甲醇廢水厭氧生物處理分析

馬小焱

南通市環(huán)境工程設(shè)計院有限公司 江蘇南通 226000

1 甲醇廢水特性以及危害

對于甲醇來說，其自身具有一定的無色有味的特性，屬于液體。在對其誤飲的情況下，少量會導(dǎo)致失明，如果大量的話甚至?xí)?dǎo)致死亡。甲醇大部分都是利用其對甲醛和農(nóng)藥進行相應(yīng)的制造，而且還會在有機物中起到萃取劑的作用和酒精的變性劑。對于微生物來說也是具有毒性的。對于甲醇廢水來說，主要是說在甲醇的相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)過程或者使用的時候，從精餾塔底部對蒸餾的殘液進行排出，這要是甲醇廢水，在低溫的條件下會產(chǎn)生新物質(zhì)，COD以及BOD含量都相對較高，可降解[1]。

2 概述厭氧處理技術(shù)

針對精細化工廢水有毒物質(zhì)的微生物，憑借生物作用與化學(xué)反應(yīng)，將毒性比較大的物質(zhì)替換為無機物與沼氣等，從而實現(xiàn)對化工廢水的有效處理，從而使廢水可以得到再次回收利用。這一過程就是厭氧處理技術(shù)。廢水被處理時經(jīng)歷了酸性發(fā)酵與堿性發(fā)酵兩階段。其中，酸性發(fā)酵指的是將化工廢水內(nèi)有機物質(zhì)進行細菌發(fā)酵，使有毒物質(zhì)產(chǎn)生水解發(fā)酵的反應(yīng)，最終生成酸性與酵類物質(zhì)。與酸性發(fā)酵不同，堿性發(fā)酵就是將之前生成的物質(zhì)轉(zhuǎn)為二氧化碳氣體，實現(xiàn)對化工廢水的有效處理，且廢水可以被回收利用。

3 厭氧生物處理技術(shù)

3.1 UASB

LETTINGA通過利用重力場對不同密度物質(zhì)作用的差異發(fā)明了由下部圓柱形的主反應(yīng)區(qū)和上部氣液固（GLS）三相分離器組成的UASB，然后首次利用UASB處理質(zhì)量分數(shù)50%甲醇的混合廢水。BHATTI等對UASB處理甲醇廢水進行了可行性研究，其研究發(fā)現(xiàn)在pH為7．0～7．3的優(yōu)化條件下運行400d過程中，UASB對甲醇廢水的COD去除率可達到90%以上，最大CH4產(chǎn)率為2．31L/（L·d），且沒有揮發(fā)性脂肪酸的過度積累。

隨后，學(xué)者們相繼研究UASB處理甲醇廢水的效果以及產(chǎn)生的問題。ZHEN等研究發(fā)現(xiàn)，微生物電解池（MEC）耦合UASB處理甲醇廢水具有改善甲醇生物降解和CH4回收的潛力。MEC-UASB組合反應(yīng)器處理甲醇廢水的COD去除率為98．9%±0．4%，CH4產(chǎn)量（1．505±0．092）L/（L·d）；而UASB對甲醇廢水的生物降解效果COD 去除率 98．5%±0．5%，CH4 產(chǎn)量（1．366±0．071）L/（L·d），明顯差于MEC-UASB組合反應(yīng)器。

在后續(xù)的研究中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)UASB處理甲醇廢水的缺點：①處理甲醇廢水過程中會出現(xiàn)顆粒污泥細化和流失等問題，從而導(dǎo)致UASB反應(yīng)器系統(tǒng)惡化，COD去除率和CH4產(chǎn)氣量急劇下降。LU等在研究UASB反應(yīng)器處理甲醇廢水時發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒污泥開始細化，UASB反應(yīng)器降解甲醇廢水的COD去除率從92．5%降至67．5%，生物氣產(chǎn)量從25L/（L·d）將至 5L/（L·d）。且通過增加進水中Ca2+含量等方式都沒有明顯改善顆粒污泥的細化。②處理甲醇廢水過程中也許會產(chǎn)生VFA。研究發(fā)現(xiàn)當容積負荷增至22．6 kg／（m3·d）后，出水中出現(xiàn)VFA的積累；容積負荷增至1000～1500mg／L后，反應(yīng)液pH迅速降至5．0，COD去除率也迅速降低。③對于受厭氧消化過程中甲烷化有著一定的制約作用，無法對出水中的有機物進行礦化，如果污染物相對較多，出水COD也無法到達小于100mg/L的程度[2]。

3.2 兩相厭氧法

1971年戈什（Ghosh）以及波蘭特（Pohland）對兩相發(fā)酵的概念，就是將產(chǎn)酸以及產(chǎn)甲烷的這兩個階段在兩個相對比較獨立的反應(yīng)器里面來試驗，對各個環(huán)境進行合理的創(chuàng)建，通過兩個反應(yīng)器合理的整合形成此種工藝。

隨后在處理甲醇廢水的過程中，周雪飛等針對傳統(tǒng)UASB工藝的不足，提出采用一體化兩相厭氧反應(yīng)器處理甲醇廢水。研究發(fā)現(xiàn)，在COD容積負荷為11．1～26．8kg/（m3·d）運行條件下，COD去除率維持在90%以上；在COD容積負荷為21．3kg/（m3·d）運行條件下，一體化兩相厭氧反應(yīng)器對甲醇廢水的COD去除率達到了95%以上，CH4產(chǎn)氣率達到了0．45m3/kg。此設(shè)備在一個反應(yīng)器里面的兩相厭過程進行了有效的分離，并且加強了互補以及協(xié)同的作用，所以在處理的過程中效率比較高，抗擊能力比較強。厭氧系統(tǒng)的有機物去除率始終穩(wěn)定在90%左右，出水COD為200～500mg/L。

雖然兩相厭氧法對甲醇廢水的處理效果較佳，但相較于UASB處理甲醇廢水的啟動時間只需20d，而兩相厭氧法處理甲醇廢水的啟動時間比較長（50d）。

3.3 厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）工藝

邵享文利用ASBR工藝處理高濃度甲醇廢水，并對甲醇廢水的厭氧抑制性、處理穩(wěn)定性及系統(tǒng)運行影響因素進行了研究。實驗結(jié)果表明：COD為3000～30000mg/L的甲醇廢水不會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性；當容積負荷提高至9．1kg/（m3·d）時，反應(yīng)器運轉(zhuǎn)正常，處理效率達90%以上，反應(yīng)器中以甲醇直接轉(zhuǎn)化為甲烷為主；當系統(tǒng)容積負荷高于9．1kg/（m3·d）時，甲醇轉(zhuǎn)化為乙酸的途徑逐漸占優(yōu)勢，系統(tǒng)中的VFA大量積累，廢水處理效率降低。

4 COD對甲醇廢水厭氧生物處理所產(chǎn)生的影響

4.1 COD概述

COD表示在一定條件下的化學(xué)反應(yīng)中消耗的氧化劑量，也叫做化學(xué)需氧量，例如在使用強氧化劑處理水樣時，廢水COD就可以表示這一化學(xué)反應(yīng)中消耗的氧化劑數(shù)量。所以化學(xué)需氧量（COD）也經(jīng)常會被人們用來衡量水中有機物質(zhì)含量的多少，化學(xué)需氧量數(shù)值越大，說明水體中的有機物含量越多，水體被污染的程度越嚴重。

4.2 COD對甲醇廢水所產(chǎn)生的影響

甲醇廢水中COD變化直接影響甲醇廢水厭氧生物技術(shù)的處理效果。LU等探究了不同進水COD對UASB處理甲醇廢水的COD去除效率和產(chǎn)氣量變化，發(fā)現(xiàn)當甲醇廢水中COD為3g/L時，UASB對甲醇廢水的COD去除率為62．6%，產(chǎn)氣率0．2L/（L·d）；當進水 COD為12g/L時，COD去除率增加并穩(wěn)定在92．9%，產(chǎn)氣率上升至25 L/（L·d）。邵享文研究發(fā)現(xiàn)，當甲醇廢水中COD為2g/L 時，ASBR對甲醇廢水中COD的去除率只有60%；當進水COD為4g/L時，COD去除率為69%；當進水COD為6g/L時，COD去除率為75% 。馬文成研究也發(fā)現(xiàn)，當進水COD為1．4g/L時，兩相厭氧法對甲醇廢水的COD去除率只有58%；當進水COD為3g/L 時，COD去除率89%；隨著進水COD增加至6g/L，COD去除率逐漸增加至95%左右并基本保持不變。綜上所述，在適宜的pH、運行溫度、OLR、HRT和進水COD等影響因素下，UASB、兩相厭氧法和ASBR厭氧生物處理技術(shù)對甲醇廢水的處理效果達到最佳效果。相較于兩相厭氧法和ASBR，UASB對甲醇廢水中COD去除率和產(chǎn)氣率更高[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國工業(yè)化的迅速發(fā)展，還需要對工業(yè)的環(huán)境保護方面工作進行進一步的研究，甲醇廢水的產(chǎn)生會對人體產(chǎn)生很大的影響，因此就需要對其進行厭氧生物技術(shù)的有效處理，保證工業(yè)環(huán)境的有效可持續(xù)發(fā)展。