木材加工廢水沼氣化處理可行性研究

李淑蘭 ， 梅自力 ， 楊紅男

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610041)

?

木材加工廢水沼氣化處理可行性研究

李淑蘭1,2， 梅自力1,2， 楊紅男1,2

(1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所， 成都 610041；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610041)

文章針對(duì)木材蒸煮廢水有機(jī)物濃度高這一特點(diǎn)，探索性地利用沼氣化處理模式對(duì)木材蒸煮廢水進(jìn)行處理研究。結(jié)果表明，該廢水可生化性較差。但是從COD降解效果來看，降解率能達(dá)到70%；從產(chǎn)氣潛力分析，1 kgCOD大約能產(chǎn)0.316 m3的沼氣， 且沼氣中甲烷含量為58.18%左右；可見，木材加工廢水的沼氣化處理方法是行之有效的。

木材加工廢水；沼氣；厭氧處理

1 木材加工廢水的處理現(xiàn)狀

隨著木材加工行業(yè)的不斷發(fā)展，木材加工廢水已經(jīng)成為我國(guó)工業(yè)廢水主要污染源之一。其中木材加工過程中蒸煮工藝段產(chǎn)生的蒸煮廢水是木材加工廢水的主要廢水來源，蒸煮廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，其水量大，色度高，木質(zhì)素含量高，廢水的可生化性能差，直接排入水體會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重的污染。為了解決這一難題，國(guó)內(nèi)外有些學(xué)者采用物理方法[1]、生物方法[2]進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但是對(duì)原木蒸煮廢水的處理至今國(guó)內(nèi)外尚無成熟可靠的方法以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，因此對(duì)深入研究木材加工廢水的處理辦法迫在眉睫。筆者研究從木材蒸煮廢水有機(jī)物濃度高這一特點(diǎn)出發(fā)，探索性地研究木材蒸煮廢水的沼氣化利用，為該類廢水的處理方式尋求一條新的出路，為有效地實(shí)現(xiàn)廢水的資源化和能源化利用做準(zhǔn)備。

2 材料與方法

2.1 供試材料與接種物

試驗(yàn)材料為木材加工廢水，來自四川省南充市某木材加工廠。主要特性見表1。接種物為成都市污水處理廠的厭氧污泥，基本特性見表2。

表1 木材加工廢水的基本特性

表2 接種物的基本特性

2.2 試驗(yàn)裝置和處理

試驗(yàn)儀器有1000 mL廣口瓶4個(gè)(用作發(fā)酵瓶)，500 mL廣口瓶4個(gè)(用作集氣瓶)，500 mL三角瓶4個(gè)(用作集水瓶)，橡膠塞大小各4個(gè)，水浴鍋，乳膠管以及玻璃管。

按照?qǐng)D1連接好厭氧消化實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1 厭氧消化裝置示意圖

利用1000 mL廣口瓶做發(fā)酵瓶，設(shè)3個(gè)試驗(yàn)組，每個(gè)瓶中加入450 mL厭氧污泥和450 mL木材加工廢水，調(diào)節(jié)緩和液pH值至7.0，攪拌均勻，用橡皮塞封口。試驗(yàn)溫度為中溫(35℃±2℃)。從試驗(yàn)啟動(dòng)的第2d開始，每天定時(shí)記錄日產(chǎn)氣量和溶液pH值。每周測(cè)量一次甲烷含量。

2.3 分析方法

干物質(zhì)含量(總固體含量)：烘干法[3]測(cè)定；產(chǎn)沼氣量：采用排水法收集沼氣；CH4含量：采用沼氣成分分析儀測(cè)量。

3 結(jié)果與分析

木材加工廢水利用水浴鍋加熱，厭氧發(fā)酵試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行了44 d，產(chǎn)氣結(jié)束。

3.1 木材加工廢水日產(chǎn)量隨時(shí)間變化關(guān)系

木材加工廢水沼氣發(fā)酵日產(chǎn)沼氣量變化如圖2所示。

由圖2可知，在沼氣發(fā)酵第1 d產(chǎn)沼氣最多，420 mL，究其原因，是因?yàn)檎託猱a(chǎn)量受廢水中有機(jī)物濃度的影響，濃度越高，產(chǎn)氣量就越大[4]。從發(fā)酵第2 d開始，沼氣產(chǎn)量急劇下降，到第8 d產(chǎn)氣量只有62 mL。顯然這一現(xiàn)象是由反應(yīng)初期的酸化反應(yīng)引起。因?yàn)閺膱D2的pH值變化顯示，從發(fā)酵第2d廢水的pH值就急速下降，到反應(yīng)第8 d時(shí)pH值只有4.95，說明反應(yīng)初期，酸化細(xì)菌比產(chǎn)甲烷細(xì)菌活躍，導(dǎo)致酸化反應(yīng)速度快于產(chǎn)甲烷速度。反應(yīng)從第9 d開始，產(chǎn)甲烷速度明顯快于酸化速度，pH值有所回升，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。隨著消化時(shí)間的延長(zhǎng)，有機(jī)物的含量降低，使得產(chǎn)氣量也隨之逐漸減少。此外，產(chǎn)氣量還與系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌及反硝化細(xì)菌等的活動(dòng)有關(guān)，這些細(xì)菌會(huì)與產(chǎn)甲烷菌爭(zhēng)奪碳源，從而使產(chǎn)氣量下降。

圖2 木材加工廢水沼氣發(fā)酵日產(chǎn)氣量的經(jīng)時(shí)變化

3.2 木材加工廢水沼氣發(fā)酵累積產(chǎn)沼氣量隨時(shí)間變化關(guān)系

木材加工廢水沼氣發(fā)酵累積產(chǎn)沼氣量變化如圖3所示。圖3顯示了木材加工廢水沼氣發(fā)酵過程累積產(chǎn)氣量的經(jīng)時(shí)變化。在中溫條件下，經(jīng)過44 d的厭氧發(fā)酵，總產(chǎn)沼氣量為3561 mL。在發(fā)酵的前20 d，總產(chǎn)氣量已經(jīng)占整個(gè)過程總產(chǎn)氣量的81%左右，說明木材加工廢水的大量降解主要發(fā)生在前20 d時(shí)間段內(nèi)。

圖3 木材加工廢水沼氣發(fā)酵過程累積產(chǎn)氣量的經(jīng)時(shí)變化

3.3 木材加工廢水產(chǎn)沼氣潛力及沼氣中甲烷含量測(cè)定

中溫條件下，木材加工廢水經(jīng)過沼氣發(fā)酵，產(chǎn)沼氣潛力為0.316 m3·kg-1COD(見表3)。但是由于最終出水的COD濃度還比較高，為7500 mg·L-1，還是不能將出水直接排放至環(huán)境中。從表3還可以看出，在發(fā)酵初期由于發(fā)酵體系的酸化，導(dǎo)致在發(fā)酵第7 d時(shí)所產(chǎn)沼氣中甲烷含量?jī)H45.80%，不足50%。但在整個(gè)發(fā)酵過程中，產(chǎn)生的沼氣中平均產(chǎn)甲烷含量為58.18 %；說明中溫條件下木材加工廢水利用沼氣化方式處理時(shí)可行的。

表3 木材加工廢水產(chǎn)氣潛力及甲烷含量

4 小結(jié)和討論

(1)研究中的木材加工廢水其VS僅占TS的12.5%，可見該廢水可生化性較差。

(2)中溫條件下，對(duì)木材加工廢水而言， 1 kgCOD大約能產(chǎn)0.316 m3的沼氣，非常接近理論上講的1 kgCOD產(chǎn)0.35 m3的沼氣量，說明該廢水利用沼氣化處理的方法是可行的；而且COD去除率可達(dá)70%。

(3)從沼氣中甲烷含量來看，木材加工廢水厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣中甲烷含量大約58.18%。

(4)從出水看，經(jīng)過厭氧消化的木材加工廢水中有機(jī)物含量仍然比較高，顯然不能直接排放，如何進(jìn)一步提高廢水有機(jī)物的降解效果是治理木材加工廢水必須攻克的難題。

[1] 郁桂林,于金蓮,王 衍.木材蒸煮廢水的化學(xué)處理[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2005, 34 (4):101-104.

[2] 達(dá)明珠. 氧化塘處理原木蒸煮廢水[J].木材工業(yè),2005,19(1):33-39.

[3] 張無敵, 宋洪川, 尹 芳, 等. 沼氣發(fā)酵與綜合利用[M]. 昆明：云南科技出版社，2004: 24- 26.

[4] 黃 霞，等．固定化優(yōu)勢(shì)菌種處理焦化廢水中難降解有機(jī)物的試驗(yàn)研究[J]．中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1995, 15(1):1-4.

Feasibility of Anaerobic Treatment of Wood Machining Wastewater Producing Biogas

LI Shu-lan1,2， Mei Zi-li1,2，YANG Hong-nan1,2

(1. Biogas Institute of Ministry of Agriculture, Chengdu 610041,China; 2.Laboratory of Development and Application of Rural Renewable Energy, Ministry of Agriculture, Chengdu 610041,China)

In view of the wood machining wastewater containing high concentrations of organic matter, anaerobic treatment feasibility of wood machining wastewater was studied in this paper. The results showed that biodegradability was very poor for wood machining wastewater, yet the COD degradation rate could reach 70%, and 0.316 m3biogas could be produced per kilogram of COD. The results also showed that CH4content was about 58.18%. So the anaerobic treatment for wood machining wastewater producing biogas was feasible.

wood machining wastewater; biogas; anaerobic treatment

2015-11-26

項(xiàng)目來源： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(1251516100109)

李淑蘭(1975-)，女，博士，山西臨汾人，主要從事生物質(zhì)能源技術(shù)與廢水處理研究工作,E-mail:lslgxy@163.com 通信作者： 梅自力，E-mail： 13880233242@163.com

S216.4；X703

B

1000-1166(2016)01-0043-03