UASB反應器處理酸性大豆蛋白加工廢水
[摘要] 在酸性進水條件下, 對大豆蛋白生產廢水用 UASB反應器進行了處理。在進水 pH 為 4.5± 0.2、 COD為( 16 ± 0.5) g/L時, COD去除率達 90%。 隨著廢水中等電點高于 7 的蛋白質物質的發(fā)酵, 厭氧系統(tǒng)的 pH 大幅度提高。即使在酸性進水條件下, UASB反應器依然能夠穩(wěn)定運行。在處理工藝中無需配置 pH 調節(jié)單元, 因此降低了厭氧處理系統(tǒng)的建設和維護費用。
[關鍵詞] 厭氧處理; 工藝優(yōu)化; 蛋白質; 氨基酸; 水解
2005年我國大豆蛋白加工能力已經(jīng)突破 3.0×105t /a, 生產能力還會進一步增加。大豆蛋白加工生產中排放的高濃度有機廢水, 如果處理不當會給周圍環(huán)境帶來嚴重危害。大豆蛋白加工廢水中含有大量有機污染物, 廢水中的固含量可達 2%, 主要是鹽類物質以及乳清蛋白等。 此外,大豆蛋白加工廢水 pH較低, 給處理設施的穩(wěn)定運行也帶來一定的麻煩。
對高濃度大豆蛋白加工廢水采用厭氧處理法比較合適, 因為在廢水處理的同時可以回收甲烷并可作為能源利用到生產過程中。厭氧產甲烷的最佳pH 在 6.8~ 7.2 之間〔 1 ,2〕 , 所以在厭氧處理之前需對大豆蛋白加工廢水 pH 進行調節(jié)。但由于廢水的含鹽量已經(jīng)比較高, 而經(jīng)過 pH 調節(jié)后廢水含鹽量會進一步提高, 增大了管道、 閥門等處理設施在運行過程中被鹽類物質(磷酸氨鎂復鹽)堵塞的可能性,給運行和維護帶來麻煩。
有研究表明, 廢水中的堿度、 硫酸鹽還原產物H2S以及厭氧處理過程中產生的氨氮對厭氧處理系統(tǒng) pH 都會起到穩(wěn)定的作用〔 2〕 。所以, 如何利用這些有利因素, 在保證處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時降低運行費用成為筆者的研究目標。
1 廢水水質
大豆蛋白生產廢水水質見表 1。
2 基本原理
在大豆蛋白加工廢水的厭氧處理過程中, 經(jīng)水解、 發(fā)酵、 產乙酸和產甲烷 4 個階段〔 2, 3〕 , 將大分子的有機物在各種微生物的共同作用下轉化為甲烷、 二氧化碳和水。
在發(fā)酵和產乙酸階段體系的 pH 會降低, 因為發(fā)酵的產物是揮發(fā)酸和氫。而在產甲烷階段揮發(fā)酸和氫被產甲烷菌利用, 同時還產生一定數(shù)量的堿度, 因此體系的 pH 呈現(xiàn)上升的趨勢。
有資料表明, 產酸菌要求的最佳 pH 為 5.5 ~5.9, 而產甲烷菌則要求 pH 在 6.8~7.2。重碳酸鹽在pH 為 3.8~8.3 的緩沖能力最強〔 2〕 , 因此廢水中的堿度在調節(jié)、 穩(wěn)定厭氧反應器 pH 方面起到重要作用。但大豆蛋白加工廢水 pH 較低, 僅僅依靠廢水中的堿度調節(jié)是不夠的。值得注意的是大豆蛋白加工廢水中含大量的蛋白質, 其厭氧降解過程見式( 1)〔 2, 3〕 。
由式( 1)可以看出, 氨基酸發(fā)酵的產物是氨和脂肪酸( FA)。大豆蛋白中的氨基酸大部分都是堿性氨基酸(等電點大于 7)。因此伴隨著氨基酸水解的進行, pH 將明顯的升高。由此可見, 如果蛋白質的水解和發(fā)酵過程能夠在可接受的水力停留時間內完成,即使在酸性進水條件下整個厭氧過程依然可以穩(wěn)定地進行下去并最終完成產甲烷過程。
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