CN105417696B - 一种高浓度化工污水厌氧处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种高浓度化工污水厌氧处理设备。该处理设备包括：反应装置、气水处理系统、气水分离装置、气体洗涤脱硫设备、混合罐和布水系统。反应装置通过排气孔与气体洗涤脱硫设备连接，反应装置通过回流管与气水处理系统连接，气水处理系统与反应装置、气体洗涤脱硫设备、气水分离装置和混合罐连接，混合罐与入水口连接，混合罐与气水处理系统和布水系统连接。本发明与传统设备相比去取消三相分离器，降低厌氧反应器高度，减少反应装置投资，提高反应装置的有效使用容积；通过气体洗涤装置，去除气体中的硫化氢气体，防止产生二次污染；利用循环泵的吸程负压，不会外溢入大气，造成二次污染；由于混合分离装置与反应器分离，提高处理能力。

Description

一种高浓度化工污水厌氧处理设备
技术领域
本发明涉及一种污水处理设备，具体涉及一种高浓度化工污水厌氧处理设备。
背景技术
随着工农业的飞速发展和人口的不断增加，人们对工业产品，特别是化工产品的需求不断加大。而化工行业的快速发展，也引起了大量含有高浓度有机污染物的工业污水的产生。由于化工污水具有污染物浓度高，有毒有害物质含量高，营养物质单一，可生化性差的特点。现有污水处理技术对于化工行业污水多采用物化预处理+厌氧(缺氧)+好氧+深度处理的工艺，其中生化部分主要依靠厌氧来处理污水中绝大部分的有机污染物。
目前的技术现状是采用UASB或酸化水解等工艺对于可生化性较好的食品加工等行业的污水处理效果较好，由于化工行业污水的特性决定了采用传统的UASB或酸化水解等工艺难于正常启动运行，即使能够启动，也达不到理想的有机物负荷，而只能在较低水平下勉强运行。
而厌氧能否正常启动和运行的重点，又是厌氧污泥的保有量。高的厌氧污泥浓度，直接决定了高的处理负荷和处理效率。而化工废水的低可生化性的特点，又严重的抑制了厌氧污泥的形成和生长。可以说，化工污水厌氧反应器能否正常运行的关键在于，高污泥浓度环境的形成。
已经公开授权的实用新型专利《处理高浓度化工污水厌氧反应器》(专利号：ZL2009 2 0066692.4)，通过对传统厌氧反应器的进水、回流、布水、三相分离装置的改进，实现了大幅度提高污泥浓度的目的。在相当程度上解决了厌氧反应器在化工废水上使用效果较差的问题，但从一段时间的运行效果上看，在反应器内污泥浓度达到一定程度后(大于20g/L)时，由于化工污水的特性，造成反应器内的厌氧污泥开始大量流失，无法进一步提高厌氧污泥浓度。
如图2所示，在改进的厌氧反应器中，高浓度有机污水在传统混合罐1中与回流装置2的回流混合液进行混合，混合后污水通过压力平衡装置3进入布水装置4。污水经布水装置布水后形成上升流，在布水装置4与三相分离器6和剩余污泥收集装置7间，在厌氧填料层5上形成高浓度厌氧污泥层。
三相分离器6与填料层5间有明显的上升流速差，其差值为回流水量。通过控制回流流量这种方式，来实现在反应区形成高上升流速区域，使污泥与水充分搅拌混合。而在需要低速分离污泥的三相分离器6区域，又大幅度的降低上升流速，从而达到高效分离污泥的目的。从而在一定程度上保证了大量的厌氧污泥留在反应器中。
低速上升的污泥、污水和甲烷气进入三相分离器6，在此进行泥、水、气的三相分离，分离后的污水通过出水收集装置4排至池外，甲烷气体经排气装置8排入大气，分离后厌氧污泥回落至悬浮污泥层。这种改进型厌氧反应装置，大幅度提高了厌氧反应装置内的污泥浓度，但通过长期运行，发现仍存在以下几个问题：
1、在化工污水环境下，厌氧污泥一般比较分散，污泥密度较小，在水中的沉降速度较慢，为取得较好的泥水分离效果，必须降低三相分离器区域的上升流速，提高区域高度，这就造成反应器有效反应容积降低，为保证处理负荷，只有增加反应器总体容积，造成装置投资增加；
2、由于厌氧反应器容积的增加，为保证反应区域的上升流速，必须大幅度增加回流量，造成能耗的增加；
3、在厌氧反应器内污泥浓度超过20g/L后，即使通过以上方法，仍无法保证有效的泥水分离，造成反应器内污泥浓度无法进一步提高，并且出水带泥，厌氧污泥流失较严重。整个反应器的处理效率无法进一步提高；
4、在进水出现较高冲击负荷后，厌氧污泥性状变差，密度进一步变小，污泥流失进一步加剧，造成每次严格冲击负荷出现后，必须通过一段时间的污泥复苏，才能重新达到设计处理能力。这给系统的正常运行造成严重的影响；
5、由于大部分化工污水中含有一定量的硫酸根，在厌氧环境下，极易形成硫化氢气体，通过原有水封装置不足以将其全部吸收处理，造成部分硫化氢气体外溢。
因此，为了解决上述问题进行了一系列改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高浓度化工污水厌氧处理设备，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。
一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于，设备包括：反应装置、气水处理系统、气水分离装置、气体洗涤脱硫设备、混合罐和布水系统，所述反应装置通过排气孔与气体洗涤脱硫设备连接，所述反应装置通过回流管与气水处理系统连接，所述气水处理系统与反应装置、气体洗涤脱硫设备、气水分离装置和混合罐连接，所述混合罐与入水口连接，所述混合罐与气水处理系统和布水系统连接；
其中，所述气水处理系统包括：气水混合装置、混合液循环泵、内压式错流超滤分离膜管组件和不锈钢筛网，所述气水混合装置与反应装置和气体洗涤脱硫设备连接，所述混合液循环泵的一端与气水混合装置连接，所述混合液循环泵的另一端与内压式错流超滤分离膜管组件连接，所述内压式错流超滤分离膜管组件与气水分离装置和混合罐连接，所述不锈钢筛网设于气水混合装置内，通过气水分离装置传来的气体和反应装置回流的回流液进行充分混合后，通过混合液循环泵增压后，进入内压式错流超滤分离膜管组件，混合液在膜管内部流动，分离后混合流回流至反应装置的底部布水系统，分离后清液进入气水分离装置；
所述反应装置包括：本体、混合液回流装置、填料层、回流管和排气孔，所述混合液回流装置、填料层、回流管和排气孔设于本体内，所述填料层设于混合液回流装置的下方，所述回流管的一端与混合液回流装置连接，所述回流管的另一端与气水处理系统连接，所述排气孔与气体洗涤脱硫设备连接，混合液回流装置通过回流管接入气水处理系统的气水混合装置，回流管内设置目不锈钢筛网，可阻挡大块悬浮物进入后续分离装置，同时利用多层交错设置的筛网，起到强化气水混合的目的，相应的气水混合比例控制在2:1～3:1范围内，具有最佳混合效果；
所述反应装置的顶部空间充满含有硫化氢的甲烷气，经管管收集后，由混合液循环泵提升的吸程负压，将气体抽吸至气体洗涤脱硫设备，装置内注入碱液，碱液高度由循环泵总扬程计算确定，取300～500mm，同时兼起液封作用，气体中的硫化氢在此被吸收，碱液的排放和补充由内置pH计自动进行，通过调整碱液高度，实现反应装置顶部空间压力小于大气压，负压运行，有利于污水中气体的释放；
所述气水分离装置包括：气水分离罐、气口、入水口和出水管，所述气水分离罐的内壁两端与入水口和出水管连接，所述气口设于气水分离罐的顶端，分离后清液在气水分离装置内，实现进一步的气水分离，以保证甲烷气与污水的完全分离，分离后清液进入后续处理装置，分离后气体通过阀门调节，一部分回流补充至气水混合装置，剩余甲烷气通过气口外排处理；
进一步，所述内压式错流超滤分离膜管组件内部的混合液流动速率控制在2.0～4.0m/s。
进一步，所述内压式错流超滤分离膜管组件的内径控制在8～10mm，具有最佳分离效果。
进一步，所述内压式错流超滤分离膜管组件的膜分离孔径0.2～0.4μm，在此孔径下，可完全实现截留厌氧污泥的目的，过小的孔径，将大幅度提高能耗和清洗频率。
进一步，所述内压式错流超滤分离膜管组件在混合液污泥浓度50～70g/L的条件下，所述内压式错流超滤分离膜管组件的膜通量控制在90～60L/(m2.h)的条件下为最经济运行参数。
进一步，所述内压式错流超滤分离膜管组件的分离水量与回流水量比值控制在1:40～1:60之间。
本发明的有益效果：
1、完全取消三相分离器，大幅度降低厌氧反应器高度，减少反应装置投资，提高反应装置的有效使用容积；
2、通过气体洗涤装置，去除气体中的硫化氢气体，防止产生二次污染。处理后甲烷气体纯度高；
3、通过气液混合装置，将系统产生的甲烷气体部分混合进分离装置，提高内压式错流超滤分离膜管组件的剪切力，防止膜管堵塞；
4、泥、水、气三相分离彻底，可将厌氧污泥完全阻隔在反应装置内，污泥浓度可由原来的20g/L提高至最高70g/L的水平，大大提高反应器的处理效率；
5、厌氧反应器启动速度快，污泥浓度提升迅速；
6、利用循环泵的吸程负压，将厌氧装置顶部及部分外排气吸入气液混合装置，整个装置的含硫化氢气体在负压下流动，不会外溢入大气，造成二次污染；
7、由于混合分离装置与反应器完全分离，特别适合原有运行效果较差的厌氧及缺氧池的改造，在不改变原有池体结构的前提下，大幅度提高原有装置的处理能力；
8、抗冲击负荷能力强，特别适合高浓度化工污水处理的使用。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为旧处理设备的结构图。
附图标记：
反应装置100、本体110、混合液回流装置120、填料层130、回流管140和排气孔150。
气水处理系统200、气水混合装置210、混合液循环泵220、内压式错流超滤分离膜管组件230和不锈钢筛网240。
气水分离装置300、气水分离罐310、气口320、入水口330和出水管340。
气体洗涤脱硫设备400、混合罐500和布水系统600。
传统混合罐1、回流装置2、压力平衡装置3、布水装置4、厌氧填料层5、三相分离器6、剩余污泥收集装置7和排气装置8。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1为本发明的结构图。图2为旧处理设备的结构图。
如图1所示，一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其中设备包括：反应装置100、气水处理系统200、气水分离装置300、气体洗涤脱硫设备400、混合罐500和布水系统600，反应装置100通过排气孔与气体洗涤脱硫设备400连接，反应装置100通过回流管与气水处理系统200连接，气水处理系统200与反应装置100、气体洗涤脱硫设备400、气水分离装置300和混合罐500连接，混合罐500与入水口连接，混合罐500与气水处理系统200和布水系统600连接。
其中，气水处理系统200包括：气水混合装置210、混合液循环泵220、内压式错流超滤分离膜管组件230和不锈钢筛网240，气水混合装置210与反应装置100和气体洗涤脱硫设备400连接，混合液循环泵220的一端与气水混合装置210连接，混合液循环泵220的另一端与内压式错流超滤分离膜管组件230连接，内压式错流超滤分离膜管组件230与气水分离装置300和混合罐500连接，不锈钢筛网240设于气水混合装置210内，通过气水分离装置300传来的气体和反应装置100回流的回流液进行充分混合后，通过混合液循环泵220增压后，进入内压式错流超滤分离膜管组件230，混合液在膜管内部流动，分离后混合流回流至反应装置100的底部布水系统600，分离后清液进入气水分离装置300。
反应装置100包括：本体110、混合液回流装置120、填料层130、回流管140和排气孔150，混合液回流装置120、填料层130、回流管140和排气孔150设于本体内，填料层设于混合液回流装置120的下方，回流管140的一端与混合液回流装置120连接，回流管140的另一端与气水处理系统200连接，排气孔150与气体洗涤脱硫设备400连接，混合液回流装置120通过回流管140接入气水处理系统200的气水混合装置210，回流管140内设置80目不锈钢筛网240，可阻挡大块悬浮物进入后续分离装置，同时利用多层交错设置的筛网，起到强化气水混合的目的，相应的气水混合比例控制在2:1～3:1范围内，具有最佳混合效果。
反应装置100的顶部空间充满含有硫化氢的甲烷气，经管道收集后，由混合液循环泵220提升的吸程负压，将气体抽吸至气体洗涤脱硫设备400，装置内注入碱液，碱液高度由循环泵总扬程计算确定，取300～500mm，同时兼起液封作用，气体中的硫化氢在此被吸收，碱液的排放和补充由内置pH计自动进行，通过调整碱液高度，实现反应装置100顶部空间压力小于大气压，负压运行，有利于污水中气体的释放。
气水分离装置300包括：气水分离罐310、气口320、入水口330和出水管340，气水分离罐310的内壁两端与入水口330和出水管340连接，气口320设于气水分离罐310的顶端，分离后清液在气水分离装置300内，实现进一步的气水分离，以保证甲烷气与污水的完全分离，分离后清液进入后续处理装置，分离后气体通过阀门调节，一部分回流补充至气水混合装置210，剩余甲烷气通过气口320外排处理。
内压式错流超滤分离膜管组件230内部的混合液流动速率控制在2.0～4.0m/s。
内压式错流超滤分离膜管组件230的内径控制在8～10mm，具有最佳分离效果。
内压式错流超滤分离膜管组件230的膜分离孔径0.2～0.4μm，在此孔径下，可完全实现截留厌氧污泥的目的，过小的孔径，将大幅度提高能耗和清洗频率。
内压式错流超滤分离膜管组件230在混合液污泥浓度50～70g/L的条件下，内压式错流超滤分离膜管组件230的膜通量控制在90～60L/(m2.h)的条件下为最经济运行参数。
内压式错流超滤分离膜管组件230的分离水量与回流水量比值控制在1:40～1:60之间。
与传统的处理设备相比，本发明取消厌氧装置内三相分离器，将厌氧反应器高度降低20％，整个装置为完全混合反应器，大幅度降低装置投资，提高反应器的有效容积。
通过气体洗涤脱硫设备400装置，可将硫化氢对环境的污染降至最低。
通过增加气水混合装置210，实现了整个厌氧反应器在负压条件下运行，防止了硫化氢气体的外溢。
通过使用内压式错流超滤分离膜管组件230，可完全防止厌氧污泥的流失。
从实际角度出发，对于精细化工中高浓度醋酸生产污水处理，本实施例中选取了一种N-甲基己内酰胺生产混合污水，污水主要污染物为醋酸盐、二异丁烯及反应副产物，其中硫酸根离子平均浓度小于2500.00mg/L、氨氮浓度小于100.00mg/L、总氮浓度小于1500.00mg/L、CODCr平均浓度43000.00～55000.00mg/L。
原厌氧反应装置采用常规UASB，由于进水有机物浓度过高，且存在醋酸盐生成弱酸环境，系统长期无法提高至设计负荷，且出水大量带泥。无法保持稳定的厌氧污泥浓度。
经过本发明处理后出水CODCr平均浓度稳定保持在2500.00mg/L以下。同时，污泥浓度稳定保持在70g/L。系统可以完全稳定运行在8.0～10.0kgCODCr/(m3·d)的有机负荷水平。厂内多次设备检修所排放的具有冲击负荷的污水对装置没有构成威胁。
实施例2
从实际角度出发，对于精细化工中高浓度醋酸生产污水处理，本实施例中选取了一种N生产抗肿瘤、造影剂、麻醉剂等的化学合成原料药污水，厂区污水主要以工业污水为主，有部分食堂生活污水，废水污染因子：CODCr、pH、总氮、总P、TDS，主要成分有乙醇、丙酮、甲醇、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、三乙胺盐酸盐、甲苯、DMSO、石油醚、DMF、乙二醇二甲醚、乙腈、DMAc、聚乙二醇、氨水、盐酸等。其中硫酸根离子平均浓度小于2500.00mg/L、氨氮浓度小于100.00mg/L、总氮浓度小于1500.00mg/L、CODCr平均浓度6000-10000mg/L。
原厌氧反应装置采用常规UASB，设计CODCr负荷6.0kgCODCr/(m3·d)，系统长期无法提高至设计负荷，且出水大量带泥。无法保持稳定的厌氧污泥浓度。
经过本发明处理后出水CODCr平均浓度稳定保持在1500.00mg/L以下。同时，污泥浓度稳定保持在70g/L。系统可以完全稳定运行在8.0kgCODCr/(m3·d)的有机负荷水平。厂内多次设备检修所排放的具有冲击负荷的污水对装置没有构成威胁
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (6)

1.一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于，包括：反应装置(100)、气水处理系统(200)、气水分离装置(300)、气体洗涤脱硫设备(400)、混合罐(500)和布水系统(600)，所述反应装置(100)通过排气孔与气体洗涤脱硫设备(400)连接，所述反应装置(100)通过回流管与气水处理系统(200)连接，所述气水处理系统(200)与反应装置(100)、气体洗涤脱硫设备(400)、气水分离装置(300)和混合罐(500)连接，所述混合罐(500)与入水口连接，所述混合罐(500)与气水处理系统(200)和布水系统(600)连接；
其中，所述气水处理系统(200)包括：气水混合装置(210)、混合液循环泵(220)、内压式错流超滤分离膜管组件(230)和不锈钢筛网(240)，所述气水混合装置(210)与反应装置(100)和气体洗涤脱硫设备(400)连接，所述混合液循环泵(220)的一端与气水混合装置(210)连接，所述混合液循环泵(220)的另一端与内压式错流超滤分离膜管组件(230)连接，所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)与气水分离装置(300)和混合罐(500)连接，所述不锈钢筛网(240)设于气水混合装置(210)内，通过气水分离装置(300)传来的气体和反应装置(100)回流的回流液进行充分混合后，通过混合液循环泵(220)增压后，进入内压式错流超滤分离膜管组件(230)，混合液在膜管内部流动，分离后混合流回流至反应装置(100)的底部布水系统(600)，分离后清液进入气水分离装置(300)；
所述反应装置(100)包括：本体(110)、混合液回流装置(120)、填料层(130)、回流管(140)和排气孔(150)，所述混合液回流装置(120)、填料层(130)、回流管(140)和排气孔(150)设于本体内，所述填料层设于混合液回流装置(120)的下方，所述回流管(140)的一端与混合液回流装置(120)连接，所述回流管(140)的另一端与气水处理系统(200)连接，所述排气孔(150)与气体洗涤脱硫设备(400)连接，混合液回流装置(120)通过回流管(140)接入气水处理系统(200)的气水混合装置(210)，回流管(140)内设置80目不锈钢筛网(240)，可阻挡大块悬浮物进入后续分离装置，同时利用多层交错设置的筛网，起到强化气水混合的目的，相应的气水混合比例控制在2:1～3:1范围内，具有最佳混合效果；
所述反应装置(100)的顶部空间充满含有硫化氢的甲烷气，经管道收集后，由混合液循环泵(220)提升的吸程负压，将气体抽吸至气体洗涤脱硫设备(400)，装置内注入碱液，碱液高度由循环泵总扬程计算确定，取300～500mm，同时兼起液封作用，气体中的硫化氢在此被吸收，碱液的排放和补充由内置pH计自动进行，通过调整碱液高度，实现反应装置(100)顶部空间压力小于大气压，负压运行，有利于污水中气体的释放；
所述气水分离装置(300)包括：气水分离罐(310)、气口(320)、入水口(330)和出水管(340)，所述气水分离罐(310)的内壁两端与入水口(330)和出水管(340)连接，所述气口(320)设于气水分离罐(310)的顶端，分离后清液在气水分离装置(300)内，实现进一步的气水分离，以保证甲烷气与污水的完全分离，分离后清液进入后续处理装置，分离后气体通过阀门调节，一部分回流补充至气水混合装置(210)，剩余甲烷气通过气口(320)外排处理。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于：所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)内部的混合液流动速率控制在2.0～4.0m/s。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于：所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)的内径控制在8～10mm，具有最佳分离效果。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于：所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)的膜分离孔径0.2～0.4μm，在此孔径下，可完全实现截留厌氧污泥的目的，过小的孔径，将大幅度提高能耗和清洗频率。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于：所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)在混合液污泥浓度50～70g/L的条件下，所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)的膜通量控制在90～60L/(m2.h)的条件下为最经济运行参数。
6.根据权利要求1所述的一种高浓度化工污水厌氧处理设备，其特征在于：所述内压式错流超滤分离膜管组件(230)的分离水量与回流水量比值控制在1:40～1:60之间。
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