甲醇废水厌氧生物处理分析

2019-11-28马小焱

商品与质量 2019年46期

马小焱

南通市环境工程设计院有限公司江苏南通 226000

1 甲醇废水特性以及危害

对于甲醇来说，其自身具有一定的无色有味的特性，属于液体。在对其误饮的情况下，少量会导致失明，如果大量的话甚至会导致死亡。甲醇大部分都是利用其对甲醛和农药进行相应的制造，而且还会在有机物中起到萃取剂的作用和酒精的变性剂。对于微生物来说也是具有毒性的。对于甲醇废水来说，主要是说在甲醇的相关工业生产过程或者使用的时候，从精馏塔底部对蒸馏的残液进行排出，这要是甲醇废水，在低温的条件下会产生新物质，COD以及BOD含量都相对较高，可降解[1]。

2 概述厌氧处理技术

针对精细化工废水有毒物质的微生物，凭借生物作用与化学反应，将毒性比较大的物质替换为无机物与沼气等，从而实现对化工废水的有效处理，从而使废水可以得到再次回收利用。这一过程就是厌氧处理技术。废水被处理时经历了酸性发酵与碱性发酵两阶段。其中，酸性发酵指的是将化工废水内有机物质进行细菌发酵，使有毒物质产生水解发酵的反应，最终生成酸性与酵类物质。与酸性发酵不同，碱性发酵就是将之前生成的物质转为二氧化碳气体，实现对化工废水的有效处理，且废水可以被回收利用。

3 厌氧生物处理技术

3.1 UASB

LETTINGA通过利用重力场对不同密度物质作用的差异发明了由下部圆柱形的主反应区和上部气液固（GLS）三相分离器组成的UASB，然后首次利用UASB处理质量分数50%甲醇的混合废水。BHATTI等对UASB处理甲醇废水进行了可行性研究，其研究发现在pH为7．0～7．3的优化条件下运行400d过程中，UASB对甲醇废水的COD去除率可达到90%以上，最大CH4产率为2．31L/（L·d），且没有挥发性脂肪酸的过度积累。

随后，学者们相继研究UASB处理甲醇废水的效果以及产生的问题。ZHEN等研究发现，微生物电解池（MEC）耦合UASB处理甲醇废水具有改善甲醇生物降解和CH4回收的潜力。MEC-UASB组合反应器处理甲醇废水的COD去除率为98．9%±0．4%，CH4产量（1．505±0．092）L/（L·d）；而UASB对甲醇废水的生物降解效果COD 去除率 98．5%±0．5%，CH4 产量（1．366±0．071）L/（L·d），明显差于MEC-UASB组合反应器。

在后续的研究中陆续发现UASB处理甲醇废水的缺点：①处理甲醇废水过程中会出现颗粒污泥细化和流失等问题，从而导致UASB反应器系统恶化，COD去除率和CH4产气量急剧下降。LU等在研究UASB反应器处理甲醇废水时发现，随着颗粒污泥开始细化，UASB反应器降解甲醇废水的COD去除率从92．5%降至67．5%，生物气产量从25L/（L·d）将至 5L/（L·d）。且通过增加进水中Ca2+含量等方式都没有明显改善颗粒污泥的细化。②处理甲醇废水过程中也许会产生VFA。研究发现当容积负荷增至22．6 kg／（m3·d）后，出水中出现VFA的积累；容积负荷增至1000～1500mg／L后，反应液pH迅速降至5．0，COD去除率也迅速降低。③对于受厌氧消化过程中甲烷化有着一定的制约作用，无法对出水中的有机物进行矿化，如果污染物相对较多，出水COD也无法到达小于100mg/L的程度[2]。

3.2 两相厌氧法

1971年戈什（Ghosh）以及波兰特（Pohland）对两相发酵的概念，就是将产酸以及产甲烷的这两个阶段在两个相对比较独立的反应器里面来试验，对各个环境进行合理的创建，通过两个反应器合理的整合形成此种工艺。

随后在处理甲醇废水的过程中，周雪飞等针对传统UASB工艺的不足，提出采用一体化两相厌氧反应器处理甲醇废水。研究发现，在COD容积负荷为11．1～26．8kg/（m3·d）运行条件下，COD去除率维持在90%以上；在COD容积负荷为21．3kg/（m3·d）运行条件下，一体化两相厌氧反应器对甲醇废水的COD去除率达到了95%以上，CH4产气率达到了0．45m3/kg。此设备在一个反应器里面的两相厌过程进行了有效的分离，并且加强了互补以及协同的作用，所以在处理的过程中效率比较高，抗击能力比较强。厌氧系统的有机物去除率始终稳定在90%左右，出水COD为200～500mg/L。

虽然两相厌氧法对甲醇废水的处理效果较佳，但相较于UASB处理甲醇废水的启动时间只需20d，而两相厌氧法处理甲醇废水的启动时间比较长（50d）。

3.3 厌氧序批式反应器（ASBR）工艺

邵享文利用ASBR工艺处理高浓度甲醇废水，并对甲醇废水的厌氧抑制性、处理稳定性及系统运行影响因素进行了研究。实验结果表明：COD为3000～30000mg/L的甲醇废水不会抑制产甲烷菌的活性；当容积负荷提高至9．1kg/（m3·d）时，反应器运转正常，处理效率达90%以上，反应器中以甲醇直接转化为甲烷为主；当系统容积负荷高于9．1kg/（m3·d）时，甲醇转化为乙酸的途径逐渐占优势，系统中的VFA大量积累，废水处理效率降低。

4 COD对甲醇废水厌氧生物处理所产生的影响

4.1 COD概述

COD表示在一定条件下的化学反应中消耗的氧化剂量，也叫做化学需氧量，例如在使用强氧化剂处理水样时，废水COD就可以表示这一化学反应中消耗的氧化剂数量。所以化学需氧量（COD）也经常会被人们用来衡量水中有机物质含量的多少，化学需氧量数值越大，说明水体中的有机物含量越多，水体被污染的程度越严重。

4.2 COD对甲醇废水所产生的影响

甲醇废水中COD变化直接影响甲醇废水厌氧生物技术的处理效果。LU等探究了不同进水COD对UASB处理甲醇废水的COD去除效率和产气量变化，发现当甲醇废水中COD为3g/L时，UASB对甲醇废水的COD去除率为62．6%，产气率0．2L/（L·d）；当进水 COD为12g/L时，COD去除率增加并稳定在92．9%，产气率上升至25 L/（L·d）。邵享文研究发现，当甲醇废水中COD为2g/L 时，ASBR对甲醇废水中COD的去除率只有60%；当进水COD为4g/L时，COD去除率为69%；当进水COD为6g/L时，COD去除率为75% 。马文成研究也发现，当进水COD为1．4g/L时，两相厌氧法对甲醇废水的COD去除率只有58%；当进水COD为3g/L 时，COD去除率89%；随着进水COD增加至6g/L，COD去除率逐渐增加至95%左右并基本保持不变。综上所述，在适宜的pH、运行温度、OLR、HRT和进水COD等影响因素下，UASB、两相厌氧法和ASBR厌氧生物处理技术对甲醇废水的处理效果达到最佳效果。相较于两相厌氧法和ASBR，UASB对甲醇废水中COD去除率和产气率更高[3]。