物化/生化耦合技术用于纤维素乙醇生产废水处理研究

摘要

燃料乙醇是利用生物质类物质为原料,通过糖化、发酵等过程产生的一种生物能源,它被认为是最有希望替代当今化石燃料的可再生能源;以不被人类广泛利用的纤维质原料来生产燃料乙醇已成为世界发展的必然趋势。然而纤维素燃料乙醇生产过程中会产生大量有机废水,废水未经处理直接排放会对生态环境造成极大的危害。
　　本文以秸秆产乙醇所排放的废水(即纤维素乙醇生产废水)为研究对象,通过分析废水水质特点,提出了废水预处理,废水生物处理,废水深度处理,废水回用等适合废水多方位处理的方法,其中废水预处理采用铁碳微电解-Fenton试剂-絮凝沉淀法;废水生物处理采用两相厌氧-好氧组合工艺法及CSTR-MFC同时水处理产电法;废水深度处理采用电催化氧化法;废水回用通过和企业联合实验进行,以期通过物化/生化相耦合的技术对纤维素乙醇生产废水的处理提供数据支持和方法支持。
　　废水水质分析检测结果可得,废水COD值高达165806mg/L,BOD值高达44280mg/L,废水B/C比仅为0.26,COD:TN:TP为1381:5.98:1;废水通过GC-MS操作可扫描得到52中有机物质,其中包含苯酚,糠醛等毒性较大的物质,结果表明:废水是一种高浓度,较难被生物降解,同时营养物质较为缺乏的有机废水。
　　以COD,TOC,B/C比的变化衡量铁碳微电解-Fenton试剂-絮凝沉淀法预处理废水效果,结果表明,废水预处理前后COD去除率可达37.65％,TOC去除率可达31.3%。B/C由0.27升至0.42,废水可生化性得到较大提高,铁碳微电解-Fenton-絮凝组合工艺对废水预处理具有较好的效果。
　　两相厌氧-好氧组合反应器系统处理纤维素乙醇生产废水共持续运行139d,最终出水稳定,SBR出水COD值可达340mg/L,COD总去除率达到96.84%,同时产甲烷相产气作用明显,沼气中甲烷含量可达68.5%,废水处理的同时回收了能量,通过扫描电镜SEM观察了两相厌氧-好氧工艺运行稳定后的各反应器内污泥形态,各反应器内皆形成了适合各自生态位的微生物群落。
　　CSTR-MFC同步厌氧处理产电反应器运行两个周期(每个周期持续时间约300h)结果表明,单通路运行电性能(仅获得0.57W/m3输出功率)低于四通路电性能(输出功率为10.06W/m3),同时CSTR-MFC对COD的去除(COD去除率可达50%以上)好于常规的CSTR反应器(COD的去除率仅为30%左右)。
　　电催化氧化法处理EGSB反应器出水COD去除率达到44%,处理SBR反COD去除率可达70%以上。同时SBR出水色度由2000倍降为80倍,SBR处理后的COD指标和色度指标可达酒精行业废水排放标准。
　　回用联合实验结果显示,EGSB反应器出水和SBR反应器出水用于工艺回用时,酶解效果(纤维素转化率分别为86.39%和86.22%)好于清洁水(纤维素转化率为85.93%)。发酵结果显示,SBR出水用于发酵时,能够提前8h完成发酵,十分适合发酵回用;EGSB出水用于发酵时会产生较大的抑制作用,一直发酵到88h时酵母才开始繁殖,不利于发酵。

目录

物化/生化耦合技术用于纤维素乙醇生产废水处理研究

RESEARCH ON THE TREATMENT OF CELLULOSIC ETHANOL WASTEWATER BY PHYSICOCHEMICAL -BIOCHEMICAL COUPLING TECHNOLOGY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的与意义

1.2 纤维素乙醇生产废水特征

1.3 纤维素乙醇生产废水处理研究现状

1.4 纤维素乙醇生产废水回用研究现状

1.5 论文的研究内容及技术路线

第2章 试验材料与方法

2.1 废水来源及水质

2.2 废水预处理材料与方法

2.3 废水生物处理材料与方法

2.4 废水深度处理及回用方法

2.5 分析项目和分析方法

第3章 废水水质分析及预处理实验研究

3.1 纤维素乙醇生产废水水质分析结果

3.2 纤维素乙醇生产废水预处理实验研究

3.3 本章小结

第4章 废水生物处理效能研究

4.1 两相厌氧-好氧反应器的启动运行研究

4.2 两相厌氧-好氧反应器运行效能研究

4.3 CSTR-MFC反应器运行效能研究

4.4 本章小结

第5章 废水深度处理及回用实验研究

5.1 电催化氧化处理反应器出水实验结果

5.2 废水回用实验结果

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢