CN100522843C

CN100522843C - 两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法

Info

Publication number: CN100522843C
Application number: CNB2007101444279A
Authority: CN
Inventors: 韩洪军; 马文成; 刘硕; 单德兴; 李红亮
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: CN101172710A

Abstract

两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，它涉及一种有机废水的处理方法。本发明是为解决现有单级厌氧反应器的处理效果不易达到高浓度有机废水处理标准的问题。本发明高浓度有机废水首先进入水解酸化反应器，水力停留时间控制在1.5～3h，pH值控制在5.0～6.5，水温控制在25～35℃，容积负荷控制在1.5～3.6kgCOD/(m³·d)；一级外循环(EC)厌氧反应器主反应区水温控制在33.5±1℃，pH值控制在7.2±0.2，其回流比控制在600%～900%；表面上升流速控制在8～12m/h，容积负荷控制在20～30kgCOD/m³·d；二级外循环(EC)厌氧反应器主反应区水温控制在29～34℃，pH值控制在6.8～7.4，其回流比控制在300%～500%，表面上升流速控制在5～7m/h，容积负荷控制在4～8kgCOD/(m³·d)。与现有技术相比，本发明减少剩余污泥产量40～70%；减少占地面积1/2～4/5；节省基建投资15～45%；节约运行费用20～30%。

Description

两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法

技术领域

本发明涉及一种有机废水的处理方法。

背景技术

在高浓度有机废水处理的现有技术中，大多采用生物处理法中的厌氧工艺。其作用原理可大致分为三个阶段：第一阶段废水中复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解为简单的有机物，如较为简单的糖类、氨基酸、脂肪酸和甘油等。继而这些中间产物又在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类。第二阶段在产氢产乙酸菌的作用下，把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段的产物转化为乙酸和H₂/CO₂。第三阶段产甲烷菌将第一、第二阶段所产生的乙酸、H₂/CO₂，以及甲醇、甲酸、甲基胺等物质转化为甲烷，从而使废水中的有机污染物得以去除。随着厌氧理论的不断发展和研究内容的不断深入，应用于污水处理的厌氧处理工艺也不断创新，从以普通厌氧池和厌氧接触工艺为代表的第一代厌氧反应器，到以厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代厌氧反应器；再到以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、厌氧内循环反应器(IC)为代表的第三代高效厌氧反应器，厌氧技术的处理效果不断提高、运行稳定性增加、系统抗冲击负荷能力增强、适用范围也不断扩大，尤其是在高浓度有机废水处理领域的优势越来越明显。但与此同时，现有的厌氧工艺存在着的一些弊端，也逐渐暴露出来，如在采用单相厌氧反应器时，产甲烷菌反应和产酸菌在同一个反应器内完成厌氧消化全过程，由于二者的特性差异较大且对环境条件的要求不同，无法处于最佳的生理生态环境条件下，因此影响了处理效果。在采用单级厌氧反应器时，当处理水质变化较为剧烈、原水中有毒有害类物质浓度偏高的高浓度有机废水时，反应器易出现处理效果不稳定，以及有毒有害类物质积累致使厌氧微生物受抑制，进而降低反应器效能甚至导致系统运行异常的风险。随着我国经济实力的不断提高和工业企业的迅猛发展，工业废水的排放量日益增加，污染物的浓度、复杂程度及有毒有害物质含量也呈递增趋势，使受纳水体受到了严重的污染，现有单级厌氧反应器的处理效果不易达到高浓度有机废水的处理标准。

发明内容

本发明的目的是为解决现有单级或单相厌氧反应器的处理效果不易达到高浓度有机废水处理标准的问题，提供一种两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法。本发明的方法是通过以下步骤实现的：一、高浓度有机废水首先进入水解酸化反应器，水解酸化反应器呈圆柱形，由底部进水、顶部出水，水力停留时间控制在1.5～3h，PH值控制在5.0～6.5，水温控制在25～35℃，容积负荷控制在1.5～3.6kgCOD/(m³·d)，水解酸化反应器内在总高度四分之一和二分之一处分别安装一台搅拌装置，两台搅拌装置正交设置，两台搅拌装置交替运行，单台搅拌装置运行2h后，闲置2h，而后再继续运行2h，如此反复；二、水解酸化反应器的出水在提升水泵的作用下进入投配罐中，一级厌氧反应器中具有大量缓冲溶液的回流液，在投配罐中与水解酸化反应器的出水相混合，并通过蒸汽投加管道和投酸/碱管道投加蒸汽和酸、碱药剂的方式使其出水满足一级厌氧反应器对于进水温度和pH值的要求；三、投配罐出水在一级提升水泵的作用下，进入一级外循环(EC)厌氧反应器，一级外循环(EC)厌氧反应器呈圆柱形，高径比为2～3.5，一级外循环(EC)厌氧反应器的主反应区水温严格控制在33.5±1℃，pH值控制在7.2±0.2，其回流比控制在600％～900％；表面上升流速控制在8～12m/h，容积负荷控制在20～30kgCOD/m³·d，进水由反应器底部的旋流配水装置均匀配水后，进入一级厌氧反应器的主反应区；四、一级外循环(EC)厌氧反应器的出水在二级提升水泵的作用下，进入二级外循环(EC)厌氧反应器，二级外循环(EC)厌氧反应器呈圆柱形，高径比为2～3.5，二级外循环(EC)厌氧反应器的主反应区水温控制在29～34℃，pH值控制在6.8～7.4，其回流比控制在300％～500％，表面上升流速控制在5～7m/h，容积负荷控制在4～8kgCOD/(m³·d)，进水由底部的旋流配水装置均匀配水后，进入二级厌氧反应器的主反应区。本发明方法实施过程中采用自动化控制技术减少工人的劳动强度。经试验，采用两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水，COD去除率可达85～95％，反应器内的容积负荷可以达到20～30kgCOD/(m³·d)；另外，与传统厌氧工艺(UASB)相比，采用本发明的污水处理方法可减少剩余污泥产量40～70％；减少占地面积1/2～4/5；节省基建投资15～45％；节约运行费用20～30％；工艺的适用范围更加广泛。综上，本发明提高了抵抗冲击负荷和有毒有害物质侵袭的能力，运行更加稳定，可广泛适用于啤酒、屠宰、造纸、涤纶、印染、煤化工等行业的高浓度有机废水的处理工程，利于推广应用。

附图说明

图1是本发明的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法流程示意图。图中的附图标记1-出水堰，2-二级外循环(EC)厌氧反应器，3-一级外循环(EC)厌氧反应器，4-水解酸化反应器，5-小间距三相分离装置，6-旋流配水装置，7-蒸汽投加管道接口，8-投酸/碱管道接口，9-污水进水管道接口，10-出水管道，11-二级提升水泵，12-一级提升水泵，13-投配罐，14-提升水泵，15-一级外循环(EC)厌氧反应器回流管线。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1)本实施方式是通过以下步骤实现的：一、高浓度有机废水首先进入水解酸化反应器，水解酸化反应器外观呈圆柱形，底部进水，顶部出水，水力停留时间控制在1.5～3h，pH值控制在5.0～6.5，水温控制在25～35℃，容积负荷控制在1.5～3.6kgCOD/(m³·d)，以保证水解酸化反应的充分进行。水解酸化反应器内在总高度四分之一和二分之一处分别安装一台搅拌装置，两台搅拌装置正交设置，两台搅拌装置交替运行，单台搅拌装置运行2h后，闲置2h，而后再继续运行2h，如此反复，以保证污水和污泥的充分接触。在水解酸化反应器中，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，如较简单的糖类、氨基酸、脂肪酸和甘油等，继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成以乙酸为主，以丙酸、丁酸等为辅的挥发性脂肪酸(VFA)和醇类，参与该阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。而后，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸、H₂和CO₂。二、水解酸化反应器的出水在两台提升水泵的作用下进入投配罐中，投配罐为密闭的圆柱形罐体，上部进水，底部出水，在不同的高度安装进水管道、出水管道、一级外循环(EC)厌氧反应器回流管线、蒸汽投加管道和投酸/碱管道。一级厌氧反应器中具有大量缓冲溶液的回流液，在投配罐中与水解酸化反应器的出水相混合，并通过蒸汽投加管道和投酸/碱管道投加蒸汽和酸、碱药剂的方式使其出水满足一级厌氧反应器对于进水温度和pH值的要求，从而保证后续厌氧反应的顺利进行。三、投配罐出水在两台一级提升水泵的作用下，进入一级外循环(EC)厌氧反应器。一级外循环(EC)厌氧反应器外观呈圆柱形，高径比为2～3.5，由上而下分别设置出水堰、小间距三相分离装置、回流管线、旋流进水装置，同时在主反应区内安装工业用pH计和温度计以显示反应区内温度和pH值状况。一级外循环(EC)厌氧反应器的主反应区水温严格控制在33.5±1℃；pH值控制在7.2±0.2；其回流比控制在600％～900％；表面上升流速控制在8～12m/h；容积负荷控制在20～30kgCOD/(m³·d)。一级外循环(EC)厌氧反应器的COD去除率可达到75％～85％。进水由反应器底部的旋流配水装置均匀配水后，进入一级厌氧反应器的主反应区。在主反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分接触，聚集在厌氧颗粒污泥上的产甲烷菌利用生物代谢分解和转化作用把前阶段产生的乙酸、H2和CO₂，转化为甲烷从而使水中的有机污染从水相中得以去除。污水、污泥在水力作用沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和污泥上升至反应器上部后，沿回流管线回到投配罐中；另一部分污水和污泥继续上升，在设置于回流管线上方的小间距三相分离装置的作用下实现污水、污泥、沼气的分离。污水继续上升，汇集到位于三相分离装置上部的出水堰中排出反应器。沼气由三相分离装置中的集气罩收集后，进入后续的沼气回收利用装置中进一步处理。污泥靠重力作用回落至反应器底部的主反应区，继续发挥生物降解作用。四、一级外循环(EC)厌氧反应器的出水在两台二级提升水泵的作用下，进入二级外循环(EC)厌氧反应器。二级外循环(EC)厌氧反应器外观呈圆柱形，高径比为2～3.5，由上而下分别设置出水堰、小间距三相分离装置、回流管线、旋流进水装置，同时在主反应区内安装工业用pH计和温度计以显示反应区内温度和pH值状况。二级外循环(EC)厌氧反应器的主反应区水温控制在29～34℃；pH值控制在6.8～7.4；其回流比控制在300％～500％；表面上升流速控制在5～7m/h；容积负荷控制在4～8kgCOD(m³·d)。二级外循环(EC)厌氧反应器的COD去除率可达到50％～65％。进水由底部的旋流配水装置均匀配水后，进入二级厌氧反应器的主反应区。在主反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分的接触，水中的有机污染物质被厌氧微生物代谢分解，最终以沼气的形式从水相中得以分离。污水、污泥在水力作用下沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和污泥上升至反应器上部后，沿回流管线回到二级提升水泵的吸水管路中；另一部分污水和污泥继续上升，在设置于回流管线上方的小间距三相分离装置的作用下实现污水、污泥、沼气的分离。污水继续上升，汇集到位于三相分离装置上部的出水堰中排出反应器。沼气由三相分离装置中的集气罩收集后，进入后续的沼气回收利用装置中进一步处理。污泥靠重力作用回落至反应器底部的主反应区，继续发挥生物降解作用。

具体实施方式二：本实施方式步骤一中pH值控制在5.8。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式步骤一中水温控制在30℃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式步骤一中容积负荷控制在2.6kgCOD/(m³·d)。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式步骤三中回流比控制在750％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式步骤三中表面上升流速控制在10m/h。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式步骤三中容积负荷控制在25kgCOD/(m³·d)。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式步骤四中回流比控制在400％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式步骤四中表面上升流速控制在6m/h。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式步骤四中容积负荷控制在6kgCOD/(m³·d)。其它与具体实施方式一相同。

以上实施方式中的一级外循环(EC)厌氧反应器和二级外循环(EC)厌氧反应器请参阅专利号为ZL03243540.1、授权公告日为2004年9月29日、授权公告号为CN2644421、名称为“升流式厌氧污泥床变速旋流配水装置”的实用新型专利文件和专利申请号为03157657.5、公告日为2005年3月9日、公告号为CN1590317、名称为“变速升流式厌氧处理方法”的发明专利申请文件以及哈尔滨商业大学学报(自然科学版)2006年05期发表的《外循环厌氧反应器处理啤酒废水的试验研究》，或者环境工程学报2007年4月发表的《外循环厌氧处理工艺中布水和三相分离的改进研究》。

Claims

1、一种两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法是通过以下步骤实现的：一、高浓度有机废水首先进入水解酸化反应器，水解酸化反应器呈圆柱形，由底部进水、顶部出水，水力停留时间控制在1.5～3h，pH值控制在5.0～6.5，水温控制在25～35℃，容积负荷控制在1.5～3.6kgCOD/(m³·d)，水解酸化反应器内在总高度四分之一和二分之一处分别安装一台搅拌装置，两台搅拌装置正交设置，两台搅拌装置交替运行，单台搅拌装置运行2h后，闲置2h，而后再继续运行2h，如此反复；二、水解酸化反应器的出水在提升水泵的作用下进入投配罐中，一级厌氧反应器中具有大量缓冲溶液的回流液，在投配罐中与水解酸化反应器的出水相混合，并通过蒸汽投加管道和投酸/碱管道投加蒸汽和酸、碱药剂的方式使其出水满足一级厌氧反应器对于进水温度和pH值的要求；三、投配罐出水在一级提升水泵的作用下，进入一级外循环厌氧反应器，一级外循环厌氧反应器呈圆柱形，高径比为2～3.5，一级外循环厌氧反应器的主反应区水温严格控制在33.5±1℃，pH值控制在7.2±0.2，其回流比控制在600％～900％；表面上升流速控制在8～12m/h，容积负荷控制在20～30kgCOD/(m³·d)，进水由反应器底部的旋流配水装置均匀配水后，进入一级厌氧反应器的主反应区；四、一级外循环厌氧反应器的出水在二级提升水泵的作用下，进入二级外循环厌氧反应器，二级外循环厌氧反应器呈圆柱形，高径比为2～3.5，二级外循环厌氧反应器的主反应区水温控制在29～34℃，pH值控制在6.8～7.4，其回流比控制在300％～500％，表面上升流速控制在5～7m/h，容积负荷控制在4～8kgCOD/m³·d，进水由底部的旋流配水装置均匀配水后，进入二级厌氧反应器的主反应区。

2、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤一中pH值控制在5.8。

3、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤一中水温控制在30℃。

4、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤一中容积负荷控制在2.6kgCOD/(m³·d)。

5、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤三中回流比控制在750％。

6、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤三中表面上升流速控制在10m/h。

7、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤三中容积负荷控制在25kgCOD/(m³·d)。

8、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤四中回流比控制在400％。

9、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤四中表面上升流速控制在6m/h。

10、根据权利要求1所述的两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法，其特征在于步骤四中容积负荷控制在6kgCOD/(m³·d)。