CN111072215B - 一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法，其包括如下步骤：S1，将对苯二甲酸废水经紫外光照射处理，使对苯二甲酸废水中的对苯二甲酸分解；S2，将经紫外光照射处理后的对苯二甲酸废水经活性污泥处理，使对苯二甲酸废水中对苯二甲酸的含量进一步降低；S3，将经活性污泥处理后的对苯二甲酸废水经微藻处理，使对苯二甲酸废水达到排放要求；其中，在所述微藻处理过程中，采用工业驰放气和/或生物质气源中的二氧化碳作为微藻生长的碳源。此外，在微藻处理过程中的微藻经回收作为生物质能源的材料用于裂解制生物质燃料气。本发明方法实现了废水处理、脱碳、副产生物质能源一体化，是一种节能环保绿色低碳的新方法。

Description

一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法。
背景技术
CO2减排是当今全球面临的气候变化重大问题，对工业经济尤其能源产业是严峻挑战，单就减排成本而论对不同发展阶段的国家社会、经济、科技发展会有不相同的影响。美国能源部的目标是逐步降低CO2捕集与封存(CCS)的成本使其不超过20美元/t-CO2、或发电成本增加不超过20％。美、欧工业化国家至今仍在为之努力，但即使能达到这一目标，包括中国在内的发展中国家未必负担得起。
随着国民经济的不断发展，对石油化工的需求量也不断增多，随之而来的废水排放问题越来越大，情况越来越复杂。生物法水处理技术作为一种绿色化工技术，具有处理废水彻底、处理成本低、药剂消耗少和无二次污染等特点，已经成为当前污水处理的主流技术。作为新型水处理技术，微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用效率高等特点，在生长繁殖过程中能将水体中的有机化合物作为氮源及硫源来富积吸收与利用，也能在以CO2作为无机碳源的同时利用有机物质作为有机碳源。在微藻处理废水之后，加入剩余微藻(“藻泥”)热裂解环节，将微藻作为制取生物质气的原材料，在避免微藻对环境带来二次污染风险的同时，实现资源化利用。废水处理环节与能源生产环节的集成，具有较高的环境保护意义与能源战略意义。
专利201710938493.7提供了一种微藻处理污水的方法，利用改性壳聚糖、改性蒙脱石制备成吸附膜组装而成的中空吸附柱对污水中的金属离子进行吸附，通过泵负压作用使污水透过吸附柱，污水在吸附柱中停留，与固定化微藻接触，微藻利用污水中的有机营养物质进行生长繁殖。利用该方法进行污水处理，能有效的除去污水中的金属离子、碳、氮、磷等物质，同时能大规模培养微藻，达到污水处理与微藻培养双重目的。处理后的污水可用于灌溉、养殖、清洗等；培养出来的微藻可用于水产养殖、饲料添加、植物油提取等。实用新型201610582744.8公开了一种微藻光学生物污水处理装置，其可以利用微藻生物膜光合作用可以生成过氧化氢，并且过氧化氢在光照条件下通过光化学反应转化成羟基自由基，很好的提高了微藻污水处理效果。专利201410731223.5公开了一种生产微藻油脂的方法，在光生物反应器中加入微藻培养基和混合微藻种子液，维持培养体系pH为8-12，通入气体中CO2体积含量为5v％-45v％，提高了微藻培养体系对高浓度CO2的溶解性和耐受性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高，能够进行生物柴油的生产。专利201010222051.0公开了一种敞开式培养微藻的方法，采用光照敞开式生物反应器，光照敞开式生物反应器内包括微藻和微藻培养基，补充CO2用于微藻生长，其中补充CO2的方法为利用气液混合输送装置将含CO2的气体与液相混合，然后在气液分离器中进行气液分离，气液分离后的溶有CO2的液相进入敞开式生物反应器补充微藻生长所需的CO2。
现有技术中仅存在将微藻分别用于水处理、生物质能源和二氧化碳吸收的技术，但将三者结合起来尚未报道。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法。该方法将对苯二甲酸废水经紫外光照射处理、活性污泥处理以及微藻处理，使得对苯二甲酸废水达到排放要求。同时，在所述微藻处理过程中，采用工业驰放气和/或生物质气源中的二氧化碳作为微藻生长的碳源，能够减少二氧化碳气体的排放。此外，在微藻处理过程中的微藻经回收作为生物质能源的材料用于裂解制生物质燃料气。本发明方法实现了废水处理、脱碳、副产生物质能源一体化，是一种节能环保绿色低碳的新方法。
为此，本发明提供了一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法，其包括如下步骤：
S1，将对苯二甲酸废水经紫外光照射处理，使对苯二甲酸废水中的对苯二甲酸分解；
S2，将经紫外光照射处理后的对苯二甲酸废水经活性污泥处理，使对苯二甲酸废水中对苯二甲酸的含量进一步降低；
S3，将经活性污泥处理后的对苯二甲酸废水经微藻处理，使对苯二甲酸废水达到排放要求；
其中，在所述微藻处理过程中，采用工业驰放气和/或生物质气源中的二氧化碳作为微藻生长的碳源。
在一些实施方式中，在步骤S1中，所述对苯二甲酸废水的CODcr含量为3000-30000mg/L；所述对苯二甲酸废水的pH值为1-5。
在一些实施方式中，在步骤S1中，采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理4-500min，优选为4-60min，更优选为6-40min。
在一些实施方式中，所述活性污泥选自好氧活性污泥和/或厌氧活性污泥。
在一些实施方式中，所述活性污泥处理的时间为5-96h，优选为5-48h，更优选为6.75-13h。
在一些实施方式中，所述微藻处理的时间为5-240h，优选为12-36h，更优选为12-22h。
在一些实施方式中，在步骤S3中，经微藻处理后，所述对苯二甲酸废水的CODcr含量为小于300mg/L，即满足排放要求。
在一些实施方式中，所述工业驰放气为烟气。在一些优选的实施方式中，所述烟气中二氧化碳的含量为8v％-15v％。在一些更优选的实施方式中，所述烟气中二氧化碳的含量为10v％-12.5v％。
在一些实施方式中，在所述微藻处理过程中，所述二氧化碳的捕集率为90％以上。
在一些实施方式中，所述方法还包括步骤S4：回收步骤S3中的微藻，将回收的藻类作为生物质能源的材料用于裂解制生物质燃料气(例如甲烷)。
本发明提供的对苯二甲酸废水处理以及资源化利用方法以处理难度大的对苯二甲酸PTA废水为研究对象，通过利用PTA废水和烟气二氧化碳培养微藻技术，利用烟气中的CO2和余热处理PTA废水，同时进行微藻生物质气化，开发以废制废的烟气二氧化碳工业利用技术，在净化废水的同时副产生物质能源，实现“以废制废”和“变废为宝”，符合当前绿色化工和循环经济的主体，具有巨大的经济价值和社会意义。本发明方法解决了现有敞开式微藻培养体系中由于液层薄引起的CO2利用率低的问题，提高了微藻培养过程中微藻积累油脂能力，提高了CO2利用率，简化了培养装置。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
实施例
实施例1
一个含有PTA废水的污水源每天排放量4吨，PTA废水的CODcr含量为20000mg/L，水温40℃，废水的pH值为4。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为12v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间24h后(其中紫外光照射处理10min，活性污泥处理8h，微藻处理15.83h)，PTA废水的CODcr含量为128mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到91％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例1
含PTA的废水和烟气条件与实施例1相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为4，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期48h，处理后废水的CODcr含量为1000mg/L。
实施例2
一个含有PTA废水的污水源每天排放量40吨，PTA废水的CODcr含量为15000mg/L，水温40℃，废水的pH值为4.4。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为8v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间20h后(其中紫外光照射处理15min，活性污泥处理6.75h，微藻处理13h)，PTA废水的CODcr含量为107mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到90.8％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例2
含PTA的废水和烟气条件与实施例2相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为4.4，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期48h，处理后废水的CODcr含量为1000mg/L。
实施例3
一个含有PTA废水的污水源每天排放量10吨，PTA废水的CODcr含量为30000mg/L，水温45℃，废水的pH值为3.8。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为15v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间28h后(其中紫外光照射处理6min，活性污泥处理13h，微藻处理14.9h)，PTA废水的CODcr含量为159mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到91.5％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例3
含PTA的废水和烟气条件与实施例3相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为3.8，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期60h，处理后废水的CODcr含量为1200mg/L。
实施例4
一个含有PTA废水的污水源每天排放量1吨，PTA废水的CODcr含量为10000mg/L，水温35℃，废水的pH值为4.8。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为12v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间22h后(其中紫外光照射处理4min，活性污泥处理9h，微藻处理12.93h)，PTA废水的CODcr含量为89mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到93.5％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例4
含PTA的废水和烟气条件与实施例4相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为4.8，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期40h，处理后废水的CODcr含量为700mg/L。
实施例5
一个含有PTA废水的污水源每天排放量80吨，PTA废水的CODcr含量为17000mg/L，水温45℃，废水的pH值为4.5。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为10v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间28h后(其中紫外光照射处理40min，活性污泥处理10h，微藻处理17.33h)，PTA废水的CODcr含量为129mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到90.5％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例5
含PTA的废水和烟气条件与实施例5相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为4.5，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期36h，处理后废水的CODcr含量为1300mg/L。
实施例6
一个含有PTA废水的污水源每天排放量30吨，PTA废水的CODcr含量为23000mg/L，水温40℃，废水的pH值为4.2。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为12.5v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间30h后(其中紫外光照射处理12min，活性污泥处理10h，微藻处理19.8h)，PTA废水的CODcr含量为179mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到91.3％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例6
含PTA的废水和烟气条件与实施例6相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为4.2，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期42h，处理后废水的CODcr含量为1500mg/L。
实施例7
一个含有PTA废水的污水源每天排放量15吨，PTA废水的CODcr含量为29000mg/L，水温40℃，废水的pH值为3.9。采用本发明提供的方法进行处理，首先采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理，将PTA分子进行分解，然后进行活性污泥预处理，之后水样进入微藻池进行微藻处理，同时通入二氧化碳含量为12v％的烟气为微藻生产供应二氧化碳，总共处理停留时间30h后(其中紫外光照射处理10min，活性污泥处理8h，微藻处理21.83h)，PTA废水的CODcr含量为209mg/L，烟气中二氧化碳的捕集率达到90.3％。反应器中的微藻定期置换，用于裂解制燃料气。
对比例7
含PTA的废水和烟气条件与实施例7相同，不同之处在于，采用传统的活性污泥法处理，由于废水的pH值为3.9左右，污泥中的活性组分难以存活，传统方法无法处理含PTA废水，只能通过中和及稀释后进行处理，处理周期45h，处理后废水的CODcr含量为1700mg/L。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (13)

1.一种对苯二甲酸废水处理及资源化利用方法，其包括如下步骤：
S1，将对苯二甲酸废水经紫外光照射处理，使对苯二甲酸废水中的对苯二甲酸分解；
S2，将经紫外光照射处理后的对苯二甲酸废水经活性污泥处理，使对苯二甲酸废水中对苯二甲酸的含量进一步降低；
S3，将经活性污泥处理后的对苯二甲酸废水经微藻处理，使对苯二甲酸废水达到排放要求；
其中，在所述微藻处理过程中，采用工业驰放气和/或生物质气源中的二氧化碳作为微藻生长的碳源；
在步骤S1中，进行所述紫外光照射处理前，所述对苯二甲酸废水的CODcr含量为10000-30000mg/L；
在步骤S3中，经微藻处理后，所述对苯二甲酸废水的CODcr含量为小于300mg/L，并且，在所述微藻处理过程中，所述二氧化碳的捕集率为90％以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述对苯二甲酸废水的pH值为1-5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，采用波长为365nm的紫外光进行紫外光照射处理4-500min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射处理时间为5-60min。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活性污泥选自好氧活性污泥和/或厌氧活性污泥。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活性污泥处理的时间为5-96h。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述活性污泥处理的时间为5-48h。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微藻处理的时间为5-240h。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微藻处理的时间为12-36h。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工业驰放气为烟气。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述烟气中二氧化碳的含量为8v％-15v％。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述烟气中二氧化碳的含量为10v％-12.5v％。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤S4：回收步骤S3中的微藻，将回收的微藻作为生物质能源的材料用于裂解制生物质燃料气。
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