地溝油制生物柴油廢水處理技術(shù)

生物柴油的研發(fā)和使用在我國仍處于起步階段，對生物柴油廢水的處理研究報道尚少。黃琳琳等采用隔油-氣浮-UASB-SBR-MBR組合工藝處理生物柴油廢水，最終出水滿(mǎn)足GB/T 18920-2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》的排放標準，水處理運行成本為2.81元/m3。付新喜等對制生物柴油廢水進(jìn)行了吸附處理，當進(jìn)水平均質(zhì)量濃度為2 706.9 mg/L時(shí)，4級串聯(lián)系統可使廢水達到排放要求。

本工作采用UASB-SBR-絮凝工藝處理地溝油制生物柴油的廢水，研究了厭氧-好氧生化工藝對該廢水的處理能力，以期為實(shí)際工程設計及運行提供參考。

1 實(shí)驗部分

1.1 廢水水質(zhì)

廢水取自江蘇某生物質(zhì)能有限公司廢水隔油池，COD為22 000 mg/L，TP為68 mg/L，ρ（NH3-N）為 45 mg/L，pH為4~5。

1.2 實(shí)驗裝置及實(shí)驗方法

UASB內徑95 mm，高750 mm，內置三相分離器，總有效容積約3 L，采用水浴恒溫加熱，溫度控制在（35±2）℃。UASB接種污泥為厭氧顆粒污泥，取自蘇州某酒精廠(chǎng)污水處理站內循環(huán)反應器，密度約1.14 g/L，粒徑約為1 mm，接種污泥量為45kg/m3，VSS/SS為0.7，接種污泥體積約為UASB容積的1/3。UASB實(shí)驗裝置示意見(jiàn)圖1。

SBR內徑12 cm、高40 cm、有效容積約3 L。接種污泥為蘇州吳中區某污水處理廠(chǎng)好氧污泥，接種后SBR的MLSS達4 000 mg/L。SBR實(shí)驗裝置示意見(jiàn)圖2。

廢水用計量泵從UASB底部泵入，經(jīng)三相分離后由UASB頂部流出，反應產(chǎn)生的氣體經(jīng)洗氣瓶，通過(guò)濕式氣體流量計計量。通過(guò)提高進(jìn)水與回流水的比例來(lái)逐步提高UASB的進(jìn)水COD，同時(shí)向UASB進(jìn)水中加入一定量的氯化銨作為營(yíng)養物質(zhì)，并適當補充UASB內的鐵、鈷、鎳等微量元素。測定UASB出水COD、揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度和碳酸氫鹽堿度。

將UASB出水定量泵入SBR，采用PLC自動(dòng)控制系統控制SBR的運行周期：進(jìn)水30 min，曝氣270min，沉淀30 min，排水15 min，靜置15 min，共6 h。每天進(jìn)水4次，每次進(jìn)水量0.75 L，反應溫度（25±1）℃，廢水pH為7~8，曝氣時(shí)DO為2~3 mg/L。在此運行條件下，每天測定SBR出水的COD。

1.3 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD；采用精密試紙測定pH；采用分光光度法測定ρ（NH3-N）和TP；采用聯(lián)合滴定法測定VFA濃度和碳酸氫鹽堿度；采用重量法測定SS 和VSS 。

2 結果與討論

2.1 UASB的運行情況

2.1.1 UASB的啟動(dòng)

接種污泥后，UASB需要在較低負荷條件下進(jìn)行啟動(dòng)。為使UASB中微生物活性快速恢復，先采用COD為1 500 mg/L的啤酒廢水培養污泥，每天進(jìn)水量為3 L，運行7 d后開(kāi)始處理生物柴油廢水。啟動(dòng)初期采用自來(lái)水稀釋原水，啟動(dòng)階段為20 d，進(jìn)水COD由530 mg/L逐步提升至2 500 mg/L，容積負荷由0.53 kg/（m3·d）增加至2.50 kg/（m3·d）。用碳酸氫鈉調節進(jìn)水pH為7~8，按COD∶ρ（N）∶ρ（P）=（200~350）∶5∶1向廢水中加入氯化銨。UASB啟動(dòng)階段的進(jìn)出水COD及COD去除率見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)：UASB啟動(dòng)10 d時(shí)，COD去除率升至80%以上；UASB啟動(dòng)16 d后，COD去除率穩定在90%以上，出水VFA濃度穩定在2~3 mmol/L。

COD去除率的逐步上升表明微生物在馴化后能較好地適應該廢水。

2.1.2 UASB的負荷提升

通過(guò)提高進(jìn)水COD來(lái)提升UASB負荷。保持UASB每天的進(jìn)水量為3 L，逐步增加進(jìn)水中原水的比例，每當UASB的COD去除率穩定2~3 d后繼續提升容積負荷。UASB負荷提升階段的進(jìn)出水COD和COD去除率見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，當進(jìn)水COD從2 500 mg/L提升至15 000 mg/L時(shí)，UASB容積負荷從2.5 kg/（m3·d）提升至15.0 kg/（m3·d），COD去除率穩定在80%以上，此時(shí)UASB的VFA濃度為6.5 mmol/L，UASB產(chǎn)氣豐富，說(shuō)明COD的降解產(chǎn)物主要以甲烷為主，VFA有一定積累，推測為長(cháng)鏈脂肪酸水解時(shí)，丙酸、丁酸等不易甲烷化的揮發(fā)性脂肪酸的積累，系統已有一定的酸化跡象。當進(jìn)水COD提升至16 000 mg/L時(shí)，容積負荷達到16.0kg/（m3·d），UASB出水中攜帶了大量解體厭氧污泥，出水中VFA濃度升高至9.4 mmol/L，UASB內的pH平衡被打破�？梢�(jiàn)，UASB處理該廢水的最佳容積負荷為15.0 kg/（m3·d）。

2.1.3 UASB的穩定運行

UASB穩定運行階段的容積負荷和COD去除率見(jiàn)圖5。UASB進(jìn)入穩定運行階段后，停止向UASB進(jìn)原水3 d，并補加部分顆粒污泥。從運行86d開(kāi)始，向UASB內進(jìn)水，先維持容積負荷在10.0 kg/（m3·d）左右，并逐步提升至15.0 kg/（m3·d），采用厭氧出水稀釋原水，此時(shí)進(jìn)水COD控制在15 000mg/L左右，水力停留時(shí)間12 h，COD去除率均在87%左右，出水COD在2 500 mg/L以下。UASB穩定運行階段的VFA濃度和碳酸氫鹽堿度見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，出水VFA濃度穩定在4~6 mmol/L，出水碳酸氫鹽堿度呈逐漸上升趨勢，并最終穩定在37 mmol/L，VFA濃度與碳酸氫鹽堿度的比值小于0.20，表明UASB處于穩定運行狀態(tài)。此時(shí)UASB的平均產(chǎn)氣量為16.8 L/d，每去除1 kg COD能產(chǎn)生約430 L沼氣。

2.2 SBR的運行情況

穩定運行的UASB出水中COD為1 900~2 200mg/L，ρ（NH3-N）為30~35 mg/L，TP為45~50 mg/L，尚不能滿(mǎn)足CJ343-2010《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》A級的要求，需要進(jìn)行后續的好氧工藝處理。將UASB出水泵入SBR，逐步提高進(jìn)水中廢水的比例，提高進(jìn)水COD， SBR的進(jìn)出水COD和COD去除率見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn)， SBR進(jìn)水COD從234 mg/L提升至1 528 mg/L，容積負荷最終為1.5 kg/（m3·d），污泥負荷約為0.5 kg/（kg·d），并穩定運行，COD去除率在83%以上，出水COD在200 mg/L左右，ρ（NH3-N）穩定在5 mg/L以下，TP約為25 mg/L。

2.3 絮凝處理效果

采用絮凝法除磷。向SBR出水中加入質(zhì)量分數為5%的聚合氯化鋁，加入量為5 mL/L，處理后廢水TP穩定在4~6 mg/L。至此，廢水的COD、ρ（NH3-N）和TP均達到了CJ343-2010《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》A級要求。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

a）采用UASB-SBR-絮凝工藝處理地溝油制生物柴油廢水。UASB穩定運行階段進(jìn)水COD控制在15 000 mg/L左右，水力停留時(shí)間12 h，COD去除率約為87%，出水COD在2 500 mg/L以下，出水VFA濃度為4~6 mmol/L。UASB處理該廢水的最佳容積負荷為15.0 kg/（m3·d），VFA濃度與碳酸氫鹽堿度的比值小于0.20，表明UASB處于穩定運行狀態(tài)。

b）采用SBR處理UASB出水，SBR進(jìn)水COD從234 mg/L提升至1 528 mg/L，容積負荷最終為1.5kg/（m3·d），污泥負荷約為0.5 kg/（kg·d），COD去除率在83%以上，出水COD在200 mg/L左右，ρ（NH3-N）穩定在5 mg/L以下， TP約為25 mg/L。

c）向SBR出水中加入質(zhì)量分數為5%的聚合氯化鋁進(jìn)行化學(xué)除磷，加入量為5 mL/L，處理后廢水TP為4~6 mg/L。廢水的COD、ρ（NH3-N）和TP均達到了CJ343-2010《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》A級要求。