UASB反應(yīng)器處理酸性大豆蛋白加工廢水
[摘要] 在酸性進(jìn)水條件下, 對大豆蛋白生產(chǎn)廢水用 UASB反應(yīng)器進(jìn)行了處理。在進(jìn)水 pH 為 4.5± 0.2、 COD為( 16 ± 0.5) g/L時, COD去除率達(dá) 90%。 隨著廢水中等電點(diǎn)高于 7 的蛋白質(zhì)物質(zhì)的發(fā)酵, 厭氧系統(tǒng)的 pH 大幅度提高。即使在酸性進(jìn)水條件下, UASB反應(yīng)器依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在處理工藝中無需配置 pH 調(diào)節(jié)單元, 因此降低了厭氧處理系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用。
[關(guān)鍵詞] 厭氧處理; 工藝優(yōu)化; 蛋白質(zhì); 氨基酸; 水解
2005年我國大豆蛋白加工能力已經(jīng)突破 3.0×105t /a, 生產(chǎn)能力還會進(jìn)一步增加。大豆蛋白加工生產(chǎn)中排放的高濃度有機(jī)廢水, 如果處理不當(dāng)會給周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重危害。大豆蛋白加工廢水中含有大量有機(jī)污染物, 廢水中的固含量可達(dá) 2%, 主要是鹽類物質(zhì)以及乳清蛋白等。 此外,大豆蛋白加工廢水 pH較低, 給處理設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行也帶來一定的麻煩。
對高濃度大豆蛋白加工廢水采用厭氧處理法比較合適, 因為在廢水處理的同時可以回收甲烷并可作為能源利用到生產(chǎn)過程中。厭氧產(chǎn)甲烷的最佳pH 在 6.8~ 7.2 之間〔 1 ,2〕 , 所以在厭氧處理之前需對大豆蛋白加工廢水 pH 進(jìn)行調(diào)節(jié)。但由于廢水的含鹽量已經(jīng)比較高, 而經(jīng)過 pH 調(diào)節(jié)后廢水含鹽量會進(jìn)一步提高, 增大了管道、 閥門等處理設(shè)施在運(yùn)行過程中被鹽類物質(zhì)(磷酸氨鎂復(fù)鹽)堵塞的可能性,給運(yùn)行和維護(hù)帶來麻煩。
有研究表明, 廢水中的堿度、 硫酸鹽還原產(chǎn)物H2S以及厭氧處理過程中產(chǎn)生的氨氮對厭氧處理系統(tǒng) pH 都會起到穩(wěn)定的作用〔 2〕 。所以, 如何利用這些有利因素, 在保證處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時降低運(yùn)行費(fèi)用成為筆者的研究目標(biāo)。
1 廢水水質(zhì)
大豆蛋白生產(chǎn)廢水水質(zhì)見表 1。
2 基本原理
在大豆蛋白加工廢水的厭氧處理過程中, 經(jīng)水解、 發(fā)酵、 產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷 4 個階段〔 2, 3〕 , 將大分子的有機(jī)物在各種微生物的共同作用下轉(zhuǎn)化為甲烷、 二氧化碳和水。
在發(fā)酵和產(chǎn)乙酸階段體系的 pH 會降低, 因為發(fā)酵的產(chǎn)物是揮發(fā)酸和氫。而在產(chǎn)甲烷階段揮發(fā)酸和氫被產(chǎn)甲烷菌利用, 同時還產(chǎn)生一定數(shù)量的堿度, 因此體系的 pH 呈現(xiàn)上升的趨勢。
有資料表明, 產(chǎn)酸菌要求的最佳 pH 為 5.5 ~5.9, 而產(chǎn)甲烷菌則要求 pH 在 6.8~7.2。重碳酸鹽在pH 為 3.8~8.3 的緩沖能力最強(qiáng)〔 2〕 , 因此廢水中的堿度在調(diào)節(jié)、 穩(wěn)定厭氧反應(yīng)器 pH 方面起到重要作用。但大豆蛋白加工廢水 pH 較低, 僅僅依靠廢水中的堿度調(diào)節(jié)是不夠的。值得注意的是大豆蛋白加工廢水中含大量的蛋白質(zhì), 其厭氧降解過程見式( 1)〔 2, 3〕 。
由式( 1)可以看出, 氨基酸發(fā)酵的產(chǎn)物是氨和脂肪酸( FA)。大豆蛋白中的氨基酸大部分都是堿性氨基酸(等電點(diǎn)大于 7)。因此伴隨著氨基酸水解的進(jìn)行, pH 將明顯的升高。由此可見, 如果蛋白質(zhì)的水解和發(fā)酵過程能夠在可接受的水力停留時間內(nèi)完成,即使在酸性進(jìn)水條件下整個厭氧過程依然可以穩(wěn)定地進(jìn)行下去并最終完成產(chǎn)甲烷過程。
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