生物燃油废水脱除硫酸根处理及资源化利用研究

发布时间：2020-06-21 22:03

【摘要】：为解决秸秆类生物质水相催化解聚制备生物燃油~([1-5])生产过程中的废水问题,提出了一个最佳利用方案。通过加入秸秆等生物质进行联合厌氧发酵获得沼气和沼肥,可充分利用废水中小分子有机酸和热量,不仅有利于生态和环保,还可降低生物燃油的制备成本。由于废水中高浓度硫酸根对厌氧发酵有抑制作用,而低浓度硫酸根对厌氧发酵有益,故需先一定程度上去除硫酸根~([6-8])。结合现有废水除硫技术,本研究深入探讨了用氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根时,钙硫比例与硫酸根去除率的关系;并运用二次正交旋转组合试验设计方法,以温度、搅拌强度、反应时间为控制因素,结合响应曲面优化氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根的工艺参数。通过试验对比分析了生物燃油废水硫酸根离子不同去除程度时,与玉米秸秆联合厌氧发酵的气、液、固三方面指标,得出可与玉米秸秆联合厌氧发酵的硫酸根浓度。又进一步研究了去除硫酸根离子后的生物燃油废水与玉米秸秆以不同TS比例混合,联合厌氧发酵产气的性能。通过试验和分析,可得出以下几点结论:(1)氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根再与秸秆进行联合厌氧发酵,最佳钙/硫摩尔比约为1.6。通过单因素试验结果,拟合出了钙/硫摩尔比与硫酸根去除率的数量关系,当钙/硫摩尔比约为1.6,脱硫处理后,废水pH值约为7.04,硫酸根去除率可达极大值95.52%。(2)在最佳钙硫配比条件下,优化出的氧化钙法去除硫酸根最佳工艺条件为,温度30~50℃,搅拌强度190~210 r/min,时间3 h。通过二次正交旋转中心组合试验,确定氧化钙法进行生物燃油脱硫的影响因子显著性依次为搅拌强度、时间、温度。响应曲面结果表明:搅拌强度为180~227.6 r/min时,硫酸根去除效率很高,且温度对反应效率影响不大,3 h内即达到反应平衡。综合能耗等因素,优化出上述最佳工艺条件,可在较短时间内以较低的能耗成本达到适用厌氧发酵的硫酸根脱除效果。(3)不同处理程度的生物燃油废水与玉米秸秆联合厌氧发酵,对厌氧发酵产气性能影响差异较大。当硫酸根浓度高于2.01g/L时,抑制效果较强,无法启动与玉米秸秆联合厌氧发酵;当硫酸根浓度低于1.27g/L时,处理后废水都可以与玉米秸秆联合厌氧发酵产气;且当硫酸根浓度约为0.6g/L,废水还可以促进联合厌氧发酵产气,提升产甲烷率;促进秸秆等底物有机质的降解。(4)不同比例玉米秸秆与脱硫处理后废水联合厌氧发酵,产气性能有一定差异。当硫酸根浓度约为0.6g/L时,与玉米秸秆以不同TS比例混合,初始TS浓度为6.44-8.93%时,联合厌氧发酵均可启动并正常运行产气。初始TS越低,秸秆等底物降解率越高,但是在初始TS为7.71%时,联合厌氧产气性能最好,产甲烷率也最大。采用优化工艺方案,用氧化钙一定程度上去除生物燃油废水中硫酸根,再与玉米秸秆以一定比例混合,联合厌氧发酵,可促进系统厌氧发酵产气。充分利用了废水的有机质和热量,不仅减少了废水对环境的污染,还降低了生物燃油制备成本。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

工艺流程图,纯氧,工艺流程图,废水

4]。4 生物化学法水处理的生物化学法，就是利用微生物的代谢作用，将废水中溶解和胶体状态降解消化，转化为无害物质，以实现净化的方法[35,36]。按照生物处理过程对氧可分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法。前者主要有活性污泥法、生物膜法污水灌溉等。与传统物理化学脱硫方法相比，生物脱硫技术在水处理中实现了硫酸根还原反应到尽可能利用硫酸根还原反应的转变，同时又没有二次污染，年来生物脱硫技术的研究和应用发展速度飞快[7,35,36]。.1 好氧生物法氧生物法处理常用于低有机物含量的高硫酸根废水。这是由厌氧生物处理的特有高浓度有机废水采用厌氧处理才具有竞争能力[37]。对有机质浓度低的废水，好氧生物处理。处理该废水的好氧工艺一般均选用供氧效率高的生物流化床法泥法及深井曝气法等[7]。而对于高硫酸根低有机质废水，好氧生物法的曝气方氧曝气，避免还原所得的硫化物和单质硫被再次氧化回硫酸根[38]。

工艺流程图,两相厌氧消化,工艺流程图,硫酸根

图 1-3 两相厌氧消化工艺流程图Fig 1-3 Flow diagram of anaerobic digestion process.当应用厌氧生物法处理高硫酸根有机废水时，在厌氧条件下硫酸根会对厌氧细菌特烷菌产生严重的抑制作用。主要是硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria, SRB)和（Methane Producing Bacteria, MPB）存在明显的基质竞争，而动力学分析表明，硫作用更容易进行。另一方面，硫酸根的还原底物 H2S 对产甲烷有毒害作用。SRB 对应能力强于 MPB，产酸相中 SRB 含量比 MPB 高 2~3 个数量级，用两相厌氧消化工硫酸根废水时，在产酸相中控制适宜的条件促进 SRB 的生长，强化硫酸根还原作用去除硫酸根，可减轻对下一阶段 MPB 的抑制作用，使 SRB 和 MPB 都能发挥很好此方法应用研究有如李玲[47]等采用硫酸根还原-气提脱硫-甲烷化的串联工艺，使用B 反应器厌氧处理人工合成的硫酸根废水，考察了硫酸根还原相反应器和气提脱硫处理效果，探讨了整个串联工艺系统的最佳工艺条件。实验证明：整个两相厌氧系根还原率达到 90%以上，COD 去除率也在 94%左右；气提脱硫反应器的脱硫效率在，且出水硫化物浓度低，不会对后续甲烷相产生影响。硫酸根对厌氧发酵产甲烷的影响

【参考文献】