CN103553283B - 一种茶叶深加工行业废水的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种茶叶深加工废水处理的新工艺，属于环保技术领域。该处理工艺包括絮凝预处理、两相厌氧反应器处理、膜集成处理系统处理、污泥处理、浓缩液处理等五个步骤。使用该工艺处理实现了高浓度有机废水的高COD降解，高SS的降低，透过液达到循环使用指标。本发明的优点在于首次采用联合处理工艺处理茶叶深加工废水，废水经过处理后，有机物以及悬浮物去除率高达99%，脱盐率达98%，出水的水质无色澄清无味。该工艺能够高效迅速的处理茶叶深加工过程中产生的废水，实现此类工业废水的循环回用，同时为其它废水处理提供了可行的实验方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种茶叶深加工行业废水处理的新工艺，具体涉及采用两相厌氧反应器与膜集成技术组合工艺实现对茶叶深加工过程中废水进行处理，并且将处理后的水进行回用。属于高溶度有机废水处理技术领域。
背景技术
茶叶是我国丰富的天然植物资源，茶叶有将近500多种的化学成分，其中有机化合物成分450种以上，富含多酚类，糖类，蛋白质以及咖啡因，多种维生素，无机元素，微量元素等生理活性元素，其中对人体健康最有益的物质是茶多酚，茶多酚，又名茶单宁、茶鞣质，是从天然茶叶中分离提取的多羟基酚类衍生物混合物，主要包括儿茶素、黄酮类化合物、花青素、酚酸等4大类物质，占茶叶干重的15%-30%。具有良好的抗氧化性能，是一种天然的食品抗氧化剂，近年来还发现具有增强机体抵抗力、防癌、抗衰老、抗肿瘤抗辐射抑菌、抗病毒、降血糖、预防心血管疾病、降血脂、防止皮肤紫外损伤等多项生理功能。因此，作为世界上三大饮料之一的茶，越来越受到人们的青睐。
目前，工业上茶多酚生产和茶饮料制备过程中排放的废水，不仅含有茶多酚，而且还含有茶多糖，茶氨酸，蛋白质，胶体等物质，有机物浓度高，色度大，多环大分子芳香类化合物含量高。直接排放会对环境造成极大的危害，引发地表及地下水体污染、生态环境恶化，直接危害人体健康。不过现在国内外关于茶叶深加工过程中工业废水的研究并不多，大多还集中在采取单一的生物或化学法处理废水，处理后的废水大多只达到国家二级排放标准，并没有一套完整的联合工艺处理废水，并且处理后的废水能够进入工厂回用。
近年来，UASB工艺被广泛应用到高浓度的有机废水处理中，并且已经成为茶叶深加工过程中废水处理的主要手段之一，但是在实际运行过程中出现了很多问题，比如污泥颗粒形成的时间过长，而且容易破碎导致生物相的流失，为了解决这一问题，相继出现了两相式和两段式厌氧处理技术，经过两相式厌氧技术处理后的废水的COD等都有大幅度的降低，但是水质还远不能达到回用的要求。膜分离技术是21世纪最具有发展潜力的高新技术，它具有分离，浓缩，纯化等目的而受到广泛的关注，但是，单一的膜处理并不能高效的处理废水，采用多级或集成膜工艺对废水的处理能够大大提高废水的处理效果。
发明内容
本发明的技术目的在于针对现在单一的处理技术不能达到国家污水排放标准要求，没有一套完整的联合处理工艺处理茶叶深加工过程中的废水等缺点，提供了一种两相厌氧反应器和膜集成技术联合处理工艺，对茶叶深加工过程产生的废水进行处理，处理后的废水能够达到工厂回用要求。
为了实现本发明的技术目的，本发明的技术方案为。
一种茶叶深加工过程中废水处理新工艺，采用两相厌氧反应器与膜集成技术联用的水处理方法，包括如下步骤：
（1）预处理：将茶叶深加工过程中产生的废水输送至预处理罐，向其中加入絮凝剂和助凝剂，絮凝沉淀，同时调节废水的pH；
（2）两相厌氧反应器处理：将预处理罐中废水的上清液用离心泵输送至两相厌氧反应器，所述的两相厌氧反应器包括产酸反应器和产甲烷反应器，上清液经产酸反应器处理后进入产甲烷反应器，经两相厌氧反应器反应处理后均得到沼气，污水和污泥，将沼气输送到沼气收集罐，污水排入中间罐，污泥送入污泥收集罐；
（3）膜集成处理工艺处理：将中间罐中的污水送入超滤，纳滤和反渗透膜集成处理装置中进行过滤，过滤得到的清水收集供工厂回用，产生的浓缩液进入浓缩液处理系统；
（4）污泥处理：将污泥收集罐中的污泥进行进一步浓缩，得到的上清液继续输入到产酸反应器中处理，剩下的浓缩污泥经脱水处理后焚烧处理。
本发明所述的工艺，主要适用于茶叶深加工行业废水，这种废水中，主要含有茶多酚，而且还含有茶多糖，茶氨酸，蛋白质，胶体等物质，有机物浓度高，色度大，多环大分子芳香类化合物含量高。
本发明所述的工艺，步骤（1）中絮凝剂为聚合硫酸铁或聚合氯化铝，助凝剂为活化硅酸或聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为200~600mg/L，助凝剂为10~50mg/L。该步骤中通过适宜的絮凝剂和助凝剂促成废水中悬浮物的絮凝沉降，能够将一些小的悬浮物变成大的絮凝团，加快沉降。实现对废水的初步调质，有利于减轻两相厌氧反应器的负荷压力，加快整个流程的处理速度。
其中，步骤（1）预处理过程中温度控制在30~40℃，使用pH调节剂控制pH在4~10。该温度和pH范围内有助于絮凝剂能更好的发挥作用，使得悬浮物更易于反应成为大絮体更快沉降。
本发明所述的工艺，步骤（2）中控制产酸反应器中pH为4~6，控制产甲烷反应器pH为6~10，温度为30~40℃。具体可采用常见的pH调节剂对pH值进行调节，如盐酸和氢氧化钠等。本发明将上清液泵至产酸反应器后，在该反应器内，水力停留时间为12h~24h，通过厌氧反应生成沼气，污泥和污水。经产酸反应器处理后得到的污水进入产甲烷反应器，水力停留时间为1d~4d，厌氧反应产生沼气，污泥和污水。本发明通过对上述两个反应器的pH值和温度的控制能够使得厌氧反应在最佳的条件下进行反应，达到最佳的厌氧处理效果。
本发明所述的产酸反应器和产甲烷反应器中都设有搅拌器，具体关于搅拌器的设置，如搅拌速度等，为本领域技术人员所掌握。
本发明所述的工艺，所述超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置即集成了超滤膜、纳滤膜和反渗透膜的处理装置，通过将三者结合使用，意外地能够获得理想的污水处理效果。
本发明超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的超滤膜设备选用无机陶瓷超滤膜，膜的孔径优选范围为20~500nm；陶瓷材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或几种。
其中超滤膜设备所述的对废水进行过滤的错流速度为1~7m/s，操作压力为0.1~0.5MPa。纳滤膜设备的操作压力为0.8~1.2MPa，反渗透设备采取的操作压力为1.5~2.0MPa。
所述超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的反渗透设备采用的是海水淡化用的高压反渗透膜，以此来提高净化水的收率。
所述超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的超滤膜设备外还接有膜清洗系统。所述的膜清洗系统能够及时对超滤膜进行清洗处理，确保其处理力。具体的膜清洗系统为现有结构，本发明对此不作特别限定。
本发明所述的工艺，步骤（3）中产生的浓缩液可进入浓缩液处理系统再进行氧化、絮凝沉淀处理。该过程中采用氧化、絮凝沉淀等方法处理浓缩液，将多数残留的有机物分解成二氧化碳，以此避免浓缩液对膜的深度污染，同时避免了浓缩液回流带来的弊端，并且保证了整个系统的盐平衡。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：
1.本发明首次在茶叶深加工过程废水采用两相厌氧反应器和膜集成技术联合处理工艺，集成了二者的优点，比一般的处理技术更能够高效迅速的降解有机废水的高COD,SS等，并且可以有效降低废水色度，得到高脱盐率的清水。
2.本发明避免了一般厌氧反应器处理过程中造成的污泥颗粒形成时间过长，生物相易于流失，且两相反应器处理比一般反应器能够加快废水的处理效率。
3.本发明中产生的沼气干燥后可以进入工厂使用，废水经过处理后可以循环利用，且膜分离工艺中无需加热，大大减轻了生产中能耗和水用量问题。
4.本发明中设计的各类反应器高度集成，占地面积小。
5.本发明中可以处理大量的工业废水，产量高，而且集成系统高度自动化，可以实现无人看守。
6.本发明所述的方法可以推广到其他高浓度有机废水处理。如含酚废水的处理。
7.采用上述方法，本发明可以将废水中茶多酚和SS完全去除，COD去除率达到99%、色度<5倍、脱盐率高达98%。
附图说明
图1 是本发明所述处理工艺流程的示意图；
图中1为预处理罐，2为离心泵，3为产酸反应器，4为pH检测仪，5为搅拌器，6为气体过滤器，7为产甲烷反应器，8为温控仪，9为气体收集罐，10为中间罐，11为超滤膜设备，12为纳滤膜设备，13为反渗透设备，14为浓缩液储箱，15为污泥收集罐。
具体实施方式
下面结合实例进一步描述本发明。
实例1.茶多酚制造厂的生产废水
茶多酚废水主要来自茶叶清洗以及溶剂回收工序，这两种废水输送到预处理罐1，废水的水温为50~60℃，茶多酚含量为43.7%，COD为28000mg/L，SS为11800mg/L，色度为827倍。废水在预处理罐1中静置冷却到30~40℃，调节PH为5~8，加入500mg/L的聚合氯化铝和30mg/L的聚丙烯酰胺进行絮凝。
经预处理沉淀后的上清液经离心泵2送入产酸反应器3，控制产生反应器3的pH值为4.2~5.5（由pH检测仪4控制）；反应后的出水自流入产甲烷反应器7，pH控制在6.5~7.3，温度控制在40℃（由温控仪8控制）。进水COD负荷为2.0kg/m3·d，产酸反应器7水力停留时间为12h，产甲烷反应器3水力停留时间为1d，将两相厌氧反应器处理得到的甲烷（产酸反应器3和产甲烷反应器7均产生甲烷）通过气体过滤器6进入气体收集罐9中，两相厌氧反应器处理后的污水（产酸反应器3和产甲烷反应器7均产酸污水）送入中间罐10并进入超滤，纳滤和反渗透膜集成处理装置中进行过滤，具体用泵输送至50nm超滤膜设备11中，进行固液分离，陶瓷膜设备的错流流速为3m/s，操作压力为0.3MPa，陶瓷膜外接有膜清洗系统，清洗后的清洗液送入预处理罐1中，渗透清液用泵送入纳滤膜设备12中，控制操作压力为1.0MPa，过滤完成后渗透液泵入反渗透设备13进行处理，控制操作压力为1.5MPa。膜集成工艺处理过程中的浓缩液送入浓缩液储箱14，采用氧化、絮凝沉淀等方法处理浓缩液；将多数残留的有机物分解成二氧化碳。将两相厌氧反应器中产生的污泥送入污泥收集罐15中进行进一步浓缩，得到的上清液继续输入到两相厌氧反应器中处理，剩下的浓缩污泥则进行脱水处理后焚烧处理。
经过本方法处理后的废水进行理化指标检测，未检出茶多酚以及SS，COD降低至35.1mg/L，色度<5倍，去除率均达到了99.9%，脱盐率达到98%。
实施例2
与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例步骤（1）中，絮凝剂为聚合氯化铝，加入量为600mg/L，助凝剂为聚丙烯酰胺，加入量为50mg/L。预处理过程中温度控制在35℃，使用pH调节剂控制PH在10。
步骤（2）中控制产酸反应器3中pH为6，控制产甲烷反应器7pH为10，温度为40℃。进水COD负荷为3.0kg/m3·d，产酸反应器3水力停留时间为24h，产甲烷反应器7水力停留时间为4d。
步骤（3）中超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中，超滤膜对污水进行过滤的错流速度为1~7m/s，操作压力为0.5MPa；纳滤膜的操作压力为1.2MPa；反渗透膜处理采取的操作压力为2.0MPa。
所述的茶多酚制造厂的生产废水经处理后，未检出茶多酚以及SS，COD降低至41.2mg/L，色度<10倍，去除率均达到了99.5%，脱盐率达到98.6%。
实施例3
与实施例1相比，区别点仅在于，本实施例步骤（1）中，絮凝剂为聚合硫酸铁，加入量为200mg/L，助凝剂为活化硅酸，加入量为10mg/L。预处理过程中温度控制在35℃，使用pH调节剂控制PH在4。
步骤（2）中控制产酸反应器3中pH为4，控制产甲烷反应器7pH为6，温度为30℃。进水COD负荷为1.0kg/m3·d，产酸反应器3水力停留时间为12h，产甲烷反应器7水力停留时间为1d。
步骤（3）中超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中，超滤膜对污水进行过滤的错流速度为1m/s，操作压力为0.1MPa；纳滤膜的操作压力为0.8MPa；反渗透膜处理采取的操作压力为1.5MPa。
所述的茶多酚制造厂的生产废水经处理后，未检出茶多酚以及SS，COD降低至45.7mg/L，色度<10倍，去除率均达到了98.4%，脱盐率达到97%。
实例4.茶粉制造厂的生产废水
对南京某茶粉制造厂的生产废水进行处理。该厂原本采用絮凝加UASB技术处理废水，导致该厂处理效率低下，无法承载大量工业废水的处理，处理后的废水直接排放，只能达到国家二级排放标准，本实例的具体操作方法与实例1相同，仅改变部分操作参数如下：
所述的无机陶瓷膜的过滤精度为20nm，错流流速控制在2m/s，操作压力控制在0.1MPa，控制纳滤操作压力为1.2MPa，控制反渗透操作压力为1.8MPa。初始废水的COD为8950mg/L，SS为3700mg/L，色度为537倍，处理后COD降低至3.7mg/L，SS完全去除，色度<5倍。产生的沼气干燥后用于生产中加热需要，处理后的废水则回用，不仅避免了水资源的浪费，而且产生了更大的经济效益。
实例5.茶粉制造厂的生产废水
本实例的具体操作方法与实例2相同，仅改变部分操作参数如下：
所述的无机陶瓷膜的过滤精度为200nm，错流流速控制在4m/s，操作压力控制在0.3MPa，最后同样得到了澄清，无色，无味的水质，COD的去除率同样达到了99.9%，SS完全被去除，色度<5倍。
本发明的实施方式不限于上述实例，在不脱离本发明精神下做出的不同变化均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种茶叶深加工过程中的废水处理工艺，采用两相厌氧反应器与膜集成技术联用的水处理方法，包括如下步骤：
（1）预处理：将茶叶深加工过程中产生的废水输送至预处理罐，向其中加入絮凝剂和助凝剂，絮凝沉淀，同时调节废水的pH；
（2）两相厌氧反应器处理：将预处理罐中废水的上清液用离心泵输送至两相厌氧反应器，所述的两相厌氧反应器包括产酸反应器和产甲烷反应器，上清液经产酸反应器处理后进入产甲烷反应器，经两相厌氧反应器反应处理后均得到沼气，污水和污泥，将沼气输送到沼气收集罐，污水排入中间罐，污泥送入污泥收集罐；
（3）膜集成处理工艺处理：将中间罐中的污水送入超滤，纳滤和反渗透膜集成处理装置中进行过滤，过滤得到的清水收集供工厂回用，产生的浓缩液进入浓缩液处理系统；
（4）污泥处理：将污泥收集罐中的污泥进行进一步浓缩，得到的上清液继续输入到产酸反应器中处理，剩下的浓缩污泥经脱水处理后焚烧处理。
2.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中絮凝剂为聚合硫酸铁或聚合氯化铝，助凝剂为活化硅酸或聚丙烯酰胺，絮凝剂的加入量为200~600mg/L，助凝剂为10~50mg/L。
3.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）预处理过程中温度控制在30~40℃，使用pH调节剂控制PH在4~10。
4.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中控制产酸反应器中pH为4~6，控制产甲烷反应器pH为6~10，温度为30~40℃；进水COD负荷为1.0~3.0kg/m3·d，产酸反应器水力停留时间为12h~24h，产甲烷反应器水力停留时间为1d~4d。
5.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于所述步骤（3）中超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的超滤膜设备选用无机陶瓷超滤膜，膜的孔径优选范围为20~500nm；陶瓷材料为氧化铝、氧化锆或氧化钛中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于步骤（3）所述超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的反渗透设备采用的是海水淡化用的高压反渗透膜。
7.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于，所述的步骤（3）中超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中，超滤膜设备对污水进行过滤的错流速度为1~7m/s，操作压力为0.1~0.5MPa；纳滤膜设备的操作压力为0.8~1.2MPa；反渗透设备采取的操作压力为1.5~2.0MPa。
8.根据权利要求1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于步骤（3）所述超滤、纳滤和反渗透膜集成处理装置中的纳滤膜膜设备外还接有膜清洗系统。
9.根据权利要求书1所述的茶叶深加工过程中的废水处理工艺，其特征在于所述步骤（3）中产生的浓缩液进入浓缩液处理系统进行氧化、絮凝沉淀处理。
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