CN107792938A - 藻菌共生‑外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法 - Google Patents

藻菌共生‑外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种藻菌共生‑外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法。处理系统包括推流式反应器(1)和外置式膜过滤设备(4)；推流式反应器(1)用于利用藻菌共生体系分解石化废水中的有害物质；推流式反应器(1)上设置有第一进液口(11)、第二进液口(12)和出液口(13)，第二进液口靠近第一进液口；外置式膜过滤设备(4)设置有进液口(41)、第一出液口(42)和第二出液口(43)；推流式反应器(1)的出液口(13)与外置式膜过滤设备(4)的进液口(41)连接，外置式膜过滤设备(4)的第二出液口(43)与推流式反应器(1)的第二进液口(12)连接。该处理系统占地面小、处理效率高、出水水质好、能同时稳定去除废水中氮和磷。

Description

藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，特别涉及一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法。
背景技术
石化废水是石油化工企业生产工程中产生的废水。石化废水的COD值(ChemicalOxygen Demand，化学需氧量)以及氨氮含量较高，同时还含有磷酸盐和重金属，如果不经过处理而直接排放，会造成环境污染。
稳定塘和活性污泥法是目前常用的废水处理方法。其中，稳定塘是一类利用自然生物群体净化废水的处理设施，以塘为主要构筑物。废水在塘内经较长时间的停留、贮存，通过藻类、细菌及原生动物等的代谢活动，以及相伴随的物理的、化学的和物理化学的过程，使废水中的有机污染物、营养元素和其他污染物质进行多级转换、降解、去除，从而实现废水的处理。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物，其上栖息着微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：稳定塘的水力停留时间通常需要10天～40天，废水处理效率低，并且出水水质较差、占地面积大。活性污泥法则存在不能同时稳定地去除氮和磷，并且当废水中含氮量较高时不能给微生物提供足够的碳源的问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种占地面小、处理效率高、出水水质好、并且能同时稳定去除废水中氮和磷的藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统，该处理系统包括：
推流式反应器以及外置式膜过滤设备；
所述推流式反应器用于利用藻菌共生体系分解石化废水中的有害物质；
所述推流式反应器上设置有第一进液口、第二进液口和出液口；
所述外置式膜过滤设备设置有进液口、第一出液口和第二出液口，所述第二进液口靠近所述第一进液口；
所述推流式反应器的出液口与所述外置式膜过滤设备的进液口连接，所述外置式膜过滤设备的第二出液口与所述推流式反应器的第二进液口连接；
所述推流式反应器内设置有导流墙和潜水推进器；所述潜水推进器用于推动所述推流式反应器内的液体沿所述导流墙流动。
进一步地，所述导流墙包括第一导流墙和第二导流墙；所述第一导流墙呈U形，所述第二导流墙呈一字型，所述第二导流墙位于所述第一导流墙的U形开口内；所述推流反应器内的液体的流向呈S形。
进一步地，所述外置式膜过滤设备中所用的滤膜的孔径为0.02μm～0.45μm。
进一步地，所述外置式膜过滤设备的第二出液口处还设置有排泥放空管；所述排泥放空管上设置有阀门。
第二方面，本发明实施例提供一种利用上述的藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统的石化废水处理方法，具体包括以下步骤：
在所述推流式反应器内形成藻菌共生体系；
将待处理石化废水由所述推流式反应器的第一进液口输送至所述推流式反应器内；
当所述待处理石化废水在所述推流式反应器内停留预设时间后，将所述推流式反应器内的液体输送至所述外置式膜过滤设备进行过滤；
过滤得到的清水由所述外置式膜过滤设备的第一出液口输出，所述外置式膜过滤设备内剩余的液体由所述外置式膜过滤设备的第二出液口输出后再由所述推流式反应器的第二进液口进入所述推流式反应器。
进一步地，由所述推流式反应器的第二进液口进入所述推流式反应器的液体的流量为所述待处理石化废水的流量的5倍～50倍。
进一步地，所述推流式反应器内的有效液体深度为0.2米～2米，所述推流式反应器内的液体流速为0.1m/s～1m/s。
进一步地，所述待处理石化废水在所述推流式反应器内停留的时间为0.5天～6天。
进一步地，所述推流式反应器内的液体的温度为15℃～38℃，液体中溶解氧浓度为0mg/L～30mg/L，液体中挥发性悬浮物浓度为200mg/L～5000mg/L。
进一步地，当所述处理系统中包括至少两套所述外置式膜过滤设备时，所述处理方法还包括：对其中一套所述外置式膜过滤设备进行清洗。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的石化废水处理系统中，在推流式反应器内形成藻菌共生体系，利用藻菌共生体系分解石化废水中的有机物、氨氮以及磷酸盐等有害物质。当石化废水在推流式反应器内充分反应后，再将推流式反应器内的液体输送至外置式膜过滤设备进行过滤，过滤得到的清水从外置式膜过滤设备中输出，藻类和细菌则随外置式膜过滤设备中剩余的液体输送回推流式反应器。
综上，本发明实施例提供的石化废水处理系统与现有的稳定塘相比，藻类和细菌含量高，有效提高了石化废水的处理效率以及处理效果并减少占地面积；与现有的活性污泥法相比，藻类以CO2为碳源，大量吸收氮磷合成有机物，不易反复释放，可实现对氮磷等富营养化物质的稳定去除，克服活性污泥法氮磷处理不可兼得、高氮废水缺乏碳源的缺陷。同时，本发明实施例提供的石化废水处理系统中不需要供氧，有效节约能源。并且，本发明实施例中，利用外置式膜过滤设备中过滤得到清水后剩余的液体对初始待处理石化废水进行稀释，以减轻有害物质对推流式反应器内藻类和细菌的抑制作用，提高石化废水处理效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统的结构示意图。
图中附图标记分别表示：
1-推流式反应器；11-第一进液口；12-第二进液口；13-出液口；
2-潜水推进器；
31-第一导流墙；32-第二导流墙；
4-外置式膜过滤设备；41-进液口；42-第一出液口；43-第二出液口；
5-废水泵；
6-阀门；
7-排泥放空管。
图中的箭头方向表示液体的流动方向。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
第一方面，本发明实施例提供了一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统，参见图1，该石化废水处理系统包括：
推流式反应器1以及外置式膜过滤设备4，推流式反应器1用于利用藻菌共生体系分解石化废水中的有害物质。
推流式反应器1上设置有第一进液口11、第二进液口12和出液口13，第二进液口12靠近第一进液口11。
外置式膜过滤设备4设置有进液口41、第一出液口42和第二出液口43。
推流式反应器1的出液口13与外置式膜过滤设备4的进液口41连接，外置式膜过滤设备4的第二出液口43与推流式反应器1的第二进液口12连接。
推流式反应器1内设置有导流墙和潜水推进器2；潜水推进器2用于推动推流式反应器1内的液体沿导流墙流动。
本发明实施例提供的石化废水处理系统中，推流式反应器1用于利用藻菌共生体系分解石化废水中的有害物质，外置式膜过滤设备4用于对推流式反应器1内的液体进行过滤，得到清水，同时将微小、不易沉降的藻类和细菌截留在处理系统内。
具体来说，初始的待处理石化废水通过推流式反应器1的第一进液口11进入推流式反应器1，在推流式反应器1内，藻菌共生体系中的好氧细菌氧化分解石化废水中的有机物，产生CO2等物质，藻菌共生体系中的藻类则以CO2为碳源、以石化废水中的氨氮为氮源、以石化废水中的磷酸盐为磷源进行光合作用，产生有机物和氧气，以供好氧细菌分解有机物，从而将石化废水中的有机物、氨氮和磷酸盐等有害物质分解，并且藻类还能够吸附重金属，降低石化废水中重金属的含量。当石化废水在推流式反应器1内充分反应后，通过出液口13将推流式反应器1的液体输出，并由进液口41进入外置式膜过滤设备4，利用外置式膜过滤设备4内的膜对推流式反应器1内的液体进行过滤，过滤得到的清水由第一出液口42输出，剩余的液体(其中含有藻类和细菌)则由第二出液口43输出，再通过推流式反应器1的第二进液口12回到推流式反应器1内。
通过藻菌共生和外置式膜过滤二者之间的配合，与现有的稳定塘相比，本发明实施例提供的石化废水处理系统中能够保证藻类和细菌的含量，有效提高石化废水的处理效率以及处理效果并减少占地面积；与现有的活性污泥法相比，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，藻类以CO2为碳源，大量吸收氮磷合成有机物，不易反复释放，可实现对氮磷等富营养化物质的稳定去除，克服活性污泥法氮磷处理不可兼得、高氮废水缺乏碳源的缺陷。同时，本发明实施例提供的处理系统中利用外置式膜过滤设备中过滤得到清水后剩余的液体对初始待处理石化废水进行稀释，以减轻有害物质对推流式反应器内藻类和细菌的抑制作用，提高石化废水处理效果。此外，本发明实施例提供的石化废水处理系统中不需要供氧，有效节约能源。
从现场应用效果来看，当初始的待处理石化废水的COD值为1000mg/L、氨氮含量为80mg/L时，经本发明实施例提供的处理系统处理后，出水的COD值能够降低90％～95％，氨氮含量降低93％～99％，对Pb的吸附率达到70％以上，对Cd的吸附率达到85％以上，出水水质好，易于回用，实现水资源的循环利用。
本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，推流式反应器1应当置于室外阳光充足的地方，且推流式反应器1应为开敞式，以保证藻菌共生体系中的藻类的光合作用，为好氧细菌提供充足的氧气。
本发明实施例中，推流反应器1的第一进液口11和第二进液口12之间的距离没有严格限定，但是要保证由第二进液口12进入推流式反应器1的液体能够对由第一进液口11进入的初始的待处理石化废水进行稀释。如果第一进液口11和第二进液口12之间的距离过大，则不能起到对初始的待处理石化废水进行稀释的作用。
作为本发明实施例的一种可选的实施方式，不在推流式反应器1上设置第二进液口12，而是将外置式膜过滤设备4的第二出液口43直接与初始的待处理石化废水的输送管线连通，在初始的待处理石化废水进入推流式反应器1之前，就对其进行稀释。
本发明实施例中，推流式反应器1的出水口13和外置式膜过滤设备4的进水口41之间还设置有废水泵5，利用废水泵5将推流式反应器1内的液体输送至外置式膜过滤设备4。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，导流墙可以按照以下形式设置：具体包括第一导流墙31和第二导流墙32。其中，第一导流墙31呈U形，第二导流墙32呈一字型，第二导流墙32位于第一导流墙31的U形开口内，使推流反应器1内的液体沿S形路线流动，以使石化废水和藻菌共生体系充分接触，保证石化废水的处理效果。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，外置式膜过滤设备4中所用的滤膜可以为孔径为0.02μm～0.45μm超滤膜或者微滤膜。举例来说，外置式膜过滤设备4中所用的膜的孔径可以为0.02μm、0.05μm、0.10μm、0.15μm、0.20μm、0.25μm、0.30μm、0.35μm、0.40μm、0.45μm等。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，外置式膜过滤设备4的第二出液口43处还设置有排泥放空管7，排泥放空管7上设置有阀门6。当推流式反应器1内的藻类和细菌含量过高时，通过调整阀门6的启闭状态，将外置式膜过滤设备4内的剩余的液体排出，维持推流式反应器1内的最佳藻类和细菌浓度。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，参见图2，可以设置至少两组(例如两组、三组、四组等)外置式膜过滤设备4，多组外置式膜过滤设备4并联设置，相互独立，可以根据初始的待处理石化废水的进水量选择运行的外置式膜过滤设备4的数量。当初始的待处理石化废水的进水量较大时，则多组外置式膜过滤设备4同时运行，提高处理能力；当初始的待处理石化废水的进水量较小时，可以减少运行的外置式膜过滤设备4的数量。对于处于停运状态的外置式膜过滤设备4，可以对其进行清洗，从而实现在不影响处理系统整体运行的情况下，对外置式膜过滤设备4进行清洗，有利于处理系统的维护。
基于以上所述，第二方面，本发明实施例提供一种利用上述的藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统的石化废水处理方法，具体包括以下步骤：
在推流式反应器1内形成藻菌共生体系；
将待处理石化废水由推流式反应器1的第一进液口11输送至推流式反应器1内；
当待处理石化废水在推流式反应器1内停留预设时间后，将推流式反应器1内的液体输送至外置式膜过滤设备4进行过滤；
过滤得到的清水由外置式膜过滤设备4的第一出液口42输出，外置式膜过滤设备4内剩余的液体由外置式膜过滤设备4的第二出液口43输出后再由推流式反应器1的第二进液口12进入推流式反应器1。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，由推流式反应器1的第二进液口12进入推流式反应器1的液体的流量通过废水泵5控制，可以根据待处理石化废水中有害物质的浓度进行调节，以快速稀释有毒物质和难降解物质，减轻有毒物质对藻类和细菌的毒害作用，保证处理效果。具体来说，由推流式反应器1的第二进液口12进入推流式反应器1的液体的流量可以为待处理石化废水的进液流量的5倍～50倍，例如5倍、10倍、15倍、20倍、25倍、30倍、35倍、40倍、45倍、50倍等。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，推流式反应器1内的有效液体深度可以为0.2米～2米，例如0.2米、0.4米、0.5米、0.6米、0.8米、1.0米、1.2米、1.4米、1.5米、1.6米、1.8米、2.0米等，可以根据待处理石化废水的水量和水质调节推流式反应器1内的有效液体深度，从而改变推流式反应器1内藻类生物量和细菌生物量的比例，实现对不同水量和水质的针对性处理。推流式反应器1内的液体流速可以为0.1m/s～1m/s，例如0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.8m/s、0.9m/s、1.0m/s等。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，待处理石化废水在推流式反应器1内停留的时间(水力停留时间)可以为0.5天～6天。例如0.5天、1天、1.5天、2天、2.5天、3天、3.5天、4天、4.5天、5天、5.5天、6天等。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，推流式反应器1内的液体的温度优选为15℃～38℃，例如15℃、20℃、25℃、20℃、35℃、38℃等；液体中溶解氧浓度昼夜在0mg/L～30mg/L之间波动，例如可以为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L等；液体中挥发性悬浮物浓度优选为200mg/L～5000mg/L，例如200mg/L、500mg/L、1000mg/L、1500mg/L、2000mg/L、2500mg/L、3000mg/L、3500mg/L、4000mg/L、4500mg/L、5000mg/L等。在上述条件下，有利于推流式反应1内藻类和细菌的生长代谢，以提高石化废水处理效果。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，可以采用以下方法在流式反应器1内形成藻菌共生体系，具体步骤如下：
通过推流式反应器1的第一进液口11向推流式反应器1内输入少量生活污水，使推流式反应器内1的液位达到0.3米左右。
暂不启用废水泵5和外置式膜过滤设备4，开启潜水推进器2，使推流式反应器1内的污水在潜水推进器2的作用下，沿导流墙形成流动，控制流速0.1m/s～1.0m/s。
推流式反应器1白天接受太阳光照射，使反应器中藻类和细菌生长繁殖，污水颜色明显转绿时，藻类培养成功；监测废水中有机物浓度出现显著下降时，即形成藻菌共生体系。
当藻菌共生体系形成之后，再对处理系统进行调试，具体方法为：多次少量进石化废水，使推流式反应器1内液位缓慢提升，逐步达到设计水位。然后启动废水泵5和外置式膜过滤设备4，将推流式反应器1的液体提升至外置式膜过滤设备4进行过滤，过滤得到的清水由外置式膜过滤设备4的第一出液口42输出。当推流式反应器1内藻菌生物浓度达到设计要求时，完成调试工作，进入稳定工作状态。
进一步地，本发明实施例提供的石化废水处理方法中，当推流式反应器1内的藻类和细菌含量过高时，调整阀门6的启闭状态，将外置式膜过滤设备4内的剩余的液体排出，维持推流式反应器1内的最佳藻类和细菌浓度。
进一步地，当处理系统中设置有多套外置式膜过滤设备4时，可以停运其中一套外置式膜过滤设备4并对其进行清洗，从而实现在不影响处理系统整体运行的情况下，对外置式膜过滤设备4进行清洗。
综上，本发明实施例提供了一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统及方法，结合藻菌共生和膜过滤两种废水处理方式的优势，有效去除石化废水中的有机物、氨氮、磷酸盐和重金属等有害物质。本发明实施例提供的石化废水处理系统及方法能够使石化废水的COD值降低90％～95％，氨氮含量93％～99％，对Pb的吸附率达到70％以上，对Cd的吸附率达到85％以上。本发明实施例提供的石化废水处理系统及方法与现有的稳定塘相比，能够保证藻类和细菌的含量，有效提高石化废水的处理效率以及处理效果并减少占地面积；与现有的活性污泥法相比，藻类大量吸收氮磷合成有机物，不易反复释放，可实现对氮磷等富营养化物质的稳定去除，克服了活性污泥法氮磷处理不可兼得，高氮废水缺乏碳源等难题。同时，本发明实施例提供的石化废水处理系统中，利用外置式膜过滤设备中过滤得到清水后剩余的液体对初始待处理石化废水进行稀释，以减轻有害物质对推流式反应器内藻类和细菌的抑制作用，提高石化废水处理效果以及系统运行的稳定性。还可以通过设置多组外置式膜过滤设备，实现在不影响处理系统整体运行的情况下对外置式膜过滤设备进行清洗。此外，本发明实施例提供的石化废水处理系统中不需要供氧，无需建鼓风机房，节省投资和能耗，且运行无噪声。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统，其特征在于，包括：
推流式反应器(1)以及外置式膜过滤设备(4)；
所述推流式反应器(1)用于利用藻菌共生体系分解石化废水中的有害物质；
所述推流式反应器(1)上设置有第一进液口(11)、第二进液口(12)和出液口(13)；所述第二进液口(12)靠近所述第一进液口(11)；
所述外置式膜过滤设备(4)设置有进液口(41)、第一出液口(42)和第二出液口(43)；
所述推流式反应器(1)的出液口(13)与所述外置式膜过滤设备(4)的进液口(41)连接，所述外置式膜过滤设备(4)的第二出液口(43)与所述推流式反应器(1)的第二进液口(12)连接；
所述推流式反应器(1)内设置有导流墙和潜水推进器(2)；所述潜水推进器(2)用于推动所述推流式反应器(1)内的液体沿所述导流墙流动。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述导流墙包括第一导流墙(31)和第二导流墙(32)；
所述第一导流墙(31)呈U形，所述第二导流墙(32)呈一字型，所述第二导流墙(32)位于所述第一导流墙(31)的U形开口内；
所述推流反应器(1)内的液体的流向呈S形。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述外置式膜过滤设备(4)中所用的滤膜的孔径为0.02μm～0.45μm。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述外置式膜过滤设备(4)的第二出液口(43)处还设置有排泥放空管(7)；所述排泥放空管(7)上设置有阀门(6)。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统中包括至少两套所述外置式膜过滤设备(4)。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述的藻菌共生-外置式膜过滤联合石化废水处理系统的石化废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述推流式反应器(1)内形成藻菌共生体系；
将待处理石化废水由所述推流式反应器(1)的第一进液口(11)输送至所述推流式反应器(1)内；
当所述待处理石化废水在所述推流式反应器(1)内停留预设时间后，将所述推流式反应器(1)内的液体输送至所述外置式膜过滤设备(4)进行过滤；
过滤得到的清水由所述外置式膜过滤设备(4)的第一出液口(42)输出，所述外置式膜过滤设备(4)内剩余的液体由所述外置式膜过滤设备(4)的第二出液口(43)输出后再由所述推流式反应器(1)的第二进液口(12)进入所述推流式反应器(1)。
7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，由所述推流式反应器(1)的第二进液口(12)进入所述推流式反应器(1)的液体的流量为所述待处理石化废水的流量的5倍～50倍。
8.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述推流式反应器(1)内的有效液体深度为0.2米～2米，所述推流式反应器(1)内的液体流速为0.1m/s～1m/s；所述待处理石化废水在所述推流式反应器(1)内停留的时间为0.5天～6天。
9.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述推流式反应器(1)内的液体的温度为15℃～38℃，液体中溶解氧浓度为0mg/L～30mg/L，液体中挥发性悬浮物浓度为200mg/L～5000mg/L。
10.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，当所述处理系统中包括至少两套所述外置式膜过滤设备(4)时，所述处理方法还包括：
对其中一套所述外置式膜过滤设备(4)进行清洗。
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