IC出水图片5：低温IC内的颗粒污泥图片6：IC温度显示
