生物质水解发酵废水中钙离子的去除研究_朱振兴

生物质水解发酵废水中钙离子的去除研究［摘要］采用二氧化碳与助剂A联合法对生物质水解发酵废水中Ca2+的去除进行了研究。研究表明，在助剂A的作用下，pH为9~10时，对Ca2+的去除效果较好，去除规律符合线性相关。同时，体系中的碳酸氢盐碱度和总碱度增长较大，为后续厌氧处理提供了良好的条件。［关键词］助剂A；钙离子；碳酸氢盐；总碱度［中图分类号］X703.1［文献标识码］B［文章编号］1005－829X（2009）11－0046－03朱振兴，张素平，许庆利，颜涌捷，亓伟，章冬霞（华东理工大学生物质能源研究中心，上海200237）Abstract：TheremovalofCa2+fromwastewaterofbiomasshydrolysisandfermentationhasbeenstudiedbyunit-ingcarbondioxideandancillaryagentA.ItshowsthatbyusingancillaryagentA，theremovalefficiencyofCa2+isthebest，whenpH=9-10，andtheruleofremovalislinear.Atthesametime，thebicarbonatealkalinityandtotalalkalinityincreaselargely.Itprovidesagoodconditionfortheconsequentanaerobictreatment.Keywords：ancillaryagentA；calciumions；bicarbonate；totalalkalinityRemovalofcalciumionsinwastewaterofbiomasshydrolysisandfermentationZhuZhenxing，ZhangSuping，XuQingli，YanYongjie，QiWei，ZhangDongxia（ResearchCenterofBiomassEnergy，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China）［基金项目］国家高新技术研究发展计划（863计划）（2007AA100702-5）；上海市科委世博专项（05dz05828）在纤维素废弃物制取乙醇过程中产生大量发酵废水。该废水与以淀粉或糖为原料的发酵废水有很大不同，具有色度、CODCr、盐度高等特点，同时废水中含有相对分子质量低的有机酸、呋喃衍生物、酚类化合物和无机物，其中Ca2+9~11g/L。在后续厌氧处理系统中，溶解性的Ca2+对厌氧活性污泥具有毒性作用。研究表明，在pH=7.0，温度为30℃的条件下，Ca2+对消化污泥产甲烷活性50%IC（50%抑制浓度）为4700mg/L〔1〕。而厌氧系统中Ca2+从水中析出、沉淀可使厌氧反应器中污泥性能下降、管道堵塞、进水系统变坏等，并使整个厌氧反应器性能下降，甚至整个厌氧系统被破坏而无法使用〔2〕。另外，Ca2+在其他装置及管道中形成钙垢，会导致整套生产设备性能下降，因此有必要去除废水中的Ca2+。常用的除钙方法有阳离子交换法和化学法〔3〕。前者在Ca2+浓度较高时，可很快使离子交换剂达到饱和，成本较高；后者通常采用碳酸钠、磷酸三钠或硅酸钠等形成相应的难溶钙盐将其除去。但由于乙醇生产工艺中氯离子的影响以及发酵微生物的特性要求，不能引入Na+、K+之类的金属离子，因此不宜采取化学方法。实验通过加入助剂A，同时向发酵废液中曝入CO2的方法来达到去除Ca2+的目的。引入的助剂A可通过电解反应重新制得，同时沉淀所得的轻质碳酸钙可以作为产品，具有实际应用价值。1实验部分1.1实验原料助剂A，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；生物质水解发酵废水，实验室自制，其中Ca2+为10g/L；高纯CO2，上海浦江特种气体有限公司。1.2试验方法在常温常压下，向含Ca2+水中通入CO2，加入助剂A，保持曝气速率，曝气一段时间后过滤，取样进行分析。1.3分析方法Ca2+含量采用EDTA滴定法测定；碳酸氢盐碱度和总碱度采用分步滴定法。第29卷第11期2009年11月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol.29No.11Nov.，200946——工业水处理2009－11，29（11）2实验结果与讨论2.1反应机理探讨在溶液中存在以下反应过程：A圹M＋＋OH-（1）CO2（g）圹CO2（l）（2）CO2（l）＋OH－圹HCO3－（3）HCO3－＋OH－圹H2O＋CO32－（4）Ca2+＋CO32－圹CaCO3（s）（5）CO2（l）＋H2O圹H2CO3（l）圹H＋＋HCO3－（6）HCO3－圹H＋＋CO32－（7）后续电解反应式