玉米酒精综合废水厌氧及膜法处理研究

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本研究主要探讨水解酸化+改良UASB对玉米酒精综合废水的处理特性,同时,研究新型五孔PVDF共混改性膜的抗污染性能及不同膜组件(帘式膜和管式膜)在酒精废水深度处理中的应用。主要结果如下:  (1)在中温两相厌氧工艺处理玉米酒精废水的基础上,进行产甲烷改良UASB的启动实验和颗粒污泥的培养,考察水力条件对反应器处理效果的影响。实验采用低负荷启动方式,通过增大处理量和提高进水COD浓度逐级提高容积负荷,通过强制内回流控制反应器中水力条件,使产甲烷改良UASB在最佳条件下运行。63d后反应器中形成的污泥床颗粒化程度高,粒径>0.7mm的颗粒污泥占82%以上,产气速率和COD去除率分别达到539L/d和90%,产甲烷改良UASB启动顺利完成;改良UASB作为两相厌氧工艺的产甲烷相可以自行调节其进水pH,启动时pH的人工调节可以在反应器进入颗粒污泥成熟期时停止;反应器的最佳水力条件为:上升流速为0.62m/h、回流比300%;最优操作条件下产甲烷改良UASB具有良好的抗冲击负荷能力。产甲烷改良UASB产生的生物气气体的主要成分为CH4,但颗粒污泥培养完成后生物气中CH4含量为63.54%,小于启动期的81.61%,N2成分从原来的3.68%增加至18.59%。产甲烷改良UASB处理玉米酒精废水形成的产甲烷颗粒污泥的平均密度为1.03g/cm3,反应器内颗粒污泥的粒径在形成期、成熟期和高水力负荷运行期逐渐增大,沉降性能逐渐提高。  (2)在玉米酒精综合废水中温两相厌氧消化处理中,改良UASB反应器作为产甲烷相,避免了传统UASB反应器容易产生配水不均匀和沟流效应等现象及抗冲击负荷能力有限、SS去除效果差等不足。正交实验结果表明,水解酸化-改良UASB组合工艺的最佳组合水平为:改良UASB停留时间12h,总进水pH6.0~7.0,改良UASB上升流速0.4m/h,各影响因素从主到次的顺序为:UASB上升流速>UASB停留时间>总进水pH。最佳运行条件下低负荷运行,工艺出水水质为:COD=373~688mg/L、NH3-N=15.23~43.94mg/L、SS=200mg/L左右、TP=15.34~27.89 mg/L、pH=6.07~6.89,对COD、TP的平均去除率分别达88.5%、21.68%。与单一厌氧(企业UASB)反应器颗粒污泥相比产甲烷相(产甲烷相改良UASB)反应器内颗粒污泥微观结构、形貌和组成特点发生了一定的变化。企业UASB反应器颗粒污泥表面疏松,主要微生物为各种弧状菌、丝状菌、短杆状菌以及少量的球状菌;产甲烷颗粒污泥表面密实,微生物菌群以索氏甲烷丝菌为优势菌。  (3)观察新型五孔PVDF共混改性中空纤维膜SEM形貌特征,测量1#(PVDF/PMMA/TPU)、2#(PVDF/PMMA/PVC)共混改性膜的接触角;不同共混改性膜制成帘式膜组件并进行过滤实验,研究1#、2#共混改性膜抗污染性能;测定各个膜组件酒精废水的临界通量,研究各个膜组件次临界通量下对酒精废水的处理效果。结果表明:PVDF共混改性膜具有优良的微观结构,且1#共混膜性能较好;1#共混膜的接触角比2#共混膜小;1#、2#共混膜1g/L BSA溶液的临界通量分别为10L/(m2·h)和14L/(m2·h),UASB+CASS工艺处理后的酒精废水的临界通量分别为:20L/(m2·h)和26L/(m2·h);1#共混膜比2#共混膜抗污染性能好;次临界通量下共混膜的运行比超临界通量下的稳定。两种膜组件对经过UASB+CASS工艺处理后的酒精废水进行深度处理,结果表明,两种膜的帘式膜组件对浊度的去除率均在98%左右,去除效果良好;1#膜组件对于CODcr、UV254的去除效果比2#膜组件好;膜材料为PVDF/PMMA/TPU的帘式膜更适合应用到MBR中进行酒精废水的深度处理。  (4)采用逐级通量法测定PVDF/PMMA和PVDF/TPU共混改性膜的临界通量,研究在次临界和超临界通量下A(PVDF/PMMA)与B(PVDF/TPU)两种管式膜组件的过滤和抗污染性能,并在次临界通量下考察两种管式膜组件对经过UASB+CASS工艺后的酒精废水进行深度处理的效果。结果表明,膜A、B的1g/L BSA溶液的临界通量分别为12L/(m2·h)和10L/(m2·h),UASB+CASS工艺处理后的酒精废水的临界通量分别为24L/(m2·h)和22L/(m2·h);膜组件B比膜组件A抗污染性能好。次临界通量下膜组件的运行比超临界通量下的稳定。在对经过UASB+CASS工艺后的酒精废水进行深度处理中,膜组件B比膜组件A运行稳定。两种膜组件的浊度去除率均达到97%以上,对CODcr、UV254也有一定的去除效果。膜材料为PVDF/PMMA的管式膜更适合应用到MBR中进行酒精废水的深度处理。
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