CN104445841A - 一种表面活性剂废水的处理装置及其处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种表面活性剂废水的处理装置及其处理工艺，适合处理的表面活性剂种类包括：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。适合处理的废水COD浓度小于20000mg/L。本发明的处理装置包括全膜厌氧水解处理单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元、废气收集及表面负压消泡装置。本发明通过厌氧过程增加表面张力、提高可生化性，全膜好氧过程降低大幅度削减废水的有机物浓度、气浮系统固液分离残留的生物膜胶体、废气处理系统形成的表面负压过程降低泡沫的产生量，从而确保优秀的出水水质。本发明提供的处理技术高效、操作简单、适应性强，是具备发展潜力的表面活性剂废水处理技术。

Description

一种表面活性剂废水的处理装置及其处理工艺

技术领域

本发明属于废水处理领域，尤其涉及一种表面活性剂废水的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。

表面活性剂在许多行业配方中被用作性能添加剂，如个人和家庭护理，以及无数的工业应用中：金属处理、工业清洗、石油开采、农药等。表面活性剂在改变表面张力、提升产品品质发挥了重要作用。

表面活性剂鉴于有机含量高、发泡性强、废水毒性高等特点一直是废水处理中的难点，也是困扰众多环境保护公司的难题之一。

鉴于上述表面活性剂类存在的难点，废水综合毒性和发泡性是难以解决的两大问题。以预处理为例，常规的铁碳微电解工艺需要底部曝气，高浓度的表面活性剂浓度存在会产生大量的泡沫，从而导致废水处理效率难以评估。此外，传统的物化混凝沉淀、电化学氧化问题并不能显著降低废水的毒性和表面张力问题。此外，表面活性剂类物质在合成过程中，会生成不同分子量和聚合度的产物，传统的解毒降COD的工艺难以发挥成效，并需要调整预处理工段中的pH、药剂投加量等等。

从表面活性剂废水处理中的经济性和操作便利性来看，厌氧水解过程是最佳预处理工艺。厌氧水解过程中利用水解酶的断链催化作用将表面活性剂类物质的疏水集团进行断链分解，同时厌氧过程溶解氧浓度小于0.1mg/L，减少了充氧过程引起的泡沫化问题。

从活性污泥法与全膜工艺来看，活性污泥法中微生物主要成分悬浮性微生物和菌胶团，全膜工艺中微生物主要为附着型微生物，附着型微生物形成厚实的菌胶团后能够抵抗外界冲击负荷对废水处理水质的影响，因此探讨全膜法生化处理工艺对处理效率的影响。同时，考虑到废水的发泡性质，解决好废水鼓风曝气过程中的发泡问题。

中国发明专利201410161735.2公开了一种基于生物膜的养殖废水处理系统，利用甘蔗渣作为培养基，氯化铵、糖蜜作为营养液，在海水盐分在2.2～3.5％,温度为28～33摄氏度，pH＝7～8.5的过程中，将芽孢杆菌附着在填料表面，利用其对养殖废水进行处理，取得较好的处理效率。然后其采用的生物膜基质不具备广泛性，处理的进水浓度较低，培养的生物膜难以定量。

中国发明专利2014101005221公开了一种微曝气生物膜填料，采用中空纤维膜，形成包括好氧层、兼氧层、厌氧层的多重生物膜，从而形成稳定的膜生物反应器。然而此技术仅仅是传统MBR技术的延伸，在填料技术使用方面缺乏有效的技术分析支撑。

中国发明专利201419959349公开了一种生物膜活性砂反应器及其污水处理工艺，其填料外包生物膜可以达到降低有机物浓度，布水器均匀布水后由下而上逆流接触。然而，此废水同样没有解决生物膜累积后的反冲洗问题、生物膜填料的生物量问题。

中国发明专利CN201410051820.3公开了一种生物膜填料及其制备工艺，在上下安置的两块填料片，注塑形成一体化材质，采用绿色丝状填料或者TA-2绿色丝状填料。其仅仅是填料的无创新组合，并不能有效表征生物膜的降解效率。

中国发明专利CN201210581616.2公开了一种利用微生物强化A/O工艺处理表面活性剂废水的方法，其将微球菌属、黄杆菌属、膜状假单胞菌属、雷伯氏菌种混合成的优势菌种，对非离子的降解≥96％，阴离子的降解≥95％，COD的降解率≥90％，降低了洗涤行业污染物的排放量。发明在实验室测试效果较好，需要在工程中进行推广。

综上所述，全膜生物膜处理工艺对表面活性剂类废水是生化处理的主要工艺，然而生物膜附着的生物量维持、生物膜填料选择、泡沫产生控制仍然是工艺设计的难点。上述发明专利并没有针对上述问题提供有效的技术设计和参数选择，也没有提供更加详细的相关参数解决上述问题。

为解决目前表面活性剂类废水可生化性差、有机物浓度高、好氧泡沫量巨大等问题，急需提出一种经济、可行、处理效率高的表面活性剂废水处理工艺。

发明内容

为解决目前表面活性剂废水存在的去除率低下、泡沫产生严重等问题，本发明的目的在于提供一种表面活性剂废水的处理装置及其处理工艺，整个处理系统的目的如下：(1)表面活性剂类废水含有大量的C8～C12之间的碳链，这些碳链具有渗透微生物细胞壁的作用，往往厌氧系统很难稳定运行，因此本系统设计采用全醛化填料的深度水解系统，一方面提高废水的可生化性、对发泡基团进行断链，另一方面降解废水中的有机物，减少后续好氧的负荷；(2)深度水解和好氧接触氧化系统采用模块化处理，采用12h处理一个模块，底部都配有曝气管，可以任意比例的调整，风机采用一用一备，在水量或者水质较优时，减少能耗；(3)系统未采用难以运行的物化预处理手段(包括电解、微电解、UASB系统)，最大限度的减少了用户的操作复杂度和运行费用，同时厌氧水解系统对温度和pH要求没有UASB系统苛刻。(4)系统停留时间根据实验室的厌氧和好氧降解负荷进行设计，充分保障废水在冲击负荷等情况下的稳定效率。(5)气浮系统的药剂筛选建立起系统的解决方案，好氧系统稳定后的出水作为测试依据，现场2～3天的工作量可以筛选出最佳的药剂。(6)调节池的pH调整与全膜厌氧水解系统的出水联动，从而降低调节pH的碱消耗费用。(7)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。(8)全部流程采用废气收集装置，装置上部采用6～10次/小时的换气设置，换气后采用喷淋/活性炭吸附工艺，废气处理后采用高空排放，做到现场没有任何味道，同时废气处理构造成的负压表面，控制了泡沫的产生。

本发明的发明目的通过如下技术方案实现：

本发明一种表面活性剂废水的处理装置，包括调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元、废弃收集及表面负压消泡装置，所述废弃收集及表面负压消泡装置与所述调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元和气浮固液分离单元相连接，所述全膜厌氧水解单元底部设有穿孔搅拌管，同时全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元内通过分格隔墙进行模块化设计，所述全膜好氧处理单元底部设有曝气软管，所述穿孔搅拌管和曝气软管都用曝气风机曝气。

本发明中，所述气浮固液分离单元连接溶气泵；所述废气收集及表面负压消泡装置包括与所述调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元连接的废气收集管，其收集后汇入废气收集主管，并利用废气风机引入后续喷淋系统，废水经处理后由与所述废弃收集管连接的排放口输送至排放水池混合排放。

本发明还提出一种通过以上装置实现的表面活性剂废水的处理工艺，表面活性剂废水在所述调节池充分均量均质后首先在所述全膜厌氧水解单元中利用填料表面生物膜的有机物降解和断链作用，削减废水的毒性、增加张力、发泡基团断链后出水进入所述全膜好氧处理单元，利用填料表面生物膜进一步削减废水中的有机物浓度后出水进入所述气浮固液分离单元，投加混凝剂、絮凝剂使形成的絮体满足出水的澄清透明。全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元在运行过程中，同时开启废气收集及表面负压消泡装置，在表面形成负压过程，降低泡沫的产生量。

本发明中，其所处理的表面活性剂包括：烷基糖苷系列非离子表面活性剂、醇醚羧酸盐系列阴离子表面活性剂、咪唑啉系列两性表面活性剂，其所处理的废水的COD浓度小于20000mg/L；

本发明中，所述全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元通过分格隔墙进行模块化设计，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浓度1000mg/L设置2～4个模块；

本发明中，所述全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元分别采用聚乙二醇-缩甲醛纤维填料，分为若干单片丝并通过尼龙绳连接固定在环片上，且每个模块内部的环片竖直间距为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；

本发明中，所述废气收集及表面负压消泡装置的废气处理工艺换气次数为6～10次/小时，保证废气排放浓度以及足够的真空度存在。

本发明中，所述表面活性剂废水进入所述全膜厌氧水解单元时补充氨氮和磷酸盐，COD、氨氮和磷酸盐的质量比为200:4:1～200:8:1，氨氮采用尿素进行补充，磷酸盐采用磷酸二氢钾或者磷酸氢二钾；

本发明中，所述全膜厌氧水解单元的COD负荷控制在2～3kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间；所述全膜好氧处理单元出口溶解氧浓度高于4mg/L，微生物量控制在4～8g/L，全膜好氧处理单元的COD负荷控制在1～2kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间；

本发明中，所述混凝剂为聚合氯化铝，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚合氯化铝的盐基度在70～90％之间，聚丙烯酰胺采用阴离子、阳离子或者非离子；

由于采用以上技术方案，本发明的一种表面活性剂废水的处理工艺，通过厌氧过程增加表面张力、提高可生化性，全膜好氧过程降低大幅度削减废水的有机物浓度、气浮系统固液分离残留的生物膜胶体、废气处理系统形成的表面负压过程降低泡沫的产生量，从而确保优秀的出水水质。在进水COD浓度小于20000mg/L时，出水能够满足纳管(排入城市下水道称纳管)排放标准。在进水浓度小于6000mg/L时，出水满足《污水综合排放标准》中的一级排放标准，本发明不产生二次污染，也没有让污染物转移，每一段皆能够有效降解有机物。各工艺段为有机结合，充分针对COD和表面活性剂进行有效降解。本发明提供的处理技术高效、操作简单、适应性强，是具备发展潜力的表面活性剂废水处理技术。

附图说明

图1为本发明一种表面活性剂废水的处理装置结构示意图。

图2为本发明全膜好氧处理单元表面生物膜的照片。

图中：

1—调节池 2—提升泵 3—全膜厌氧水解单元 4—聚乙二醇缩甲醛填料 5—穿孔搅拌管 6—分格隔墙 7—曝气风机 8—曝气软管 9—气浮固液分离单元 10—混凝搅拌机 11—絮凝搅拌机 12—溶气泵 13—废气收集管 14—废气收集主管 15—废气风机 16—排放口 17—全膜好氧处理单元；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

如图1所示，本发明的表面活性剂废水的处理装置包括调节池1、全膜厌氧水解单元3、全膜好氧处理单元17、气浮固液分离单元9、废弃收集及表面负压消泡装置，废弃收集及表面负压消泡装置与调节池1、全膜厌氧水解单元3、全膜好氧处理单元17和气浮固液分离单元9相连接，全膜厌氧水解单元3底部设有穿孔搅拌管5，全膜厌氧水解单元3和全膜好氧处理单元17内通过分格隔墙6进行模块化设计，全膜好氧处理单元17底部设有曝气软管8，穿孔搅拌管5和曝气软管8都用曝气风机曝气。气浮固液分离单元9连接溶气泵12；废气收集及表面负压消泡装置包括与调节池1、全膜厌氧水解单元3、全膜好氧处理单元17、气浮固液分离单元9连接的废气收集管13，其收集后汇入废气收集主管14，并利用废气风机15引入后续喷淋系统，废水经处理后由与废弃收集管13连接的排放口16输送至排放水池混合排放。

通过以上处理装置实现的处理工艺包括：表面活性剂废水在调节池1中充分均质均量后，通过提升泵2进入全膜厌氧水解单元3，此时补充氨氮和磷酸盐，COD、氨氮和硫酸盐的质量比为200:4:1～200～8:1，氨氮采用尿素进行补充，磷酸盐采用磷酸二氢钾或者磷酸氢二钾，利用全膜厌氧水解单元3中的聚乙二醇缩甲醛填料4表面附着的微生物对表面活性剂废水进行厌氧水解，全膜厌氧水解单元3底部布有穿孔搅拌管5，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中具有分格隔墙6，根据本装置对废水处理的停留时间进行分格，模块设置为6～9小时/个，根据COD浓度1000mg/L设置2～4个模块，厌氧水解出水进入全膜好氧处理单元17，利用全膜好氧单元形成的巨大生物量进一步削减废水的有机物，穿孔搅拌罐5和曝气软管8都是采用曝气风机曝气。全膜好氧处理单元17出水进入气浮固液分离单元9，在混凝搅拌机10和絮凝搅拌段机中分别投加混凝剂聚合氯化铝和絮凝剂聚丙烯酰胺，尼克尼溶气泵12产生的超细气泡进一步削减废水中的有机物浓度。调节池1、全膜厌氧水解单元3、全膜好氧处理单元17、气浮固液分离单元9采用废气收集管13进行收集后汇入废气收集主管14，利用废气风机15引入后续喷淋系统，废气风机15在各个处理单元表面形成的真空度将有效降低废水的起泡能力，控制了系统的泡沫产生。废水经处理后由排放口16排放输送至排放水池混合排放。

本发明中，其所处理的表面活性剂包括：烷基糖苷系列非离子表面活性剂、醇醚羧酸盐系列阴离子表面活性剂、咪唑啉系列两性表面活性剂；其所处理的废水的COD浓度小于20000mg/L；表面活性剂废水在调节池1充分均量均质后首先在全膜厌氧水解单元3中利用填料表面生物膜的有机物降解和断链作用，削减废水的毒性、增加张力、发泡基团断链后出水进入全膜好氧处理单元17，利用填料表面生物膜进一步削减废水中的有机物浓度后出水进入气浮固液分离单元9，投加混凝剂聚合氯化铝、絮凝剂聚丙烯酰胺使形成的絮体满足出水的澄清透明，聚合氯化铝的盐基度在70～90％之间，聚丙烯酰胺采用阴离子、阳离子或者非离子。

本发明中，全膜厌氧水解单元3和全膜好氧处理单元17分别采用聚乙二醇-缩甲醛纤维填料，分为若干单片丝并通过尼龙绳连接固定在环片上，且每个模块内部的环片竖直间距为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。

本发明中，废气收集及表面负压消泡装置的废气处理工艺换气次数为6～10次/小时。

本发明中，全膜厌氧水解单元3的COD负荷控制在2～3kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间；全膜好氧处理单元17出口溶解氧浓度高于4mg/L，微生物量控制在4～8g/L，全膜好氧处理单元17的COD负荷控制在1～2kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间。

与现有技术相比，本每一段皆能够有效降解有机物。各工艺段为有机结合，充分针对COD和表面活性剂类物质进行有效降解。常规生化处理单元具有的起泡性严重、废水毒性高等特点，在本发明中得到解决。

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，通过全膜厌氧水解单元(停留时间36h)、全膜好氧处理单元(停留时间为36h)后，出水COD浓度(未投加PAC、PAM情况下)小于200mg/L，达到上海市污水排入城镇下水道水质标准后排放。

图2为全膜好氧单元表面生物膜SEM图片，微生物菌胶团紧密，主要菌种为杆状微生物，形成胞外聚合物与微生物的完全包裹，展现了较高的处理效率。

实施例2

某阴离子表面活性剂生产企业，废水浓度为50吨/日，其进水COD浓度为20000mg/L，表面活性剂浓度为860mg/L，废水毒性抑制率为99.6％，通过本发明工艺处理后，厌氧水解COD负荷小于2kg COD/(m3d)，全膜好氧COD负荷小于1.5kgCOD/(m3d),混凝剂PAC投加浓度为150mg/L,PAM投加浓度为1mg/L，气浮系统出水COD浓度小于1000mg/L。

实施例3

某非离子表面活性剂废水产生量为200吨/日，进入COD浓度为6000mg/L，BOD/COD＝0.1,经过全膜厌氧水解系统后，出水COD为3000mg/L，BOD/COD＝0.32，经过6个模块全膜好氧单元处理后，出水COD浓度小于150mg/L。

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。

Claims (10)

1.一种表面活性剂废水的处理装置，包括调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元、废弃收集及表面负压消泡装置，其特征在于：所述废弃收集及表面负压消泡装置与所述调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元和气浮固液分离单元相连接，所述全膜厌氧水解单元底部设有穿孔搅拌管，同时全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元内通过分格隔墙进行模块化设计，所述全膜好氧处理单元底部设有曝气软管，所述穿孔搅拌管和曝气软管都用曝气风机曝气。

2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于：所述气浮固液分离单元连接溶气泵；所述废气收集及表面负压消泡装置包括与所述调节池、全膜厌氧水解单元、全膜好氧处理单元、气浮固液分离单元连接的废气收集管，其收集后汇入废气收集主管，并利用废气风机引入后续喷淋系统，废水经处理后由与所述废弃收集管连接的排放口输送至排放水池混合排放。

3.通过权利要求2所述的处理装置实现的处理工艺，其特征在于：表面活性剂废水在所述调节池充分均量均质后首先在所述全膜厌氧水解单元中利用填料表面生物膜的有机物降解和断链作用，削减废水的毒性、增加张力、发泡基团断链后出水进入所述全膜好氧处理单元，利用填料表面生物膜进一步削减废水中的有机物浓度后出水进入所述气浮固液分离单元，投加混凝剂、絮凝剂使形成的絮体满足出水的澄清透明。

4.根据权利要求3所述的处理工艺，其特征在于：其所处理的表面活性剂包括：烷基糖苷系列非离子表面活性剂、醇醚羧酸盐系列阴离子表面活性剂、咪唑啉系列两性表面活性剂；其所处理的废水的COD浓度小于20000mg/L。

5.根据权利要求3所述的处理工艺，其特征在于：所述全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元通过分格隔墙进行模块化设计，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个模块。

6.根据权利要求3或5所述的处理工艺，其特征在于：所述全膜厌氧水解单元和全膜好氧处理单元分别采用聚乙二醇-缩甲醛纤维填料，分为若干单片丝并通过尼龙绳连接固定在环片上，且每个模块内部的环片竖直间距为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。

7.根据权利要求3所述的处理工艺，其特征在于：所述废气收集及表面负压消泡装置的废气处理工艺换气次数为6～10次/小时。

8.根据权利要求4所述的处理工艺，其特征在于：所述表面活性剂废水进入所述全膜厌氧水解单元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，氨氮采用尿素进行补充，磷酸盐采用磷酸二氢钾或者磷酸氢二钾。

9.根据权利要求3所述的处理工艺，其特征在于：所述全膜厌氧水解单元的COD负荷控制在2～3kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间；所述全膜好氧处理单元出口溶解氧浓度高于4mg/L，微生物量控制在4～8g/L，全膜好氧处理单元的COD负荷控制在1～2kgCOD/(m3d),运行水温在20～35摄氏度之间,。

10.根据权利要求3所述的处理工艺，其特征在于：所述混凝剂为聚合氯化铝，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，聚合氯化铝的盐基度在70～90％之间，聚丙烯酰胺采用阴离子、阳离子或者非离子。