CN110734192A - 一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，公开一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统及工艺，系统包括依次连接的高浓度废水调节池、高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器，高压微泡CO₂吸收塔与CO₂存储系统连接，CO₂存储系统包括依次连接的液体CO₂储罐、CO₂汽化器及气体调压装置，高浓度废水调节池和高压微泡CO₂吸收塔之间设有分别与二者相连接的第一引水罐和第一提升泵，高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器之间设有分别与二者相连接的第二引水罐和第二提升泵。本发明采用CO₂调节污水pH，既不会导致反应器腐蚀，也不会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，影响COD去除效果，同时不会降低废水碱度，避免产生碱回调费用。

Description

一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统及工艺。

背景技术

印染废水是纺织工业污染的主要来源，其排放的污水主要有以下几种：染色水：低浓度废水，色度适中，COD低(500～1000mg/L)，为印染厂主要排放污水，一般占其排放量的50～60％；印花水：低浓度废水，色度高，COD适中(1500～2500mg/L)，氨氮、总氮高，为印染厂主要排放污水，一般占其排放量的20～30％；退浆废水：高浓度废水，COD极高(8000～18000mg/L)，碱度极高，为印染厂纯棉前处理排放的污水，一般占其排放量的5～10％；碱减量水：高浓度废水，COD极高(12000～30000mg/L)，碱度极高，为印染厂化纤前处理排放的污水，一般占其排放量的5～10％；其他废水：比如丝光废水、定型机废水、预缩废水等。印染废水中的高浓度废水主要指的是退浆废水和碱减量废水，这两股废水由于生化(好氧)性较差，且碱度高是印染行业废水处理的难点，往往处理成本非常高。

现有技术中，印染废水中退浆废水的常规处理方法主要包括物化法或厌氧法，例如，在中国专利文献上公开的“一种高浓度印染退浆废水处理方法”，其公告号CN104829046B，步骤为：将退浆废水经UASB厌氧池出水，依次进入混凝沉淀池、曝气活性污泥反应池和水解酸化池，在水解酸化池中同时发生反硝化、硫氧化、污泥吸附增殖和污泥浓缩，回收好氧池中的硝态氧，使UASB厌氧池出水中的悬浮颗粒得到吸附澄清出水排入接触氧化池，最后经过沉淀后达标排放。

但使用物化法处理退浆废水，投药量大、药剂成本高，产生污泥量非常大，且出水COD太高，达不到处理要求。而采用厌氧法处理退浆废水时，需要消耗大量硫酸或者盐酸用于调节pH，使用盐酸容易导致反应器、管道发送腐蚀，寿命较短，而使用硫酸则会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，无法产沼气或沼气中含有大量杂质硫化氢，厌氧对有机物的去除效果无法最大化。

碱减量废水的常规处理方法包括酸析法或碱析法，例如，一种在中国专利文献上公开的“碱减量废水酸析系统”，其公告号CN205500880U，包括碱减量废水原水池、加酸装置、汇流装置、混合池和pH值自动监测控制装置。

然而，使用酸析法处理碱减量废水时，需要消耗大量硫酸用于调节pH，调酸费高，且废水排入综合废水中，容易导致综合废水处理系统碱度不足。而采用碱析法时，需要投加大量石灰，出水硬度高，会导致综合废水电导率、硬度升高，对膜处理回用造成极大影响。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，处理印染废水中的退浆废水和碱减量废水时，加酸调节pH时，容易导致反应器、管道发送腐蚀，降低处理设备寿命；使用硫酸会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，无法产沼气或沼气中含有大量杂质硫化氢，厌氧对有机物的去除效果无法达到处理要求；且加酸会导致废水碱度降低，需重新投加净水药剂从而产生碱回调费用，增大处理成本的问题，提供一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统及工艺，在厌氧预处理时采用CO₂调节污水pH，既不会导致反应器腐蚀，也不会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，且厌氧微生物生物活性不会受抑制，出水COD浓度低；同时不会降低废水碱度，避免产生碱回调费用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，包括依次连接的高浓度废水调节池、高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器，所述高压微泡CO₂吸收塔与CO₂存储系统连接，所述CO₂存储系统包括依次连接的液体CO₂储罐、CO₂汽化器及气体调压装置。

一种使用上述预处理系统的高碱度高浓度印染废水厌氧预处理工艺，包括如下步骤：

(1)通过高浓度废水调节池对印染废水进行粗滤；

(2)使粗滤后的废水进入高压微泡CO₂吸收塔内调节废水pH值；

(3)使调节pH后的废水进入厌氧反应器内进行厌氧处理，降解废水中的有机物，厌氧反应器的出水进入废水综合处理系统进行后处理。

本发明先利用酸性气体CO₂调节印染废水的pH值，可以将高碱度的印染废水pH调节至9.5以下，然后再进入厌氧反应器内进行厌氧处理，由于厌氧处理后期沼气内也会产生CO₂，可以进一步降低废水的pH，厌氧反应器出水的最终pH可以降至9.0以下，有效降低了废水的pH，减轻了后续废水综合处理段的负荷，但不会降低废水碱度，不需要或减少因投加净水药剂而产生的碱回调费用。

同时，使用CO₂调节废水pH，不引进硫酸根和氯离子，所以既不会导致反应器腐蚀，也不会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，无法产沼气或沼气中硫化氢浓度过高而不利于资源利用，且厌氧微生物生物活性不会受抑制，对有机物的处理效果好，最终出水的COD值满足后续处理要求。且CO₂危险性较小，相对于硫酸、盐酸储罐，液体CO₂储罐安全风险小。

本发明先将液态的CO₂存储在液体CO₂储罐中，使用时先通过CO₂汽化器使液态CO₂汽化，然后通过气体调压装置将CO₂气体的气压调整至使用要求，再通入高压微泡CO₂吸收塔内进行反应。因为液态CO₂的温度和CO₂的汽化温度都很低(CO₂沸点-56.6℃)，因此将汽化后的低温CO₂通入高压微泡CO₂吸收塔内后，可以使一般温度在55-65℃的废水降温至35-40℃，达到中温厌氧的温度要求，不需要再通过冷却塔冷却降温，简化了处理步骤，降低处理成本。

作为优选，高浓度废水调节池进水端设有格栅井，格栅井内设有机械格栅，高浓度废水调节池内设有第一pH测量装置和液位控制装置，高浓度废水调节池和高压微泡CO₂吸收塔之间设有相连接的第一引水罐和第一提升泵，第一引水罐与高浓度废水调节池的出水端连接，第一提升泵与高压微泡CO2吸收塔连接。在高浓度废水调节池内设置格栅井和机械格栅，可以去除废水中的细小绒毛、线头、短纤等杂物；设置液位开关等液位控制装置，可以使池内的水位保持稳定，有利于后续处理；设置第一pH测量装置可以对废水的进水pH进行实时监测，便于设置后续高压微泡CO₂吸收塔和CO₂存储系统的参数。

作为优选，高压微泡CO₂吸收塔内设有第二pH测量装置、位于吸收塔底部的微孔CO₂释放器、位于吸收塔中部的填料和位于吸收塔顶部的高压喷淋装置，微孔CO₂释放器与气体调压装置连接，所述高压喷淋装置与第一提升泵连接，高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器之间设有相连接的第二引水罐和第二提升泵，第二引水罐与高压微泡CO₂吸收塔连接，第二提升泵与厌氧反应器连接。

高浓度废水调节池的出水通过第一引水罐和第一提升泵进入高压微泡CO₂吸收塔，通过顶部的高压喷淋装置喷淋至吸收塔内向下落下；而经过调压的CO₂气体通过底部的微孔CO₂释放器鼓入，向上运动，与落下的废水接触并发生反应，降低废水的pH值；位于吸收塔中部的填料用于增大气液接触面积，使气液充分反应。本发明的高压微泡CO₂吸收塔内采用微孔释放器鼓入CO₂代替传统的穿孔曝气，微孔释放器可形成更小的气泡，提高气液接触面积，有利于二氧化碳的高效吸收。

作为优选，CO₂存储系统与高压微泡CO₂吸收塔之间设有缓冲罐，缓冲罐的进气端与气体调压装置连接，缓冲罐的出气端与微孔CO₂释放器连接。在CO₂存储系统与高压微泡CO₂吸收塔之间设置缓冲罐，有利于调节CO₂气体的进气量，可以根据不同的进水pH调整处理参数。

作为优选，厌氧反应器内设有位于反应器底部的穿孔布水系统、位于反应器顶部的三相分离器及位于穿孔布水系统和三相分离器之间的环形集水装置，所述穿孔布水系统与第二提升泵连接，厌氧反应器外设有厌氧循环泵，所述厌氧循环泵一端与第二提升泵通过管路连通，另一端与环形集水装置连接。

高压微泡CO₂吸收塔的出水通过第二引水罐和第二提升泵进入厌氧反应器中的穿孔布水系统，经穿孔布水系统从厌氧反应器底部泵入，与反应器内的厌氧颗粒污泥充分混合，反应后绝大部分有机物质被转化为沼气，三相分离器可以将沼气、水和污泥实现良好分离，沼气由顶部进入集气室，废水流入后续处理系统，厌氧污泥回流至污泥床。同时，本发明还在厌氧反应器中设置了环形集水装置和厌氧循环泵，可以通过厌氧循环泵使进入环形集水装置中的部分厌氧出水实现循环，有利于充分利用厌氧出水稀释进水，从而进一步降低进水污染物浓度和pH。底部设置的穿孔布水系统可以均匀布水，使厌氧反应器底部的污泥床一直处于悬浮膨胀状态，泥水混合效果大大提升，提高处理效果。

作为优选，三相分离器包括位于下方的若干组气体分离板、位于上方的集气室以及连接气体分离板与集气室的气升管，所述厌氧反应器内设有位于气体分离板和集气室之间的沉淀区，所述沉淀区设有出水堰，所述每组气体分离板包括两块呈倒置的V形设置的反射板，反射板上端与气升管连接。

废水与厌氧反应器中的污泥混合接触后，污泥中的微生物可以分解废水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的区域，污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层通过气升管进入集气室；固液混合液经过反射进入沉淀区，废水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降，回到厌氧反应器底部；与污泥分离后的处理出水从沉淀区的出水堰上部溢出，进入后续综合处理段。

作为优选，厌氧反应器外设有排泥泵，所述排泥泵与厌氧反应器底部连接。在厌氧反应器外设置与厌氧反应器底部连接的排泥泵，可以将失去活性的污泥及时排出。

作为优选，厌氧预处理系统中还包括沼气收集存储系统，所述沼气收集存储系统包括依次连接的第一沼气脱硫塔、第二沼气脱硫塔、凝水缸和沼气储气柜，所述第一沼气脱硫塔与厌氧反应器连接，所述第一和第二沼气脱硫塔内设有脱硫填料。设置与厌氧反应器相连接的沼气收集存储系统，先通过两个脱硫塔内的脱硫填料对沼气进行脱硫，然后通过凝水缸去除沼气中的水分，最终进入沼气储气柜，可以将厌氧反应器内产生的沼气加以收集和利用，实现了能源的有效利用。

作为优选，步骤(2)中将废水的pH值调节至≤9.5。因为后续厌氧反应器内的厌氧反应后期也会产生CO₂，所以结合经济性的考虑，将厌氧反应器进水pH控制在≤9.5，在满足后续处理的要求的同时，成本较低。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)利用CO₂调节废水pH，CO₂可降低废水pH，但不会降低废水碱度，有利于降低综合废水药剂成本(即不需要或减少因投加净水药剂而产生的碱回调费用)；

(2)利用CO₂调节废水pH，不引进硫酸根和氯离子，所以既不会导致反应器腐蚀，也不会导致硫酸盐还原菌大量繁殖，无法产沼气或沼气中硫化氢浓度过高而不利于资源利用，且厌氧微生物生物活性不会受抑制，提高COD处理效果；

(3)高碱度高浓度废水，温度一般在55～65℃，通过二氧化碳曝气可降低污水温度至35～40℃，达到中温厌氧温度要求，且不需要再进行冷却塔冷却降温；

(4)CO₂危险性较小，相对于硫酸、盐酸储罐，液体CO₂储罐安全风险小。

附图说明

图1是本发明的一种连接示意图；

图2是图1中A部分的局部放大图。

图中：1高浓度废水调节池、101格栅井、102机械格栅、103第一pH测量装置、104液位控制装置、2高压微泡CO₂吸收塔、201第二pH测量装置、202微孔CO₂释放器、203填料、204高压喷淋装置、3厌氧反应器、301穿孔布水系统、302三相分离器、3021气体分离板、3022集气室、3023气升管、3024沉淀区、3025出水堰、303环形集水装置、4液体CO₂储罐、5CO₂汽化器、6气体调压装置、7第一引水罐、8第一提升泵、9第二引水罐、10第二提升泵、11缓冲罐、12厌氧循环泵、13排泥泵、14第一沼气脱硫塔、1401脱硫填料、15第二沼气脱硫塔、16凝水缸、17沼气储气柜。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

本发明中的附图仅为各装置的结构和连接示意图，不代表实际摆放及管路铺设。本发明中使用的仪器和装置无具体说明均为现有技术中的常规仪器和装置，不是本发明的重点。

如图1所示，本发明各实施例中采用的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，包括依次连接的高浓度废水调节池1、高压微泡CO₂吸收塔2和厌氧反应器3，高压微泡CO₂吸收塔与CO₂存储系统连接，CO₂存储系统包括依次连接的液体CO₂储罐4、CO₂汽化器5及气体调压装置6。

高浓度废水调节池进水端设有格栅井101，格栅井内设有机械格栅102，高浓度废水调节池内设有第一pH测量装置103和液位控制装置104。高压微泡CO₂吸收塔内设有第二pH测量装置201、位于吸收塔底部的微孔CO₂释放器202、位于吸收塔中部的填料203和位于吸收塔顶部的高压喷淋装置204，所用填料为鲍尔环填料。厌氧反应器内设有位于反应器底部的穿孔布水系统301、位于反应器顶部的三相分离器302及位于穿孔布水系统和三相分离器之间的环形集水装置303。如图2所示，三相分离器包括位于下方的若干组气体分离板3021、位于上方的集气室3022以及连接气体分离板与集气室的气升管3023，厌氧反应器内设有位于气体分离板和集气室之间的沉淀区3024，沉淀区设有出水堰3025，每组气体分离板包括两块呈倒置的V形设置的反射板，反射板上端与气升管连接。

高浓度废水调节池和高压微泡CO₂吸收塔之间设有相连接的第一引水罐7和第一提升泵8，第一引水罐与高浓度废水调节池的出水端连接，第一提升泵与高压微泡CO₂吸收塔中的高压喷淋装置连接。CO₂存储系统与高压微泡CO₂吸收塔之间设有缓冲罐11，缓冲罐的进气端与气体调压装置连接，缓冲罐的出气端与高压微泡CO₂吸收塔中的微孔CO₂释放器连接。高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器之间设有相连接的第二引水罐9和第二提升泵10，第二引水罐与高压微泡CO₂吸收塔的出水端连接，第二提升泵与厌氧反应器中的穿孔布水系统连接。厌氧反应器外设有厌氧循环泵12和排泥泵13，厌氧循环泵一端与第二提升泵通过管路连通，另一端与环形集水装置连接，排泥泵与厌氧反应器底部连接。

厌氧预处理系统中还包括沼气收集存储系统，沼气收集存储系统包括依次连接的第一沼气脱硫塔14、第二沼气脱硫塔15、凝水缸16和沼气储气柜17，第一和第二沼气脱硫塔内设有脱硫填料1401，第一沼气脱硫塔与厌氧反应器中的集气室连接。

使用上述预处理系统的高碱度高浓度印染废水厌氧预处理工艺包括如下步骤：

(1)高碱度高浓度印染废水从高浓度废水调节池的进水端进入格栅井，通过机械格栅对印染废水进行粗滤，去除废水中的细小绒毛、线头、短纤等杂物，通过第一pH测量装置实时监测废水的pH值，以控制后续工艺参数，通过液位控制装置调节高浓度废水调节池中的液位，使处理量保持稳定。

(2)通过高浓度废水调节池粗滤后的废水经过第一引水罐在第一提升泵的作用下进入高压微泡CO₂吸收塔通过顶部的高压喷淋装置，通过高压喷淋装置喷淋至吸收塔内向下落下；而存储在液体CO₂储罐中的液态CO₂通过CO₂汽化器汽化，然后通过气体调压装置将气压调整至使用要求后经过缓冲罐进入高压微泡CO₂吸收塔内，通过底部的CO₂释放器鼓入，经过调压的CO₂气体从底部鼓入后向上运动，与落下的废水接触并发生反应，使废水的pH值降低至≤9.5，位于吸收塔中部的填料可以增大气液接触面积，使气液充分反应。

(3)调节pH后的废水经过第二引水罐在第二提升泵的作用下进入厌氧反应器底部的穿孔布水系统，经穿孔布水系统从厌氧反应器底部泵入，与反应器内的厌氧颗粒污泥充分混合，污泥中的微生物可以分解废水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的区域，污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层通过气升管进入集气室；固液混合液经过反射进入沉淀区，废水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降，回到厌氧反应器底部，失活后的污泥通过排泥泵排出反应器外；与污泥分离后的处理出水从沉淀区的出水堰上部溢出，进入后续综合处理段。

厌氧反应器中还同时通过厌氧循环泵和环形集水装置使厌氧出水实现循环，有利于充分利用厌氧出水稀释进水，从而进一步降低进水污染物浓度和pH。底部设置的穿孔布水系统可以均匀布水，使厌氧反应器底部的污泥床一直处于悬浮膨胀状态，泥水混合效果大大提升，提高处理效果。

厌氧反应器集气室中收集的沼气后续依次通过两个脱硫塔内的脱硫填料进行脱硫，然后通过凝水缸去除沼气中的水分，最终进入沼气储气柜，可以将厌氧反应器内产生的沼气加以收集和利用，实现了能源的有效利用。

采用上述预处理系统和工艺分别对实施例1-10中的废水进行厌氧预处理，预处理结果如表1所示(实施例1-5为不同日期排放的退浆废水，实施例6-10为不同日期排放的碱减量废水)。

表1：退浆废水和碱减量废水的预处理结果。

从表1中可以看出，经高压微泡CO₂吸收塔处理后，退将废水和碱减量废水的pH均可以从13以上降至9.5以下，再经后续厌氧反应器处理之后，出水的pH均能降至≤9.0；经厌氧处理后，退浆废水的厌氧出水COD值可以降至7500mg/L以下，而碱减量废水的厌氧出水COD值可以降至5000mg/L以下，均符合后续综合处理要求，可以有效降低后续综合处理的负荷。

Claims (10)

1.一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，包括依次连接的高浓度废水调节池（1）、高压微泡CO₂吸收塔（2）和厌氧反应器（3），所述高压微泡CO₂吸收塔与CO₂存储系统连接，所述CO₂存储系统包括依次连接的液体CO₂储罐（4）、CO₂汽化器（5）及气体调压装置（6）。

2.根据权利要求1所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述高浓度废水调节池进水端设有格栅井（101），格栅井内设有机械格栅（102），高浓度废水调节池内设有第一pH测量装置（103）和液位控制装置（104），所述高浓度废水调节池和高压微泡CO₂吸收塔之间设有相连接的第一引水罐（7）和第一提升泵（8），第一引水罐与高浓度废水调节池的出水端连接，第一提升泵与高压微泡CO₂吸收塔连接。

3.根据权利要求2所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述高压微泡CO₂吸收塔内设有第二pH测量装置（201）、位于吸收塔底部的微孔CO₂释放器（202）、位于吸收塔中部的填料（203）和位于吸收塔顶部的高压喷淋装置（204），所述微孔CO₂释放器与气体调压装置连接，所述高压喷淋装置与第一提升泵连接，所述高压微泡CO₂吸收塔和厌氧反应器之间设有相连接的第二引水罐（9）和第二提升泵（10），第二引水罐与高压微泡CO₂吸收塔连接，第二提升泵与厌氧反应器连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述CO₂存储系统与高压微泡CO₂吸收塔之间设有缓冲罐（11），所述缓冲罐的进气端与气体调压装置连接，缓冲罐的出气端与微孔CO₂释放器连接。

5.根据权利要求3所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述厌氧反应器内设有位于反应器底部的穿孔布水系统（301）、位于反应器顶部的三相分离器（302）及位于穿孔布水系统和三相分离器之间的环形集水装置（303），所述穿孔布水系统与第二提升泵连接，厌氧反应器外设有厌氧循环泵（12），所述厌氧循环泵一端与第二提升泵通过管路连通，另一端与环形集水装置连接。

6.根据权利要求5所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述三相分离器包括位于下方的若干组气体分离板（3021）、位于上方的集气室（3022）以及连接气体分离板与集气室的气升管（3023），所述厌氧反应器内设有位于气体分离板和集气室之间的沉淀区（3024），所述沉淀区设有出水堰（3025），所述每组气体分离板包括两块呈倒置的V形设置的反射板，反射板上端与气升管连接。

7.根据权利要求5所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，所述厌氧反应器外设有排泥泵（13），所述排泥泵与厌氧反应器底部连接。

8.根据权利要求1或5所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理系统，其特征是，厌氧预处理系统中还包括沼气收集存储系统，所述沼气收集存储系统包括依次连接的第一沼气脱硫塔（14）、第二沼气脱硫塔（15）、凝水缸（16）和沼气储气柜（17），所述第一沼气脱硫塔与厌氧反应器连接，所述第一和第二沼气脱硫塔内设有脱硫填料（1401）。

9.一种使用如权利要求1-8任意所述的预处理系统的高碱度高浓度印染废水厌氧预处理工艺，其特征是，包括如下步骤：

（1）通过高浓度废水调节池对印染废水进行粗滤；

（2）使粗滤后的废水进入高压微泡CO₂吸收塔内调节废水pH值；

（3）使调节pH后的废水进入厌氧反应器内进行厌氧处理，降解废水中的有机物，厌氧反应器的出水进入废水综合处理系统进行后处理。

10.根据权利要求9所述的一种高碱度高浓度印染废水厌氧预处理工艺，其特征是，步骤（2）中将废水的pH值调节至≤9.5。

Images