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纤维素乙醇废水处理研究

摘要：采用微电解+厌氧折流板反应器（ABR）+上流式厌氧污泥床（UASB）+膜生物反应器（MBR）组合工艺对纤维乙醇滤液进行处理。结果表明，当滤液COD在12000mg·L-1左右，该组合工艺中厌氧停留时间（HRT）为48h时，厌氧COD去除率达到72%，MBR停留时间（HRT）20h时，COD的去除率在80.8%～87.5%之间，出水COD浓度稳定在301～537mg·L-1，且MBR抗冲击负荷能力较强。

纤维素乙醇以秸秆、农作物壳皮茎秆、树枝、落叶、林业边脚余料和城乡有机垃圾等纤维为原料经预处理、发酵生产，作为燃料燃烧时排放的温室气体不仅比汽油减少90%，远低于谷物类乙醇燃料，且纤维素是地球上资源量最丰富的可再生资源之一，每年仅陆生植物可产生纤维素约500亿吨；纤维素资源还是最重要的生物质资源，占地球生物总量的40%[1]，因此纤维素发酵降解是一个具有巨大潜力的新领域。

本世纪初，伴随着国际石油价格的一路狂飙及世界各国对能源需求的增加，利用纤维质原料生产乙醇的研究和开发成为目前国内外研究的重点。国外在这方面作了大量的工作，将纤维素乙醇作为燃料应用。巴西已有200万辆汽车用乙醇作燃料；美国国会早已通过法案，鼓励用乙醇部分或完全代替汽油，扶植非汽油燃料的发展，2000年，美国全年燃料乙醇销售量达559万吨，大约有100万辆机动车使用乙醇-汽油双燃料[2-3]；国内将全面推广机动车使用乙醇汽油，2～3年内将占到市场份额的25%～30%，国内首家生产燃料乙醇的河南天冠集团的产品已率先在河南省郑州、洛阳、南阳3市5000多辆机动车中试用。

由于纤维素乙醇原料秸秆化学结构复杂[4]，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素共价和木质素结合，纤维素具有高度有序晶体结构，因此必须经过预处理[5-6]，破坏晶体结构，降低聚合度。本文主要针对某纤维乙醇预处理过程中产生的滤液进行处理达标排放所作的研究。

1材料与方法

1.1试验材料及水质

以河南天冠每年3000吨纤维乙醇项目生产预处理过程产生的废水为对象，预处理采用蒸汽爆碎技术，废水中含有部分纤维素、木质素、半纤维等难生物降解物质，其水质情况为：COD为12000mg·L-1，BOD为4700mg·L-1，SS为600mg·L-1，pH为4～5。

1.2工艺流程

试验采用厌氧-好氧处理工艺，工艺流程为：废水经滤布去除粗大杂物，在调节水槽内对废水进行调节，由蠕动泵进行计量并提升至微电解槽内。由于废水的pH较低，pH在4.0～5.0之间，生化性较差，微电解可以提高废水的pH和可生化性，废水经微电解自流至ABR及UASB反应器进行厌氧处理，同时部分纤维素、半纤维素、木质素被拦截，降低后继处理负荷。

UASB出水自流至膜生物反应器（MBR），MBR工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留，因此，活性污泥浓度可以大大提高[7-8]，从而能提高体积负荷，降低污泥负荷；水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应和降解，从而显著减少污泥产量，剩余污泥产量低[9]，污泥处理费用低；由于膜的截流作用使SRT延长，利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解；因此，膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能。

1.3反应器参数

微电解反应器：200mm×600mm，17L，HRT为7h，提高废水可生化性，有效分解发色分子纂团，降低废水色度，调节pH；ABR：600mm×170mm×350mm，有效容积30L，HRT为12h，材料为有机玻璃，降解、分解有机物，截留纤维素、半纤维素；UASB反应器：450mm×900mm，有效容积120L，材料为有机玻璃，容积负荷4.0kgCOD·m-3·d-1，厌氧条件下降解、分解有机物；MBR：500mm×350mm×350mm，有效容积50L，内置孔径0.25μm中空纤维膜组件，材质为聚丙烯，依靠蠕动泵间歇抽吸，膜出水通量为65L·m-2·d-1，污泥负荷为0.35kgCOD·kgMLSS-1·d-1，污泥浓度4000mg·L-1，膜分离与好氧相结合降解污染物。

1.4测试项目与方法

COD：铬法COD；浊度：WGZ-200型光电浊度仪；pH：PHS-25型数字式酸度计。

2结果与讨论

2.1系统总体处理效果

系统去除效果如图1所示。由图1可知，保持进水量2.5L·h-1，进水浓度在9470～12310mg·L-1之间波动时，气浮出水浓度在6440～8640mg·L-1之间，厌氧出水在1674～2442mg·L-1之间