CN110590056A - 基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统及工艺。所述系统，包括依次连接的絮凝沉淀池、水解酸化池、好氧池、膜池和高效液相增氧系统；所述高效液相增氧系统还和所述好氧池连接；所述高效液相增氧系统包括气水混合罐，所述气水混合罐顶部设有进水口和排气口，所述气水混合罐侧部设有氧气进口，所述气水混合罐底部设有高溶氧水排水口，所述高溶氧水排水口与所述好氧池相连；所述气水混合罐内设有陶瓷膜气液接触器。本发明的好氧池采用高效液相增氧系统增氧，无气泡产生，避免了表面活性剂生成大量泡沫，影响环境，带走污泥，造成污泥减少。本发明有利于维持好氧生化系统活性污泥浓度，保证系统运行稳定性，提高处理效果。

Description

基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统及工艺

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统及工艺。

背景技术

表面活性剂废水是日化行业的特征废水，属于一种难生化废水，较低的浓度便会造成大量的泡沫产生。目前有众多预处理技术可以将表面活性剂浓度降低至一定浓度，但无法彻底降解，远未达到排放标准，还需要配合后续的生化处理系统。生化处理系统通常包括“厌氧生化+好氧生化”。在好氧生化中，目前多采用鼓风机进行曝气充氧，表面活性剂在鼓风机不断曝气情况下，较低浓度的表面活性剂便会生产大量泡沫，进而溢出池面，随风飘出，严重影响环境，同时还夹带出大量的活性污泥，造成污泥浓度不断降低，活性污泥浓度降低后，生化效果会不断变差，随着表面活性剂浓度地增大，泡沫继续增多，最后活性污泥几乎全部消失，最终生化系统彻底崩溃。而生化系统一旦崩溃会造成废水无法处理，而严重影响前端生产。这是一个恶性循环的过程。

近年来，我国化学合成阴离子表面活性剂工业发展迅速，阴离子表面活性剂的产量逐年增加。水体中的表面活性剂容量较小，表面活性剂未经有效处理排放至水体中会阻断水体复氧，造成水体黑臭，影响了水体质量。目前市场上常用的表面活性剂为烷基苯磺酸钠(LAS)，为苯环结构，因此表面活性剂生产废水中污染物主要成分为烷基苯磺酸钠，其在厌氧生化中未能100％降解成小分子，势必造成部分表面活性剂进入好氧生化池中，最后出现上述的生化系统崩溃现象。表面活性剂的生物毒性还直接威胁到水生动植物的生存。除表面活性剂生产企业与使用企业以外，居民日常生活中也大量使用表面活性剂，同样排放大量表面活性剂。阴离子表面活性剂已成为环境水体的重要污染源之一。以珠三角茅洲河流域为例，根据流域监测断面近年来的监测数据，流域主要超标因子为化学需氧量、氨氮、总磷和阴离子表面活性剂。《茅洲河流域水污染物排放标准》(DB 44/2130-2018)把阴离子表面活性剂列为监控指标之一。

现有的生活废水阴离子表面活性剂处理方法可分为物理化学法和生物法两大类。其中，常用物理化学法主要包括吸附法、泡沫法、混凝法、膜分离法、微电解法、催化氧化法等，这些方法一般适应性较强，选择性广，但处理效果往往不尽如人意，且处理成本较高。生物法处理含表面活性剂废水，是利用微生物可以将有机物作为营养物质，使其一部分被吸收转化成微生物体内的有机成分或增殖成新的微生物，其余部分可被微生物氧化分解成简单的有机或无机物质的一种方法。其处理效果较好，但存在技术复杂、处理效果不稳定等缺点。表1总结了各种现有表面活性剂废水处理技术的优缺点。

表1 表面活性剂废水处理技术分类及其特点

但上述技术或组合都需要配合好氧生化进行降解处理。

发明内容

有鉴于此，有必要针对现有表面活性剂废水处理系统及工艺存在的泡沫多、污泥流失严重、系统容易崩溃等问题，提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统及工艺。本发明的技术方案为：

第一个方面，本发明提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，包括依次连接的絮凝沉淀池、水解酸化池、好氧池、膜池；所述处理系统还包括高效液相增氧系统，所述高效液相增氧系统还和所述好氧池连接；

所述高效液相增氧系统包括气水混合罐，所述气水混合罐顶部设有进水口和排气口，所述气水混合罐侧部设有氧气进口，所述气水混合罐底部设有高溶氧水排水口，所述高溶氧水排水口与好氧池相连；所述气水混合罐内设有陶瓷膜气液接触器；所述陶瓷膜气液接触器的进气口和所述氧气进口相通。

进一步的，所述好氧池内设置回流管道或潜水搅拌装置，设置回流管道和搅拌装置的目的是提高溶解氧扩散速度，增加溶解氧、微生物、污染物的相互接触。

进一步的，所述膜池内设有MBR膜过滤组件，所述MBR膜过滤组件可以为一体式，也可以为分体式；所述MBR膜过滤组件的膜可以为中空纤维膜，也可以为平板膜。

进一步的，所述陶瓷膜气液接触器具体结构为单侧开口的管式陶瓷膜，所述开口和所述氧气进口相通，氧气经氧气进口从管式陶瓷膜开口一侧进入，透过陶瓷膜扩散至膜表面，在膜表面溶解于水，形成高浓度溶氧水。

进一步的，所述陶瓷膜气液接触器具体结构为单侧开口的管式陶瓷膜，所述开口和所述氧气进口相通，氧气经氧气进口从管式陶瓷膜开口一侧进入，透过陶瓷膜扩散至膜表面，在膜表面溶解于水，形成高浓度溶氧水。

进一步的，所述管式陶瓷膜孔径为0.05～0.2μm。

进一步的，所述气水混合罐上还设有安全阀。

进一步的，所述进水口连通高压泵。

进一步的，所述高压泵与所述气水混合罐之间还设有止回阀及电磁阀，防止系统停止时罐内气体窜至高压泵，影响高压泵的下一次启动。

进一步的，所述气水混合罐顶部设有放空阀，所述放空阀和PLC控制系统相连，通过所述PLC控制系统设置所述放空阀自动放空排气，当所用氧气中含有不溶气体，所述放空阀用于排出该类气体。

进一步的，所述气水混合罐上还设有压力表和液位计，所述压力表用于控制所述气水混合罐内的压力，所述液位计用于控制所述气水混合罐排水。

进一步的，所述气水混合罐的压力控制为5～25bar，优选为10～20bar，此时所述高效液相增氧系统出水中溶解氧浓度为100～400mg/L。

第二个方面，本发明提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，包括如下步骤：

步骤一，将表面活性剂废水引入絮凝沉淀池，控制进水pH为8～9，投加絮凝剂对表面活性剂废水中部分有机物与无机物进行沉淀；

步骤二，检测沉淀后的废水中表面活性剂浓度，若沉淀后的废水中表面活性剂浓度>500mg/L，则进行预氧化处理，直至表面活性剂浓度降低至500mg/L以下；否则，直接进入步骤三；

步骤三，废水进入水解酸化池进行有机物的降解，控制进水pH为7～8，溶解氧<0.5mg/L，停留时间>8h；

步骤四，在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度为100～400mg/L的溶氧水；

步骤五，水解酸化后的废水进入好氧池进行好氧生化降解，通过高效液相增氧系统为好氧池增氧，控制好氧池溶解氧浓度为2～5mg/L，停留时间≥10h；

步骤六，好氧生化降解后的废水进入膜池过滤，并将膜池部分出水回用至步骤四。

进一步的，所述步骤一中絮凝剂可以为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或多种，并且当絮凝剂为聚合氯化铝或聚合硫酸铁时，其配制浓度为5％～10％，按照表面活性剂废水体积1‰-10‰的比例投加；当絮凝剂为聚丙烯酰胺时，其配制浓度为0.1％～0.3％，优选为0.2％，按照表面活性剂废水体积0.1‰-10‰的比例投加。

进一步的，所述步骤二中预氧化处理方法包括芬顿氧化、铁碳微电解氧化、电化学氧化、催化氧化。

此外，步骤一和步骤六获得的污泥收集后压滤，滤饼委托有资质单位进行处置。

本发明的有益效果是：本发明的处理系统结构简单，对表面活性剂废水处理效率高，其中好氧池采用高效液相增氧系统增氧，无气泡产生，避免了好氧池中表面活性剂生成大量泡沫，影响环境，带走污泥，造成污泥减少，有利于维持好氧系统污泥浓度，保证系统运行稳定性，提高处理效果。高效液相增氧系统氧气利用率高达90％以上，大大降低了系统增氧的能耗，相比于曝气盘曝气，能耗降低60％以上。

附图说明

图1为本发明的基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统的结构示意图。

图2为本发明的高效液相增氧系统的结构示意图。

图3为本发明的气水混合罐局部结构俯视图和主视图。

图2和3中，1-气水混合罐，2-进水口，3-排气口，4-氧气进口，5-高溶氧水排水口，6-陶瓷膜气液接触器，7-陶瓷膜，8-陶瓷膜与氧气进口的连接口，9-安全阀，10-高压泵，11-止回阀，12-电磁阀，13-放空阀，14-压力表，15-液位计。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明具体实施例提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，包括依次连接的絮凝沉淀池、水解酸化池、好氧池、膜池；所述处理系统还包括高效液相增氧系统，所述高效液相增氧系统还和所述好氧池连接。

所述好氧池内设置回流管道或潜水搅拌装置，所述回流管道贯穿所述好氧池前端和末端，设置回流管道和搅拌装置的目的是提高溶解氧扩散速度、增加溶解氧、微生物、污染物接触。

如图2和3所示，所述高效液相增氧系统包括气水混合罐1，所述气水混合罐1顶部设有进水口2和排气口3，所述气水混合罐1侧部设有氧气进口4，所述气水混合罐1底部设有高溶氧水排水口5，所述高溶氧水排水口5与所述好氧池相连。在与所述进水口2连接的进水管路上设有高压泵10、止回阀11和电磁阀12，止回阀11和电磁阀12是为了防止系统停止时罐内气体窜至高压泵10，影响高压泵10的下一次启动。所述气水混合罐1内设有陶瓷膜气液接触器6，所述陶瓷膜气液接触器6的进气口和所述氧气进口相通(如图2所示的陶瓷膜与氧气进口的连接口8)。所述陶瓷膜气液接触器6具体结构为单侧开口的管式陶瓷膜7。氧气经氧气进口从管式陶瓷膜7开口侧进入，透过陶瓷膜7扩散至膜表面，在膜表面溶解于水，形成高浓度溶氧水。所述气水混合罐1上还设有安全阀9和放空阀13，所述放空阀13和PLC控制系统相连，通过所述PLC控制系统设置所述放空阀自动放空排气，当所用氧气中含有不溶气体，所述放空阀用于排出该类气体。所述气水混合罐1上还设有压力表14和液位计15，所述压力表14用于控制所述气水混合罐1内的压力，所述液位计15用于控制所述气水混合罐1排水。

所述膜池内设有MBR膜过滤组件，所述MBR膜过滤组件可以为一体式，也可以为分体式；所述MBR膜过滤组件的膜可以为中空纤维膜，也可以为平板膜。

本发明具体实施例还提供一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，包括如下步骤：

步骤一，将表面活性剂废水引入絮凝沉淀池，控制进水pH为8～9，投加絮凝剂对表面活性剂废水中部分有机物与无机物进行沉淀；所述絮凝剂可以为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种，并且当絮凝剂为聚合氯化铝或聚合硫酸铁时，其配制浓度为5％～10％，按照表面活性剂废水质量1‰-10‰的比例投加；当絮凝剂为聚丙烯酰胺时，其配制浓度为0.1％～0.3％，优选为0.2％，按照表面活性剂废水质量0.1‰-10‰的比例投加。

步骤二，检测沉淀后的废水中表面活性剂浓度，若沉淀后的废水中表面活性剂浓度>500mg/L，则增设预氧化处理，对表面活性剂进行降解，提高其可生化性，直至表面活性剂浓度降低至500mg/L以下；否则，直接进入步骤三。所述预氧化处理方法包括芬顿氧化、铁碳微电解氧化、电化学氧化、催化氧化，由于这些预氧化方法为难生化废水处理的常规方法，这里不作详细描述。

步骤三，废水进入水解酸化池进行有机物的降解，控制进水pH为7～8，溶解氧<0.5mg/L，停留时间>8h。水解酸化池中的填料作为水解菌、厌氧菌的生长载体，填料上长满厌氧微生物，这些填料采用市售常规填料即可。设置水解酸化池停留时间超过8h以保证有机物得到充分降解。

步骤四，在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度在100～400mg/L的溶氧水。

步骤五，水解酸化后的废水进入好氧池进行好氧生化降解，好氧池溶解氧浓度控制为2～5mg/L，停留时间≥10h。采用所述无泡增氧技术为好氧池提供部分或全部溶解氧，使溶解氧浓度满足好氧微生物生长代谢需要。为保证污染物、微生物、溶解氧的充分接触，好氧池增设回流管道，从好氧池末端回流至前端，或者采用潜水搅拌。

步骤六，好氧生化后的废水进入膜池或外置式MBR中通过膜系统拦截好氧污泥，进一步降低出水污染物，提高出水水质。膜系统出水达标外排或根据需求进行回用。其中少量出水进入清水箱中，作为高效液相增氧系统的进水，同时在高效液相增氧系统中通入氧气，得到高浓度溶氧水。

实施例1

本实施例通过上述系统和方法对广州市某综合性日化企业生产过程中产生的表面活性剂废水进行处理，该表面活性剂废水的主要成分为烷基苯磺酸钠(LAS)，原废水处理工艺为“调节池+絮凝沉淀池+水解酸化池+好氧生化池+二沉池”，好氧池采用罗茨鼓风机进行曝气盘曝气，为好氧生化提供溶解氧。其原系统在运行过程中好氧池经常出现大量泡沫飞扬，活性污泥突然减少、消失现象常有发生。污水处理生化系统瘫痪导致停产也经常发生。采用本实施例的系统和方法进行改造，具体工艺流程如下：

在调节池中将表面活性剂废水pH调节为8-9，然后经提升泵提升至絮凝沉淀池中，在搅拌下投加质量浓度为6％的聚合氯化铝溶液，投加量为废水体积的3‰，进行絮凝沉淀；检测沉淀后上清液中表面活性剂浓度为450mg/L，将废水引入水解酸化池进行有机物的降解，控制进水pH为7.5，水解酸化池溶解氧<0.5mg/L，停留时间为10h；在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度在300mg/L的溶氧水；将水解酸化后的废水引入好氧池进行降解，将高效液相增氧系统中的溶氧水通入好氧池中，并控制好氧池中氧浓度在2～5mg/L，停留时间为12h；经好氧生化后的废水溢流至膜池进行过滤。表2提供了该企业采用本实施例的系统及方法运行一年以来的进出水对比情况，并且活性污泥浓度未出现突然减少、消失现象。

获得以下处理效果：

表2 改造完成后运行效果

实施例2

本实施例通过上述系统和方法对广州市某表面活性剂生产企业生产过程中产生的表面活性剂废水进行处理，该企业主要生产脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)，生产废水COD浓度较高，有机物主要为甲醇、脂肪酸甲酯磺酸盐，另外含有较高浓度硫酸盐，由于硫酸盐在水解酸化厌氧中生成硫化物，对微生物产生较大毒害作用，水解酸化效果不理想，水解酸化出水表面活性剂浓度、COD均较高。由于进入好氧池中COD含量高，需要较大曝气量，但大曝气导致了好氧池产生大量泡沫。现场泡沫飞扬、严重影响环境，同时大曝气造成活性污泥解体、破碎，流失严重。通过采用本实施例的系统及方法，对污水处理系统进行改造，采用高效液相增氧系统替代原风机曝气供氧，同时将原二沉池改造成MBR(膜生物反应器)。具体工艺流程如下：

原废水呈弱碱性，在调节池中加入硫酸控制调节池废水pH为8-9，通过提升泵将该表面活性剂废水引入絮凝沉淀池，并在池中依次投加质量浓度为10％的聚合氯化铝溶液，投加量为废水流量的5‰；质量浓度0.2％聚丙烯酰胺溶液，投加比例为进水流量的5‰，进行絮凝沉淀；絮凝沉淀后的废水溢流至水解酸化池进行有机物的降解，控制进水pH为7.5-8，溶解氧<0.5mg/L，停留时间为25h；在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度在400mg/L的溶氧水；将水解酸化后的废水引入好氧池进行降解，将高效液相增氧系统中的溶氧水通入好氧池中，并控制好氧池中氧浓度在2～5mg/L，平均停留时间为20h；之后再将废水引入膜池进行过滤。表3提供了该企业改造前后的进出水对比情况。

改造后运行效果一直很稳定，处理负荷比原来提升了100％，即原处理量20t/d，改造后处理量>40t/d。运行效果如下：

表3 改造完成后运行效果

实施例3

本实施例通过上述系统和方法广州市某著名日化企业生产过程中产生的表面活性剂废水进行处理，该公司内原建有废水处理系统，工艺为“絮凝沉淀+厌氧生化+好氧生化+MBR”，运行过程中同样存在好氧池泡沫多、处理效率低、系统不稳定现象。通过好氧池改造，用高效液相增氧系统替代好氧池中罗茨鼓风机曝气，并增设潜水搅拌器。具体工艺流程如下：

原废水在调节池中加入酸、碱调节pH，控制pH稳定在8-9，将该表面活性剂废水引入絮凝沉淀池，在搅拌下投加质量浓度为10％的聚合氯化铝溶液，投加量为废水质量体积的3‰，进行絮凝沉淀；沉淀结束后检测废水中表面活性剂浓度为400mg/L，将废水引入厌氧生化池进行有机物的降解，控制进水pH为7.5-8，溶解氧<0.2mg/L，平均停留时间为13h；在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度在200mg/L的溶氧水；将水解酸化后的废水引入好氧池进行降解，将高效液相增氧系统中的溶氧水通入好氧池中，并控制好氧池中溶氧氧浓度在2～5mg/L，停留时间为14h；之后再将废水引入膜池，进行膜组件过滤出水。表4提供了该企业采用本实施例的系统及方法运行半年以来的进出水对比情况，并且好氧池无出现泡沫飞扬情况，未出现污泥解体消失现象。

表4 改造后运行效果

综上所述，采用本发明的处理系统及方法，可以很好的解决现有表面活性剂废水处理技术存在的泡沫多、污泥流失严重、系统容易瘫痪等问题，并且本发明的处理效果更佳高效、稳定。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：包括依次连接的絮凝沉淀池、水解酸化池、好氧池、膜池；所述处理系统还包括高效液相增氧系统，所述高效液相增氧系统还和所述好氧池连接；

所述高效液相增氧系统包括气水混合罐，所述气水混合罐顶部设有进水口和排气口，所述气水混合罐侧部设有氧气进口，所述气水混合罐底部设有高溶氧水排水口，所述高溶氧水排水口与所述好氧池相连；所述气水混合罐内设有陶瓷膜气液接触器；所述陶瓷膜气液接触器的进气口和所述氧气进口相通。

2.根据权利要求1所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：所述好氧池内设置回流管道或潜水搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：所述膜池内设有MBR膜过滤组件，所述MBR膜过滤组件可以为一体式，也可以为分体式；所述MBR膜过滤组件的膜可以为中空纤维膜，也可以为平板膜。

4.根据权利要求1所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：所述陶瓷膜气液接触器具体结构为单侧开口的管式陶瓷膜，所述开口和所述氧气进口相通。

5.根据权利要求4所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：所述管式陶瓷膜孔径为0.05～0.2μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理系统，其特征在于：所述气水混合罐顶部设有放空阀，所述放空阀和PLC控制系统相连，通过所述PLC控制系统设置所述放空阀自动放空排气。

7.一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，是采用权利要求1～6任意一项权利要求所述的处理系统，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，将表面活性剂废水引入絮凝沉淀池，控制进水pH为8～9，投加絮凝剂对表面活性剂废水中部分有机物与无机物进行沉淀；

步骤二，检测沉淀后的废水中表面活性剂浓度，若沉淀后的废水中表面活性剂浓度>500mg/L，则进行预氧化处理，直至表面活性剂浓度降低至500mg/L以下；否则，直接进入步骤三；

步骤三，废水进入水解酸化池进行有机物的降解，控制进水pH为7～8，溶解氧<0.5mg/L，停留时间>8h；

步骤四，在高效液相增氧系统中通入水和氧气制备浓度为100～400mg/L的溶氧水；

步骤五，水解酸化后的废水进入好氧池进行好氧生化降解，通过高效液相增氧系统为好氧池增氧，控制好氧池溶解氧浓度为2～5mg/L，停留时间≥10h；

步骤六，好氧生化降解后的废水进入膜池过滤，并将膜池部分出水回用至步骤四。

8.根据权利要求7所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，其特征在于：所述步骤一中絮凝剂可以为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，其特征在于：当絮凝剂为聚合氯化铝或聚合硫酸铁时，其配制浓度为5％～10％，按照表面活性剂废水体积1‰-10‰的比例投加；当絮凝剂为聚丙烯酰胺时，其配制浓度为0.1％～0.3％，优选为0.2％，按照表面活性剂废水体积0.1‰-10‰的比例投加。

10.根据权利要求7所述的一种基于无泡增氧技术的表面活性剂废水处理方法，其特征在于：所述步骤二中预氧化处理方法包括芬顿氧化、铁碳微电解氧化、电化学氧化、催化氧化。