当前的世界环境

介绍

棕榈油磨流出物（Pome）是粘稠的棕色液体，在4至5之间的pH下具有细悬浮固体¹以及直接或间接污染环境的高污染废水。²由于轧机运营和季节性种植，汇集的化学特性在全年中差异很大。^3.在过去25年中，大气甲烷浓度令人难以置信的增加30％。^4.来自沼顶的净碳排放量每年约为1.4×106吨。^5.假设从1990年到2004年平均每年增长29%，^6.估计的CH4气体发射可以在2020年中为0.502×106吨。通过使用甲烷气体作为可再生能量，可以获得认证的排放减排（CER）。^7.

在高有机载体或天然环境温度下，流出物的不溶性有机降解趋于积聚在池塘的颗粒或污泥密度区域内，导致颗粒稳定或颗粒形成的抑制。^8.迄今为止，马来西亚的85％的Pome治疗基于Anaerobic和兼容性挖掘系统，其次是另一个由耦合与扩展通气的开放式消化器组成的系统。对于每吨治疗的泥色，平均为5.5公斤CH_4.（或大约36％的沼气）从开放的消化罐中发出。^3.厌氧消化是处理含高浓度有机碳并产生沼气的最合适的方法。^9.典型的沼气由60-70%的甲烷、30-40%的二氧化碳、0-0.1%的硫化氢和0-10%的氢气组成。^10.最近，常规单相和高速率两相厌氧消化系统已被广泛使用，用于生产来自各种基材的沼气 - 甲烷，例如市政固体废物，玉马，食物垃圾，废物的有机分数- 活化的污泥和甜菜青贮饲料。^11，12

已经进行了定期研究以查找宽松的乐观管理解决方案。^13-15在底物处理中微生物的存在和活性对该过程至关重要。关于Pome流出物的微生物降解，生物降解现象是至关重要的。因此，稳态模型基本上能够预测大规模平衡关系中考虑的参数，但无法估计其他相互关联的流出质量参数。¹⁶生物降解是一种不依赖代谢的有机到活细胞、非生物生物量或微生物胞外聚合物的消耗。^17,18导致有机分子生物沉淀或降解机制的特定代谢途径已在别处提供。^19、20此外，有机结合微生物的表面暴露改善了基于降解和微生物代谢活性的微生物的有机结合性质。²¹有机分子与微生物结合可以降低COD和选定的沼气(CH_4.，CO.₂和vfas）²²S. Yacob, M.A. Hassan, Y. Shirai, M. Wakisaka和S. Subash，棕榈油厂废水处理厌氧池甲烷排放的基线研究，《总环境科学》366(2006)，第187-196页。文章| PDF (357 K) |在Scopus中查看记录|被Scopus引用。¹³因此，对厌氧和有氧系统的鳕鱼流出物的鳕鱼和治疗也受到影响，尽管许多研究表明，COD可以在POME处理过程中除去。²³

在Pome处理期间，产生大量的污泥（约35％的处理过的废水）。马来西亚政府拟议和合法化的乐队排放到水道。²⁴对沼泽降解的一年评估的结果是使用有氧，厌氧消化的VFA，并在所选沼气方面去除COD（CH_4.， H₂和co.₂)由OT和CR治疗系统。本研究的目的是比较进水和出水废水中的COD、VFA和沼气含量，并检测消化前后出水的COD和沼气含量，并比较设计的处理系统与LSHC POME处理厂(LSHC- wtp)的性能。

材料和方法

甘邦POME处理厂的描述

主要目的是在将环境放入环境之前，减少对PAME的有机污染水平和鳕鱼删除。使用处理过程如图1所示。1。

样品采集

每个月从位于马来西亚彭杭州的LHSC-Palm Oil Mill采集5个样品。表1总结了所使用的POME的特征和组成，其中显示了每个参数的5个重复分析的平均值。在比较进水和出水样品(从位置1、4、5和6收集)中的沼气含量时，评估了它们从进水废水中的去除情况。由于大量的废水或处理过的污泥，很难准确匹配进水和出水样品，因此采集了10对进水和出水样品，以获得复合抓取样品。每个月采集一次5个样本，为期一年。在每个采样日，使用自动废水采样器从进水流中采集三个复合抓取样本，而从废水中采集样本大约在21小时后手动完成;这是在图1中提到的位置1、4、5和6之间，流入水流通过所有废水处理操作单元所需的大约时间。混合污泥(位置4)和消化污泥(位置5)的抓取样本也由人工采集。将混合污泥样品(即进水)收集至TP和CR厌氧消化池后28天(污泥在厌氧消化池中的停留时间)收集消化污泥沼气样品。在进行这些调查期间，厌氧消化池(TP和CR)仍在运行(图1)。为了避免样品变质或污染，采样程序和样品保存按照《水和废水检测标准方法》进行。²⁵未经处理和预处理的POME的特性分别如表1和表2所示。

表1:物理化学特性(POME)

*所有参数都在g l中^-1除了pH值^一种作为TSS^B.作为总氮

表2:预处理POME的组成和特性

分析分析

根据美国公共卫生协会的指导方针分析样品的所有测试²⁶用于检查水和废水。用湿式燃气表（W-NK-O.SA，Shinagawa）测量沼气产量。通过在反应器顶部附近挡板上方的倒置漏斗获得气体样品。使用气相色谱仪（GC-8A，Shimadzu，京都）测定沼气组合物，其中50℃下配备有具有WG-100（GL Sciences，Tokyo）的钢柱的导热探测器。用配备有2M×4mm玻璃柱的气相色谱（W-NK-O.SA，Shinagawa）测定挥发性脂肪酸（VFA），涂有具有10％氟碳431的流程（100-120目）。柱子，注射口和火焰离子化检测器的温度分别为130,220和240℃。每周测量和分析流出物和沼气生产率，而每次加载速率分析生物量浓度。

结果与讨论

TP和CR的COD去除

图2显示了％的平均COD去除效率。根据TP和Cr中的流水和流出物中的12个月COD含量计算该值。CO CO浓度和在CR中除去的变化大于TP中的变化（图2）。在后一种情况下，初级处理铅中COD浓度的变化比二次处理中的浓度锐利。COD 59.9％的最大可降解率更快，CA CO的COD去除率为85.5％，而TP只有70％，其变化且高于COD去除约为53％的母鳕鱼3.在整个研究期间观察到这些趋势12个月，表明这些鳕鱼源自同一各种来源。COD降解性取决于TP和CR中的CH4发射率。平均0.109克CH_4.在操作过程中，POME的平均COD为45000±2189 mg/l，而CR处理的POME为2435±1176 mg/l。¹⁸

表3:POME初次处理的结果

在一次主要处理中发生鳕鱼去除（其中将一部分有机物吸附在颗粒上）和二次生物处理（其中通过挥发性脂肪酸的厌氧消化除去鳕鱼）。^8.生物处理系统主要设计用于通过活性污泥微生物去除有机碳。因此，可以将这些系统除去有机体，可以将有机物视为副作用，最小化碳排放和污泥处理和生产沼气和甲烷的副作用。^9,20

如图1所示。如图2所示，两个罐中的COD浓度直到9月份几乎相同，但开放式坦克于2011年10月和11月显示出相对低的COD浓度，也许是因为这些月内的降雨量更多，其中COD浓度降低由于开放式罐中的雨水稀释。另一方面，由于闭合厌氧环境，闭合罐显然不受降雨的影响。²⁷研究了处理POME的污染控制技术，并报告了类似的观察结果。

沼气生产，CH4和CO2

流出物中CH4（图3）和CO2（图4）的含量的变化更加明显。CH4含量的变化是最明显的，而VFA和CO2的变化在前六个月内变化，后来仍然稳定，少数例外。这些观察到流出物中的CH4，CO 2和沼气的稳定含量与它们各自的流入物流中的稳定内容物相对应均匀。

VFA转换和沼气生产受到治疗系统本身的影响。例如，当计算去除效率时，仅考虑与流出物中的进水流中的COD / VFA内容物。然而，从所示的概念模型（图1），生物处理系统可能与返回的流中含有的VFA过载，即再循环活性污泥和返回的废水。治疗系统中VFA的治疗和降解似乎受以下机制的影响：（1）乙酸丁酸酯转化为乙酸盐和氢气;（2）甲烷化，醋酸乳酸切割_4.和有限公司₂;（3）减少CO₂对CH_4.．^28,29VFA内容物的效果在废水流入和流出物COD / VFA含量（因此，在其去除效率上）。此外，污泥的有机和无机成分是不厌氧降解的，并且这种降解过程如何影响CH的内容物_4.和污泥中的鳕鱼。

挥发性脂肪酸浓度

图。图5显示了在一年期间TP和CR中的VFA浓度。从8月到7月，两条罐中的VFA浓度略微增加，尽管由于缺氧条件，CR具有较高的VFA浓度。然而，VFA从790到230 MGL减少^-1;这种降低不能增加沼气生产，因为在有机物生物降解过程中稀释普通水在处理过程中降低反应速率。

CR中VFA浓度较高(400-1240 mgl)^-1)，因为处理过程是完全厌氧的。封闭罐内VFA浓度高是由于缺氧反应速度快。此外，与部分厌氧条件下相比，酸生成转化为醋酸生成所需的时间更短。

当VFA浓度两个坦克相比,有机分解完全厌氧条件下被观察到比这部分厌氧条件下(图5)。此外,通过比较沼气生产同时,封闭的厌氧罐产生的气体比开槽,虽然封闭槽内VFA浓度相对高于开槽内VFA浓度。早期研究报告称，脂肪酸积累可抑制沼气生产;但是，当VFA积累到一定水平时(2000 - 3000 mgl)^-1），沼气生产没有受到干扰。^30.因此，两个罐中的沼气生产率几乎都很低，但由于有机物质中的VFA浓度低，因此继续存在。³¹发现由于挥发性脂肪酸等抑制物质的积累，沼气产量和有机物去除率低。³²报告表明，在相同pH和初始浓度下，COD的去除率大于VFA。^20.此外，VFA去除效率不仅受VFA物种和浓度影响，还受到其他条件，例如操作参数和物理，化学品和生物因素。³³例如，众所周知，活性污泥的挥发性脂肪酸去除依赖于溶解的有机物^3.和ph，^35,36由此去除效率随着pH的增加而增加，直至脂肪酸沉淀为氢氧化物。此外，生物废水处理通常在pH7-9处进行。单阶段系统中果实和蔬菜废物的厌氧消化的主要限制是酸化期间pH值下降的挥发性脂肪酸的快速生产，并抑制甲状腺细菌活性。²⁹流入鳕鱼内容与其去除效率之间的关系（图2）与其他研究人员的结果一致^22日,37谁观察到COD和VFA去除效率与流入浓度成正比。

TP和CR治疗的比较

一次和二次处理过程产生的污泥通过厌氧消化稳定下来，厌氧消化涉及有机物和无机物的微生物分解。在研究的处理厂中，混合污泥在TP中间隔引入，在消化池中保留38 d，然后作为消化污泥间歇处理。污泥中的COD以有机化合物的形式存在，在污泥群中沉淀，可溶性有机物和生物聚合物的复合物，以及在微生物细胞中降解的可溶性有机物[38]Brown and Lester, 1979。M.J. Brown和J.N. Lester，活性污泥中的金属去除:细菌胞外聚合物的作用。水研究13(1979)，第817-837页。摘要| PDF (2013 K) |在Scopus中查看记录|被Scopus(120)引用。图2和图5显示了未消化和消化污泥中有机物含量的COD和VFA结果。两种河流的COD、VFA和有机物含量均波动较大。此外，TP和CR的消化导致了图6中TSS含量的下降，这意味着在干重基础上COD和VFA的降低。废水中TSS含量由3615 mg降至1026 mg^-1从3617到438 mgl^-1由Cr。通过CR治疗POME后，TSS的减少约为65％，意味着这种技术可以减少我们环境中的污泥的负担。（图6）和有机物质降解到包括CH的最终产品中_4.，CO.₂，n₂， H₂S，一些痕量气体[39]。

因为确定了ch_4.有机物和无机物的减少可能是造成CH增加的原因_4.CR中COD的降解率高于TP, TP中COD的降解率为58%，CR中COD的降解率为85%。⁴⁰结果表明，POME中有机组分的消化率依次为VFA422。此外，有机物从活性污泥系统挥发/溶解到大气中的情况也是已知的。⁴¹这种有机损失虽然可能不是一个主要因素，但可能导致CH的不一致和变化_4.和有限公司₂消化污泥中的内容增加。^8.基于活性污泥工艺研究了利用有氧氧化治疗Pome的处理。在厌氧物质消化样品中增加有机物质以及油和油脂的可能原因是存在部分降解的有机和油分子，使它们更加促使到有氧消化。

图3显示了平均CH_4.未消化污泥中的内容。VSS含量的增加，它是未消化的污泥中最高的，看似最低。此外，CH的内容_4.，在未消化污泥中最低，比其他参数增加更多(约97%)。2005年POME排放总量为235640 t, COD为45000±2189 mgl^-1．通过TP污泥处理POME之后为506±254和CR 354±127 GL^-1在L.^-1底座。这是评估TP和CTE到CH的处理的最佳技术_4.生产g^-1鳕鱼与污泥管理。原则上，本研究结果表明，LHSC符合符合性限制（COD，VFA，CH_4.根据马来西亚环境保护部发布的关于废水处理水或土地特性的法令，对处理后的废水进行处理。

结论

对于所研究的废水处理系统，当COD和VFA含量分别为19.9和1240 mgl时^-1，它们的减少是不显著的。因此，COD去除率与进水浓度成正比。COD含量的降低顺序为CH_4.2、其中的COD直接对应于其初始进水废水的含量。TP和CR对VFA的降低率也建立了关系，CR为110 mg/l, TP为570 ml^-1在11月观测到。所研究的CR系统满足废水处理的达标要求。POME每排放g COD，平均排放0.106 l CH_4.与TP 0.072 L CH相比，从CR中生产_4.．呈现的结果表明长期观察至关重要，以确定CH_4.Pome（T.^-1d) CH_4.（T.^-1d). CH之间的关系_4.VFA还原率为86%，表明POME的降解率很高。然而，通过CR处理POME后，TSS降低了约65%，这意味着该技术降低了我们环境中的污泥负担。

确认

作者感谢科学研究（DSR）的Deanship在国王沙特大学（KSU）通过研究小组项目No进行了本研究的资金。RGP-VPP-316。

参考文献

1. G.D. Najafpour，A.A.L.Zinatizadeh，A.R.穆罕默德，M.H.。ISA，H.Nasrollahzadeh，高速厌氧消化棕榈油磨流出物在上流厌氧污泥固定膜生物反应器，过程生物化学41,370-379，（2006）。

2. P.E.poh，m.f.潮，棕榈油磨流出物（圆形）处理的厌氧消化方法的开发，Bioresour。抛光工艺．100（1），1-9（2009）。

3. M.A. Latif，R. Ghufran，Z.A.Wahid，A. Ahmad，综合应用覆盖污泥毯反应器用于处理废水器，水的研究45,4683-4699，（2011）。

4. 政府间气候变化专门委员会（IPCC）。物理科学基础。工作组-1对IPCC，纽约，剑桥国际委员会第四次评估报告的贡献。http://ipcc-wg1。ucar.edu/wg1/wg1-report.html，2007年。

5. 即，汉森，在马来西亚建立与油棕榈种植和土地使用变化相关的碳封存和温室气体排放模型——一个重新评估和一个计算机模型。MPOB技术,2009年5月31日。

6. M.B.Wahid，C.K.翁，C.Y.5月，下午下巴，需要减少国家温室气体排放：油棕行业的作用，J.油棕榈树．(特刊)、1、(2006)。

7. Tong S.L.， A.B. Jaafar, POME沼气捕获、升级与利用，棕榈油工程公报。78,11-17，（2006）。

8. K.Vijayaraghavan，D. Ahmad，M.E. Abdul Aziz，有氧治疗棕榈油磨流出物，j .包围。管理。82,24-31，（2007）。

9. A. Ahmad，R. Ghufran，Z.A.Wahid，用于棕榈油磨机的方法，采用棕榈油厂（Pome）治疗美国专利No.20120040442-A1-（2012）。

10. A. Ahmad，R. Ghufran，Z.A.Wahid，Cod加载速率对棕榈油磨削棕榈油厂流出物的膨胀消化过程中浑浊污泥橡皮布反应器的影响。Environ，Envian。土地。管理，20,256-264，（2012）。

11. A. Ahmad，采用上流污泥橡胶橡胶反应器对棕榈油磨流出物造粒和处理的新型应用。环境技术DOI：10.1080 / 09593330.2014.919034。（2014）。

12. W. Parawira，J.S.阅读，B. MattiaSson，L.Björnsson，来自农业残留物的能源生产：飞行员规模的高甲烷产量两阶段无厌氧消化，生物质生物能源，32,44-50，（2008）。

13. J.B.戴维斯，棕榈油磨坊污水：对其治疗提出的方法综述，热带科学,233 - 262(1978)。

14. J. O. Edewor，棕榈油厂废水(POME)处理方法的比较，化学技术生物技术杂志，36: 212 - 218,(1986)。

15. 棕榈油厂废水处理与利用。见:sstry CA, Hashim MA, Agamuthu P，(编)。新德里废物处理厂:纳罗萨出版社，1995年。

16. M. Tabatabaei，M.R. Zakaria，R.A.拉希姆，A.D.G.Wright, Y. Shirai, N. Abdullah, K. Sakai, S. Ikeno, M. Mori, M. Kazunori, A. Sulaiman, M.A. Hassan, PCR-based DGGE and FISH analysis of methanogens in an anaerobic closed digester tank for treating palm oil mill effluent,电子J.生物技术，12（3），717-3458，（2009）。

17. A.L. Ahmad，M.F.Chong，S. Bhatia，棕榈油磨流出物（POME）治疗中的多溶解系统的数学建模，化学工程杂志，132,183-193，（2007）。

18. A. Ahmad，R. Ghufran，Z.A.Wahid，氧化钙在污泥造粒和甲状腺发生中的作用，用于使用UASB反应器处理棕榈油磨流出物，J.危险材料，198年,40-48(2011)。

19. M.A.I.Karim，L.L.Hie，使用凝结和聚合物的ï - 凝聚剂在棕榈油厂的治疗中（Pome），生物废弃物，2,209-218，（1987）。

20. A. Ahmad，R. Ghufran，Z.A.Wahid，生物能源来自厌氧降解的脂质，revie。环境。SCI。和生物技术。DOI：10.1007 / S11157-011-9253-8，2011B。

21. M.Vlad，à。Chiriac，S. Constantinescu，S. Balta。通过凝血 - 絮凝过程去除废水中的污染物。环境保护与生态v12，No 3a，1517-1524，（2011）。

22. S. Yacob, Y. Shirai, M.A. Hassan, M. Wakisaka, S. Subash，棕榈油厂废水处理用半商业性闭式厌氧消化池的启动运行，生物化学过程,41,962-964，（2006）。

23. A. Damayanti，Z. Ujang，M.R. Salim，G. Olsson，A.Z.Sulaiman，棕榈油厂活化污泥模型的呼吸测定分析。Bioresour。技术,101、144 - 149(2010)。

24. B.J. Wood，对棕榈油厂的当前方法进行综述，植物厂。53,477-495，（1995）。

25. A.E.伊顿，L.S.莱斯利，A.E.格林伯格，水和废水检验的标准方法。华盛顿:美国公共卫生协会，1995年。

26. 美国公共卫生协会（APHA）。水和废水检查的标准方法，19th艾德。华盛顿特区;(1995)。

27. Y.T.吴，M.A.Wahab，J.M.Jahim，N.Nuar，污染控制技术通过管道端部工艺处理棕榈油磨流出物（Pome），j .包围。管理，91、1467 - 1490(2010)。

28. M.A. Hassan, S. Yacob, Y. Shirai, Y.T. Hung，棕榈油废水处理。见:《工业和危险废物处理手册》。王立刚、洪玉英、卢洪辉、亚皮雅基斯(编)。纽约:Marcel Dekker, ISBN: 0824741145, 2004。

29. G. Mosoarca，A.Negrea，关于沉降坦克污泥回收对处理水有机质浓度的影响的研究。环境保护与生态学报198 - 202(2012)。

30. B. Negreanu-Pirjol，罗马尼亚黑海沿岸污水处理厂污泥的理化和微生物学特性研究。环境保护与生态学报2232 - 2239(2012)。

31. A. Ahmad，A.A.O-Aljasser，厌氧氮，硫化物和碳切除在厌氧颗粒床反应器中。环境。进步DOI 10.1002 / ep.11882（2013）.

32. A. w . Zularisam, A. Ahmad, M. Sakinah, A. f . Ismail, T. Matsuura，天然有机物(NOM)、胶体粒子和溶液化学对超滤性能的作用，Separat。和Purifica。抛光工艺,78年,189 - 200(2011)。

33. 陈建平，陈志强，陈建平，陈建平，陈建平。厌氧污泥床反应器处理厨余废水的研究进展，环境科学与技术，2018,33(4):427 - 434。环境。进步，3,114-121，（2011）。

34. B. Zainuri, a . Sulaiman, M. a Hassan, Y. Shirai, S. Abd-Aziz, S. Yacob, M. Wakisaka，利用污泥回收和适当的饲喂策略，在半商业封闭消化池中改进棕榈油厂废水的厌氧处理。Pertanika J.热带农业科学，33（1），27-37，（2010）。

35. T.Setiadi，Husaini，A. Djajadiningrat，棕榈油磨机厌氧挡板反应堆处理：回收效果和生物动力学参数，水科技。34,59-66，（1996）。

36. 刘志强，刘志强，刘志强，厌氧折流板反应器处理棕榈油废水的动力学分析，生物化学工程杂志9,25-31（2001）。

37. R. Borja，C.J. Banks，B.Khalfaoui，A. Martin，Anaerobic杂种消化器的性能评估治疗棕榈油磨流出物，j .包围。合作伙伴。和健康。， 31,1379 -1393 (1996a)。

38. S.B.Thakre，L.B.Bhuyar，S.J.Deshmukh，不同配置机械曝气器的影响对功耗的氧气传输和通气效率，世界科学发动机与技术学院，38，（2008）。

39. E. U. Cokgor，G. Insel，E.Aydin，D. Orhon，有机化学品生物降解动力学混合物的呼吸测定评估，J.危险。材料161年,35-41(2009)。

40. A. Ahmad，用于棕榈油厂废水造粒的氧化钙水泥窑灰，美国专利号20120285884A1，(2012)。

41. L. Singh，Z.A.Wahid, M.A. Siddiqui, A. Ahmad, M. Hasbi Ab-Rahim M. Sakinah, Application of immobilized upflow anaerobic sludge blanket reactor using Clostridium LS2 for enhanced biohydrogen production and treatment efficiency of palm oil mill effluent, 38, 5, 2221–2229 (2013).