木材加工廢水沼氣化處理可行性研究

李淑蘭 ， 梅自力 ， 楊紅男

(1.農業部沼氣科學研究所， 成都 610041；2. 農業部農村可再生能源開發利用重點實驗室， 成都 610041)

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木材加工廢水沼氣化處理可行性研究

李淑蘭1,2， 梅自力1,2， 楊紅男1,2

(1.農業部沼氣科學研究所， 成都 610041；2. 農業部農村可再生能源開發利用重點實驗室， 成都 610041)

文章針對木材蒸煮廢水有機物濃度高這一特點，探索性地利用沼氣化處理模式對木材蒸煮廢水進行處理研究。結果表明，該廢水可生化性較差。但是從COD降解效果來看，降解率能達到70%；從產氣潛力分析，1 kgCOD大約能產0.316 m3的沼氣， 且沼氣中甲烷含量為58.18%左右；可見，木材加工廢水的沼氣化處理方法是行之有效的。

木材加工廢水；沼氣；厭氧處理

1 木材加工廢水的處理現狀

隨著木材加工行業的不斷發展，木材加工廢水已經成為我國工業廢水主要污染源之一。其中木材加工過程中蒸煮工藝段產生的蒸煮廢水是木材加工廢水的主要廢水來源，蒸煮廢水屬于高濃度有機廢水，其水量大，色度高，木質素含量高，廢水的可生化性能差，直接排入水體會對水體造成嚴重的污染。為了解決這一難題，國內外有些學者采用物理方法[1]、生物方法[2]進行了試驗研究，但是對原木蒸煮廢水的處理至今國內外尚無成熟可靠的方法以及相關文獻報道，因此對深入研究木材加工廢水的處理辦法迫在眉睫。筆者研究從木材蒸煮廢水有機物濃度高這一特點出發，探索性地研究木材蒸煮廢水的沼氣化利用，為該類廢水的處理方式尋求一條新的出路，為有效地實現廢水的資源化和能源化利用做準備。

2 材料與方法

2.1 供試材料與接種物

試驗材料為木材加工廢水，來自四川省南充市某木材加工廠。主要特性見表1。接種物為成都市污水處理廠的厭氧污泥，基本特性見表2。

表1 木材加工廢水的基本特性

表2 接種物的基本特性

2.2 試驗裝置和處理

試驗儀器有1000 mL廣口瓶4個(用作發酵瓶)，500 mL廣口瓶4個(用作集氣瓶)，500 mL三角瓶4個(用作集水瓶)，橡膠塞大小各4個，水浴鍋，乳膠管以及玻璃管。

按照圖1連接好厭氧消化實驗裝置。

圖1 厭氧消化裝置示意圖

利用1000 mL廣口瓶做發酵瓶，設3個試驗組，每個瓶中加入450 mL厭氧污泥和450 mL木材加工廢水，調節緩和液pH值至7.0，攪拌均勻，用橡皮塞封口。試驗溫度為中溫(35℃±2℃)。從試驗啟動的第2d開始，每天定時記錄日產氣量和溶液pH值。每周測量一次甲烷含量。

2.3 分析方法

干物質含量(總固體含量)：烘干法[3]測定；產沼氣量：采用排水法收集沼氣；CH4含量：采用沼氣成分分析儀測量。

3 結果與分析

木材加工廢水利用水浴鍋加熱，厭氧發酵試驗穩定運行了44 d，產氣結束。

3.1 木材加工廢水日產量隨時間變化關系

木材加工廢水沼氣發酵日產沼氣量變化如圖2所示。

由圖2可知，在沼氣發酵第1 d產沼氣最多，420 mL，究其原因，是因為沼氣產量受廢水中有機物濃度的影響，濃度越高，產氣量就越大[4]。從發酵第2 d開始，沼氣產量急劇下降，到第8 d產氣量只有62 mL。顯然這一現象是由反應初期的酸化反應引起。因為從圖2的pH值變化顯示，從發酵第2d廢水的pH值就急速下降，到反應第8 d時pH值只有4.95，說明反應初期，酸化細菌比產甲烷細菌活躍，導致酸化反應速度快于產甲烷速度。反應從第9 d開始，產甲烷速度明顯快于酸化速度，pH值有所回升，系統趨于穩定。隨著消化時間的延長，有機物的含量降低，使得產氣量也隨之逐漸減少。此外，產氣量還與系統中硫酸鹽還原菌及反硝化細菌等的活動有關，這些細菌會與產甲烷菌爭奪碳源，從而使產氣量下降。

圖2 木材加工廢水沼氣發酵日產氣量的經時變化

3.2 木材加工廢水沼氣發酵累積產沼氣量隨時間變化關系

木材加工廢水沼氣發酵累積產沼氣量變化如圖3所示。圖3顯示了木材加工廢水沼氣發酵過程累積產氣量的經時變化。在中溫條件下，經過44 d的厭氧發酵，總產沼氣量為3561 mL。在發酵的前20 d，總產氣量已經占整個過程總產氣量的81%左右，說明木材加工廢水的大量降解主要發生在前20 d時間段內。

圖3 木材加工廢水沼氣發酵過程累積產氣量的經時變化

3.3 木材加工廢水產沼氣潛力及沼氣中甲烷含量測定

中溫條件下，木材加工廢水經過沼氣發酵，產沼氣潛力為0.316 m3·kg-1COD(見表3)。但是由于最終出水的COD濃度還比較高，為7500 mg·L-1，還是不能將出水直接排放至環境中。從表3還可以看出，在發酵初期由于發酵體系的酸化，導致在發酵第7 d時所產沼氣中甲烷含量僅45.80%，不足50%。但在整個發酵過程中，產生的沼氣中平均產甲烷含量為58.18 %；說明中溫條件下木材加工廢水利用沼氣化方式處理時可行的。

表3 木材加工廢水產氣潛力及甲烷含量

4 小結和討論

(1)研究中的木材加工廢水其VS僅占TS的12.5%，可見該廢水可生化性較差。

(2)中溫條件下，對木材加工廢水而言， 1 kgCOD大約能產0.316 m3的沼氣，非常接近理論上講的1 kgCOD產0.35 m3的沼氣量，說明該廢水利用沼氣化處理的方法是可行的；而且COD去除率可達70%。

(3)從沼氣中甲烷含量來看，木材加工廢水厭氧發酵產生的沼氣中甲烷含量大約58.18%。

(4)從出水看，經過厭氧消化的木材加工廢水中有機物含量仍然比較高，顯然不能直接排放，如何進一步提高廢水有機物的降解效果是治理木材加工廢水必須攻克的難題。

[1] 郁桂林,于金蓮,王 衍.木材蒸煮廢水的化學處理[J].上海師范大學學報(自然科學),2005, 34 (4):101-104.

[2] 達明珠. 氧化塘處理原木蒸煮廢水[J].木材工業,2005,19(1):33-39.

[3] 張無敵, 宋洪川, 尹 芳, 等. 沼氣發酵與綜合利用[M]. 昆明：云南科技出版社，2004: 24- 26.

[4] 黃 霞，等．固定化優勢菌種處理焦化廢水中難降解有機物的試驗研究[J]．中國環境科學，1995, 15(1):1-4.

Feasibility of Anaerobic Treatment of Wood Machining Wastewater Producing Biogas

LI Shu-lan1,2， Mei Zi-li1,2，YANG Hong-nan1,2

(1. Biogas Institute of Ministry of Agriculture, Chengdu 610041,China; 2.Laboratory of Development and Application of Rural Renewable Energy, Ministry of Agriculture, Chengdu 610041,China)

In view of the wood machining wastewater containing high concentrations of organic matter, anaerobic treatment feasibility of wood machining wastewater was studied in this paper. The results showed that biodegradability was very poor for wood machining wastewater, yet the COD degradation rate could reach 70%, and 0.316 m3biogas could be produced per kilogram of COD. The results also showed that CH4content was about 58.18%. So the anaerobic treatment for wood machining wastewater producing biogas was feasible.

wood machining wastewater; biogas; anaerobic treatment

2015-11-26

項目來源： 中國農業科學院科技創新工程(1251516100109)

李淑蘭(1975-)，女，博士，山西臨汾人，主要從事生物質能源技術與廢水處理研究工作,E-mail:lslgxy@163.com 通信作者： 梅自力，E-mail： 13880233242@163.com

S216.4；X703

B

1000-1166(2016)01-0043-03