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1、不同工艺的废水厌氧消化产沼气探析摘要:文章采用厌氧消化对苎麻废水进行产沼气研究，比拟生物酶浸泡废水、烧碱煮炼废水、煮炼后清洗废水3种不同性质的苎麻废水在产沼气规律和能力方面的差异。结果表明，生物酶浸泡废水产气时间最长，可达4天，其余两种废水仅为3天，且生物酶浸泡废水产气率最高，原料产沼气潜力为113mLmL1废水，原料产甲烷潜力为049mLmL1废水;其COD和BOD5降解率最高，分别为763%和82%;其COD产气率和产甲烷率也最高，分别为1691mLg1和56.9mLg1。煮炼后清洗废水的BOD5产气率和产甲烷率最高，分别为5304mLg1和56.9mLg1。3种废水都可通过厌氧消化去除大
2、部分有机物，减轻后续处理压力，并且生物酶浸泡废水产气率最高，可用于生产沼气，为苎麻加工提供绿色能源。关键词:苎麻废水;厌氧消化;产气率;降解率苎麻作为工业纺织的生产原料，其加工产生大量的废水，主要有:生物酶浸泡废水、烧碱煮炼废水、煮炼后清洗废水，苎麻加工中用水量大，平均处理1t原麻用水500吨，COD产生量5000kg15。根据理论推算，1kgCOD通过厌氧消化可产生035m3甲烷，则每加工1t原麻，产生的废水可生成1750m3甲烷，相当于70GJ的能量，可用于补充整个工艺的能耗6。而针对苎麻废水的传统处理方式是达标排放，极少利用其厌氧消化产沼气，也未有对不同工艺阶段的废水产气潜力进行研究71
3、0。本文根据苎麻加工不同工艺阶段废水具有不同特性，分别对其进行厌氧消化产沼气研究，通过对整个厌氧消化经过中各项参数的追踪，分析不同苎麻废水的产气特性，为下一步研究和利用到实际生产中做准备。1材料与方法11材料111苎麻废水苎麻废水取自湖南省岳阳市洞麻厂，分为生物酶浸泡废水、烧碱煮炼废水、煮炼后清洗废水，主要性质见表1。112污泥试验所用污泥取自本公司厌氧消化反响器中的厌氧污泥，其主要性质见表2。12实验装置实验装置见图1，由1000mL消化瓶(有效体积800mL)和500mL的排水集气装置组成。反响瓶放入水浴中，并保证水浴液面高于反响瓶内液面。水浴用加热棒控温在351。13试验方法根据污泥苎麻
4、废水=11进料，发酵罐TS=1.5%2%，分实验组和对照组，每组3个平行。发酵经过持续34天，每12h摇动1次反响瓶，保证有机质被充分利用。由于废水pH值偏高，发酵液配制好后调节pH值到718后开场试验。14参数测定及方法pH值，总固体(TS)，可挥发性固体(VS)，SVI，COD，BOD5等常规参数使用标准方法进行测定11。CH4和CO2百分比利用气象色谱法进行测定，色谱柱使用PEG-20M毛线管柱，以氮气为载气，流速30mLmin1。柱箱，进样器和检测器的温度分别是180，180和200。产气量采用排水集气法测定。2结果与讨论21生物酶浸泡废水产气特性分析厌氧消化经过中日产气量变化规律如图
5、2所示，3组平行实验均在第2天到达产气高峰，日产气量约80mL左右，随后迅速下降，在第4天停止产气。从图3可知苎麻加工的生物酶浸泡废水厌氧消化累积产气量可达170mL左右，原料产沼气潜力为113mLmL1废水。而甲烷含量在第3天可达50%，后续稳定于此，讲明生物酶浸泡废水厌氧消化所产沼气的可燃性较高(见图4)。二氧化碳含量则从第1天的50%左右降至产气停止时的30%左右，可见微生物活性较大(见图5)。日产甲烷量在第2天到达最高33mL左右(见图6)，累积产甲烷量在第4天产气停止后达73mL左右(见图7)，可得原料产甲烷潜力为049mLmL1废水。从表4可知，经过4d的厌氧消化，可使生物酶浸泡废
6、水的COD降解率到达76%，BOD5降解率到达82%，大部分可生化降解物质得到了去除，固然COD产气率和产甲烷率较低，但BOD5的产气率可达3949mLg1，产甲烷率也超过160mLg1，而由表1可知，此废水BOD5/COD为031，通常以BOD5/COD=03为污水可生化降解的下限，所以可以为该废水的可生化性不强，且pH值偏高，因而造成其COD产气率不佳12。22烧碱煮炼废水产气特性分析厌氧消化经过中日产气量变化规律如图8所示，3组平行实验均在第2天到达产气高峰，日产气量约35mL左右，随后迅速下降，在第3天停止产气。从图9可知苎麻加工的烧碱煮炼废水厌氧消化累积产气量只要45mL左右，原料产
7、沼气潜力为0.3mLmL1废水。而甲烷含量在第3天仅为30%左右，讲明烧碱煮炼废水厌氧消化所产沼气的可燃性较低(见图10)。二氧化碳含量则从第1天的50%左右降至产气停止时的40%左右，可见微生物活性不低(见图11)。日产甲烷量在第2天最高超过13mL(见图12)，累积产甲烷量在第3天产气停止后达15mL左右(见图13)，可得原料产甲烷潜力仅为01mLmL1废水。固然二氧化碳含量显示整个厌氧消化经过中生物活性不低，但甲烷含量一直处于较低水平，讲明甲烷菌的生长遭到了抑制，才会导致整体产气量和产甲烷量较低。从表5可知，经过3天的厌氧消化，可使烧碱煮炼废水的COD降解率到达60%，BOD5降解率到达
8、71%，超过一半的可生化降解物质得到了去除，但COD和BOD5的产气率和产甲烷率都较低，而由表1可知，此废水BOD5/COD为04，通常以BOD5/COD=03为污水可生化降解的下限，所以可以为该废水的可生化性较强，这与其产气差的表现矛盾，揣测可能在苎麻加工的烧碱煮炼这步工艺中，由于高温和高pH值条件的存在，造成很多有毒物质的产生，最终导致此废水产气效果差8，12。23煮炼后清洗废水产气特性分析厌氧消化经过中日产气量变化规律如图14所示，3组平行实验均在第2天到达产气高峰，日产气量约25mL左右，随后迅速下降，在第3天停止产气。从图15可知苎麻加工的煮炼后清洗废水厌氧消化累积产气量只要30mL
9、左右，原料产沼气潜力为02mLmL1废水。而甲烷含量在第3天仅为23%左右，讲明煮炼后清洗废水厌氧消化所产沼气的可燃性很低(见图16)。二氧化碳含量则在40%30%之间小幅度变化，可见微生物活性较低(见图17)。日产甲烷量在第2天到达最高6mL左右(见图18)，累积产甲烷量在第3天产气停止后达8mL左右(见图19)，可得原料产甲烷潜力仅为005mLmL1废水。总的来讲，二氧化碳含量显示整个厌氧消化经过中生物活性较低，且甲烷含量一直处于较低水平，讲明发酵系统整体生物活性及产甲烷菌群活性遭到了抑制，才会导致整体产气量和产甲烷量较低。从表5可知，经过3天的厌氧消化，可使煮炼后清洗废水的COD降解率到
10、达47%，BOD5降解率到达50%，约一半的可生化降解物质得到了去除，固然COD产气率和产甲烷率不高，但BOD5的产气率可达5304mLg1，BOD5的产甲烷率也超过120mLg1，而由表1可知，此废水BOD5/COD为029，通常以BOD5/COD=03为污水可生化降解的下限，所以可以为该废水的可生化性较差，这与其产气差的表现一致，但与其BOD5较高的产气率矛盾，揣测可能是由于此废水本身COD和BOD5含量较低，造成微生物可利用底物较少，因而导致产气量绝对值偏低，但微生物仍然降解了约一半的底物，因而作为相对值的产气率偏高12。24不同废水产气比拟由图20可知，3种废水中生物酶浸泡废水产气率和
11、产甲烷率最高，分别是烧碱煮炼废水的37倍和49倍，是煮炼后清洗废水的56倍和98倍，且不同废水之间差距较大，可达近10倍。图21显示同样的趋势，生物酶浸泡废水BOD5和COD降解率最高，分别是烧碱煮炼废水的11倍和13倍，是煮炼后清洗废水的16倍，但不同废水之间差距较少，不超过60%。由图22可知，固然生物酶浸泡废水在COD产气率和产甲烷率方面仍然是最佳，但与图20和图21不同的是，烧碱煮炼废水的COD产气率和产甲烷率变得最差，分别只要生物酶浸泡废水的15%和21%，煮炼后清洗废水的21%和32%，生物酶浸泡废水和煮炼后清洗废水差距却不大，固然在发酵前，烧碱煮炼废水的COD含量最高，但其COD
12、产气表现却最差，一方面原因是底物量大，另一方面可能是高温和高pH值条件产生了微生物活性抑制物质。由图23可知，同图22，烧碱煮炼废水的BOD5产气率和产甲烷率最差，但不同的是，煮炼后清洗废水的BOD5产气率和产甲烷率超过其他两种废水，成为最佳，并分别是生物酶浸泡废水的13倍和1.2倍，烧碱煮炼废水的的69倍和45倍，固然在发酵前，烧碱煮炼废水的BOD5含量最高，但其BOD5产气表现却最差，原因与其COD产气表现最差一致。需十分指出的是，煮炼后清洗废水的初始BOD5含量最低，而BOD5产气率和产甲烷率却最高，COD含量也最低，而COD产气率和产甲烷率却接近最高，原因可能是底物量小，降解效率高。3
13、种苎麻废水产气规律和表现不同，其中，生物酶浸泡废水pH值最低，COD和BOD5含量较高，其产气时间为4天，总体产气率和有机物降解率最佳。烧碱煮炼废水pH值最高，COD和BOD5含量也最高，其产气时间为3天，有机物降解率较好，而产气率表现最差。煮炼后清洗废水pH值较高，COD和BOD5含量最低，其产气时间为3天，有机物降解率较差，废水产气率表现最差，而COD和BOD5产气率较好。因而，COD和BOD5含量的高低很大程度上影响着废水产气率，而却对COD和BOD5产气率的影响却较小。总的来讲，通过厌氧消化，可去除废水中大部分有机物，减轻后续处理压力，并且生物酶浸泡废水产气率较高，可用于生产沼气，为苎麻加工提供绿色能源。