CN103755021B

CN103755021B - 一种用于处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器及方法

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Publication number: CN103755021B
Application number: CN201310746110.8A
Authority: CN
Inventors: 操家顺; 李超; 林俊雄; 方芳; 薛朝霞; 冯骞; 唐思远; 周明
Original assignee: Nanjing Hehai Technology Co Ltd; Hohai University HHU
Current assignee: Nanjing Hehai Technology Co Ltd; Hohai University HHU
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103755021A

Abstract

发明涉及一种处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器，它包括塔体，该塔体自上而下依次设有含三相分离器的气体收集系统、塔体出水口、厌氧污泥反应区、布水系统、进水泵以及连接塔体上下的内循环系统；其特征在于还包括由填料、填料衬托架和填料上形成的厌氧生物膜所组成的厌氧生物膜反应区，该厌氧生物膜反应区设置在塔体出水口与厌氧污泥反应区之间；所述内循环系统的进水端与内循环接口连接，内循环系统的出水端通过回流泵与进水管连接。本发明能够对印染废水按照前处理废水和染色废水进行分质处理，有利于将印染废水中难降解的染料有机物水解酸化，分解成小分子有机物，提高厌氧氨化效果。

Description

一种用于处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器及方法

技术领域

本发明涉及印染废水处理技术领域，特别是涉及一种用于处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器及方法。

背景技术

印染废水主要来源于印染生产过程中使用染料和助剂的各道工序，具有水量大、成分复杂、难降解和含有高浓度难氨化的有机氮等突出问题。

现有染料废水的处理方法主要有膜分离、絮凝、电化学、高级氧化、活性炭吸附和生物法等。目前国内印染废水主要处理工艺仍为生物处理方法，但因其可生化性差，用常规生物处理难以达到令人满意的效果，如脱色效率都不高、难以达标排放等。为克服现有处理方法的不足，近几年来公开报道了一种厌氧-好氧活性污泥处理新方法，首先用厌氧反应器中的脱色菌将难降解的染料水解、酸化、分解成小分子有机物，然后在好氧反应器中实现完全降解。如现有上流式厌氧污泥床反应器（UASB）作为第二代高效厌氧反应器，具有结构紧凑、工艺简单、处理负荷高、无机械搅拌装置、运行稳定、处理效果好及投资小等优点。虽然采用厌氧-好氧组合工艺处理印染废水的方法，能够提高废水的可生化性，改善处理效果，为现行印染废水处理工艺提高处理效果提供了一个有效途径，但该方法还存在以下不足：一是因UASB反应器串联于好氧工序之前，泥水分离效果明显不佳，运行过程中容易发生小体积的污泥跟随处理出水排除的情况，特别是在所产生的沼气量较大时，处理出水具有较高的含泥量，加重了后续降解的处理难度；二是对反应器中pH的调控能力差，导致产酸脱氢阶段的pH值下降，容易使产甲烷菌受抑制，造成废水处理效果不佳；三是反应器中泥水混合程度不足，给运行操作带来极大的不方便。

中国专利申请200510123101.9提出了“一种纺织印染废水生物厌氧反应器”，该方案采用内循环上升流厌氧反应器去除纺织印染废水的色度，解决了厌氧反应器传质不均、死区和脱色效果不佳的问题，但还存在没有根据印染废水水质差异设置调节池或分质系统的问题。中国专利申请201210321293.4提出了“一种印染废水处理方法”，该方法是在UASB之前设置了脱硫除尘器、沉灰池和调节酸化池，对废水进行了较好的前处理，但还存在没有设置回流系统导致UASB有机氨化效率不高的问题。中国专利申请200910232775.0提出了“一体化生物反应器及其应用和处理高浓度有机废水的方法”，该方法将UASB和MBBR进行组合能够维持UASB的酸碱平衡，有利于发挥微生物的高效废水处理作用，但同样存在没有根据印染复杂的废水情况设置调节池或分质系统的问题，导致印染废水处理效果不佳。

如何克服现有技术的不足已成为现有印染废水处理技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种用于处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器及方法，本发明能够对印染废水按照前处理废水和染色废水进行分质处理，有利于将印染废水中难降解的染料有机物水解酸化，分解成小分子有机物，提高厌氧氨化效果，为后续的生物强化脱氮、实现厌氧氨化反应器的高效、稳定运行以及对COD_Cr和氮素污染物的稳定去除提供保障。

根据本发明提出的一种处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器，它包括塔体，该塔体自上而下依次设有含三相分离器的气体收集系统、塔体出水口、厌氧污泥反应区、布水系统、进水泵以及连接塔体上下的内循环系统；其特征在于还包括由填料、填料衬托架和填料上形成的厌氧生物膜所组成的厌氧生物膜反应区，该厌氧生物膜反应区设置在塔体出水口与厌氧污泥反应区之间；所述内循环系统的进水端与内循环接口连接，内循环系统的出水端通过回流泵与进水管连接。

本发明进一步的优选方案在于所述厌氧生物膜反应区中的厌氧生物膜为包括由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌组成的自凝聚体；所述填料为组合填料、立体弹性填料、多孔悬浮球填料或悬浮填料。

根据本发明提出的一种基于上述改良上流式厌氧氨化反应器处理高有机氮印染废水的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，首先将高有机氮印染废水按其流动方向依次经外部的格栅和分质调节池进行分质处理；

步骤二，经步骤一处理后的高有机氮印染废水通过改良上流式厌氧氨化反应器的进水泵进入布水系统均匀布水；

步骤三，经步骤二布水后的高有机氮印染废水进入厌氧污泥反应区进行有机氮氨化，之后再进入三相分离器进行泥水分离，经分离后的污泥再经沉淀后回到厌氧污泥反应区，所产生的气体通过气体收集系统收集；所述经厌氧污泥反应区处理后的废水一部分通过内循环系统的回流泵回流至进水管再循环，另一部分高有机氮印染废水通过厌氧生物膜反应区的填料进一步污泥截留和厌氧生物处理，其后经塔体出水口进入外部A/O生物处理单元进行强化脱氮，从而使其出水水质符合进入污水处理厂的接管要求。

本发明的实现原理是：本发明针对印染废水有机物含量高、碳源品质低、氮素污染物浓度高以及难降解等问题，将废水分为前处理废水和染色废水进行分质收集，采用上流式厌氧氨化反应器对两股废水分别进行厌氧预处理，可将印染废水中难降解的染料有机物水解酸化，分解成小分子有机物，在去除废水色度的同时，还能降低废水的COD浓度，维持一定比例的出水BOD₅/COD_Cr比值；以实现印染废水的有机氮高效氨化，提高废水的可生化性，为后续的生物强化脱氮，实现反应器的高效、稳定运行及COD_Cr、氮素污染物的稳定去除提供保障，从而改善印染废水处理效果，满足稳定达标排放和尾水再生利用的要求，为现行印染废水处理工艺提高处理效果提供了一个有效途径。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明采用了改良上流式厌氧氨化反应器，其填料层不仅能够解决现有单级三相分离器易污泥流失的不足，起到有效污泥截留的作用，同时在填料表面形成厌氧生物膜，一方面可提高反应器中的污泥浓度，另一方面还可进行二次厌氧处理，提高难降解印染废水厌氧氨化效率。二是本发明采用了内循环系统，可有效地调节反应过程中废水的温度及pH值，并能够提高反应器的抗冲击负荷能力。三是本发明对色度大、成分复杂、难氨化和可生化性差的高有机氮印染废水具有很好的厌氧氨化效果，其中，染色废水色度去除率最高可达75%，前处理废水色度去除率最高可达87.5%。四是对COD_Cr去除率有很大的提高，染色废水中的COD_Cr去除率可达到30～35%，前处理废水中的COD_Cr去除率可保持在35～40%，这为后续的生物强化脱氮、实现反应器的高效而稳定运行以及COD_Cr、氮素污染物的稳定去除提供了保障。

附图说明

图1为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器的剖面主视示意图。

图2为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器的剖面左视示意图。

图3为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器的管口方位示意图。

图4为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器的填料衬托架示意图。

图5为本发明提出的由染色废水处理单元、前处理废水处理单元和A/O处理单元组成的试验系统处理高有机氮印染废水的流程示意图。

图6为本发明提出的由染色废水处理单元、前处理废水处理单元和A/O处理单元组成的试验系统对去除高有机氮印染废水中COD_Cr的效果示意图。

图7为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器对染色废水的厌氧氨化效率示意图。

图8为本发明提出的改良上流式厌氧氨化反应器对前处理废水的厌氧氨化效率示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1至图4，本发明提出的一种处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器，它包括塔体（1），该塔体（1）自上而下依次设有含三相分离器（18）的气体收集系统（16）、塔体出水口（20）、厌氧污泥反应区（15）、布水系统（14）、进水泵（5）以及连接塔体（1）上下的内循环系统（22）；其中：还包括由填料（3）、填料衬托架（2）和填料（3）上形成的厌氧生物膜所组成的厌氧生物膜反应区，该厌氧生物膜反应区设置在塔体出水口（20）与厌氧污泥反应区（15）之间；所述内循环系统（22）的进水端与内循环接口（7）连接，内循环系统（22）的出水端通过回流泵（21）与进水管（23）连接。

本发明基于上述一种基于改良上流式厌氧氨化反应器处理高有机氮印染废水的方法，它包括如下步骤：

步骤二，经步骤一处理后的高有机氮印染废水通过改良上流式厌氧氨化反应器的进水泵（5）进入布水系统（14）均匀布水；

步骤三，经步骤二布水后的高有机氮印染废水进入厌氧污泥反应区（15）进行有机氮氨化，之后再进入三相分离器（18）进行泥水分离，经分离后的污泥再经沉淀后回到厌氧污泥反应区（15），所产生的气体通过气体收集系统（16）收集；所述经厌氧污泥反应区（15）处理后的废水一部分通过内循环系统（22）的回流泵（21）回流至进水管（23）再循环，另一部分高有机氮印染废水通过厌氧生物膜反应区的填料（3）进一步污泥截留和厌氧生物处理，其后经塔体出水口（20）进入外部A/O生物处理单元进行强化脱氮，从而使其出水水质符合进入污水处理厂的接管要求。

本发明的具体实施方式的进一步说明如下：

本发明的方法的步骤一所述分质处理是指将高有机氮印染废水分为前处理废水和染色废水进行处理，其中前处理废水为来自印染工艺中的退浆、煮练和漂白工序所产生的各类废水，染色废水为来自印染工艺中的染色和印花工序所产生的废水。

本发明的改良上流式厌氧氨化反应器所述厌氧生物膜反应区中的填料（3）上形成具有良好的脱色性能和产甲烷活性的厌氧生物膜，它是包括由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌组成的自凝聚体，所述填料（3）为组合填料、立体弹性填料、多孔悬浮球填料或悬浮填料，它起到污泥截留和进一步厌氧氨化的作用，即在传统的厌氧反应器中产生的沼气引起反应器搅动，三相分离器（18）难以泥水分离充分而引起污泥流失，直接影响有机氮氨化效果的难题被有效解决，同时填料表面的厌氧生物膜还可提高污泥浓度，进一步厌氧处理以提高难降解印染废水厌氧氨化效率。

本发明的改良上流式厌氧氨化反应器，所述填料衬托架（2）由槽钢（4）、扁铁（13）和圈架（12）焊接组成，该圈架（12）的外径与塔体（1）圆筒内径相匹配，保证填料衬托架（2）稳固地设置在塔体（1）圆筒内；所述经过前端格栅和分质调节池处理后的印染废水，通过进水连接管（11）进入进水泵（5），然后通过进水管（23）进入改良上流式厌氧氨化反应器的塔体（1）内，其中进水管（23）设置于塔体（1）底部的角钢支架（6）上；塔体（1）圆筒的外壁自下而上设有直排梯（10），塔体（1）圆筒的外壁下部分别设有人孔（8）和排泥口（9）。

本发明所述厌氧污泥反应区（15）内所产生的沼气含有硫化氢气体，融入水中呈现酸性，易导致三相分离器（18）等金属构件腐蚀，影响厌氧污泥反应区（15）运行的稳定性，而通过设置内循环系统（22）可用于调节废水的温度及pH，提高厌氧氨化反应器的抗冲击负荷能力。

本发明所述气体收集系统（16）主要由集气室（24）、水封（17）、三相分离器（18）和气体导出管（19）组成，将气体收集系统（16）周边设置为水封（17）结构；厌氧污泥反应区（15）产生的沼气经三相分离器（18）上部的气体导出管（19）进入集气室（24）；所述气体收集系统（16）可有效排除塔体（1）内的沼气并维持塔体（1）内的压强；所述三相分离器（18）可起到固-气-液三相分离的作用，保证塔体（1）内污泥浓度的效果。

本发明应用的具体实施例。本发明以某市某纺织厂的印染废水为试验对象而组成试验系统，试验原水取自该纺织厂的废水调节池，分为前处理废水和染色废水，前处理废水主要包括由退浆、煮练、漂洗工序所产生的废水组成；染色废水主要包括由染色、印花和牛仔布工序所产生的废水组成；由于废水来源不同，废水性质差别很大，试验系统的进水水质详见下表1。

水质指标	pH	COD_Cr(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	TN(mg/L)	色度
						前处理废水	7.50～8.50	3500～5000	25～45	50～85	1024～2048
染色废水	7.50～8.50	1000～1500	10～30	25～45	2048～4096

表1：试验系统的进水水质参数表。

该试验系统的改良上流式厌氧氨化反应器采用的接种污泥为厌氧颗粒污泥，颗粒污泥经驯化成功后进入试验阶段，试验系统的主要运行参数详见表2。

表2：试验系统的主要运行参数表。

结合图5，本发明所述试验系统采用的改良上流式厌氧氨化反应器的规格为：塔体高4.0m、直径1.2m、有效容积为4m³；其内装填料为蜂窝填料；改良上流式厌氧氨化反应器内的污泥为厌氧颗粒污泥，填装高度约为1～1.2m；所述试验系统由染色废水处理单元、前处理废水处理单元和A/O生物处理单元组成，其中：染色废水处理单元由2台改良上流式厌氧氨化反应器并联组成，前处理废水处理单元由4台改良上流式厌氧氨化反应器并联组成，A/O生物处理单元由2套一体式缺氧-好氧-沉淀生物处理池组成；具体流程为该纺织厂流出的印染废水分质经前端的格栅和分质调节池处理后，接入本发明改良上流式厌氧氨化反应器进行有机氮氨化，后通过A/O生物处理单元再进行强化脱氮。

本发明的处理方法是：首先将高有机氮印染废水按其流动方向依次经外部的格栅和分质调节池进行分质处理；然后进行印染废水厌氧处理，最后通过外部厌氧/好氧的A/O生物处理单元进一步处理，该试验系统对COD_Cr的去除效果如图6所示；试验结果表明：COD_Cr去除率有很大的提高，染色废水经厌氧氨化反应器处理后COD_Cr去除率为30～35%，主要进行水解酸化作用，利用水解菌和产酸菌，将大分子和难降解的有机物降解为小分子有机物，并产生挥发性脂肪酸，为后续反硝化提供碳源，提高脱氮效率；前处理废水经过厌氧氨化反应器处理后COD_Cr去除率可达35～40%以上；A/O生物处理单元对COD_Cr去除率可稳定在80%以上，二次沉淀出水稳定COD_Cr在200mg/L以下。试验结果还表明：本发明对难降解印染废水色度具有很好的去除效果，其中，染色废水色度去除率最高可达75%，前处理废水色度去除率最高可达87.5%。

特别需要说明的是：应用本发明处理高有机氮印染废水不受限于进水水质及水量的变化。如本实施例所述的印染废水前处理废水和染色废水的水质有很大差别，TN的组成也各不相同，但是处理效果不受影响。废水中的总氮主要是由于含蛋白纤维原料、退浆生物酶和各类助剂的使用，当遇到因使用含氮染料和含氮助剂等而使得染色废水中TN偏高的状况下，本发明可对印染废水进行分质厌氧处理，经过现场试验，其对染色废水和前处理废水的厌氧氨化效率分别见图7和图8所示。从图7和图8分析得到，经厌氧氨化反应后，染色废水和前处理废水的氨氮含量都得到了很大提高，氨氮含量增加率都实现了30%～45%，出水氨氮含量最高分别达到了总氮量的97%和98%，这说明厌氧阶段对废水中难氨化有机氮，包括前处理工艺中的稳定剂、渗透剂，染色工艺中偶氮染料，印花和牛仔车间使用的尿素和靛蓝染料等都进行了较为彻底的氨化，高水平的氨化效率为外部A/O生物处理单元对TN的去除提供了保障。

本发明的具体实施方式中凡未涉及的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

Claims

1.一种处理高有机氮印染废水的改良上流式厌氧氨化反应器，它包括塔体(1)、填料衬托架(2)、填料(3)，所述塔体(1)自上而下依次设有含三相分离器(18)的气体收集系统(16)、塔体出水口(20)、厌氧污泥反应区(15)、布水系统(14)、进水泵(5)以及连接塔体(1)上下的内循环系统(22)；所述内循环系统(22)的进水端与内循环接口(7)连接，内循环系统(22)的出水端通过回流泵(21)与进水管(23)连接；其特征在于，所述填料衬托架(2)和填料(3)上形成的厌氧生物膜所组成的厌氧生物膜反应区，该厌氧生物膜反应区设置在塔体出水口(20)与厌氧污泥反应区(15)之间；所述厌氧生物膜反应区中的厌氧生物膜为包括由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌组成的自凝聚体；所述填料(3)为组合填料、立体弹性填料或悬浮填料。

2.根据权利要求1所述的改良上流式厌氧氨化反应器，其特征在于所述悬浮填料为多孔悬浮球填料。

3.一种基于改良上流式厌氧氨化反应器处理高有机氮印染废水的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，首先将高有机氮印染废水按其流动方向依次经外部的格栅和分质调节池进行分质处理；所述分质处理是指将高有机氮印染废水分为前处理废水和染色废水进行处理，其中前处理废水为来自印染工艺中的退浆、煮练和漂白工序所产生的各类废水，染色废水为来自印染工艺中的染色和印花工序所产生的废水；

步骤二，经步骤一处理后的高有机氮印染废水通过改良上流式厌氧氨化反应器的进水泵(5)进入布水系统(14)均匀布水；

步骤三，经步骤二布水后的高有机氮印染废水进入厌氧污泥反应区(15)进行有机氮氨化，之后再进入三相分离器(18)进行泥水分离，经分离后的污泥再经沉淀后回到厌氧污泥反应区(15)，所产生的气体通过气体收集系统(16)收集；所述经厌氧污泥反应区(15)处理后的废水一部分通过内循环系统(22)的回流泵(21)回流至进水管(23)再循环，另一部分高有机氮印染废水通过厌氧生物膜反应区的填料(3)进一步污泥截留和厌氧生物处理，其后经塔体出水口(20)进入外部A/O生物处理单元进行强化脱氮，从而使其出水水质符合进入污水处理厂的接管要求。