UASB处理屠宰废水+毕业设计+外文翻译.docx
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UASB处理屠宰废水+毕业设计+外文翻译
家禽屠宰废水处理与升流式厌氧污泥床（UASB）反应器
查韦斯PC，LR，卡斯蒂略Dendoovenł，埃斯卡米利亚-席尔瓦EM
摘要
通过生化需氧量的改变来决定去除禽类屠宰污水有机物，通过添加三种不同类型的培养液包含牛粪，酵母提取物或者水力停留时间作为BOD5减少响应向量的变量来研究。
在一个3-1的反应器里，从禽类屠宰污水中清除95%的BOD5会得到有机负荷相应提高到稳定的31kgBOD5/d.m3。
在25到39℃之间95%的BOD5得到去除，水力停留时间为3.5到4.5小时。
反应器内微生物群的生长会遵循一级动力学获得一个持久具体的增长率为0.054/小时。
得出的结论就是来自牛粪的培养液在添加营养和酵母提取物后，水力停留时间在4小时内，温度为周边温度，禽类屠宰污水会有95%的BOD5去除，这会大大降低可能的环境危害。
关键词：
禽类屠宰污水；上流式厌氧污泥床（UASB）反应器；五日生化需氧量（BOD5）；水力停留时间和牛粪培养液
1介绍
生物技术最重要的一大应用就是治理工业和城市污水来减少环境污染。
来自工业禽类，猪或牛的屠宰场的包含脂肪，蛋白质，血液和其它有机物的污水在不经处理就流进江河小溪，会引起环境的损害。
加工一只鸡给人类食用需要10-12升的水，所以一家禽类加工厂的总体水消耗是惊人的。
其中60%的水会被转化成PH值在6.1到7.1之间的污水，生化需氧量在4500和12000毫克/升以及大量的固体，大部分是凝结的血液（体积在40%以上），并且脂肪含量很高。
剩下的污水都在排水的过程中流失了。
大量的禽类污水都要进行物理化学处理，需要大量的化学制品和能量来干燥污水生成的污泥（大约每升水产生20克的污泥）。
污泥很难被处置，因此限制了这种技术的使用。
一个更好的选择就是减少生成的生物固体，使用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）进行厌氧分解。
在UASB过程中，净化污水的同时，厌氧菌会把有机物转化成甲烷，二氧化碳和生化物质。
UASB系统以其高的体积处理率，良好的CH4生产率以及低的污泥生产著名，这意味着经济的过程以及富有吸引力的技术（DelPozo等人,2000）。
自从1982年以来，废水直接处理UASB系统的应用已经进行测试。
巴西（Souza,1986），印度尼西亚（国家公共卫生所等，1988），印度（Siddiqi,1990）和哥伦比亚（Schellinkhout等人,1985）的研究表明在热带地区减少75%生化需氧量是可行的，在冷一点的地区百分数会低一点（Vieira和Souza,1986）。
因为UASB方法展示的国内和工业污水的处理能力，在初期研究中，我们研究了UASB治理禽类屠宰污水的表现。
尤其是，我们检验了在反应器里不同类型培养液的效果，由BOD5减少决定的效果。
一个完整的因子试验设计被应用，考虑到温度，培养液类型和水力停留时间作为主要的变量，以及BOD5减少的相应向量。
2方法
2.1污水
污水来自墨西哥塞拉亚的一个禽类屠宰公司（BachocoS.A.deC.V.）。
污水被按照大的残余物如羽毛，骨头和肉，每6小时进行分离，抽样就是在装这些污水的箱子提取。
每天总共100升，化学的以及微生物化地搅匀及分析。
2.2禽类屠宰污水的预处理
屠宰污水从墨西哥BachocoS.A.deC.V.公司一个185.5m3的池子取出，因为污水特点的最小波动性保证了随后治理的最佳状态。
这些池子的水保留时间在12到24小时之间。
2.3污泥活化和处理
制作三种不同的培养液并按照以下方式测试其稳当性：
（A）从相同的水槽中取出10升的禽类屠宰污水放入15升闭合的玻璃容器中，并装置出气孔，放置5天之后，50%浓缩的屠宰污水会被新的屠宰污水代替并按5克/升的比率加入牛粪（Rojas,1988）。
三天后，混合物内安装10克/升的比率加入酵母提取物（Stronach等人,1986）。
（B）从相同的水槽中取出10升的禽类屠宰污水放入15升闭合的玻璃容器中，并装置出气孔，放置5天之后，50%浓缩的屠宰污水会被新的屠宰污水代替，3天后作为1升溶液的部分，加入50毫克的氯化铁，１５毫克的钼酸钠，20毫克的氯化钴以及10毫克的氯化镍（Kennedy和Droste,1991;Keemer和McCallion,1989）。
（C）从相同的水槽中取出10升的禽类屠宰污水放入15升闭合的玻璃容器中，并装置出气孔，放置5天之后，50%浓缩的屠宰污水会被新的屠宰污水代替。
在倒入混合物之前，1升的清水里加入5克牛粪，50毫克的氯化铁，15毫克的钼酸钠，20毫克的氯化钴以及10毫克的氯化镍。
36小时后加入酵母提取物溶液（10克酵母提取物／升禽类屠宰污水）。
表１
试验因子设计（33）来研究水力停留时间，温度和培养液类型对使用UASB反应器处理禽类屠宰污水的影响。
试验水力
时间温度培养液
（h）（℃）类型
真实值代码真实值代码真实值代码
12.30_125_11_1
23.30025_11_1
34.30125_11_1
42.30_132.501_1
53.30032.501_1
64.30132.501_1
72.30_14011_1
83.30040111
94.3014011_1
102.30_125_130
113.30025_130
124.30125_130
132.30_132.5030
143.30032.5030
154.30132.5030
162.30140130
173.30040130
184.30140130
192.30125_121
203.30025_121
214.30125_121
222.30132.5021
233.30032.5021
244.30132.5021
252.30_140121
263.30040121
274.30140121
2.4反应器特点
D1=准备后立即稀释的溶氧样品（毫克/升）；D2=稀释后水样经20℃恒温培养箱培养5天之溶氧（毫克/升）；P=使用样品的体积比；B1=在培养之前种子控制溶解氧（4天）；B2=在培养之后种子控制溶解氧（毫克/升）（4天），以及；F=放入稀释样品的种子与种子控制的种子比率=（放入稀释样品的种子%）/（种子控制的种子%）。
生物反应器会注入10%的培养液（0.3升）类型A，B或者C。
使用的反应变量是5天的生化需氧量。
所有数据分析采用Statistica软件。
2.5开始
反应器开始是以1升/小时的流速不断流入，并且保持水力停留时间（HRT）为2.38小时。
这样高的负荷率在防止微生物和生物固体冲出时能保持负荷率不断适应生化物质。
反应系统到达工业水平时需要一个调整的水力停留时间（HRT）。
为保持相继增加之间的时间间隔不变，流入的流速会持续降低。
得到每种运行条件下污水中化学需氧量（COD）和VFA的值的稳定浓度时，时间间隔就会被确定。
这种逐步的有机负荷增加会允许生化物质的不断适应。
表2
15天连续测量禽类屠宰污水的物理化学特点
规格参数表最小值最大值平均值
PH值25℃
电解电导率25℃（mSm-1）86.114.711.7
固体总量103-105℃（mgl-1）108245582771
挥发性固体总量（mgl-1）93844022199
不挥发固体总量（mgl-1）1241492572
悬浮固体总量103-105℃（mgl-1）7261462938
挥发性悬浮固体量（mgl-1）6231310821
固定性悬浮固体量（mgl-1）66172124
溶解性固体总量（mgl-1）34436001833
易挥发溶解性固体量（mgl-1）17435641378
不挥发溶解性固体量（mgl-1）121324455
可沉固体量（mgl-1）103320
油脂（mgl-1）147666306
五日生化需氧量（mgl-1）452487005500
化学需氧量（mgl-1）580011,6007333
硫酸（mgl-1）56114961107
总碱度（mgl-1）7.512.112.0
酚酞碱度（mgl-1）6.3011.7010.88
亚甲蓝活性物质（mgl-1）5.4711.217.76
氟化物（mgl-1）3.2515.507.62
含磷量（mgl-1）7.1712.749.52
磷酸盐（mgl-1）2.757.814.58
氨盐基（mgl-1）69562
有机氮（mgl-1）1.222.517.2
含氮总量（mgl-1）10.511,15074.9
3结果和讨论
禽类屠宰污水的物理化学分析表明大部分的参数都超过了国际允许污水排放的限制（例如美国环保总署，2002）（表2）。
污水里主要的污染物是有机物，BOD5的范围为4500和8700毫克/升之间，超过美国环保总署（2002）建立的标准的10-25倍。
在污水能在排水系统中排放或者作为灌溉水再次使用之前，这些污水里的有机物必须减少。
其它污染物，诸如脂肪，油污，以及表面活性剂也超过了美国环保总署（2002）建立的标准。
按照图1的数据计算BOD5与COD之间的平均比率为0.75。
0.6以上的比值表明使用生物处理去除污水中的有机物比使用物理化学处理的方法更好。
为了克服批量反应器研究的诸多问题以及模仿污水处理过程，动力研究使用了大量的流量反应器。
一般来说，一个反应器的可见物料的等式是
反应器累积率=输入率-输出率+反应率
如果我们确定一台混合的很好的反应器，那么反应器内浓度会跟污水浓度一致。
因为酶作用物都被消耗了，所以酶作用物的消耗比率都是无预期结果的。
如果稳定状态的条件被保持。
BOD5的动力去除会显示有机物的生物降解依据时间上BOD5的浓度，且可以通过一级动力来描述。
培养液A的开始时间是18-28天，培养液B的时间是7-15天且培养液C的时间是2.5-5天。
使用第3种培育方法的开始时间少于资料里类似生物反应器所显示的时间。
短的开始时间得到了高的细胞繁殖负荷表明这个系统可以支持更多的有机负荷并在很短的时间内进行有效的去除。
这个实验室试验得到的BOD5最大去除的数据将会便利工业生物反应器的扩大和设计。
BOD5最大去除率在试验6，9，15和18获得（表3）。
变量分析（ANOVA）表明过程水力停留时间（A），温度（B），培养液类型（C）以及相互作用C×C会极大地影响BOD5的去除，且培养液类型是最重要的（表4）。
表3
使用UASB生物反应器处理禽类屠宰污水BOD5去除的完整因子试验（33）设计结果。
试验去除的BOD5复制平均值
139.8540.8239.8440.18
262.0062.5262.1862.23
376.4076.2175.8876.34
455.3352.3651.9852.22
572.2572.2172.2172.22
690.1889.9689.8690.00
765.4265.1065.1265.21
885.1185.1584.9885.08
992.2991.9491.7792.00
1075.2075.0775.1175.12
1180.4880.0379.9780.16
1290.9090.5090.2190.53
1378.4378.0877.5978.04
1486.4086.0285.9186.11
1592.4591.8291.7392.00
1683.2683.3283.1083.23
1789.9689.8989.8789.91
1894.3194.2393.6394.05
1920.2320.3020.0620.20
2026.5226.8926.8826.76
2132.3232.2631.7532.11
2227.3127.3227.3627.33
2334.9134.8335.2535.00
2438.0637.9237.7837.92
2530.3830.1030.1430.20
2642.6542.7242.6842.68
2747.9547.9147.9047.97
表4
生物反应器内禽类屠宰污水的最佳优化研究BOD5去除中使用的不同因子统计分析
SourceofvariationSumofDegreesofFP
A:
水力停留时间18491104.70.0000
B:
温度902151.10.0000
C:
接种物62531754.00.0000
AB710.40.5577
AC309117.50.0006
BC4312.40.1381
AA2111.20.2962
BB210.10.7675
CC68151385.70.0000
表5
不同水力停留时间在UASB生物反应器内禽类屠宰污水清除配置的第一动力所得参数
停留时间 去除率 拦截 相关系数
3:
000.307（0.029）-3.011（1.257）0.905
3:
300.310（0.024）-2.081（1.307）0.915
4:
000.291（0.028）-2.220（1.192）0.975
4:
300.364（0.034）-3.151（1.429）0.910
4:
00（repetition）0.373（0.027）-2.725（1.164）0.949
4:
30（repetition）0.306（0.020）-2.420（0.850）0.951
通过表面反应的分析和因子图，就能选择每个变量的值得到BOD5的最大去除量。
表面反应的曲线表明，在高温和中等水力停留时间时，BOD5的去除达到最佳。
最佳的培养液是3型，水力停留时间为4小时。
无论增加或者减少水力停留时间，其它两种培养液的类型都不如3型更能降低BOD5。
培养液3在最高温度时能最大程度去除BOD5，尽管降低温度，另外2种培养液还是没有3型的效率高。
完成了有最佳参数的证实测试，并证实水力停留时间为4小时，培养液3，温度为35℃可获得增加2.1%的BOD5减少。
水力停留时间4小时少于Rao等人（1999）提到的治理类似污水的时间，培养液3型以前都没有报告过，可以去除95-97%的BOD。
BOD的最佳去除温度是35℃。
然而，将生物反应器保持在35℃经济上是不可行的，因为考虑到墨西哥塞拉亚这里的常年平均气温为20℃。
确认测试在25℃重复进行：
这个温度可以在上流式厌氧污泥床生物反应器内获得。
温度的改变对BOD5去除的影响很少，在25℃时，能去除95.6%的BOD5，在Letting等人（1979）报告的厌氧过程可行范围内（表6）。
结论就是取自牛粪的3型培养液，添加酵母提取物和营养，在短的水力停留时间为4.5小时温度为周围温度时，会去除95%的BOD5能大量减少禽类屠宰污水造成的污染。
表6
不同停留时间（h）和温度（℃）的清除效率（%）和有机体积负荷
试验（h）停留时间（℃）初始温度℃）最后温度（%）去除效率有机体积负荷
11.524.025.540.0086.6
21.922.023.565.0164.4
32.524.025.571.4352.8
42.925.026.579.0044.3
53.024.526.087.0042.8
63.526.027.595.0153.8
74.027.028.595.0047.1
84.525.026.695.5626.0
94.026.027.595.0130.8
104.523.024.795.0028.7
感谢：
此项研究经费647.95比索由墨西哥国家科技教育委员会赞助。
C.C.-P.和R.C.-L.也收到了来自墨西哥国家科学技术委员会的资助赠款。
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