【摘要】：為解決檸檬酸生產(chǎn)過程中的發(fā)酵廢水污染問題,本實驗室提出并建立的檸檬酸-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)系統(tǒng),實現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用,從而減少了廢水排放量和新鮮水用量。但是,該工藝并仍存在一些問題,例如為保證空氣吹脫效果,需要對厭氧消化液進行升溫至55℃并保溫,此過程消耗大量熱能,并且去除氨氮的功能與電滲析有所重疊;電滲析設(shè)備設(shè)計缺陷存在潛在問題;電滲析濃水會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象嚴重等。本論文為解決耦聯(lián)工藝中存在這些問題,對目前的耦聯(lián)工藝進行優(yōu)化,革除空氣吹脫單元后,引入超濾及其預處理工序,并結(jié)合電滲析技術(shù),對抑制因子進行有效去除,進一步提高耦聯(lián)工藝的穩(wěn)定性和可行性。文章主要的研究內(nèi)容如下:(1)通過對模擬溶液極限電流密度的測定,證實厭氧消化液在同等操作條件下,只要實際電流密度低于相同濃度模擬溶液的電流密度最高值,就不會發(fā)生極化現(xiàn)象,電滲析脫鹽過程可以正常進行。對電滲析操作條件操作電壓、膜面流速和濃淡水體積比進行優(yōu)化,結(jié)合脫鹽率、HCO_%~的電流效率、能耗以及氨氮去除率,得到的最優(yōu)操作條件為:操作電壓為10 V,膜面流速為2.61 cm·s~(-1)和濃淡水體積比為1:4。當濃水pH值維持在6.5時,濃水LSI值始終低于臨界結(jié)垢點(LSI=1),結(jié)垢現(xiàn)象得以消除。(2)100 kD和200 kD管式超濾膜處理厭氧消化液,透過液濁度均高于電滲析進水要求(濁度最高值3 NTU),證明厭氧消化液在進超濾前需要進行預處理,以降低透過液濁度。綜合濁度去除效果、超濾透過液通量以及潛在的膜污染,選擇石灰軟化作為超濾的預處理方式,使得超濾透過液濁度達到電滲析進水要求。對超濾操作壓強和膜面流速進行優(yōu)化,考察全回流模式下膜通量大小和變化趨勢,得到最佳操作壓強和膜面流速分別為0.20 MPa和4.023 m·s~(-1)。軟化后的厭氧消化液經(jīng)電滲析脫鹽處理后,濃水的LSI值小于0,結(jié)垢現(xiàn)象消除。電滲析淡水作為配料水,回用至檸檬酸發(fā)酵,其檸檬酸產(chǎn)量為134.67±4.72 g·L~(-1),基本與去離子水發(fā)酵水平持平。(3)在為期8批的循環(huán)驗證實驗中,第2-8批的檸檬酸產(chǎn)量基本與空白水平一致。沼氣發(fā)酵表現(xiàn)正常,平均COD去除率達95%以上。厭氧反應(yīng)器的有機容積負荷、水力停留時間和甲烷產(chǎn)率的平均值分別為1.17±0.18 kg·m~(-3)·d~(-1)、9.29±0.69 d和276.2±37.4mL·g~(-1) TCOD_(去除)。軟化后的厭氧消化液總硬度基本降至200 mg·L~(-1)附近,達到軟化要求。超濾透過液平均濁度為2.7±0.3 NTU,高于電滲析正常進水濁度標準(1 NTU),但沒有超過電滲析最大進水濁度(3 NTU)。經(jīng)超濾和電滲析處理后厭氧消化液,與補充的去離子水混合后,最終電導率基本達到回用標準。濃水LSI值均低于臨界結(jié)垢點(LSI=1),無結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生。循環(huán)過程中厭氧消化液的主要金屬離子濃度沒有發(fā)生明顯的累積現(xiàn)象。由于軟化、超濾和電滲析處理過程中均存在水損失,循環(huán)耦聯(lián)工藝中厭氧消化液平均總回收率為54.1±6.5%。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ028.8;X797
【圖文】：

江南大學碩士學位論文目前，檸檬酸行業(yè)主要采用厭氧-好氧-深度處理法(圖 1-1)對廢水進行生物處先通過厭氧單元處理高濃度有機物廢水，具有高效、低耗等優(yōu)勢，并且該過沼氣經(jīng)脫硫處理后用于發(fā)電產(chǎn)熱，具有一定的經(jīng)濟價值[26]；然后，好氧單元單元降解后的廢水，但是存在處理效率低、占地廣以及運行成本高等缺點[27]；單元處理后的廢水，仍達不到國家排放標準，還需要進入城市污水廠進行深標排放。因此，整個工藝的經(jīng)濟性和處理效率尚不能讓人滿意。

第一章 緒論量較直接回用均有所提高。但是，上述的這些方法在一定程度上提高了廢水回用后的檸檬酸產(chǎn)量，但是活性炭吸附、氫氧化鈉堿處理和離子交換樹脂再生都會消耗大量的無機試劑，其高昂的生產(chǎn)成本限制了其在工業(yè)規(guī)模上的應(yīng)用。1.2 檸檬酸-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)工藝1.2.1 檸檬酸-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)工藝的建立本研究室建立了檸檬酸-沼氣雙發(fā)酵耦聯(lián)工藝(圖 1-2)[38]。在該耦聯(lián)工藝中，發(fā)酵廢水經(jīng)厭氧消化處理后，產(chǎn)生有經(jīng)濟效益的沼氣和待回用的厭氧消化液。厭氧消化液經(jīng)深度處理后作為配料水，回用到檸檬酸發(fā)酵，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，減少廢水排放。

江南大學碩士學位論文時，則不會超過臨界抑制濃度。金屬離子主要來源于發(fā)酵原料(木薯和玉米)、少部分來自 pH 調(diào)節(jié)所消耗的酸堿試劑以及有機物降解，其對檸檬酸發(fā)酵的抑制作用顯著。檸檬酸生產(chǎn)菌株黑曲霉對其中的單價金屬離子 Na+和 K+最為敏感，耐受的最高濃度分別為200 mg·L-1和 300mg·L-1。過量的 Na+導致檸檬酸發(fā)酵前期 pH 下降過快，糖化酶和異麥芽糖酶活性因此下降[43]。這會抑制發(fā)酵培養(yǎng)基中糊精的降解，從而使得可利用總糖濃度下降，最終導致檸檬酸產(chǎn)量的降低。針對上述的抑制因子，采用空氣吹脫去除氨氮和揮發(fā)性脂肪酸[44]，采用電滲析脫除屬離子[45]，使得厭氧消化液中抑制因子經(jīng)處理后，其濃度均低于臨界抑制濃度。徐健等人[46]通過 10 批循環(huán)發(fā)酵(圖 1-3)，抑制因子得到很好地去除，檸檬酸發(fā)酵基本與空白水平持平，驗證了該耦聯(lián)工藝的穩(wěn)定性和可行性。

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本文編號：2792301