申请日2015.12.18
公开(公告)日2017.06.27
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12
摘要
本发明涉及水处理领域，公开了一种纤维素乙醇废水的处理方法，该方法包括，对含有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的污泥进行驯化处理，然后使用驯化处理后的污泥对经过厌氧处理后的纤维素乙醇废水依次进行短程硝化处理和反硝化处理。采用本发明的方法，实现了纤维素乙醇废水的成功脱氮，降低了废水中的氮含量，同时废水中硫酸根的含量符合排放标准。
摘要附图
权利要求书
1.一种纤维素乙醇废水的处理方法，其特征在于，该方法包括，对含有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的污泥进行驯化处理，然后使用驯化处理后的污泥对经过厌氧处理后的纤维素乙醇废水依次进行短程硝化处理和反硝化处理;
其中，所述短程硝化处理的条件包括：曝气时间为2-4小时，溶解氧含量为0.8-1.5mg/L，pH值为7.5-8，温度为30℃-35℃，以CaCO3计的碱度为8000-9500mg/L;所述反硝化处理的条件包括：停止曝气，时间为0.5-1.5小时，温度为30℃-35℃;短程硝化反硝化处理的水力停留时间为10-30小时。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述短程硝化处理的条件包括：曝气时间为2.5-3.5小时;溶解氧含量为0.8-1mg/L;pH值为7.7-8，温度为30℃-35℃;以CaCO3计的碱度为8500-9500mg/L;所述反硝化处理的条件包括：时间为1-1.5小时，温度为30℃-35℃;短程硝化反硝化处理的水力停留时间为15-30小时。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其中，对含有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的污泥进行驯化处理的条件包括：曝气时间为3-4小时，溶解氧含量为1-1.5mg/L，沉淀时间为0.5-1小时，水力停留时间为10-20小时。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其中，所述驯化处理的进水条件包括：将纤维素乙醇废水和水的混合物作为进水，采用间歇进水的方式;进水温度为30-35℃，pH值为7.5-8.5，以CaCO3计的碱度为8000-9500mg/L，氨氮浓度为80-120mg/L，硫酸根离子浓度为50-100mg/L。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的处理方法，其中，所述含有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的污泥的溶解氧含量为1.5-3mg/L，pH值为7-8。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其中，驯化处理得到的废水中的亚硝酸盐累积率为90%以上时，所述驯化处理完成。
7.根据权利要求1或2所述的处理方法，其中，所述经过厌氧处理后的纤维素乙醇废水的溶解氧含量为0.8-1.5mg/L，pH值为7.5-8.5，以CaCO3计的碱度为8000-9500mg/L，氨氮浓度为200-300mg/L，硫酸根离子浓度为50-100mg/L。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其中，所述厌氧处理的条件包括：温度为30℃-38℃，pH值为7.8-8.5，水力停留时间为2.5-3.5天。
9.根据权利要求1或2所述的处理方法，其中，该方法还包括在所述反硝化处理中添加外加碳源，所述外加碳源选自甲醇、葡萄糖和乙酸钠中的至少一种，优选为葡萄糖和/或乙酸钠。
10.根据权利要求9所述的处理方法，其中，所述外加碳源的加入量与进行反硝化处理的废水中的亚硝酸盐的重量比为1-2:1。
说明书
一种纤维素乙醇废水的处理方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体地，涉及一种纤维素乙醇废水的处理方法。
背景技术
近些年来，世界各国投入大量资金，对以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的生化工艺进行了研究，且在各工艺环节中均取得了显著效果，极大的推进了纤维素乙醇商业化的进程。随着各项政策的逐步落实，我国以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的装置的建设也在加速。在以往和正在进行的研究中，大量注意力都集中在降低纤维素酶成本和提高乙醇收率的菌种等物耗所导致的成本问题上，废水排放这类在大规模生产时才得以充分显现的工程问题则关注较少。在关键技术突破的同时，其产生的废水的处理以及资源化的问题也会越来越突出。为了保证纤维素乙醇商业化的顺利进行，必须解决好以木质纤维素为原料生产燃料乙醇过程产生的废水(以下均简称为纤维素乙醇废水)的处理问题。
纤维素预处理破坏了木质纤维素的天然结构，其中以木糖和葡萄糖存在的糖类物质会在乙醇生产过程中被利用，过程中同时会伴随有很多副反应的发生，产生了一些诸如含呋喃环类、糠醛、甲酸和乙酰丙酸等副反应产物。这些副产物会抑制纤维素酶以及发酵微生物的活性，从而影响木质纤维素的转化，最终减少产生乙醇的数量。而这些物质大部分都会存在于废水中，而且通常都需要很长的时间进行生物降解，这样就会导致废水的可生化性降低，对此类废水进行生化处理后，仍然需要增加深度处理过程。
在纤维素乙醇生产的过程中，氨纤维爆破或稀酸处理方法通常是会被用于原料的预处理阶段，一般常用的工程预处理选择方案是进行硫酸的投加。不同原料生产乙醇产生的废水中，硫酸根的含量是不相同的。例如，以木薯和玉米为原料产生的乙醇废水中的硫酸根的含量差别很大，前者废水中硫酸根的含量约是后者的10～12倍。此外，预处理工艺的不同会影响过程中产生的废水中硫酸根的含量。以纤维素为原料的乙醇生产过程中产生的废水的硫酸根浓度都较高，一般都在3000mg/L以上，有的甚至会高达上万毫克升。对废水进行生物处理时，在厌氧条件下，硫酸根易还原成硫化物。
在水相中，硫化氢以HS-存在，HS-对于微生物而言属于毒性物质，可以抑制厌氧产甲烷菌的生长，严重者还会导致直接中毒死亡，使得有机物的去除效率显著下降，进一步加重后续的好氧以及深度处理的负担。此外，厌氧过程中产生的H2S气体会伴随着沼气溢出体系，而沼气中H2S的含量会随着废水中硫酸根含量的增多而增加。H2S是一种酸性气体，并有臭鸡蛋味，对人体呼吸系统有害，其存在会对沼气输送管道以及加工设备产生腐蚀作用，同时为了保证其不外泄，一般要求设备要具有良好的密封性。
一般对原料进行预处理都是采用稀酸处理或氨纤维爆破法，而这种方法会增加废水中氮的含量，以纤维素为原料产生的废水中氨氮的含量要比以淀粉质为原料产生废水中高100倍以上，而且多以无机铵盐的形式存在。
纤维素乙醇本身属于新兴领域，而纤维素乙醇废水领域更是一个空白的领域，可借鉴的资料甚少，纤维素乙醇废水处理起来难度极大。而纤维素乙醇废水中硫酸根和氨氮的有效脱除，更是纤维素乙醇废水的难点和重点。
短程硝化是相比于传统的全程硝化而言的，全程的生物脱氮是经历NH4+-N→NO2--N→NO3--N→NO2--N→N2转化过程，而短程硝化是通过改变环境条件来控制氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性，实现NH4+-N→NO2--N→N2转化的脱氮过程，该技术关键在于促进AOB的生长而抑制NOB的生长，从而实现亚硝酸盐氮的积累。相较于传统硝化反硝化生物脱氮，短程硝化反硝化生物脱氮具有能源消耗低、碳源消耗少、脱氮效率高等诸多优点。
目前短程硝化反硝化工艺已经应用于多种有机废水的处理，比如，炼油催化废水、垃圾渗滤液、养猪废水、皮革制水等高浓度有机废水。但是将短程硝化反硝化工艺应用在纤维素乙醇废水的领域还属少见。这是由于各种废水的水质和各项指标有很大差异，在应用短程硝化反硝化工艺时没有一个较为通用的废水处理方法。
因此，开发一种利用短程硝化反硝化工艺而进行有效的纤维素乙醇废水的处理的方法以脱除其中的氨氮且控制硫酸根的含量，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维素乙醇废水的处理方法，通过采用本发明的方法，能够有效脱除纤维素乙醇废水中的氨氮且能够控制硫酸根的含量。
具体地，本发明提供了一种纤维素乙醇废水的处理方法，该方法包括，对含有氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的污泥进行驯化处理，然后使用驯化处理后的污泥对经过厌氧处理后的纤维素乙醇废水依次进行短程硝化处理和反硝化处理;
其中，所述短程硝化处理的条件包括：曝气时间可以为2-4小时，溶解氧含量可以为0.8-1.5mg/L，pH值可以为7.5-8，温度可以为30℃-35℃，以CaCO3计的碱度可以为8000-9500mg/L;所述反硝化处理的条件包括：停止曝气，时间可以为0.5-1.5小时，温度可以为30℃-35℃;短程硝化反硝化处理的水力停留时间可以为10-30小时。
本发明提供了一种纤维素乙醇废水的处理方法，将经过厌氧系统处理之后的纤维素乙醇废水采用短程硝化的工艺进行生物脱氮。本发明采用传统的硝化污泥启动SBR反应器，通过驯化使其满足短程硝化工艺的要求，通过控制短程硝化过程中的不同条件，实现了纤维素乙醇废水的成功脱氮，既降低了废水中的氮含量，同时控制废水中硫酸根的含量符合排放标准。本发明提供的方法具有能源消耗低、碳源消耗少和脱氮效率高等优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。