CN111377575A - 一种高硫酸盐高cod有机废水的处理方法 - Google Patents

一种高硫酸盐高cod有机废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

一种高硫酸盐高COD有机废水的处理方法,包括厌氧处理段、好氧处理段和尾气处理段;厌氧处理段依次包括pH调节、一级厌氧处理、吹脱处理和二级厌氧处理;所述二级厌氧产生的气体进入一级厌氧处理的初次吹脱或超重力吹脱处理阶段,与补充的甲烷共同作为吹脱气,吹脱后的气体进入尾气处理段;尾气处理段包括溶剂吸收、溶剂再生和WSA湿法制硫酸。本发明的方法针对高COD、高硫酸根废水,提出了一种以制取并回用硫酸为核心的工艺路线,不仅解决了废水中硫酸根过高的问题,还为源头提供了工艺原料。

Description

一种高硫酸盐高COD有机废水的处理方法
技术领域
本发明涉及一种高硫酸盐高COD含量有机废水的处理方法,属于废水处理领域。
背景技术
生产长链二元酸的主要方法有化学合成法和生物发酵法,其中发酵法较化学法在合成难易和经济性方面有极大的优越性,目前只有美国、德国、日本和中国掌握该技术。但是,利用生物发酵法生产长链二元酸存在的一大难题就是工艺废水难以处理,该废水属于高COD(8000~15000mg/L)、高硫酸盐(5000~13000mg/L)有机废水,但由于大量存在的硫酸根离子使得这股高含盐废水不易生化,而又由于高有机物(COD)的原因,采用浓缩结晶等物化工艺路线变得既不经济也不可取(易堵塞)。
类似高硫酸盐废水不仅仅存在二元酸发酵领域,也存在于其他行业,例如化工、制药、造纸、食品加工、采矿等。针对这类废水,常采用的方法如下:
(1)化学法,即投加石灰使硫酸盐转化为硫酸钙沉淀。如CN106865880A所述,其硫酸盐脱除的核心为生石灰中和、斜板沉淀、化学絮凝、石英砂过滤等一系列流程,如果高COD有机废水也采取此种工艺,那么在投加石灰生成沉淀和絮凝剂絮凝过滤的同时,会有有机物、重金属等物质混入沉淀中,最终生成的石灰渣和污泥只能当做固废甚至危废,没有利用价值还产生二次污染。同样,这种情况也存在于CN105439374A等一些专利中,即在预处理第一步采用石灰中和沉淀,同时投加药剂AlCl3和PAM,但没有明确说明污泥去处,而且为了更好沉淀效果,需要把酸性废水调成弱碱性pH7.5~8,后续一段厌氧又需加酸,把pH调回4.5~6.0,存在pH反复调节及酸碱重复投加,经济性较差。
(2)简单生化法,即采用一级厌氧工艺。由于厌氧工艺容积负荷远高于好氧工艺,故多采用厌氧处理有机废水。若废水中含有硫酸盐,在厌氧条件下硫酸盐在硫酸盐还原菌(SRB)作用下还原为S2-离子,该离子具有较强的生物毒性,对微生物菌群尤其是产甲烷菌具有较大的抑制作用,严重影响COD的去除。因此为了减少S2-离子对产甲烷菌的影响,一般要求一级厌氧反应器的硫酸根浓度小于2000mg/L,而对于硫酸根浓度5000~13000mg/L的有机废水并不适用。如专利CN103771670A,其硫酸根浓度多在1000mg/L以下,采用单独厌氧加好氧工艺,但该工艺并不适用于二元酸发酵工艺废水。
(3)两级厌氧工艺,即为了避免厌氧过程中硫酸盐还原菌与产甲烷菌的相互竞争,目前国内外多采用两级厌氧工艺处理高浓度有机废水。如专利CN105439374A所述,一级厌氧控制在水解酸化阶段,硫酸盐还原菌将废水中的大部分硫酸根还原成S2-离子,并与H+结合生成硫化氢,硫化氢经氮气吹脱进入干法脱硫器脱硫;二级厌氧控制在产甲烷阶段,厌氧出水进入好氧反应池进一步处理。该专利在一级厌氧段使用的干法脱硫是一种较陈旧的技术,其在脱硫剂更换、连续操作、再生处理等都存在较大弊端,且没有明确硫脱除后其最终的去向;二级厌氧过程中有机物最终生成甲烷、二氧化碳、水和少量硫化氢,即沼气,该专利也忽略了沼气的处理。
(4)生物脱硫技术,即硫酸根在厌氧条件下经硫酸盐还原菌还原成硫化物或硫化氢,然后再经过硫氧化菌生物氧化生成单质硫。如专利CN102795739A对厌氧产生的硫化氢采用氮气吹脱、弱碱液吸收和硫氧化菌制取单质硫(硫磺);专利CN104140155A对厌氧产生的硫化氢通过控制停留时间、浓度、pH、碱度、溶解氧、还原电位等措施,最终在硫氧化菌作用下生成单质硫;专利CN103172218A通过嗜盐硫氧化菌和萃取的方法回收单质硫;专利CN103319002A通过构建电催化装置、加入培养基、控制电极电位和温度,使S2-离子在硫化菌作用下选择性氧化成单质硫。上述生物脱硫技术都存在过程不易控制、条件要求苛刻的缺点,且液相制取硫磺还存在分离效果差、硫磺纯度低的问题,因此该技术虽发展了几十年,但目前离工业化应用还有一定的距离。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种高硫酸盐高COD有机废水的处理方法,采用厌氧、好氧和尾气处理等工序能尤其可用于二元酸发酵工艺废水及类似性质废水的处理。
本发明的技术目的通过以下技术方案实现:
一种高硫酸盐高COD有机废水的处理方法,包括厌氧处理段、好氧处理段和尾气处理段;
所述厌氧处理段依次包括pH调节、一级厌氧处理、吹脱处理和二级厌氧处理;所述pH调节是向废水中加入pH调节剂调节废水的pH为4.5~6,之后进入一级厌氧处理,在硫酸盐还原菌作用下将硫酸盐还原为硫化氢,同时以甲烷为吹脱气进行初次吹脱,将产生的大部分硫化氢带出废水体系,初次吹脱处理后的废水进入超重力反应器进行超重力吹脱处理,进一步脱除硫化氢,然后进行二级厌氧处理,利用产甲烷菌来降解COD并产出甲烷;二级厌氧出水进入好氧处理段;
所述好氧处理段进一步降解废水中的COD,得到符合排放标准的废水;
所述二级厌氧产生的气体进入一级厌氧处理的初次吹脱或超重力吹脱处理阶段,与补充的甲烷共同作为吹脱气,吹脱后的气体进入尾气处理段;
所述尾气处理段包括溶剂吸收、溶剂再生和WSA湿法制硫酸;所述溶剂吸收是以吸收剂吸收气体中的硫化氢气体,使气体净化得到甲烷,并储存至甲烷储罐;所述溶剂再生是加热使其吸收的气体逸出,溶剂回用,逸出的气体进行WSA湿法制硫酸,得到硫酸产品。
进一步的,所述pH调节所用的pH调节剂为加入废水后不会与硫酸根产生沉淀或者微溶化合物的碱,更为具体的,为氢氧化钠或氢氧化钾,所述pH调节在调节池中进行。
进一步的,所述一级厌氧处理的废水中溶解氧控制在0.2mg/L以下,废水停留时间为2~45h,温度为25~35℃。
进一步的,所述超重力吹脱处理通过从超重力反应器进气口吸入的吹脱气,对从超重力反应器排气口进入的污水进行逆向吹脱,高速循环吹脱后吹脱气携带的硫化氢被送入尾气处理段,污水依靠重力流至二级厌氧处理。
进一步的,所述超重力吹脱处理的吹脱气与废水的体积比不小于6:1,吹脱后污水中的硫化氢浓度可由500~1000mg/L将至1mg/L以下。
进一步的,所述二级厌氧处理的废水中溶解氧在0.1mg/L以下,废水停留时间为2~50h,温度为30~40℃。
本领域技术人员应当了解的是,二级厌氧处理阶段,废水中有机物在产甲烷菌作用下生成甲烷,同时伴随着少量二氧化碳、硫化氢气体产生(即沼气),所述二氧化碳的量取决于溶解氧含量,所述硫化氢的量取决于一级厌氧段硫酸盐去除效率,所述的有机物中碳转化为甲烷(而非二氧化碳)的转化率可高达88%以上。
所述二级厌氧处理产生的沼气通过泵送至一级厌氧处理用于硫化氢吹脱,泵的持续抽气使得二级厌氧处理处于微负压,不仅有利于控制废气逃逸,还有利于形成气液两相分压差,便于废气由液相扩散至气相,减少了液相中硫化氢含量,减轻了S2-离子对后续好氧段微生物的影响。
进一步的,所述好氧处理段依次包括一级好氧处理、高级氧化处理和二级好氧处理。
进一步的,所述一级好氧处理选自生物接触氧化工艺、MBBR工艺等高容积负荷的工艺中的一种,其容积负荷在3kg(BOD5)/m3·d以上,其活性污泥采用驯化过的耐高盐菌群。
进一步的,所述二级好氧处理选自曝气生物滤池、MBR、生物倍增、SBR、氧化沟、A/O等常规工艺的一种,其容积负荷适中,采用正常生物菌群,优选MBR工艺,不仅可以脱除COD,还兼具过滤功能。
进一步的,所述一级好氧处理和二级好氧处理控制废水中溶解氧在2mg/L以上;所述高级氧化处理选自臭氧氧化、电催化氧化和芬顿氧化中的一种。以分解废水中难降解的有机物质,提高废水的可生化性。
进一步的,所述二级好氧处理后的出水可回注调节池,对高硫酸盐高COD含量的有机废水进行稀释。
进一步的,所述尾气处理段的吸收剂选自一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺和N-甲基二乙醇胺中的一种,优选为N-甲基二乙醇胺。被吸收剂吸收的主要是硫化氢气体,还包括少量的二氧化碳。
进一步的,所述溶剂再生在加热蒸馏塔中进行。
进一步的,所述的甲烷储罐甲烷的纯度可达90%以上,其中部分回用至吹脱气外,多余部分可当做产品资源化利用。
进一步的,所述WSA湿法制硫酸是将通过焚烧、转化和冷凝过程制备硫酸:溶剂再生分离出的气体进行焚烧,其中的H2S燃烧生成SO2,SO2在催化剂作用下转化为SO3,SO3和水蒸气进入冷凝器冷凝生成硫酸。
进一步的,本发明的方法所针对的废水类型为高硫酸盐高COD含量的有机废水,COD含量大于8000mg/L,硫酸盐含量大于5000mg/L的废水可应用本发明的方法处理。
进一步的,本发明的有机废水的处理方法尤其适用于二元酸发酵工艺废水的处理。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)以二元酸发酵工艺废水为代表的一类高COD、高硫酸根废水,其硫酸根的来源为酸化发酵过程中加入的硫酸,针对这一特点,本发明提出了一种以制取并回用硫酸为核心的工艺路线,不仅解决了废水中硫酸根过高的问题,还为源头提供了工艺原料,相比较而言,高硫酸盐废水制取硫磺的工艺路线在操作条件、过程控制、分离提纯等方面都存在诸多难题,很难得到合格产品,工业应用价值较低。
(2)本发明在调节池加入氢氧化钠、氢氧化钾等而非氢氧化钙进行pH调节,没有让硫元素进入以硫酸钙、絮凝药剂为主体的固危废中;以两级独立厌氧来最大化硫酸根还原;以一级厌氧段甲烷初次吹脱和超重力吹脱相结合的方式强化硫化氢的回收;以溶剂吸收、再生及WSA湿法制酸相结合实现硫酸的回用及硫回收,从而实现硫化氢高效率回收,硫元素的循环利用。
(3)相比较其他技术采用空气或氮气吹脱,本发明充分利用二级厌氧段产生的甲烷气体作为吹脱介质,同时吹脱后尾气经溶剂处理,酸性气被吸收,甲烷得到分离,继而实现甲烷高效率利用和高纯度回收。
(4)超重力吹脱不仅进一步回收硫化氢,还大幅度减少液相残留硫化物对二级厌氧段微生物菌群的影响;输送泵持续抽气使得二级厌氧段形成微负压,不仅有利于控制废气逃逸,还有利于形成气液两相分压差,便于废气由液相扩散至气相,减少沼气对后续好氧段微生物的影响。
(5)本发明提供的工艺方法不仅使废水达标排放,由于硫化氢和甲烷回收利用,还大幅度减少二次污染和尾气恶臭问题,同时调节池加碱微调过程中采用氢氧化钠,无化学沉淀产生,也无需絮凝剂助凝剂等药剂投加,因此药剂投加量和固危废产量量大幅减少。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1. 实施例1中二元酸发酵工艺废水的处理流程示意图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
实施例1
二元酸发酵工艺废水的处理方法,其流程示意图如图1所示。
二元酸发酵工艺产生的某股废水,其水质如下:COD 9000mg/L,硫酸盐6000mg/L,pH为3.5,废水流量为10t/h。废水在调节池中投加NaOH至pH为5,流入一级厌氧处理,在硫酸盐还原菌的作用下还原产生硫化氢,其中一级厌氧处理的废水溶解氧在0.2mg/L以下,水力停留时间16h,吹脱气甲烷流量按照气体和废水体积比为6:1进行吹脱,使硫化氢从水相中分离随甲烷进入气相,并进入尾气处理段。一级厌氧处理出水流入超重力吹脱,在超重力和甲烷气源作用下,液相中的硫化氢进一步分离出来,随着一起分离的还包括少量二氧化碳,尾气同样进入尾气处理系统,液相流入二级厌氧处理,此时溶解氧下降到0.1mg/L,pH值上升到7左右,进水COD 6500mg/L,硫酸盐1000mg/L。
二级厌氧处理主要为产甲烷段,有机物在产甲烷菌作用下最终被分解为甲烷、水和少量二氧化碳,水力停留时间为20h,其中碳转化(甲烷)率为88%,二级厌氧段气相被泵持续抽出形成微负压,压力为0.092MPa,出水水质约为COD 1800mg/L,硫酸盐400mg/L。
上述出水进入好氧处理段,依次经过生物接触氧化池、臭氧氧化池、MBR池,生物接触氧化池停留时间16 h,MBR停留时间8 h,最终出水COD约50mg/L,硫酸盐约300mg/L,符合排放标准,直接排放。
一级厌氧处理和超重力吹脱处理产生的尾气经贫胺液N-甲基二乙醇胺溶液吸收后,得到纯度为97%的甲烷,存入甲烷罐,部分循环使用,部分当做产品利用。溶剂吸收段吸收饱和后,富胺液进入溶剂再生塔再生,再生后的贫胺液返回溶剂吸收段,逸出的气体为纯度约93%的硫化氢,进入WSA制酸工艺,最后制得约30%浓度的硫酸,回用做二元酸工艺原料。全工艺总体硫转化率(硫酸根转化为硫酸)约92%。
通过本实施例可见本发明能够有效处理高COD、高硫酸根废水。
实施例2
二元酸发酵工艺产生的某股废水,其水质如下:COD 11000mg/L,硫酸盐7000mg/L,pH为3.3,废水流量为10t/h。废水在调节池中投加NaOH至pH为5,一级厌氧处理溶解氧在0.2mg/L以下,水力停留时间22h,吹脱气流量按照气水比7:1确定,二级厌氧处理溶解氧0.1mg/L以下,pH值7左右,进水COD 8500mg/L,硫酸盐1300mg/L。
二级厌氧处理主要为产甲烷段,水力停留时间为24h,其中碳转化(甲烷)率为86%,二级厌氧处理气相被泵持续抽出形成微负压,压力为0.093MPa,出水水质约为COD 2200mg/L,硫酸盐550mg/L。
上述出水进入好氧处理段,依次经过生物接触氧化池、臭氧氧化池、MBR池,生物接触氧化池停留时间16 h,MBR停留时间8 h,最终出水COD约57mg/L,硫酸盐约480mg/L,符合排放标准,直接排放。
甲烷罐甲烷纯度为95%,部分循环使用,部分当做产品利用。溶剂再生塔纯度约90%的硫化氢气体由溶剂再生塔顶部进入WSA制酸工艺,最后制得约29%浓度的硫酸。全工艺总体硫转化率(硫酸根转化为硫酸)约91%。
通过本实施例可见本发明能够通过增加停留时间、增大吹脱量等措施有效处理高COD、高硫酸根废水。
实施例3
二元酸发酵工艺产生的某股废水,其水质如下:COD 14000mg/L,硫酸盐10000mg/L,pH为3.2,废水流量控制在8t/h,引工艺出水(二级好氧出水)2t/h至调节池,调节池混合水中投加NaOH至pH为5,一级厌氧处理溶解氧在0.2 mg/L以下,水力停留时间22h,吹脱气流量按照气水比7:1确定,二级厌氧段溶解氧0.1mg/L以下,pH值7左右,进水COD 8700mg/L,硫酸盐1400mg/L。
二级厌氧段主要为产甲烷段,水力停留时间为24h,其中碳转化(甲烷)率为86%,,二级厌氧段气相被泵持续抽出形成微负压,压力为0.093MPa,出水水质约为COD 2100mg/L,硫酸盐630mg/L。
上述出水进入好氧处理段,依次经过生物接触氧化池、臭氧氧化池、MBR池,生物接触氧化池停留时间16 h,MBR停留时间8 h,最终出水COD约58mg/L,硫酸盐约500mg/L,符合排放标准,直接排放。
甲烷罐甲烷纯度为95%,部分循环使用,部分当做产品利用。溶剂再生塔纯度约90%的硫化氢气体由溶剂再生塔顶部进入WSA制酸工艺,最后制得约29%浓度的硫酸。全工艺总体硫转化率(硫酸根转化为硫酸)约93%。
通过本实施例可见本发明能够在实施例2的基础上增加回流和调节池调节,有效处理更高COD、硫酸根废水。

Claims (16)

1.一种高硫酸盐高COD有机废水的处理方法,其特征在于,包括厌氧处理段、好氧处理段和尾气处理段;
所述厌氧处理段依次包括pH调节、一级厌氧处理、吹脱处理和二级厌氧处理;所述pH调节是向废水中加入pH调节剂调节废水的pH为4.5~6,之后进入一级厌氧处理,在硫酸盐还原菌作用下将硫酸盐还原为硫化氢,同时以甲烷为吹脱气进行初次吹脱,将产生的大部分硫化氢带出废水体系,初次吹脱处理后的废水进入超重力反应器进行超重力吹脱处理,进一步脱除硫化氢,然后进行二级厌氧处理,利用产甲烷菌来降解COD并产出甲烷;二级厌氧出水进入好氧处理段;
所述好氧处理段进一步降解废水中的COD,得到符合排放标准的废水;
所述二级厌氧产生的气体进入一级厌氧处理的初次吹脱或超重力吹脱处理阶段,与补充的甲烷共同作为吹脱气,吹脱后的气体进入尾气处理段;
所述尾气处理段包括溶剂吸收、溶剂再生和WSA湿法制硫酸;所述溶剂吸收是以吸收剂吸收气体中的硫化氢气体,使气体净化得到甲烷,并储存至甲烷储罐;所述溶剂再生是加热使其吸收的气体逸出,溶剂回用,逸出的气体进行WSA湿法制硫酸,得到硫酸产品。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述pH调节所用的pH调节剂为加入废水后不会与硫酸根产生沉淀或者微溶化合物的碱。
3.根据权利要求2所述的处理方法,其特征在于,所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述一级厌氧处理的废水中溶解氧控制在0.2mg/L以下,废水停留时间为2~45h,温度为25~35℃。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述超重力吹脱处理通过从超重力反应器进气口吸入的吹脱气,对从超重力反应器排气口进入的污水进行逆向吹脱,高速循环吹脱后吹脱气携带的硫化氢被送入尾气处理段,污水依靠重力流至二级厌氧处理。
6.根据权利要求5所述的处理方法,其特征在于,所述超重力吹脱处理的吹脱气与废水的体积比不小于6:1。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述二级厌氧处理的废水中溶解氧在0.1mg/L以下,废水停留时间为2~50h,温度为30~40℃。
8.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述二级厌氧处理产生的沼气通过泵送至一级厌氧处理用于硫化氢吹脱,泵的持续抽气使得二级厌氧处理处于微负压。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述好氧处理段依次包括一级好氧处理、高级氧化处理和二级好氧处理。
10.根据权利要求9所述的处理方法,其特征在于,所述一级好氧处理选自生物接触氧化工艺和MBBR工艺中的一种。
11.根据权利要求9所述的处理方法,其特征在于,所述二级好氧处理选自曝气生物滤池、MBR、生物倍增、SBR、氧化沟和A/O工艺中的一种。
12.根据权利要求9所述的处理方法,其特征在于,所述高级氧化处理选自臭氧氧化、电催化氧化和芬顿氧化中的一种。
13.根据权利要求9所述的处理方法,其特征在于,所述二级好氧处理后的出水回注调节池,对高硫酸盐高COD含量的有机废水进行稀释。
14.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述尾气处理段的吸收剂选自一乙醇胺、二乙醇胺、二异丙醇胺或N-甲基二乙醇胺中的一种,优选为N-甲基二乙醇胺。
15.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述WSA湿法制硫酸是将通过焚烧、转化和冷凝过程制备硫酸:溶剂再生分离出的气体进行焚烧,其中的H2S燃烧生成SO2,SO2在催化剂作用下转化为SO3,SO3和水蒸气进入冷凝器冷凝生成硫酸。
16.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所处理的废水中COD含量大于8000mg/L,硫酸盐含量大于5000mg/L。
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