CN107540147A - 纤维素制乙醇的废水处理系统和废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维素制乙醇的废水处理系统和废水处理方法，所述纤维素制乙醇的废水处理系统包括沿废水处理工艺方向依次连接的厌氧发酵反应装置、高负荷曝气池、脱氮反应器、除磷反应器和深度处理系统，其中，所述厌氧发酵反应装置包括厌氧发酵罐体、气提管和供气管，所述厌氧发酵罐体内具有厌氧反应室，所述厌氧反应室具有废水进口、出水口和排气口，所述气提管设在所述厌氧反应室内，所述气提管的上端具有出气口且所述气提管的下端具有进气口，所述供气管与所述气提管的进气口相连，用于向所述气提管内供给用于气提的气体。根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统具有结构简单、成本低、COD和氮磷处理效果好等优点。

Description

纤维素制乙醇的废水处理系统和废水处理方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种纤维素制乙醇的废水处理系统和纤维素制乙醇的废水处理方法。

背景技术

传统的乙醇制造工艺方法，采用玉米、木薯(即淀粉)通过发酵等制得乙醇，废水的COD(有机污染物)通常在2千至3千之间，处理容易。但由于玉米、木薯成本较高，原料有限，该种乙醇制造工艺方法已被禁止。

为此，相关技术中提出了以稻草、秸秆(纤维素)为原料制造乙醇的工艺方法，对于稻草、秸秆而言，其内部的纤维素由外部木质素包覆，因此首先需通过高温高压或硫酸将外层的木质素爆破，露出内部的纤维素后进行糖化制乙醇，废水的COD通常在5万至9万之间，处理相对困难，废水处理设备的结构复杂且成本较高，COD处理效果不佳，存在改进的需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种纤维素制乙醇的废水处理系统，该纤维素制乙醇的废水处理系统具有结构简单、成本低、COD处理效果好等优点。

本发明还提出一种能够简化系统结构、降低成本、提高COD处理效果的纤维素制乙醇的废水处理方法。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种纤维素制乙醇的废水处理系统，所述纤维素制乙醇的废水处理系统包括：沿废水处理工艺方向依次连接的厌氧发酵反应装置、高负荷曝气池、脱氮反应器、除磷反应器和深度处理系统，其中，所述厌氧发酵反应装置包括厌氧发酵罐体、气提管和供气管，所述厌氧发酵罐体内具有厌氧反应室，所述厌氧反应室具有废水进口、出水口和排气口，所述气提管设在所述厌氧反应室内，所述气提管的上端具有出气口且所述气提管的下端具有进气口，所述供气管与所述气提管的进气口相连，用于向所述气提管内供给用于气提的气体。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统具有结构简单、成本低、COD处理效 果好等优点。

另外，根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述气提管的下端邻近所述厌氧反应室的底部且所述气提管的上端延伸到所述厌氧反应室的上部，所述出水口设在所述厌氧反应室的上部且高于所述气提管的上端。

根据本发明的一个实施例，所述气提管的上端面敞开以形成所述出气口，所述气提管的下端面敞开以形成所述进气口。

根据本发明的一个实施例，所述气提管包括沿竖直方向延伸的直管段和与所述直管段的上端相连的弧形段，所述出气口的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角大于等于零度且小于180度。

根据本发明的一个实施例于，所述弧形段为倒U形，所述出气口的开口方向竖直向下。

根据本发明的一个实施例，所述气提管为多个且在水平面内间隔设置。

根据本发明的一个实施例，所述厌氧发酵反应装置还包括：沉淀分离器，所述沉淀分离器设在所述厌氧反应室内且位于所述气提管上方，所述沉淀分离器具有与所述出水口相连的分离器出水口且所述出水口与所述高负荷曝气池相连。

根据本发明的一个实施例，所述沉淀分离器包括：箱体，所述箱体内形成有脱气沉淀腔，所述脱气沉淀腔的底部具有污泥出口，所述脱气沉淀腔的下部的横截面积沿从上向下的方向逐渐减小；隔板，所述隔板设在所述脱气沉淀腔的上部，所述隔板将所述脱气沉淀腔的上部分隔成脱气区和沉淀区，所述脱气区的底部与所述沉淀区的底部连通以便废水从所述厌氧反应室溢流到所述脱气区内进而从所述脱气区的底部流到所述沉淀区内；沉淀斜板，所述沉淀斜板设在所述沉淀区内；溢流堰，所述溢流堰设在所述沉淀区内且所述溢流堰形成具有所述分离器出水口的溢流槽。

根据本发明的一个实施例，与所述隔板限定出所述脱气区的箱体部分的上沿低于所述隔板的上沿以及与所述隔板限定出所述沉淀区的箱体部分的上沿。

根据本发明的一个实施例，所述箱体为长方体，所述箱体的下部的第一纵侧壁的下端向下延伸超过所述箱体的下部的第二纵侧壁的下端，且所述第一纵侧壁的下端与所述第二纵侧壁的下端在上下方向上重叠。

根据本发明的一个实施例，所述厌氧发酵反应装置还包括：沉淀分离器，所述沉淀分离器设在所述厌氧发酵罐体外且所述出水口通过所述沉淀分离器与所述高负荷曝气池相连，所述沉淀分离器包括：箱体，所述箱体内形成脱气沉淀腔，所述脱气沉淀腔具有进口、分离器出水口和污泥出口，所述进口与所述出水口连通，所述分离器出水口与所述高负荷 曝气池相连，所述脱气沉淀腔的下部形成为横截面积沿从上向下的方向逐渐减小的至少一个锥形腔，所述污泥出口形成在所述锥形腔的底部；沉淀斜板，所述沉淀斜板设在所述脱气沉淀腔内；溢流堰，所述溢流堰设在所述脱气沉淀腔内且所述溢流堰内形成有与所述分离器出水口连通的溢流槽。

根据本发明的一个实施例，所述厌氧发酵反应装置还包括：消能器，所述消能器连接在所述厌氧反应室的出水口与所述脱气沉淀腔的进口之间。

根据本发明的一个实施例，所述厌氧发酵反应装置还包括：用于将从所述污泥出口排出的污泥返回到所述厌氧反应室内的污泥回流管，所述污泥回流管的一端与所述厌氧反应室连通,所述污泥出口通过污泥排出管与所述污泥回流管相连，所述污泥回流管上设有污泥回流泵。

根据本发明的一个实施例，所述厌氧发酵反应装置还包括：水封罐，所述厌氧发酵罐体的顶部设有安全气口，所述安全气口与所述水封罐相连。

根据本发明的一个实施例，所述脱氮反应器包括彼此连接的厌氧氨氧化反应器和缺氧好氧反应池。

根据本发明的一个实施例，所述除磷反应器包括：混凝反应池，所述混凝反应池内具有与所述脱氮反应器相连的除磷反应腔和与所述除磷反应腔相连的除磷絮凝腔，所述除磷反应腔内设有除磷快搅拌机且所述除磷絮凝腔内设有除磷慢搅拌机；除磷沉淀池，所述除磷沉淀池分别与所述除磷絮凝腔和所述深度处理系统相连，所述除磷沉淀池内设有除磷斜板沉淀器和除磷刮泥机。

根据本发明的一个实施例，所述除磷反应器还包括：硫酸铁溶液罐，所述硫酸铁溶液罐与所述除磷反应腔相连；除磷絮凝剂罐，所述除磷絮凝剂罐与所述除磷絮凝腔相连。

根据本发明的一个实施例，所述深度处理系统包括沿所述废水处理工艺方向依次相连的多组芬顿反应装置，每组芬顿反应装置包括芬顿反应池和芬顿沉淀池。

根据本发明的一个实施例，每个所述芬顿反应池内具有沿所述废水处理工艺方向依次连通的多个芬顿反应腔和芬顿絮凝腔，每个所述芬顿反应腔内设有芬顿快搅拌机且所述芬顿絮凝腔内设有芬顿慢搅拌机，每个所述芬顿沉淀池内设有芬顿斜板沉淀器和芬顿刮泥机。

根据本发明的一个实施例，所述深度处理系统还包括：砂滤器，所述砂滤器沿所述废水处理工艺方向上与最后一个所述芬顿沉淀池相连；空气储罐，所述空气储罐与所述砂滤器相连。

根据本发明的一个实施例，多个所述芬顿反应池包括一级芬顿反应池和二级芬顿反应池，多个所述芬顿沉淀池包括一级芬顿沉淀池和二级芬顿沉淀池，所述一级芬顿反应池、所述一级芬顿沉淀池、所述二级芬顿反应池和所述二级芬顿沉淀池沿所述废水处理工艺方 向依次连接。

根据本发明的一个实施例，所述深度处理系统还包括：硫酸储罐，所述硫酸储罐与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连；硫酸亚铁溶液罐，所述硫酸亚铁溶液罐与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连；双氧水储罐，所述双氧水储罐与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连；芬顿絮凝剂罐，所述芬顿絮凝罐与每个所述芬顿反应池的芬顿絮凝腔相连。

根据本发明的一个实施例，所述除磷反应器和所述深度处理系统共用同一絮凝剂罐。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种纤维素制乙醇的废水处理方法，所述废水处理方法包括以下步骤：

A：在厌氧环境下对废水进行生物降解；

B：对厌氧生物降解后的废水进行曝气；

C：对曝气后的废水进行脱氮；

D：对脱氮后的废水进行除磷；

E：对除磷后的废水进行深处处理，以进一步去除无法生物降解的有机污染物。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理方法能够简化系统结构、降低成本、提高COD处理效果。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤A中，通入由下至上流动的压缩沼气，以使废水和污泥充分接触。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤A中，对生物降解后的废水进行脱气沉淀分离，对经脱气沉淀分离后的废水进行所述步骤B。

根据本发明的一个实施例，所述步骤C包括以下子步骤：

C1：对曝气后的废水进行厌氧氨氧化反应；

C2：在缺氧环境下对经过厌氧氨氧化反应后的废水进行反硝化反应；

C3：在好氧环境下对经过反硝化反应的废水进行硝化反应。

根据本发明的一个实施例，所述步骤D包括以下子步骤：

D1：对经过脱氮后的废水进行除磷混凝；

D2：对经过除磷混凝后的废水进行脱气沉淀分离。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤D1中，添加硫酸铁进行搅拌，再添加絮凝剂进行搅拌。

根据本发明的一个实施例，所述步骤E包括以下子步骤：

E1：对脱氮后的废水进行一级芬顿反应；

E2：对经过一级芬顿反应的废水进行一级脱气沉淀分离；

E3：对一级脱气沉淀分离后的废水进行二级芬顿反应；

E4：对经过二级芬顿反应后的废水进行二级脱气沉淀分离；

E5：对经过二级脱气沉淀分离后的废水进行砂滤。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤E1和所述步骤E4中分别添加硫酸、硫酸亚铁和双氧水进行搅拌，再添加絮凝剂进行搅拌。

附图说明

图1是根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的厌氧发酵反应装置的结构示意图。

图3是根据本发明第一可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的结构示意图。

图4是根据本发明第一可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的厌氧发酵反应装置的结构示意图。

图5是根据本发明第一可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的厌氧发酵反应装置的沉淀分离器结构示意图。

图6是根据本发明第二可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的结构示意图。

图7是根据本发明第二可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的厌氧发酵反应装置的结构示意图。

图8是根据本发明第三可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的结构示意图。

图9是根据本发明第三可选实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统的厌氧发酵反应装置的结构示意图。

附图标记：

纤维素制乙醇的废水处理系统1、

厌氧发酵反应装置10、高负荷曝气池30、脱氮反应器40、除磷反应器50、深度处理系统60、

厌氧发酵罐体100、厌氧反应室110、废水进口111、出水口112、排气口113、安全气口114、污泥排放口115、污泥排放阀和/或污泥排放泵116、供料泵117、气体控制阀118、

气提管200、直管段210、进气口211、弧形段220、出气口221、

供气管300、

沉淀分离器400、箱体410、脱气沉淀腔411、污泥出口412、分离器出水口413、第一纵侧壁414、第二纵侧壁415、进口416、隔板420、脱气区421、沉淀区422、沉淀斜板 430、溢流堰440、溢流槽441、

消能器500、

污泥回流管600、污泥回流泵610、

污泥排出管700、

水封罐800、

厌氧氨氧化反应器2100、缺氧好氧反应池2200、

混凝反应池3100、除磷反应腔3110、除磷絮凝腔3120、除磷快搅拌机3111、除磷慢搅拌机3112、除磷沉淀池3200、除磷斜板沉淀器3210、除磷刮泥机3220、硫酸铁溶液罐3300、除磷絮凝剂罐3400、

芬顿反应装置4100、一级芬顿反应池4110、二级芬顿反应池4120、芬顿反应腔4111、芬顿絮凝腔4112、芬顿快搅拌机4113、芬顿慢搅拌机4114、一级芬顿沉淀池4130、二级芬顿沉淀池4140、芬顿斜板沉淀器4131、芬顿刮泥机4132、砂滤器4200、空气储罐4300、硫酸储罐4400、硫酸亚铁溶液罐4500、双氧水储罐4600、芬顿絮凝剂罐4700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

随着采用玉米、木薯(即淀粉)制造乙醇的工艺方法被禁止，以稻草、秸秆(纤维素)为原料制造乙醇的工艺方法得到越来越广泛的应用，但纤维素制乙醇相比传统的淀粉制乙醇，废水中的COD从2千至3千上升到5万至9万，废水处理的难度也相应增高。

相关技术中的纤维素制乙醇的废水处理系统，不仅COD处理效果有限，无法将废水中的COD处理到100mg/L以下，而且工序繁琐，系统构成复杂，成本较高。

具体地，对于纤维素制乙醇的废水处理工艺而言，厌氧发酵净化为必要的工序，通过该工序在厌氧生物的作用下对废水中的有机污染物进行降解。

现有的厌氧发酵反应装置通常设有气浮结构，例如在厌氧反应室内部设置上下两端敞开的管体，并且管体内设置电机以及与电机相连的搅拌元件，搅拌元件在电机的驱动下旋转并向下推动水流，以在管体内形成向下的水流，由此，厌氧反应室内的废水与污泥的混合物从管体上端进入并从厌氧发酵罐体下端流出，形成循环。

此外，现有的厌氧发酵反应装置还通常在厌氧反应室内设置浮选室，且浮选室的上下两端分别设有由电机驱动的清洁元件，以避免不可溶解的淤浆从厌氧发酵反应装置排出。

本发明的发明人通过研究和实验发现，上述厌氧装置各自存在一些问题，限制了它们的应用。

例如，设有气浮结构的厌氧发酵反应装置，搅拌范围小、搅拌效果差，影响COD处理效果，而设有浮选室的厌氧发酵反应装置，容易被堵塞，影响COD处理的稳定性，并且，上述气浮结构和浮选室均需配备电机以及搅拌元件或清洁元件，导致厌氧发酵反应装置的结构复杂、成本较高。

考虑到相关技术中的纤维素制乙醇废水处理技术状况，本发明提出了一种结构简单、成本低、COD处理效果好的纤维素制乙醇的废水处理系统1。

下面参考附图描述根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1。

如图1-图9所示，根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1包括厌氧发酵反应装置10、高负荷曝气池30、脱氮反应器40、除磷反应器50和深度处理系统60。

厌氧发酵反应装置10、高负荷曝气池30、脱氮反应器40、除磷反应器50和深度处理系统60沿废水处理工艺方向依次连接。

其中，厌氧发酵反应装置10包括厌氧发酵罐体100、气提管200和供气管300。厌氧发酵罐体100内具有厌氧反应室110，厌氧反应室110具有废水进口111、出水口112和排气口113。气提管200管设在厌氧反应室110内，气提管200的上端具有出气口221，且气提管200的下端具有进气口211。供气管300与气提管200的进气口211相连，用于向气提管200内供给用于气提的气体。该用于气提的气体可以为缺氧气体或惰性气体，优选为沼气。

本领域的技术人员可以理解地是，废水处理工艺方向是指，在废水处理的全部工序中，沿各工序的排列次序，废水从第一道工序依次至最后一道工序的流动方向，即沿“厌氧发酵反应装置10→高负荷曝气池30→脱氮反应器40→除磷反应器50→深度处理系统60”的方向。

下面参考附图描述根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1的废水处理过程。

废水由废水进口111进入厌氧反应室110，供气管300向气提管200供气，厌氧反应室110内形成厌氧环境，同时，气提管200通过向厌氧反应室110内输出提升气体，起到搅拌废水和厌氧污泥的作用，由此，厌氧反应室110内的废水与厌氧污泥迅速混合，废水与厌氧污泥的剧烈接触使废水中的有机污染物降解，厌氧反应室110内多余的气体由排气口113排出，经厌氧发酵净化后的废水由出水口112流出厌氧反应室110并进入高负荷曝气池30，废水在高负荷曝气池30内进一步进行好氧生物降解，经好氧生物降解后的废水被输送至脱氮反应器40进行脱氮，脱氮后的废水进入除磷反应器50进行除磷，废水经除磷 后进入深度处理系统60，以进一步去除废水中无法生物降解的有机污染物。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1，通过设置沿废水处理工艺方向依次连接的厌氧发酵反应装置10、高负荷曝气池30、脱氮反应器40、除磷反应器50和深度处理系统60，能够将纤维素制乙醇废水中的COD处理到100mg/L以下。

并且，通过在厌氧发酵反应装置10内设置气提管200和供气管300，可以利用供气管300向气提管200内提供气体，且可以利用气提管200向厌氧反应室110内输出气体进行气提，由气提管200输出的气体能够搅拌厌氧反应室110内的废水和厌氧污泥的混合物，使废水和厌氧污泥充分、迅速接触，且搅拌范围大、搅拌效果好，能够大幅提高COD处理效果。

另一方面，通过设置气提管200，可以取消气浮结构以及气浮结构需配备的电机和搅拌元件，简化了厌氧发酵反应装置10的结构，降低了厌氧发酵反应装置10的成本。

此外，根据本发明实施例的厌氧发酵反应装置10取消了浮选室以及浮选室需配备的电机和清洁元件，进一步简化了厌氧发酵反应装置10的结构，并进一步降低了厌氧发酵反应装置10的成本。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1，具有结构简单、成本低、COD处理效果好等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1。

如图1-图9所示，根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1包括沿废水处理方向依次连接的厌氧发酵反应装置10、高负荷曝气池30、脱氮反应器40、除磷反应器50和深度处理系统60。

有利地，如图2、图4、图7和图9所示，气提管200的下端邻近厌氧反应室110的底部，且气提管200的上端延伸到厌氧反应室110的上部，出水口112设在厌氧反应室110的上部且高于气提管200的上端。供气管300提供的气体通过气提管200，由厌氧反应室110的底部被输送至厌氧反应室110的上部，并从出气口221输出以对厌氧反应室110内的废水和厌氧污泥混合物进行搅拌，由此，不仅可以便于供气管300向气提管200内提供气体，而且可以进一步提高气提管200的搅拌范围和搅拌效果，且由气提管200输出的气体不会干扰出水口112的出水。

可选地，如图2、图4、图5和图9所示，气提管200的上端面敞开以形成出气口221，气提管200的下端面敞开以形成进气口211，这样可以最大限度的增大进气口211和出气口221的有效流通面积，从而提高气提管200单位时间内气体的输出量。

在根据本发明的一些具体实施例中，如图2、图4、图7和图8所示，气提管200包括直管段210和弧形段220。直管段210沿竖直方向延伸，弧形段220与直管段210的上端 相连，出气口221的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α大于等于零度且小于180度，即0°≤α＜180°。

优选地，如图4和图9所示，弧形段220为倒U形，出气口221的开口方向竖直向下，换言之，α＝0°。这样由气提管200输出的气体从厌氧反应室110的上部向下搅拌废水和厌氧污泥的混合物，进一步提高了搅拌范围和搅拌效果，从而进一步提高厌氧发酵反应装置10的COD处理效果。

为了更进一步地提高废水与厌氧污泥混合的剧烈程度和速度，气提管200可以为多个，供气管300可以一个或多个且在厌氧反应室110的底部水平设置，多个气提管200在水平面内间隔设置且下端与同一供气管300相连或分别与多个供气管300相连。

在本发明的一些具体示例中，如图4所示，厌氧发酵反应装置10还包括沉淀分离器400，沉淀分离器400设在厌氧反应室110内且位于气提管200上方，沉淀分离器400具有与出水口112相连的分离器出水口413，出水口112与高负荷曝气池30相连。经厌氧发酵净化后的废水溢流到沉淀分离器400内，由此气体与水和厌氧污泥分离，分离后的气体由排气口113排出，然后，水与厌氧污泥分离，分离后的厌氧污泥从沉淀分离器400返回厌氧反应室110内循环使用，分离后的水分离器出水口413被输送至出水口112，排出厌氧反应室110并输送至高负荷曝气池30。

由此，可以在厌氧反应室110内利用沉淀分离器400先分离出气体、水和厌氧污泥，再将分离后的产物各自输送至不同的区域，提高出水的纯净。

具体而言，如图5所示，沉淀分离器400包括箱体410、隔板420、沉淀斜板430和溢流堰440。

箱体410内形成有脱气沉淀腔411，脱气沉淀腔411的底部具有污泥出口412，脱气沉淀腔411的下部的横截面积沿从上向下的方向逐渐减小。隔板420设在脱气沉淀腔411的上部，隔板420将脱气沉淀腔411的上部分隔成脱气区421和沉淀区422，脱气区421的底部与沉淀区422的底部连通以便废水从厌氧反应室110溢流到脱气区421内进而从脱气区421的底部流到沉淀区422内。沉淀斜板430设在沉淀区422内。溢流堰440设在沉淀区422内且溢流堰440形成具有分离器出水口413的溢流槽441。

下面参考图3描述沉淀分离器400对水、气体和厌氧污泥的分离过程。

经厌氧污泥降解后的水中夹带气体和厌氧污泥，夹带气体和厌氧污泥的水溢流至脱气沉淀腔411的脱气区421，其中气体从脱气区421逸出，由排气口113排出，完成气体分离。与气体分离后的夹带厌氧污泥的水由脱气区421的底部流向沉淀区422，此时厌氧污泥沉淀下沉并在脱气沉淀腔411下部倾斜的内壁的引导下至污泥出口412，由污泥出口412排出沉淀分离器400进入厌氧反应室110，继续用于废水降解，在脱气沉淀腔411内与厌 氧污泥分离后的水溢流至溢流堰440的溢流槽441内，并依次由分离器出水口413和出水口112排出厌氧反应室110，进行后续处理。厌氧污泥与水上升过程中，厌氧污泥在沉淀斜板430上沉降并滑落到脱气沉淀腔411底部，有助于厌氧污泥与水分离，至此，完成水、厌氧污泥和气体的分离。

有利地，如图5所示，与隔板420限定出脱气区421的箱体410的上沿低于隔板420的上沿以及与隔板420限定出沉淀区422的箱体410部分的上沿。换言之，箱体410的限定出脱气区421的部分的上沿，低于箱体410的限定出沉淀区422的部分上沿，且低于隔板420的上沿。溢流堰440的上沿可以与箱体410的限定出脱气区421的部分的上沿平齐或高于箱体410的限定出脱气区421的部分的上沿，并且溢流堰440的上沿低于箱体410的限定出沉淀区422的部分上沿以及隔板420的上沿。由此可以防止脱气区421内的水从上方溢流至沉淀区422，保证脱气区421内的水从脱气区421底部流至沉淀区422，进而使厌氧污泥充分分离，并且沉淀区422内的水通过溢流至溢流槽441内，避免了溢流槽441内的水中夹带厌氧污泥。

可选地，如图5所示，箱体410为长方体，箱体410的下部的第一纵侧壁414的下端向下延伸超过箱体410的下部的第二纵侧壁415的下端，且第一纵侧壁414的下端与第二纵侧壁415的下端在上下方向上重叠。由此可以有利地避免厌氧反应室110内的厌氧污泥通过污泥出口412进入沉淀分离器400的脱气沉淀腔411内。

例如，箱体410的四个纵向侧壁中，沿水平方向长度较长的两个纵向侧壁分别为第一纵侧壁414和第二纵侧壁415，第一纵侧壁414的下端和第二纵侧壁415的下端相对于第一纵侧壁414的上端和第二纵侧壁415的上端相互邻近，第一纵侧壁414的下端位于第二纵侧壁415的下端的下方，且第一纵侧壁414的下端和第二纵侧壁415的下端在水平面内的投影重叠，第一纵侧壁414的下端与第二纵侧壁415的下端之间的间隙构成污泥出口412，由此一方面可以保证脱气沉淀腔411内的厌氧污泥沉淀后能够通过污泥出口412顺利返回厌氧反应室110，且另一方面该污泥出口412的结构能够阻挡厌氧反应室110内的厌氧污泥从污泥出口412进入脱气沉淀腔411，保证沉淀分离器400的厌氧污泥分离效果。

在本发明的一些具体实施例中，如图7和图9所示，厌氧发酵反应装置10还包括沉淀分离器400，沉淀分离器400设在厌氧发酵罐体100外，出水口112通过沉淀分离器400与高负荷曝气池30相连，且沉淀分离器400包括箱体410、沉淀斜板430和溢流堰440。

箱体410内形成脱气沉淀腔411，脱气沉淀腔411具有进口416、分离器出水口413和污泥出口412，进口416与厌氧反应室110的出水口112连通，分离器出水口413与高负荷曝气池30相连，脱气沉淀腔411的下部形成至少一个锥形腔，每个锥形腔的横截面积沿从上向下的方向逐渐减小，污泥出口412形成在所述锥形腔的底部。沉淀斜板430设在脱 气沉淀腔411内。溢流堰440设在脱气沉淀腔411内，且溢流堰440内形成有与分离器出水口413连通的溢流堰440。

下面参考图4和图5描述沉淀分离器400对水、气体和厌氧污泥的分离过程。

由厌氧反应室110的出水口112流出的水中夹带气体和厌氧污泥，夹带气体和厌氧污泥的水通过进口416进入脱气沉淀腔411，其中气体从液面上方逸出并排出脱气沉淀腔411，完成气体分离。与气体分离后的水夹带厌氧污泥，其中厌氧污泥沉淀下沉并在脱气沉淀腔411下部锥形腔的内壁的引导下至污泥出口412，由污泥出口412排出脱气沉淀腔411，在脱气沉淀腔411内与厌氧污泥分离后的水溢流至溢流堰440的溢流槽441内，并由分离器出水口413排出脱气沉淀腔411，进行后续处理。厌氧污泥与水上升过程中，厌氧污泥在沉淀斜板430上沉降并滑落到脱气沉淀腔411底部的锥形腔，有助于厌氧污泥与水分离，至此，完成水、厌氧污泥和气体的分离。

由此，可以在厌氧反应室110外利用沉淀分离器400先分离出气体、水和厌氧污泥，再将分离后的产物各自输送至不同的区域，提高出水的纯净。

进一步地，如图7和图9所示，厌氧发酵反应装置10还包括消能器500，消能器500连接在厌氧反应室110的出水口112与脱气沉淀腔411的进口416之间。这样可以利用消能器500消耗和分散由厌氧发酵罐体100流出的水的能量，防止或减轻由厌氧发酵罐体100流出的水对沉淀分离器400的冲刷破坏。

有利地，如图7和图9所示，厌氧发酵反应装置10还包括污泥回流管600，污泥回流管600的一端与厌氧反应室110连通,脱气沉淀腔411的污泥出口412通过污泥排出管700与污泥回流管600相连，污泥回流管600上设有污泥回流泵610，从污泥出口412排出的厌氧污泥可以依次通过污泥排出管700和污泥回流管800返回厌氧反应室110，从而进行再利用。

可选地，对于外置的沉淀分离器400，可以采用水力旋流器或外置气浮装置代替。

在本发明的一些具体示例中，如图9所示，厌氧反应室110的下部具有污泥排放口115，污泥排放口115连接有污泥排放阀和/或污泥排放泵116，厌氧反应室110内多余的厌氧污泥可以通过污泥排放口115排出厌氧反应室110。

可选地，如图7和图9所示，废水进口111连接有供料泵117，以控制是否向厌氧反应室110输送废水以及向厌氧反应室110输送的废水量。如图1和图2所示，供气管300上设有位于厌氧反应室110外的气体控制阀118，以控制是否向气提管200供气以及向气提管200的供气量。

进一步地，废水进口111处的进水管可以连接有布水器，或在进水管上开设布水孔。

有利地，如图2、图4、图7和图8所示，厌氧发酵反应装置10还包括水封罐800，厌 氧发酵罐体100的顶部设有安全气口114，安全气口114与水封罐800相连。由此可以利用水封罐800隔绝空气，维持厌氧反应室110的压力，且可以起到阻火作用，此外还可以对沼气起到一定的净化效果。

可选地，也可以采用安全阀代替水封罐800。

在本发明的一些具体实施例中，如图1、图3、图6和图8所示，脱氮反应器40包括沿废水处理工艺方向依次连接的厌氧氨氧化反应器2100和缺氧好氧反应池2200。其中，厌氧氨氧化反应器2100与高负荷曝气池30相连，缺氧好氧反应池2200与除磷反应器50相连，由高负荷曝气池30流出的废水依次流经厌氧氨氧化反应器2100和缺氧好氧反应池2200进行脱氮处理。

在本发明的一些具体示例中，如图1、图3、图6和图8所示，除磷反应器50包括混凝反应池3100和除磷沉淀池3200。

混凝反应池3100内具有与脱氮反应器40相连的除磷反应腔3110和与除磷反应腔3110相连的除磷絮凝腔3120，除磷反应腔3110内设有除磷快搅拌机3111且除磷絮凝腔3120内设有除磷慢搅拌机3112。这里需要理解地是，除磷快搅拌机3111和除磷慢搅拌机3112的快慢是相对而言，即除磷快搅拌机3111的转速高于除磷慢搅拌机3112的转速。除磷沉淀池3200分别与除磷絮凝腔3120和深度处理系统60相连，除磷沉淀池3200内设有除磷斜板沉淀器3210和除磷刮泥机3220。由脱氮反应器40流出的废水依次流经除磷反应腔3110、除磷絮凝腔3120和除磷沉淀池3200，并进行除磷、絮凝和液固分离。

可选地，如图1、图3、图6和图8所示，除磷反应器50还包括硫酸铁溶液罐3300和除磷絮凝剂罐3400。硫酸铁溶液罐3300与除磷反应腔3110相连，用于向除磷反应腔3110供给硫酸铁溶液以进行除磷。除磷絮凝剂罐3400与除磷絮凝腔3120相连，用于向除磷絮凝腔3120供给絮凝剂。

本领域的技术人员需要理解地是，硫酸铁溶液罐3300也可以为用于储存其它能够使磷酸盐沉淀的化学物品的溶液罐，例如聚合硫酸铝溶液罐。

在本发明的一些具体实施例中，如图1、图3、图6和图8所示，深度处理系统60包括沿所述废水处理工艺方向依次相连的多组芬顿反应装置4100，每组芬顿反应装置4100包括芬顿反应池和芬顿沉淀池。由除磷反应器50流出的废水经过每组芬顿反应装置4100的芬顿反应池和芬顿沉淀池，进行芬顿氧化，以进一步去除废水中的无法生物降解的有机污染物。

具体而言，如图1、图3、图6和图8所示，每个所述芬顿反应池内具有沿所述废水处理工艺方向依次连通的多个芬顿反应腔4111和芬顿絮凝腔4112，每个芬顿反应腔4111内设有芬顿快搅拌机4113且芬顿絮凝腔4112内设有芬顿慢搅拌机4114。这里需要理解地是， 芬顿快搅拌机4113和芬顿慢搅拌机4114的快慢是相对而言，即芬顿快搅拌机4113的转速高于芬顿慢搅拌机4114的转速。每个所述芬顿沉淀池内设有芬顿斜板沉淀器4131和芬顿刮泥机4132。

举例而言，多个所述芬顿反应池包括一级芬顿反应池4110和二级芬顿反应池4120，多个所述芬顿沉淀池包括一级芬顿沉淀池4130和二级芬顿沉淀池4140，一级芬顿反应池4110、一级芬顿沉淀池4130、二级芬顿反应池4120和二级芬顿沉淀池4140沿所述废水处理工艺方向依次连接。其中，一级芬顿反应池4110和二级芬顿反应池4120中的每一个内均具有沿所述废水处理工艺方向依次连通的三个芬顿反应腔4111和一个芬顿絮凝腔4112，三个芬顿反应腔4111内分别设有芬顿快搅拌机4113且芬顿絮凝腔4112内设有芬顿慢搅拌机4114。一级芬顿沉淀池4130和二级芬顿沉淀池4140内分别设有芬顿斜板沉淀器4131和芬顿刮泥机4132。

进一步地，如图1、图3、图6和图8所示，深度处理系统60还包括砂滤器4200和空气储罐4300。砂滤器4200沿所述废水处理工艺方向上与最后一个所述芬顿沉淀池(例如二级芬顿沉淀池4140)相连。空气储罐4300与砂滤器4200相连。由沿所述废水处理工艺方向上的最后一个所述芬顿沉淀池(例如二级芬顿沉淀池4140)流出的水进入砂滤器4200，空气储罐4300向砂滤器4200供气以对砂滤器4200内的水进行滤砂，提高由深度处理系统60流出的水的纯净度。

可选地，如图1、图3、图6和图8所示，深度处理系统60还包括硫酸储罐4400、硫酸亚铁溶液罐4500、双氧水储罐4600和芬顿絮凝剂罐4700。

硫酸储罐4400与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔4111中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连，即硫酸储罐4400与一级芬顿反应池4110的第一个芬顿反应腔4111以及二级芬顿反应池4120的第一个芬顿反应腔4111相连，用于提供硫酸。硫酸亚铁溶液罐4500与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔4111中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连，即硫酸亚铁溶液罐4500与一级芬顿反应池4110的第一个芬顿反应腔4111以及二级芬顿反应池4120的第一个芬顿反应腔4111相连，用于提供硫酸亚铁。双氧水储罐4600与每个所述芬顿反应池的多个芬顿反应腔4111中的沿所述废水处理工艺方向上的第一个相连，即双氧水储罐4600与一级芬顿反应池4110的第一个芬顿反应腔4111以及二级芬顿反应池4120的第一个芬顿反应腔4111相连，用于提供双氧水。芬顿絮凝剂罐4700与每个所述芬顿反应池的芬顿絮凝腔4112相连，即芬顿絮凝剂罐4700与一级芬顿反应池4110的芬顿絮凝腔4112以及二级芬顿反应池4120的芬顿絮凝腔4112相连，用于提供絮凝剂。

有利地，如图1、图3、图6和图8所示，除磷反应器50和深度处理系统60共用同一絮凝剂罐，即除磷絮凝剂罐3400和芬顿絮凝剂罐4700可以为同一罐体。由此可以进一步 简化纤维素制乙醇的废水处理系统1的结构，进一步降低纤维素制乙醇的废水处理系统1的成本。

下面参考附图并结合上述纤维素制乙醇的废水处理系统1描述根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理方法，根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理方法包括以下步骤：

A：将废水输送至厌氧发酵反应装置10，在厌氧环境下对废水进行生物降解。

B：将由厌氧发酵反应装置10流出的废水输送至高负荷曝气池30，在高负荷曝气池30内对厌氧生物降解后的废水供氧曝气，进行好氧生物降解。

C：将由高负荷曝气池30流出的废水输送至脱氮反应器40，以在脱氮反应器40内对好氧生物降解后的废水进行脱氮。

D：将由脱氮反应器40流出的废水输送至除磷反应器50，在除磷反应器50内对脱氮后的废水进行除磷。

E：将由除磷反应器50流出的废水输送至深度处理系统60，对除磷后的废水进行深处处理，以进一步去除无法生物降解的有机污染物。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理方法，依次对废水进行厌氧发酵净化、高负荷曝气、脱氮、除磷和深度处理，能够将废水中的COD处理到100mg/L以下，COD处理效果优秀，且能够简化纤维素制乙醇的废水处理系统的结构，降低纤维素制乙醇的废水处理系统的成本。

在本发明的一些具体实施例中，在所述步骤A中，在厌氧发酵反应装置10内通入由下至上流动的压缩沼气，以使废水和污泥充分接触。

进一步地，在所述步骤A中，利用厌氧发酵反应装置10的沉淀分离器400，对生物降解后的废水进行脱气沉淀分离，对经脱气沉淀分离后的废水进行所述步骤B，以去除进入步骤B前废水中的气体和固体。

可选地，所述步骤C包括以下子步骤：

C1：将由高负荷曝气池30流出的废水输送至脱氮反应器40的厌氧氨氧化反应器2100，以对曝气后的废水进行厌氧氨氧化反应。

C2：将由脱氮反应器40的厌氧氨氧化反应器2100流出的废水输送至脱氮反应器40的缺氧好氧反应池2200的缺氧反应腔内，以在缺氧环境下对经过厌氧氨氧化反应后的废水进行反硝化反应。

C3：将由脱氮反应器40的缺氧好氧反应池2200的缺氧反应腔内的废水输送至脱氮反应器40的缺氧好氧反应池2200的好氧反应腔内，在好氧环境下对经过反硝化反应的废水进行硝化反应。

在本发明的一些具体示例中，所述步骤D包括以下子步骤：

D1：将由脱氮反应器40流出的废水输送至除磷反应器50的混凝反应池3100，在除磷反应腔3110内对脱氮后的废水进行除磷，在除磷絮凝腔3120内对除磷后的废水进行絮凝；

D2：将由除磷絮凝腔3120流出的废水输送至除磷沉淀池3200，以对废水进行脱气沉淀分离。

可选地，在所述步骤D1中，向除磷反应腔3110内添加硫酸铁进行搅拌，从而对废水进行除磷，再向除磷絮凝腔3120内添加絮凝剂进行搅拌，以进行絮凝。

在本发明的一些具体实施例中，所述步骤E包括以下子步骤：

E1：将从除磷沉淀池3200流出的废水输送至一级芬顿反应池4110，以对脱氮后的废水进行一级芬顿氧化反应；

E2：将从一级芬顿反应池4110流出的废水输送至一级芬顿沉淀池4130，在一级芬顿沉淀池4130内对经过一级芬顿氧化反应的废水进行一级脱气沉淀分离；

E3：将由一级芬顿沉淀池4130流出的废水输送至二级芬顿反应池4120，在二级芬顿反应池4120内对经过以及脱气沉淀分离的废水进行二级芬顿氧化反应；

E4：将由二级芬顿反应池4120流出的废水输送至二级芬顿沉淀池4140，在二级芬顿沉淀池4140内对经过二级芬顿氧化反应后的废水进行二级脱气沉淀分离；

E5：将从二级芬顿沉淀池4140流出的废水输送至砂滤器4200，利用砂滤器4200对经过二级脱气沉淀分离后的废水进行砂滤。

可选地，在所述步骤E1中，向一级芬顿反应池4110的芬顿反应腔4111内添加硫酸、硫酸亚铁和双氧水进行搅拌，再向一级芬顿反应池4110的芬顿絮凝腔4112内添加絮凝剂进行搅拌。在所述步骤E4中，向二级芬顿反应池4120的芬顿反应腔4111内添加硫酸、硫酸亚铁和双氧水进行搅拌，再向二级芬顿反应池4120的芬顿絮凝腔4112内添加絮凝剂进行搅拌。

根据本发明实施例的纤维素制乙醇的废水处理系统1以及废水处理方法，依次对纤维素制乙醇产生的废水进行厌氧生物降解、好氧生物降解、脱氮、除磷和深度处理，能够将废水中的COD处理到100mg/L以下，且结构简单、成本低、占地面积小。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，包括沿废水处理工艺方向依次连接的厌氧发酵反应装置、高负荷曝气池、脱氮反应器、除磷反应器和深度处理系统，

其中，所述厌氧发酵反应装置包括厌氧发酵罐体、气提管和供气管，所述厌氧发酵罐体内具有厌氧反应室，所述厌氧反应室具有废水进口、出水口和排气口，所述气提管设在所述厌氧反应室内，所述气提管的上端具有出气口且所述气提管的下端具有进气口，所述供气管与所述气提管的进气口相连，用于向所述气提管内供给用于气提的气体。

2.根据权利要求1所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述气提管的下端邻近所述厌氧反应室的底部且所述气提管的上端延伸到所述厌氧反应室的上部，所述出水口设在所述厌氧反应室的上部且高于所述气提管的上端。

3.根据权利要求1或2所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述气提管的上端面敞开以形成所述出气口，所述气提管的下端面敞开以形成所述进气口。

4.根据权利要求3所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述气提管包括沿竖直方向延伸的直管段和与所述直管段的上端相连的弧形段，所述出气口的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角大于等于零度且小于180度。

5.根据权利要求4所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述弧形段为倒U形，所述出气口的开口方向竖直向下。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述气提管为多个且在水平面内间隔设置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述厌氧发酵反应装置还包括：沉淀分离器，所述沉淀分离器设在所述厌氧反应室内且位于所述气提管上方，所述沉淀分离器具有与所述出水口相连的分离器出水口且所述出水口与所述高负荷曝气池相连。

8.根据权利要求7所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述沉淀分离器包括：

箱体，所述箱体内形成有脱气沉淀腔，所述脱气沉淀腔的底部具有污泥出口，所述脱气沉淀腔的下部的横截面积沿从上向下的方向逐渐减小；

隔板，所述隔板设在所述脱气沉淀腔的上部，所述隔板将所述脱气沉淀腔的上部分隔成脱气区和沉淀区，所述脱气区的底部与所述沉淀区的底部连通以便废水从所述厌氧反应室溢流到所述脱气区内进而从所述脱气区的底部流到所述沉淀区内；

沉淀斜板，所述沉淀斜板设在所述沉淀区内；

溢流堰，所述溢流堰设在所述沉淀区内且所述溢流堰形成具有所述分离器出水口的溢流槽。

9.根据权利要求8所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，与所述隔板限定出所述脱气区的箱体部分的上沿低于所述隔板的上沿以及与所述隔板限定出所述沉淀区的箱体部分的上沿。

10.根据权利要求9所述的纤维素制乙醇的废水处理系统，其特征在于，所述箱体为长方体，所述箱体的下部的第一纵侧壁的下端向下延伸超过所述箱体的下部的第二纵侧壁的下端，且所述第一纵侧壁的下端与所述第二纵侧壁的下端在上下方向上重叠。