การศึกษาการใช้ความร้อนเหลือทิ้งร่วมกับพลังงานก๊าซชีวภาพเพื่อการผลิตไอน้ำร้อนยิ่งยวดสำหรับการประยุกต์ใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำแบบครบวงจร

บทคัดย่อ

จุดมุ่งหมายของการศึกษานี้คือเพื่อประเมินผลกระทบของการเติมธาตุเหล็กที่มีวาเลนต์เป็นศูนย์ (ZVI) ในรูปเศษเหล็กลงในเครื่องปฏิกรณ์ย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน เพื่อเพิ่มการผลิตมีเทนจากน้ำเสียที่มีซัลเฟตเข้มข้นสูง น้ำเสียมีซีโอดี 6,000 มก./ลิตร และซัลเฟต 3,000 มก./ลิตร จากชุดทดสอบชุดแรก การเพิ่มผง ZVI หรือเศษ ZVI ลงในมีเดียทำให้ได้ก๊าซมีเทนที่เปรียบเทียบได้ประมาณ 0.13 L CH4 / g COD ในกระบวนการ fed-batch ซึ่งบำบัดน้ำเสียที่มีซัลเฟตสูงเป็นเวลา 60 วัน พบว่าเครื่องปฏิกรณ์ที่มีเศษ ZVI ที่เพิ่มเข้ามามีค่า pH ของตัวกลางสูงกว่า (6.3-8.1) ประสิทธิภาพในการลดซัลเฟตเพิ่มขึ้น (65-85%) และความเข้มข้นของการแยกตัวออกจากกันที่สูงขึ้น ซัลไฟด์ (106-1,020 มก. S/ลิตร) มากกว่าการดำเนินการแบบกลุ่มที่ป้อนโดยไม่มีเศษ ZVI เพิ่ม เครื่องปฏิกรณ์ที่เติม ZVI มีผลผลิตมีเทนสูงสุด 0.25 L CH4/g COD ต่อวัน และองค์ประกอบมีเทนสูงสุดในก๊าซชีวภาพ 53% ในทางตรงกันข้าม เครื่องปฏิกรณ์ควบคุมที่ไม่ได้เติม ZVI ให้ผลผลิตมีเทนที่ 0.07 L CH4 / g COD ต่อวันและองค์ประกอบของก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพ 27% เครื่องปฏิกรณ์ควบคุมยังมีความเข้มข้นของซัลไฟด์ที่ไม่แยกตัวจากกัน (153-612 มก. S/ลิตร) ที่สูงขึ้น และกรดไขมันที่ค่อนข้างระเหยง่าย (VFA) ต่ออัตราส่วนความเป็นด่าง (0.4-0.7 g CH3COOH/g CaCO3) ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่า ZVI ให้ค่า pH ที่ดีสำหรับการสร้างเมทาโนเจเนซิส ลดความเป็นพิษของซัลไฟด์ และเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของเมทาโนเจนด้วยแบคทีเรียลดซัลเฟต (SRB) นอกจากนี้ ค่าศักย์ไฟฟ้าในการลดออกซิเจนเชิงลบ (ORP) ที่มากขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีเศษ ZVI ที่เพิ่มเข้ามาบ่งชี้ว่า ZVI อาจเพิ่มกิจกรรมการถ่ายเทอิเล็กตรอนของจุลินทรีย์ในเครื่องปฏิกรณ์ นอกจากนี้ กระบวนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนมักจะล้มเหลวในการบำบัดน้ำเสียที่มีซัลเฟตในระดับสูง เนื่องจาก SRB สามารถลดซัลเฟตเป็นซัลไฟด์และแข่งขันกับอาร์เคียที่ผลิตก๊าซมีเทน (MPA) สำหรับซับสเตรตทั่วไปของพวกมัน ซัลไฟด์ที่เกิดจากการลดซัลเฟตสามารถยับยั้งทั้ง MPA และ SRB ในการศึกษานี้ เราตรวจสอบการใช้ ZVI เพื่อฟื้นฟูการเจริญเติบโตและกิจกรรมของ MPA และ SRB ในกระบวนการ AD ในการบำบัดน้ำเสียที่มีอัตราส่วนความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ต่อซัลเฟตที่ค่อนข้างต่ำ (SO42-) (9,000 มก. COD/ แอล กลูโคส และ 4,500 มก./ลิตร SO42-) การเติม ZVI 210 กรัมครั้งเดียวเพิ่มอัตราการผลิต CH4 จากใกล้ศูนย์เป็น 0.54 ? 0.15 L/L?d การวิเคราะห์การไหลของอิเล็กตรอน (ในรูปของ COD) แสดงให้เห็นว่า CH4-COD นั้นสูงกว่า COD ที่เกิดจากอิเล็กตรอน ZVI ประมาณแปดเท่า ผลการวิจัยพบว่า ZVI ไม่เพียงแต่จัดหาอิเล็กตรอนพิเศษเพื่อใช้ในการสร้างเมทาโนเจเนซิสของไฮโดรเจน แต่ยังให้ไอออนเหล็กที่สามารถตกตะกอนร่วมกับซัลไฟด์และลดการยับยั้งของอะซิโตคลาสติกเมทาโนเจนจาก H2S ที่ไม่แยกส่วน ZVI ช่วยฟื้นฟูกิจกรรมอะซิโตคลาสติกของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ให้อยู่ในระดับเดียวกับกิจกรรมของหัวเข็มก่อนที่จะถูกยับยั้งโดยซัลไฟด์และปรับปรุงการทำงานของไฮโดรเจนโนโทรฟิกมากกว่า 72 เท่า นอกจากนี้ ZVI ยังมีผลกระทบที่แตกต่างกันต่อกิจกรรมอะซิโตคลาสติกของวัฒนธรรมที่ติดอยู่กับ ZVI และวัฒนธรรมที่ถูกระงับ กิจกรรม acetoclastic ของวัฒนธรรมที่ยึดติดกับ ZVI (0.446 ? 0.003 g COD/g COD?d) เป็นเพียงประมาณครึ่งหนึ่งของวัฒนธรรมที่แขวนลอย (1.056 ? 0.070 g COD/g COD?d) นอกจากนี้ งานวิจัยนี้ยังได้ศึกษาผลกระทบของ ZVI ต่อการเพิ่มการผลิตก๊าซมีเทนจากน้ำทิ้งจากโรงงานน้ำมันปาล์ม (POME) ผ่านการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน เพื่อระบุโหมดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการเติม ZVI การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนของ POME ได้รับการทดสอบในการกำหนดค่าปฏิกิริยาสามแบบ: เครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์ เครื่องปฏิกรณ์แบบป้อนชุด และเครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนแบบต่อเนื่อง (CSTR) ในโหมดแบทช์ที่ป้อน POME ที่เป็นกรดเพียงครั้งเดียวที่อัตราส่วน ZVI ต่อปริมาตรมีเดีย ที่ 16 กรัม/ลิตร การผลิตมีเทนเพิ่มขึ้น 74% อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการผลิตไฮดรอกซิลไอออนผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชันของ ZVI ภายใต้สภาวะไร้อากาศ ค่า pH ของตัวกลางเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจากประมาณ 7 เป็น 9 ซึ่งเป็นค่าที่ไม่เหมาะสำหรับการสร้างเมทาโนเจเนซิส ในโหมด fed-batch ด้วยการป้อน POME ที่เป็นกรดเป็นระยะ ค่า pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อสามารถเก็บไว้ที่ประมาณ 6.8 เนื่องจากไฮดรอกซิลไอออนเพิ่มเติมจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของ ZVI ทำให้กรดเป็นกลางในสารตั้งต้นที่ป้อน นอกจากนี้ พบว่า ZVI ส่งเสริมการผลิตมีเทนจาก POME และเพิ่มองค์ประกอบมีเทนโดยเฉลี่ยในก๊าซชีวภาพจาก 62% เป็น 76% ในโหมด CSTR ด้วยการป้อน POME ที่เป็นกรดอย่างต่อเนื่อง พบว่า ZVI เพิ่มการผลิตมีเทนขึ้น 86% จาก 1.79 เป็น 3.32 ลิตร/วัน ปริมาณก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพเพิ่มจาก 60 เป็น 75% และ ประสิทธิภาพการกำจัดความต้องการออกซิเจนทางเคมีทั้งหมด (tCOD) เพิ่มจาก 78-89 เป็น 88-95% การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเพิ่ม ZVI เป็นกลยุทธ์ที่มีศักยภาพสำหรับการเสริมก๊าซมีเทนในแหล่งกำเนิดของก๊าซชีวภาพจากการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนของ POME เนื่องจาก ZVI ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์สำหรับการสร้างกรดและให้อิเล็กตรอน เหล็ก และเฟอร์ริกไอออน ซึ่งส่งเสริมกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่สำคัญในกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้อากาศ

คำสำคัญ