【摘要】：為解決秸稈類生物質水相催化解聚制備生物燃油~([1-5])生產過程中的廢水問題,提出了一個最佳利用方案。通過加入秸稈等生物質進行聯(lián)合厭氧發(fā)酵獲得沼氣和沼肥,可充分利用廢水中小分子有機酸和熱量,不僅有利于生態(tài)和環(huán)保,還可降低生物燃油的制備成本。由于廢水中高濃度硫酸根對厭氧發(fā)酵有抑制作用,而低濃度硫酸根對厭氧發(fā)酵有益,故需先一定程度上去除硫酸根~([6-8])。結合現有廢水除硫技術,本研究深入探討了用氧化鈣法去除生物燃油廢水中硫酸根時,鈣硫比例與硫酸根去除率的關系;并運用二次正交旋轉組合試驗設計方法,以溫度、攪拌強度、反應時間為控制因素,結合響應曲面優(yōu)化氧化鈣法去除生物燃油廢水中硫酸根的工藝參數。通過試驗對比分析了生物燃油廢水硫酸根離子不同去除程度時,與玉米秸稈聯(lián)合厭氧發(fā)酵的氣、液、固三方面指標,得出可與玉米秸稈聯(lián)合厭氧發(fā)酵的硫酸根濃度。又進一步研究了去除硫酸根離子后的生物燃油廢水與玉米秸稈以不同TS比例混合,聯(lián)合厭氧發(fā)酵產氣的性能。通過試驗和分析,可得出以下幾點結論:(1)氧化鈣法去除生物燃油廢水中硫酸根再與秸稈進行聯(lián)合厭氧發(fā)酵,最佳鈣/硫摩爾比約為1.6。通過單因素試驗結果,擬合出了鈣/硫摩爾比與硫酸根去除率的數量關系,當鈣/硫摩爾比約為1.6,脫硫處理后,廢水pH值約為7.04,硫酸根去除率可達極大值95.52%。(2)在最佳鈣硫配比條件下,優(yōu)化出的氧化鈣法去除硫酸根最佳工藝條件為,溫度30~50℃,攪拌強度190~210 r/min,時間3 h。通過二次正交旋轉中心組合試驗,確定氧化鈣法進行生物燃油脫硫的影響因子顯著性依次為攪拌強度、時間、溫度。響應曲面結果表明:攪拌強度為180~227.6 r/min時,硫酸根去除效率很高,且溫度對反應效率影響不大,3 h內即達到反應平衡。綜合能耗等因素,優(yōu)化出上述最佳工藝條件,可在較短時間內以較低的能耗成本達到適用厭氧發(fā)酵的硫酸根脫除效果。(3)不同處理程度的生物燃油廢水與玉米秸稈聯(lián)合厭氧發(fā)酵,對厭氧發(fā)酵產氣性能影響差異較大。當硫酸根濃度高于2.01g/L時,抑制效果較強,無法啟動與玉米秸稈聯(lián)合厭氧發(fā)酵;當硫酸根濃度低于1.27g/L時,處理后廢水都可以與玉米秸稈聯(lián)合厭氧發(fā)酵產氣;且當硫酸根濃度約為0.6g/L,廢水還可以促進聯(lián)合厭氧發(fā)酵產氣,提升產甲烷率;促進秸稈等底物有機質的降解。(4)不同比例玉米秸稈與脫硫處理后廢水聯(lián)合厭氧發(fā)酵,產氣性能有一定差異。當硫酸根濃度約為0.6g/L時,與玉米秸稈以不同TS比例混合,初始TS濃度為6.44-8.93%時,聯(lián)合厭氧發(fā)酵均可啟動并正常運行產氣。初始TS越低,秸稈等底物降解率越高,但是在初始TS為7.71%時,聯(lián)合厭氧產氣性能最好,產甲烷率也最大。采用優(yōu)化工藝方案,用氧化鈣一定程度上去除生物燃油廢水中硫酸根,再與玉米秸稈以一定比例混合,聯(lián)合厭氧發(fā)酵,可促進系統(tǒng)厭氧發(fā)酵產氣。充分利用了廢水的有機質和熱量,不僅減少了廢水對環(huán)境的污染,還降低了生物燃油制備成本。
【學位授予單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

4]。4 生物化學法水處理的生物化學法，就是利用微生物的代謝作用，將廢水中溶解和膠體狀態(tài)降解消化，轉化為無害物質，以實現凈化的方法[35,36]。按照生物處理過程對氧可分為需氧生物處理法和厭氧生物處理法。前者主要有活性污泥法、生物膜法污水灌溉等。與傳統(tǒng)物理化學脫硫方法相比，生物脫硫技術在水處理中實現了硫酸根還原反應到盡可能利用硫酸根還原反應的轉變，同時又沒有二次污染，年來生物脫硫技術的研究和應用發(fā)展速度飛快[7,35,36]。.1 好氧生物法氧生物法處理常用于低有機物含量的高硫酸根廢水。這是由厭氧生物處理的特有高濃度有機廢水采用厭氧處理才具有競爭能力[37]。對有機質濃度低的廢水，好氧生物處理。處理該廢水的好氧工藝一般均選用供氧效率高的生物流化床法泥法及深井曝氣法等[7]。而對于高硫酸根低有機質廢水，好氧生物法的曝氣方氧曝氣，避免還原所得的硫化物和單質硫被再次氧化回硫酸根[38]。

圖 1-3 兩相厭氧消化工藝流程圖Fig 1-3 Flow diagram of anaerobic digestion process.當應用厭氧生物法處理高硫酸根有機廢水時，在厭氧條件下硫酸根會對厭氧細菌特烷菌產生嚴重的抑制作用。主要是硫酸鹽還原菌(Sulfate Reducing Bacteria, SRB)和（Methane Producing Bacteria, MPB）存在明顯的基質競爭，而動力學分析表明，硫作用更容易進行。另一方面，硫酸根的還原底物 H2S 對產甲烷有毒害作用。SRB 對應能力強于 MPB，產酸相中 SRB 含量比 MPB 高 2~3 個數量級，用兩相厭氧消化工硫酸根廢水時，在產酸相中控制適宜的條件促進 SRB 的生長，強化硫酸根還原作用去除硫酸根，可減輕對下一階段 MPB 的抑制作用，使 SRB 和 MPB 都能發(fā)揮很好此方法應用研究有如李玲[47]等采用硫酸根還原-氣提脫硫-甲烷化的串聯(lián)工藝，使用B 反應器厭氧處理人工合成的硫酸根廢水，考察了硫酸根還原相反應器和氣提脫硫處理效果，探討了整個串聯(lián)工藝系統(tǒng)的最佳工藝條件。實驗證明：整個兩相厭氧系根還原率達到 90%以上，COD 去除率也在 94%左右；氣提脫硫反應器的脫硫效率在，且出水硫化物濃度低，不會對后續(xù)甲烷相產生影響。 硫酸根對厭氧發(fā)酵產甲烷的影響

【參考文獻】

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本文編號：2724707