一种工业废水的低温厌氧处理装置及其处理工艺

摘要

本发明涉及一种工业废水的低温厌氧处理装置及其处理工艺，适合处理的工业废水种类包括化学合成类制药废水、精细化工生产废水、纺织工业废水、洗涤行业废水、鲁奇炉工艺废水，适合处理的进水COD浓度小于10000mg/L，TDS小于6000mg/L，废水温度不低于15摄氏度，本发明主要包括：低温厌氧水解单元、废水回流系统。传统的厌氧反应器需要维系在稳定的温度范围内运行。本发明针对典型工业废水厌氧系统难以达到稳定的高效率，特别是温度快速下降过程中效率明显下降的现实状况，通过设置低温厌氧水解单元，达到降低废水加热温度、维持高效反应效率的目的。本发明提供的处理技术高效、操作简单、适应性强，是具备发展潜力的工业废水低温厌氧技术。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，尤其涉及工业废水的厌氧处理装置及其处理工艺。

背景技术

随着国民经济的发展，国家层面对环境治理的深度和措施日益增加，在有效控制 面源污染的前提下，加大污水站的投入和建设速度，实现了城镇污染面源控制和污水 管网遍布的局面，遏制了大规模污染的发生。

厌氧处理是回收能源、降低好氧负荷重要途径。随着人力、电力、蒸汽费用的提 升，厌氧预处理是减少治污企业运行费用、提升处理效率的重要途径。

当前，常规的厌氧处理过程包括：酸化水解、产酸、产甲烷三个主要阶段。在饮 料食品等领域，厌氧往往能够实现产生大量的甲烷气体，从而实现资源化的目的。在 精细化工、合成类制药、鲁奇炉煤制气领域，因系统中存在大量的对微生物具有抑制 性的物质(有机物包括持久性毒性物质、无机物包括硫酸盐、硝酸盐等)，从而将系统抑 制在酸化水解及产酸两个阶段，产甲烷量相对较少。这个过程中，提高废水可生化 性、降低废水毒性、削减废水中有机物含量是厌氧处理的主要目的。

目前，厌氧反应器的主要形式包括USAB(上升式污泥流化床)、EGSB(外循环厌氧 反应器)、IC(帕克公司内循环厌氧反应器)，不同种类厌氧反应器在各个领域发挥着积 极作用。特别在造纸、啤酒、木薯酒精等行业展现着高效率。然后，上述厌氧反应器 主要适合在B/C比较高的有机废水、运行温度需要控制在34～37度的中温范围、pH需 要控制在7～7.5的产甲烷菌适应值范围内。针对以废水毒性高、B/C比低的工业废水， 其若需要维系稳定的温度以及pH值，必然造成现场运行过程中大量的复杂性操作。

在高毒性、低B/C比的工业废水中，在产甲烷为非主要预处理目的时，减少外加 蒸汽、提升废水的温度耐受度成为主要考虑因素。

中国发明专利2201410454215公开了一种厌氧产甲烷厌氧氨氧化联合处理大豆蛋白 废水装置及方法，其采用三步法，即污泥接种、启动阶段、连续运行等措施，实现厌 氧处理的高效率。实际问题是厌氧氨氧化过程难以在短时间内实现，需要调试一年甚 至更长的时间，整个设计仅仅是厌氧反应器的应用过程。

中国发明专利201410311505公开了一种木薯酒精废水全醪高温发酵罐补水系统， 其设置于发酵罐底部的伞状分水器，布水管分两层，外层的布水管在发酵罐液面上采 用316L不锈钢外层布水管，在液面以下采用碳钢无缝钢管，外层与内层中间利用醪液 形成自然水封，保证没有沼气外泄，内层的布水支管通过一个法兰连接一个设置于发 酵罐外的布水器。木薯酒精行业厌氧反应器已经比较成熟，仅仅是改变布水的模式并 没有提高系统的去除效率，同时热平衡(沼气产生热量与能源消耗之间)难以实施。

中国发明专利201410213250公开了一种厌氧-好氧-微生物絮凝强化处理废水的方 法，废水首先投加PAC(絮凝剂)，然后进入厌氧反应器、好氧反应器，在二沉池出水加 入7.5％的微生物絮凝剂以及体积浓度为5％的氯化钙溶液，混合8～10min后通过粒径 为3～5mm的高性能陶瓷滤料和铺设在其底部的石英砂层，出水进入凹凸棒粉吸附池脱 色反应。此为南京大学开发的一条工艺流程，对厌氧系统缺乏必要的考虑，仅仅是将 混凝沉淀预处理以及末端增加了类似于微絮凝系统的过滤以及凹凸棒粉脱色池。本工 艺对适合的工业废水缺乏详细的描述。

中国发明专利CN201410196037公开了一种一种用于染料宜春废水二级厌氧处理的 高效厌氧反应器，其核心是在自下而上分为四个区域，分别是完全混合区、第一循环 区、第二内循环区以及固液分离去，所述完全混合区由下至上设置。其发明针对系统 污泥容易通过三相分离器跑泥，设置了两套三相分离器，这种设置并不能改善污泥的 分离性能(分离性能主要取决于上升流速和污泥的性质)，难以满足工业废水系统中的厌 氧处理效率和分离要求。

中国发明专利CN201420160931公开了一种有机废水厌氧处理装置，通过布水系 统、气液分离系统、内部循环系统以及外部循环系统从而实现高效的处理雄，然后上 述系统仍旧维持厌氧池维持必要的温度和初始pH。

中国发明专利CN201410110936公开了一种高浓度难降解有机废水模块化梯级内循 环厌氧降解装置，其发明提供了一种高浓度难降解有机废水模块化的处理系统，每个 厌氧反应室均设有推进器和降液管，一室连接一室，每个室菌落不同，从而形成高效 的降解过程。微生物在生化降解过程中，微生物代谢产物存在会影响出水的水质和后 续的微生物降解性，然后此厌氧系统未考虑微生物所需的温度以及系统的高效回流问 题。

综上所述，厌氧处理系统需要维系较高的反应温度，当下一系列厌氧反应器的专 利仅仅是对布水系统、搅拌系统等方面的适当优化，缺乏对整个系统动力学和热力学 的关注，特别是需要维系一定的温度才能维系厌氧的高效率。

为解决目前厌氧反应器需要维持30度以上的高温进行反应，急需提出一种经济、 可行、处理效率高的低温厌氧废水处理工艺。

发明内容

为解决目前精细化工、化学合成类制药、鲁奇炉工业废水存在的厌氧去除率低、 厌氧反应需要维系30度以上高温的问题，本发明提出一种工业废水的低温厌氧处理装 置及其处理工艺。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种工业废水的低温厌氧处理装置，包括依次连接的调节池、低温厌氧水解单元 和后续处理系统，所述低温厌氧水解单元底部设置有穿孔搅拌管，低温厌氧水解单元 垂直于底部设置的若干防短流板将所述低温厌氧水解单元内填料分成若干模块，所述 低温厌氧水解单元的进口管路上设置有一进水电磁流量计，出口管路上设置有回流电 磁流量计，还设有一在线温度计；所述低温厌氧水解单元还连接一含有废弃风机的废 弃处理装置，所述穿孔搅拌管用曝气风机曝气。

作为优选的技术方案：

本发明的低温厌氧处理装置，所述低温厌氧水解单元和后续处理系统之间设置有 止回阀。

本发明还提出通过以上低温厌氧处理装置实现的处理工艺，所述低温厌氧水解单 元采用的填料为聚乙二醇-缩甲醛纤维，分为若干单片丝并用尼龙绳固定连接在环片 上，每个模块内环片竖直间距为60～80mm，水平环片中心间距为150～200mm，单片丝 尺寸为8cm，单片丝干重2～3g/片。

作为优选的技术方案：

本发明的处理工艺，所述处理的废水为化学合成类制药废水、精细化工生产废水、 纺织工业废水、洗涤行业废水、鲁奇炉工艺废水。

本发明的处理工艺，所述处理的废水COD浓度小于10000mg/L，TDS小于6000 mg/L，温度高于15摄氏度。

本发明的处理工艺，使用所述进水在线温度控制器设置回流比，回流比控制在 50～400％之间。

本发明的处理工艺，所述处理的废水进入所述低温厌氧水解单元补充氨氮和磷酸 盐，COD、氨氮和硫酸盐之间的质量比为200:4:1～200:8:1，氨氮采用尿素，磷酸盐采 用磷酸二氢钾或者磷酸氢二钾。

本发明的处理工艺，根据所述处理装置处理废水的停留时间，模块设置为6～9小时 /个，根据COD的浓度1000mg/L设置2～4个。

由于采用以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

(1)在温度高于15摄氏度时，能够维持高效的反应效率；

(2)设置自控仪表，迅速调整系统的运行状况；

(3)采用的醛化填料为聚乙二醇-缩甲醛系列，相对于弹性填料，效率高、挂膜效果 好，形成稳定的厌氧、兼氧、好氧菌胶团层。

(4)针对厌氧反应设置数个的反应模块，从而实现不同梯度的厌氧反应过程。

本发明在进水COD浓度小于10000mg/L时，系统通过回流比设计能够稳定运行。 在进水浓度小于4000mg/L时，往往去除率可以高于80％。本发明不产生二次污染， 也没有让污染物转移，在温度高于15摄氏度时，具有高效的处理效率。与现有技术相 比，本发明能够在进水温度高于15摄氏度时维系高效的处理效率，同时，本发明充分 考虑的废水净化过程中厌氧系统反应的热力学和动力学因素，减少了业主的管理和运 行成本。

附图说明

图1为本发明一种工业废水的低温厌氧处理装置结构示意图。

图中：

1—调节池  2—提升泵  3—低温厌氧水解单元  4—进水电磁流量计

5—聚乙二醇-缩甲醛填料  6—防短流板  7—穿孔搅拌管  8—曝气风机  9—止回阀

10—回流泵  11—废气处理装置  12—废气风机  13—回流电磁流量计

14—后续处理系统  15—在线温度计

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明：

本发明的一种工业废水的低温厌氧处理装置，包括依次连接的调节池1、低温厌氧 水解单元和3后续处理系统14，低温厌氧水解单元3底部设置有穿孔搅拌管7，低温 厌氧水解单元3垂直于底部设置的若干防短流板6将低温厌氧水解单元3内填料分成 若干模块，根据处理装置处理废水的停留时间，模块设置为6～9小时/个，根据COD 的浓度1000mg/L设置2～4个，低温厌氧水解单元3的进口管路上设置有一进水电磁 流量计4，出口管路上设置有回流电磁流量计13，还设有一在线温度计15；低温厌氧 水解单元3还连接一含有废弃风机12的废弃处理装置11，穿孔搅拌管7用曝气风机8 曝气。

本发明处理的废水为化学合成类制药废水、精细化工生产废水、纺织工业废水、 洗涤行业废水、鲁奇炉工艺废水；所述处理的废水COD浓度小于10000mg/L，TDS 小于6000mg/L，温度高于15摄氏度。

模块温度的变化影响所有的生物过程，废水处理涉及到三个温度范围：温度从 4～39度的中温范围、从39度至最高55度的高温范围、运行温度低于4度的低温范 围。鉴于本废水的特征，系统设计的好氧生物反应过程都在中温范围内运行。

对于大多数好氧废水处理系统，生物反应速率随温度的升高而提高，在31度左右 达到最大，温度超过39度后，反应速率将大大降低。

在4～31摄氏度的温度范围内，

Kt＝K₂₀θ^T-20  (公式1)

对于上述工业废水，温度系数θ在1.03～1.1的范围内，当温度值小于15摄氏度 时，取K＝1.07(平均值时)，15度时的反应速率约为25度时的50％，本发明将15度设 置为运行的临界温度，温度低于15度时需要加温。

通过进口系统的废水水温，实现根据公式1进行回流比的设置，降低进水的有机物 混合浓度，始终让厌氧反应器中微生物处于指数增长期的高效生长模式。

工业废水在调节池1中充分均质均量后，通过提升泵2进入低温厌氧水解单元3， 此时补充氨氮和磷酸盐，COD、氨氮和硫酸盐之间的质量比为200:4:1～200:8:1，氨氮 采用尿素，磷酸盐采用磷酸二氢钾或者磷酸氢二钾；利用低温厌氧水解单元3中的聚 乙二醇缩甲醛填料5表面附着的微生物对工业废水进行厌氧水解，聚乙二醇缩甲醛填 料分为若干单片丝并用尼龙绳固定连接在环片上，每个模块内环片竖直间距为 60～80mm，水平环片中心间距为150～200mm，单片丝尺寸为8cm，单片丝干重2～3g/ 片，低温厌氧水解单元3底部布有穿孔搅拌管7，其主要作用是在调试期实现营养液与 微生物的完全混合，同时全膜厌氧水解单元3中具有防短流板6，根据停留时间进行分 格，从而降低厌氧反应器微生物代谢产物对系统效率的影响。低温厌氧水解单元3设 置了在线温度计15，根据上述公式1中不同温度下的反应速率，实现进水电磁流量计 4和回流电磁流量计13的回流比，回流比控制在50～400％之间，确保系统处于微生物 增长最快的阶段，同时低温厌氧系统设置废气处理装置11，利用废气风机12进行除臭 处理，同时系统采用废气处理设施11有利于保温，从而系统在15度以上都能够稳定 运行。曝气风机8主要用于厌氧挂膜过程中的营养盐搅拌，止回阀9主要防止废水倒 流。

实施例1

某化工股份有限公司以烷基糖苷(APG)系列非离子表面活性剂、醇醚羧酸盐(AEC) 系列阴离子表面活性剂、咪唑啉系列两性表面活性剂等有市场前景的新型绿色系列产 品，其表面活性剂废水产量为100吨/日，进水COD浓度为3000～6000mg/L，通过低 温厌氧水解单元(停留时间36h)出水COD去除率高达80％，厌氧系统负荷可以达到4 kg COD/(m3d)。在极端进水浓度在COD＝20000mg/L，出水COD小于6000mg/L，去 除率高于70％，从而体现了高的处理效率。整体系统温度全年未加温，温度在30摄氏 度时，去除率高于80％；在温度在15～20摄氏度时，去除率依旧高于70％。

实施例2

某美资电气有限公司综合乳化液及脱膜剂废水，采用本低温厌氧水解单元，在进 水浓度3000～4000mg/L时，进水温度在15～25摄氏度变化时，厌氧单元去除率高于 75％，BOD/COD有0.2提升至0.35。

实施例3

某纺织印染企业产生大量印花和印染废水，废水水量为200吨/日，采用低温厌氧 水解单元，在进水浓度为1500～2000mg/L，色度为400～600倍时，厌氧负荷采用3kg COD/(m3d)时，全年365天温度在15～32摄氏度时，出水COD去除率为30％，色度去 除率高达90％以上，BOD/COD由0.18提升至0.4以上

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够 理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神 的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。