水葫蘆處理污水翻譯

一個處理檸檬工業(yè)廢水與產(chǎn)生沼氣的組合工藝摘要我們研究了一個在6000L工作負(fù)荷的植物修復(fù)池中用水葫蘆處理檸檬工業(yè)廢水的工藝。經(jīng)過1.5h的水力停留時間(HRT)，處理后廢水的BOD和COD分別降到70%和61%。我們調(diào)查每12h增加一次由水生植物的根分離出的微生物和30%的出流組成的接種液的廢水?用這種方法，我們獲得了BOD的容積去除率(VRR)為354g/m3每天。從這個池塘中每天收割植物以維持增長率和原本的種植密度。我們研究了這些植物在水力停留時間為12天和16天的厭氧消化過程中產(chǎn)生沼氣的用途。在每天負(fù)荷率為5g/L時所得產(chǎn)量為0.87L/g和0.87L/L的生產(chǎn)率。結(jié)合這兩個進(jìn)程將解決污水污染問題并產(chǎn)生能源供工廠自身使用以降低其生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞沼氣水處理檸檬工業(yè)水葫蘆引言工業(yè)廢水的處理是幫助我們解決調(diào)查中正在熱議的世界環(huán)境危機(jī)重要的領(lǐng)域之一。飲用水是所有物種生存的最重要因素，但是當(dāng)前正遭受著無情的污染。優(yōu)先發(fā)展低成本的水處理技術(shù)和工業(yè)水的循環(huán)使用。發(fā)展這些技術(shù)是非常有用的以致處理水能被工廠自身或同類工廠在一次的循環(huán)使用。柑橘加工廠是最大的水用戶之一。加工1t檸檬需要17m3水才能得到60kg的檸檬濃縮液,精華油4kg和59kg的脫水了的皮。一個工廠每個工作日以25t/h的速度加工檸檬將消耗超一千萬升的水。然而檸檬工業(yè)的廢水的負(fù)面環(huán)境危害是非常大的，像用動植物整治這種低成本的技術(shù)來處理這些廢水幾乎不被了解。在所有這些技術(shù)的研究中，使用大型水生植物去除有機(jī)和無機(jī)化合物是最成功的(Valderramaetal.2002;MishraandTripatki2008;Ayyasamyetal.2009)。水葫蘆能夠快速生長根部是眾所周知水生植物的之一(AbbasiandRamasani1999;Malik2007)，它能夠大量生長在污染的水體(GuptaandSujatha1996)，以及富營養(yǎng)化的湖里。在重金屬的富集上有著巨大的潛力(Mishraetal.2008;Agunbiadeetal.2009)。在用水生植物進(jìn)行處理水時，割掉老的植物系統(tǒng)是必需的。剩余的生物建議通過厭氧發(fā)酵來產(chǎn)生沼氣。關(guān)于植物性廢物產(chǎn)生沼氣方面的報告很多(Badawietal.1992;Math—Alvarezetal.1993;Lehtomakietal.2007;NallathambiGunaseeland2004;Wardetal.2008;Zhuetal.2008)。沼氣是易燃的，能在生產(chǎn)工藝中用于發(fā)電或產(chǎn)生蒸汽(Jewelletal.1993;ICITI1983;Baueretal.2009)。此外，因為厭氧消化后留下的泥漿富含氮、磷、鉀等成分，所以在農(nóng)業(yè)上可以用著肥料來改善土壤土質(zhì)(ICITI1985)。這個研究旨在設(shè)計一個生態(tài)工藝來處理檸檬工業(yè)廢水和產(chǎn)生沼氣，為解決污染問題做一個實在的貢獻(xiàn)。在這個研究中提出了兩個目標(biāo)。第一，通過用水葫蘆作為持續(xù)的植物修復(fù)過程來降低柑橘加工業(yè)廢水的污染負(fù)荷；第二，用每天從植物修復(fù)池中收割來的植物在生物消化池中產(chǎn)生沼氣。沼氣是易燃的，能在生產(chǎn)工藝中用于發(fā)電或產(chǎn)生蒸汽。此外，因為厭氧消化后留下的泥漿富含氮、磷、鉀等成分，所以在農(nóng)業(yè)上可以用著肥料來改善土壤土質(zhì)。物料與方法植物修復(fù)水葫蘆取自阿根廷Tucuma'n大學(xué)生態(tài)公園的一個池塘，已用去離子水沖洗去除了附著的顆粒，平均每株重80g。這個試驗以6000L的工作負(fù)荷在一個15*1*0.5m（長*寬*高）被分成15個等分的的植物休息池中進(jìn)行。圖1表示這個植物修復(fù)池的流程。為了提高污水與水生植物的接觸率及保持每單位表面植物的均勻數(shù)量，折流板是必不可少的。圖1植物修復(fù)池流程開始試驗的第一步，池中放滿水且水葫蘆以720g濕重每平方米的密度放在池中。植物受柑橘產(chǎn)業(yè)廢水百分比增加的影響，在每一天的水力停留時間里改變他們?nèi)ミm應(yīng)新的基質(zhì)直到COD為2265g/d和BOD為1950g/d的負(fù)荷量，持續(xù)這個試驗20天。根據(jù)Wilsonetal.（2005）水葫蘆生長的最適pH和最適溫度分別為6-8和25-27.5攝氏度。，pH為7是適合的。在池中有液體環(huán)流時水力停留時間可以低于一天。水環(huán)流益處是被認(rèn)可的，因為它能防止由耐熱性和化學(xué)性產(chǎn)生的成層作用（TurrelandLeeds-Harrison2004）。相對生長率由（lnP1-lnP2）/t決定，P1和P2為不同時間植物樣品的鮮重（WalkleyandBlack1934）?；瘜W(xué)需氧量（COD），五日生化需氧量（ ），總懸浮固體（TSS），總揮發(fā)性BOD5固體（TVS），色度和總凱式氮（TKN）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)法（美國公共衛(wèi)生協(xié)會（APHA）19880決定。碳由WalkleyandBlack的技術(shù)分析測定（WalkleyandBlack1934）。去除率由連續(xù)數(shù)天內(nèi)收集的三個樣品的平均入流濃度和平均出流濃度計算。為了盡量避免對系統(tǒng)帶來巨大的干擾，植物的重量每周測量一次。為了提高工藝的性能，每12h注入濃度為6g/L的菌種組合液500mL.（試驗第二步）。產(chǎn)生這種組合液，是在一個介質(zhì)中把植物的根浸沒在5%的柑橘工廠廢水振動。接著在pH=7時加入10g/L的蛋白胨和磷酸鹽緩沖劑（分別為0.76和2.54g/L）,在30攝氏度的旋轉(zhuǎn)振蕩器（250r/min）中培養(yǎng)。最后，池中出流的30%回流以保持水力停留時間和有機(jī)負(fù)荷值（試驗第三步）產(chǎn)生沼氣用到一個30L的連續(xù)負(fù)荷水平推流式反應(yīng)器。消化器是一個30r/min的間歇式振蕩器（5min/h）。最初培養(yǎng)7-12mm的水生植物物種，但是由于在這個生物消化池出現(xiàn)了去多問題，生產(chǎn)沼氣的所有試驗以粉末形式的基質(zhì)進(jìn)行。為了獲得粉末狀的基質(zhì)，所有植物被切成2-3cm的碎片，然后在加熱中干燥直到濕度達(dá)到8.4%。接下來，根據(jù)美國試驗材料學(xué)會（ASTM）E112000研磨和篩選這些植物碎片。每天通過水的排出量來測定沼氣的生產(chǎn)量（SinghalandRai2003）。試驗中用到兩個水力停留時間：12天和16天。原料是粉末狀水生植物溶解在廢水中的懸浮液，總固體（TS）為8%。起始pH為6.8，碳氮比（C/N）為29，溫度為35攝氏度。產(chǎn)甲烷過程的理想碳氮比（C/N）為12??72（DeRenzo1997;HuangandShih1981;Ghoshetal.1981）。添加的介質(zhì)是糞比水為1/10的液態(tài)牛糞。從混合液和要過濾的水中獲得的液態(tài)牛糞中的牛糞是等量的。所有試驗在外界溫度為24~~30攝氏度的條件下進(jìn)行。結(jié)果與討論植物修復(fù)在試驗開始的前幾天水葫蘆的生長是緩慢的，但是等到30天后它們穩(wěn)定了就會有所增長。可能是對所供應(yīng)的基質(zhì)（柑橘工業(yè)廢水）有一段適應(yīng)期。然后，水葫蘆每天以一個穩(wěn)定的生長速率103g（濕重）/m2生長。在池一端每天的最快生長率值在130--150g（濕重）/m2之間，然而在1區(qū)每天會檢測到最低的生長速率值為60g（濕重）/m2。也就是說，這種水生植物在7.2天后濕重會翻一番。水葫蘆接受一定濃度的污水作為基質(zhì)，達(dá)到每天的生長速率為11.85g（干重）/m2，與10.57g（干重）/m2相比較：數(shù)據(jù)又Olguinetal（2008）獲得。整個系統(tǒng)每天的相對生長速率為0.07g/g,平均值取自試驗開始30天后連續(xù)幾天的三個樣本值。為了保持最初的植物密度為720g（濕重）/m2,植物每天平均應(yīng)該收割掉1500g（濕重）。選擇的樣本應(yīng)該是顯得有一些損傷或者十分成熟的。植物的濕度含量為91.9%。幼嫩的水葫蘆根部為黑色而末尾為白色，當(dāng)白色變?yōu)樽仙珪r水葫蘆就變成熟了。每天的收割是為了保持水葫蘆在最大污染物去除率段生長。這個系統(tǒng)在HRT為一天時保持在穩(wěn)定的狀態(tài)能達(dá)到降低B0D70%,C0D61%,TKN61%。這個過程在有處理水循環(huán)時比接種實驗室培養(yǎng)的微生物更有效（見表1,試驗3）。實驗起始值（g/L）最終值（g/L）去除率（％）VRR(g/m3day)]COD3781496]97a238015462241355016969381]BOD3259870r32]987323934499579354]TKN16.95468]16.35.77013.4324.36.]7518.2]IS40595763].O94051027735J3590]]68047.4表1COD,BOD,TKN,TS的起始值和最終值，體積去除率（VRR）和變量去除率剩余的BOD值在處理時與COD的模型相似，但是各自更低的值分別為0.32和0.89g/L。pH值在整個試驗的始終都在微微增加，其值在7以上。在這些水生植物里有很多與根有關(guān)微生物（15I。？CFU/mL），他們對降低污染物的負(fù)荷有著關(guān)鍵的作用，因為他們把氧從根部轉(zhuǎn)移到葉子。表1中的結(jié)果表示了系統(tǒng)中微生物的增加與植物修復(fù)池中50%出流循環(huán)的關(guān)系。不同的因素去除率的增加在5%—13%之間。體積去除率的百分比增加更高，在53%—66%之間。

微生物處理的另一個效果是：使原有的色度降低了17.5%。試驗開始10天后在池另一端的微生物數(shù)為I：“6CFU/mL，0天后微生物的數(shù)量1.5x106上升到“CFU/mL。當(dāng)池中的水有30%回流時，池中的微生物數(shù)量變?yōu)?.3x107CFU/mL。2.8x108厭氧消化到目前為止微生物研磨成粉末作為基質(zhì)發(fā)酵的經(jīng)驗十分豐富。下面這些作者提出和解釋了相似的問題：因為水葫蘆的生物量密度比水的密度小，它們在上浮時會阻塞發(fā)酵器。所以，把水葫蘆供給常規(guī)的生物氣體發(fā)酵器是不可行的（AbbasiandRamasani1999）,即使是在剁碎之后。MoorheadandNordstedt（1993）提到較好的微粒是導(dǎo)致產(chǎn)生更多沼氣的原因。如表2所示，粉末狀水葫蘆作為基質(zhì)發(fā)酵的結(jié)果是在水力停留時間為12天和16天，負(fù)荷率分別為6.67和5.00（g/Lday）的前提下得到的。在這兩種情況下發(fā)酵器中有固體物過剩說明池中正處在全力發(fā)酵時期。在水力停留時間相似的情況下，那就會通過產(chǎn)生沼氣的體積生產(chǎn)率（biogas）/（Lday）得到證實。計算的量為0.44L/g，這與基質(zhì)中的揮發(fā)性固體的量有關(guān)，其中還得考慮64%的總固體量（TS）。HRT（d）TS入/TS出（g/d）產(chǎn)生物氣量（L/d）產(chǎn)量（L/g）生產(chǎn)率（L/Ld）污染負(fù)荷（g/Ld）12 173/67 12 173/67 27.016 130/43 26.70.255 0.90 6.650.307 0.87 5.00表2兩次水力停留時間下獲得的生物氣體結(jié)果在厭氧過程中由于總碳的值減少（30%）,碳氮比（C/N）從29.0下降到20.3。氮的值仍然保持一個常數(shù)。沼氣在生物氣體中的含量為63.2%。這個過程中我們所得到的結(jié)果與投加一定量的液態(tài)糞和L型固定裝置有關(guān)，根據(jù)Kumar（2005）用動物的廢棄物和水葫蘆的混合物發(fā)酵會獲得更多的生物氣體。結(jié)論上述結(jié)果表明，在降低和維持低的柑橘工業(yè)廢水污染負(fù)荷，以及在工藝中用收割來的水生植物產(chǎn)生沼氣上，植物修復(fù)技術(shù)是可行的。工藝的流程如圖2所示。

水萌產(chǎn)處理后的廢水工化肥料■>T.物汨2圖2檸檬工業(yè)廢水處理的“植物修復(fù)一厭氧消化”綜合工藝流程水萌產(chǎn)處理后的廢水工化肥料■>T.物汨2植物修復(fù)池中，在增加對植物根部有積極促進(jìn)作用的微生物量的情況下，處理水的回流有助于提高去除率。為植物的根部微生物提供氧和營養(yǎng)是非常重要的，(Harveyetal.2002;Ramosetal.2005)以經(jīng)充分地探究證實植物根的生長對微生物是有益的，然而由于植物的新陳代謝作用，用水生植物處理水的另一個有點(diǎn)是能夠降低出水的色度。用粉末狀的植物作為發(fā)酵基質(zhì)不僅有利于提高工藝的性能，而且在生產(chǎn)時