生物燃油废水脱除硫酸根处理及资源化利用研究

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为解决秸秆类生物质水相催化解聚制备生物燃油[1-5]生产过程中的废水问题,提出了一个最佳利用方案。通过加入秸秆等生物质进行联合厌氧发酵获得沼气和沼肥,可充分利用废水中小分子有机酸和热量,不仅有利于生态和环保,还可降低生物燃油的制备成本。由于废水中高浓度硫酸根对厌氧发酵有抑制作用,而低浓度硫酸根对厌氧发酵有益,故需先一定程度上去除硫酸根[6-8]。结合现有废水除硫技术,本研究深入探讨了用氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根时,钙硫比例与硫酸根去除率的关系;并运用二次正交旋转组合试验设计方法,以温度、搅拌强度、反应时间为控制因素,结合响应曲面优化氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根的工艺参数。通过试验对比分析了生物燃油废水硫酸根离子不同去除程度时,与玉米秸秆联合厌氧发酵的气、液、固三方面指标,得出可与玉米秸秆联合厌氧发酵的硫酸根浓度。又进一步研究了去除硫酸根离子后的生物燃油废水与玉米秸秆以不同TS比例混合,联合厌氧发酵产气的性能。通过试验和分析,可得出以下几点结论:(1)氧化钙法去除生物燃油废水中硫酸根再与秸秆进行联合厌氧发酵,最佳钙/硫摩尔比约为1.6。通过单因素试验结果,拟合出了钙/硫摩尔比与硫酸根去除率的数量关系,当钙/硫摩尔比约为1.6,脱硫处理后,废水pH值约为7.04,硫酸根去除率可达极大值95.52%。(2)在最佳钙硫配比条件下,优化出的氧化钙法去除硫酸根最佳工艺条件为,温度3050℃,搅拌强度190210 r/min,时间3 h。通过二次正交旋转中心组合试验,确定氧化钙法进行生物燃油脱硫的影响因子显著性依次为搅拌强度、时间、温度。响应曲面结果表明:搅拌强度为180227.6 r/min时,硫酸根去除效率很高,且温度对反应效率影响不大,3 h内即达到反应平衡。综合能耗等因素,优化出上述最佳工艺条件,可在较短时间内以较低的能耗成本达到适用厌氧发酵的硫酸根脱除效果。(3)不同处理程度的生物燃油废水与玉米秸秆联合厌氧发酵,对厌氧发酵产气性能影响差异较大。当硫酸根浓度高于2.01g/L时,抑制效果较强,无法启动与玉米秸秆联合厌氧发酵;当硫酸根浓度低于1.27g/L时,处理后废水都可以与玉米秸秆联合厌氧发酵产气;且当硫酸根浓度约为0.6g/L,废水还可以促进联合厌氧发酵产气,提升产甲烷率;促进秸秆等底物有机质的降解。(4)不同比例玉米秸秆与脱硫处理后废水联合厌氧发酵,产气性能有一定差异。当硫酸根浓度约为0.6g/L时,与玉米秸秆以不同TS比例混合,初始TS浓度为6.44-8.93%时,联合厌氧发酵均可启动并正常运行产气。初始TS越低,秸秆等底物降解率越高,但是在初始TS为7.71%时,联合厌氧产气性能最好,产甲烷率也最大。采用优化工艺方案,用氧化钙一定程度上去除生物燃油废水中硫酸根,再与玉米秸秆以一定比例混合,联合厌氧发酵,可促进系统厌氧发酵产气。充分利用了废水的有机质和热量,不仅减少了废水对环境的污染,还降低了生物燃油制备成本。
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