UASB反应器处理酸性大豆蛋白加工废水
[摘要] 在酸性进水条件下, 对大豆蛋白生产废水用 UASB反应器进行了处理。在进水 pH 为 4.5± 0.2、 COD为( 16 ± 0.5) g/L时, COD去除率达 90%。 随着废水中等电点高于 7 的蛋白质物质的发酵, 厌氧系统的 pH 大幅度提高。即使在酸性进水条件下, UASB反应器依然能够稳定运行。在处理工艺中无需配置 pH 调节单元, 因此降低了厌氧处理系统的建设和维护费用。
[关键词] 厌氧处理; 工艺优化; 蛋白质; 氨基酸; 水解
2005年我国大豆蛋白加工能力已经突破 3.0×105t /a, 生产能力还会进一步增加。大豆蛋白加工生产中排放的高浓度有机废水, 如果处理不当会给周围环境带来严重危害。大豆蛋白加工废水中含有大量有机污染物, 废水中的固含量可达 2%, 主要是盐类物质以及乳清蛋白等。 此外,大豆蛋白加工废水 pH较低, 给处理设施的稳定运行也带来一定的麻烦。
对高浓度大豆蛋白加工废水采用厌氧处理法比较合适, 因为在废水处理的同时可以回收甲烷并可作为能源利用到生产过程中。厌氧产甲烷的最佳pH 在 6.8~ 7.2 之间〔 1 ,2〕 , 所以在厌氧处理之前需对大豆蛋白加工废水 pH 进行调节。但由于废水的含盐量已经比较高, 而经过 pH 调节后废水含盐量会进一步提高, 增大了管道、 阀门等处理设施在运行过程中被盐类物质(磷酸氨镁复盐)堵塞的可能性,给运行和维护带来麻烦。
有研究表明, 废水中的碱度、 硫酸盐还原产物H2S以及厌氧处理过程中产生的氨氮对厌氧处理系统 pH 都会起到稳定的作用〔 2〕 。所以, 如何利用这些有利因素, 在保证处理系统稳定运行的同时降低运行费用成为笔者的研究目标。
1 废水水质
大豆蛋白生产废水水质见表 1。
2 基本原理
在大豆蛋白加工废水的厌氧处理过程中, 经水解、 发酵、 产乙酸和产甲烷 4 个阶段〔 2, 3〕 , 将大分子的有机物在各种微生物的共同作用下转化为甲烷、 二氧化碳和水。
在发酵和产乙酸阶段体系的 pH 会降低, 因为发酵的产物是挥发酸和氢。而在产甲烷阶段挥发酸和氢被产甲烷菌利用, 同时还产生一定数量的碱度, 因此体系的 pH 呈现上升的趋势。
有资料表明, 产酸菌要求的最佳 pH 为 5.5 ~5.9, 而产甲烷菌则要求 pH 在 6.8~7.2。重碳酸盐在pH 为 3.8~8.3 的缓冲能力最强〔 2〕 , 因此废水中的碱度在调节、 稳定厌氧反应器 pH 方面起到重要作用。但大豆蛋白加工废水 pH 较低, 仅仅依靠废水中的碱度调节是不够的。值得注意的是大豆蛋白加工废水中含大量的蛋白质, 其厌氧降解过程见式( 1)〔 2, 3〕 。
由式( 1)可以看出, 氨基酸发酵的产物是氨和脂肪酸( FA)。大豆蛋白中的氨基酸大部分都是碱性氨基酸(等电点大于 7)。因此伴随着氨基酸水解的进行, pH 将明显的升高。由此可见, 如果蛋白质的水解和发酵过程能够在可接受的水力停留时间内完成,即使在酸性进水条件下整个厌氧过程依然可以稳定地进行下去并最终完成产甲烷过程。
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