甲醇废液的处理与利用

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甲醇是某些特定废水中的主要污染成分,或在一定条件下作为有机物分解的中间产物而存在于废水中。煤气化厂、制浆造纸工业的蒸发冷凝水、马铃薯淀粉生产工厂和垃圾填埋场的渗滤液都是含有甲醇的几种工业废水。除此之外,实验室各种测试仪器,例如液相色谱流动相也是排放甲醇废液的一种途径。甲醇的毒性对人体的神经系统和血液系统的影响最大。甲醇可以在好氧和厌氧条件下被生物降解。通过对比,甲醇的好氧降解在降解速率方面明显快于厌氧降解,但是由于甲醇的强挥发性,好氧过程中会有约12%的甲醇挥发至空气中,将水中的有机污染转移至空气中,因此好氧处理并非最佳选择。甲醇的厌氧降解途径较为复杂,它可以直接被甲基营养型产甲烷菌(methylotrophic methanogens)利用转化为甲烷,也可以与无机碳结合形成乙酸盐,再由乙酸发酵型产甲烷菌(acetoclastic methanogens)转化为甲烷。另外,甲醇也可通过互养途径转化为H2/CO2再进而转化为甲烷。在所有降解途径中直接产甲烷途径是一条具有热力学优势的反应途径,而其余两种途径则分别通过H2和乙酸盐这两种中间产物来进行代谢,与直接产甲烷途径相比,它们存在一些缺点,比如乙酸盐途径需要额外添加碳酸氢盐,而互养途径则难以富集相应的功能菌属。当甲醇被甲基营养型产甲烷菌直接利用时,甲醇的厌氧降解会更加高效。本文主要采用厌氧活性污泥处理甲醇废液,以序批式运行方法处理模拟甲醇废水。甲醇的厌氧降解无需添加碳酸氢钠就可以达到优秀的甲醇去除效果,其p H范围是6.0-7.0之间。本文主要研究结果包括:(1)通过添加100 mg/L万古霉素(Vancomycin),微生物不再进行产氢产酸类代谢,甲醇不再由乙酸盐和氢气途径进行降解。然而加入万古霉素后甲醇的降解速率并没有下降,降解速率从61.07(mg TOC·L–1·h–1)微微提升至69.50。在对照组中甲醇的降解并没有因为产氢产酸途径的切断而产生影响,这说明了其主要降解途径是通过甲基营养型产甲烷菌代谢产生甲烷。(2)通过在污泥驯化阶段加入碳酸氢钠,提高了厌氧体系的p H值,使厌氧体系中的微生物群落发生了变化,最终导致了甲醇的乙酸盐降解途径得到了加强,约67%的甲醇转化为乙酸盐再经过乙酸盐代谢为甲烷。但是乙酸盐途径的加强并没有加速整体甲醇厌氧降解的速率,相反的,厌氧降解速率下降至16.77(mg TOC·L–1·h–1),较对照组中甲醇降解速率下降了3.64倍。这说明了在甲醇的厌氧降解中,无需添加碳酸氢钠来调节厌氧体系的p H,由甲醇直接转化为甲烷的途径更加有效率。(3)通过将废甲醇作为反硝化反应的碳源,与传统碳源葡萄糖相比,甲醇可以更快速地被微生物利用,当投加碳源为甲醇时,总氮去除率k=4.53[(mg·L-1)0.55·h-1],投加碳源为葡萄糖时,总氮去除率k=1.36[(mg·L-1)0.55·h-1],甲醇作为碳源是葡萄糖为碳源时反硝化速率的3.3倍。
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