棕油生产废水零排放技术研究

论文摘要

油棕是一种高产热带油料作物,主产于马来西亚和印度尼西亚等地。从油棕的果实——鲜果穗中提取棕油的过程包括杀青、脱果、蒸煮、榨油、沉淀、澄清和真空干燥等工序,每加工1吨鲜果穗需水1.5 m3,其中约50%以废水形式排放。棕油生产废水（POME）呈深褐色,粘稠,具有低pH、高盐、有机物和悬浮物含量高等特征。除少量被直接施于农田灌溉和用作动物饲料外,通常采用脱水、干燥、蒸发、絮凝、气浮、超滤以及生物法等处理POME。马来西亚最常见的棕油废水处理方法是厌氧塘/兼氧塘/好氧塘工艺,约有85%的棕油生产厂采用该处理流程。但其缺点是水力停留时间（HRT）太长,一般要20 d以上,所以占地面积也大。为缩短处理所需时间,同时减少占地,研究人员提出了脱水、干燥、蒸发等物化工艺,并比较了各种新型高效厌氧反应器如厌氧滤器、厌氧流化床、厌氧折流板反应器、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等处理POME的实际效果。本文以马来西亚某棕油厂生产废水为研究对象,提出了产酸产甲烷一体化高效厌氧反应器（AnaEG）+好氧内循环生物膜反应器（BioAX）+超滤（UF）+反渗透（RO）的棕油废水处理及零排放新工艺,通过对处理系统中各单元过程的独立研究和联合运行测试,对所提出的新工艺作出全面评价。论文主要分四大部分:⑴AnaEG反应器启动和运行;⑵BioAX反应器启动和运行;⑶好氧出水的脱色研究,包括混凝脱色和吸附脱色;⑷厌氧+好氧+膜分离工艺联合运行。本研究主要结论如下:在起初150 d的运行期间内,AnaEG反应器进水COD从5000 mg/L逐步提升到35000 mg/L,反应器中pH一直稳定在6.98-7.53范围内,未发现VFA积累现象,出水COD始终低于2500 mg/L,平均COD去除率高达92.5%,表明厌氧反应器在转化POME中的有机物方面具有很高的效率;厌氧颗粒污泥的活性较好,平均产甲烷活性为0.488 gCOD CH4/（gVSS·d）;产气中甲烷含量约为70%;厌氧出水VFA以乙酸为主,占总VFA的2/3以上。BioAX反应器在进水COD和SS分别为6000和1758 mg/L条件下,出水浓度分别为4532和476 mg/L,去除率分别为19%和73%;出水中未检出NH3-N。好氧出水的脱色实验结果:（1）絮凝剂FeCl3:最佳投药量为500 mg/L,pH对色度去除影响甚微,色度去除率为40%;（2）絮凝剂PAC:最佳投药量为700 mg/L,最佳pH为5.0,色度去除率高达90%;（3）絮凝剂FeSO4:最佳投药量为800 mg/L,最佳pH为10.0,色度去除率91%;（4）粉末活性炭最佳投加量为20 mg/L,最佳吸附时间为30 min,最佳pH为6.0,色度去除率91%。AnaEG+BioAX+UF+RO联合工艺处理POME结果表明,UF单元对浊度和色度的去除率比较高,分别达到了96.4%和68.8%,但是对其他四项指标（COD、TOC、BOD5和电导率）去除效果不明显; COD、TOC、BOD5和电导率等指标的降低主要是在RO单元完成的,去除率分别达到了97.1%、99.3%、90.6%和93.4%;经过UF+RO处理后,好氧出水中全部有机物和绝大部分盐分已被去除,产水无色透明;参比工业锅炉水质标准发现,RO产水需经软化处理才能满足锅炉补给水水质要求。UF+RO膜清洗方法:首先清水正冲,冲刷去残留在膜单元中的POME废水;然后用含1%（w/w）NaOH和0.6%（w/w）NaClO的化学清洗液清洗25 min;最后用清水再次对膜单元进行清洗,直至出水pH呈中性,清洗后UF和RO的通量恢复率分别为95.3%和91.7%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 油棕和棕油介绍
• 1.1.1 世界油脂市场和棕油生产现状
• 1.1.2 棕油提取
• 1.2 棕油提取过程污染
• 1.2.1 固体废物来源及处置
• 1.2.2 液体废物（POME）
• 1.2.3 气体污染
• 1.3 棕油生产废水（POME）
• 1.3.1 POME 性状及危害
• 1.3.2 POME 水质情况
• 1.3.3 POME 处理和利用现状
• 1.3.4 目前POME 处理处置方法存在的问题
• 1.4 废水厌氧生物处理概述
• 1.4.1 厌氧生物处理的技术特点
• 1.4.2 厌氧生物处理技术基本原理
• 1.4.3 厌氧生物处理工艺的发展概况
• 1.4.4 厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）应用
• 1.5 POME 处理工艺流程的设计
• 1.6 论文技术路线图
• 第二章 POME 原水水质分析
• 2.1 分析测试项目和方法
• 2.1.1 常规分析测试项目
• 2.1.2 油脂和金属元素含量测定
• 2.1.3 POME 厌氧可生物降解性测定
• 2.2 分析测试结果和讨论
• 2.2.1 POME 组成测定结果
• 2.2.2 POME 厌氧可生物降解性测试结果
• 2.3 小结
• 第三章 厌氧膨胀颗粒污泥床（AnaEG）启动
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验用水
• 3.2.3 接种污泥
• 3.2.4 分析项目和方法
• 3.3 实验结果和讨论
• 3.3.1 AnaEG 启动
• 3.3.2 沼气中甲烷含量
• 3.3.3 挥发酸VFA 定性分析
• 3.3.4 颗粒污泥产甲烷活性
• 3.3.5 颗粒污泥电镜观察
• 3.4 小结
• 第四章 厌氧颗粒污泥床（AnaEG）运行及基质去除特征
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 操作方法
• 4.2.3 分析项目和方法
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 AnaEG 反应器对基质COD 去除
• 4.3.2 AnaEG 反应器中酸碱度变化
• 4.3.3 AnaEG 反应器中COD 去除率和COD 转化率
• 4.3.4 AnaEG 反应器中沿程分布规律
• 4.3.5 运行中存在问题和改进措施
• 4.4 小结
• 第五章 好氧内循环生物膜反应器（BioAX）中基质去除特征
• 5.1 前言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 接种污泥
• 5.2.3 实验用水
• 5.2.4 分析项目和方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 反应器启动和生物膜观察
• 5.3.2 BioAX 对COD 去除
• 5.3.3 BioAX 对SS 去除
• 5.3.4 BioAX 中pH 变化
• 5.3.5 BioAX 中NH3-N 和TKN 的变化
• 5.3.6 无机盐对BioAX 的影响
• 5.4 生物降解动力学
• 5.4.1 建立模型目的
• 5.4.2 动力学模型公式
• 5.4.3 实验结果
• 5.4.4 动力学常数的确定
• 5.5 小结
• 第六章 POME 生物处理出流的脱色研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验用水水质
• 6.3 色度测定方法
• 6.4 POME 生物处理出水的混凝脱色研究
• 6.4.1 实验仪器和方法
• 6.4.2 实验结果和讨论
• 6.5 POME 生物处理出水的吸附脱色研究
• 6.5.1 实验仪器和方法
• 6.5.2 实验结果和讨论
• 第七章 联合工艺对棕油生产废水的处理研究
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 废水处理工艺流程和实验装置
• 7.1.2 实验用水
• 7.1.3 操作方法
• 7.1.4 分析项目和方法
• 7.2 实验结果和讨论
• 7.2.1 生物处理单元实验结果
• 7.2.2 膜分离单元处理效果
• 7.2.3 处理前后金属元素含量变化
• 7.2.4 膜组件清洗
• 7.2.5 POME 废水回用工艺可行性分析
• 7.3 小结
• 第八章 结论和展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表或录用的论文