CN111807637B - 一种啤酒废水有机质主流回收生产pha的反应装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种啤酒废水有机质主流回收生产PHA的反应装置与方法属于污水处理与资源化工艺技术领域。包括以下步骤：(1)预处理：格栅过滤；(2)厌氧酸化：将啤酒废水中有机物转化为挥发性脂肪酸；(3)好氧生物处理，同时进行PHA积累菌群的富集；(4)高级氧化深度处理去除有机物；(5)利用剩余污泥批次发酵生产PHA。该方法在处理啤酒废水的同时，实现了在主流工艺回收生产PHA，系统无剩余污泥产生。有机物回收效率和废水COD去除率高，产生的PHA能够为污水厂带来一定的经济效益。

Description

一种啤酒废水有机质主流回收生产PHA的反应装置与方法
技术领域
本发明属于污水处理与资源化工艺技术领域。具体涉及一种啤酒废水的处理及资源化回收PHA的方法。
背景技术
啤酒废水主要产生于啤酒生产过程中的糖化、发酵、灌装等工序，属于高浓度有机废水，COD浓度可达1800-3500mg/L，不含有毒有害物质，可生化性好。近年来，在高浓度有机废水领域，资源回收成为研究的热点之一，废水中的有机物是重要的可回收能源之一。啤酒废水作为主要的高浓度有机废水，将水中有机物回收利用是实现污水资源化应用的重大举措。传统的啤酒废水处理工艺不仅处理成本高并且造成能源的浪费，因此需要对其进行改造从而实现节能高效的处理过程和资源回收。例如，专利申请号CN201811638028.2以水力筛代替传统工艺中的预沉池，以高效旋流厌氧处理装置进行厌氧处理，简化了传统工艺流程，降低工艺运行成本。但是该工艺并未对水中资源进行有效回收。专利申请号CN201510884866.8和CN201910195807.8提出了啤酒废水资源化的方法，技术核心是利用啤酒废水生产微生物絮凝剂和小球藻。但是，如何在提升废水处理效率的同时实现规模化资源回收仍然是啤酒废水处理行业技术的需求热点。
聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，PHA)是由微生物作为胞内储能物质而生产的一种聚酯，是一种可再生的无毒无害的环境友好型材料。PHA具有与传统石化塑料相似的物理化学性能，在自然界中可被生物完全降解，是传统石化塑料的理想替代品。但是商业化生产PHA成本很高，而以啤酒废水作为发酵底物，则可以大规模降低生产成本。本发明提出了主流实现啤酒废水有机物回收PHA和污染物处理的技术方法，该方法无剩余污泥产生，有机物回收价值高。
发明内容
本发明提出一种啤酒废水有机质主流回收生产PHA的反应装置与方法，包括：
依次连接的原水水箱(1.1)通过第一进水泵(1.2)与机械格栅(2.1)相连，出水进入厌氧池(3.1)，厌氧池(3.1)出水进入储水池(4.1)。储水池(4.1)出水分为两部分，其中33-70％通过第二进水泵(4.2)进入第一曝气池(5.1)，另外30-67％通过第三进水泵(4.3)进入PHA发酵反应器(7.1)。第一曝气池(5.1)出水通过出水管进入第二曝气池(5.2)，第二曝气池(5.2)出水通过出水管进入二沉池(6.1)。二沉池(6.1)出水排放至市政管网。回流污泥通过回流污泥泵(6.2)从二沉池(6.1)进入第一曝气池(5.1)。剩余污泥通过剩余污泥泵(6.3)从二沉池(6.1)进入PHA发酵反应器(7.1)。
处理流程包括，依次连接的原水水箱(1.1)通过第一进水泵(1.2)与机械格栅(2.1)相连，出水进入厌氧池(3.1)，在pH自动调节仪(3.2)、搅拌器(3.2)和恒温仪(3.4)的共同控制下，实现有机物转化为挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids，VFA)的过程。厌氧发酵结束后，厌氧池(3.1)的出水进入储水池(4.1)，通过第二进水泵(4.2)将储水池(4.1)中33-70％的废水泵入第一曝气池(5.1)，出水通过出水管进入第二曝气池(5.2)，第二曝气池(5.2)出水通过出水管进入二沉池(6.1)，二沉池(6.1)出水排放至市政管网。通过第一曝气泵(5.3)、第一气体流量计(5.4)、第一曝气盘(5.5)和第二曝气盘(5.6)对第一曝气池(5.1)和第二曝气池(5.2)进行曝气。通过回流污泥泵(6.2)将回流污泥从二沉池(6.1)泵入第一曝气池(5.1)。通过第三进水泵(4.3)将储水池(4.1)中30-67％的废水泵入PHA发酵反应器(8.1)，通过剩余污泥泵(6.3)将剩余污泥从二沉池(6.1)打入PHA发酵反应器(8.1)。在第二曝气泵(7.2)、第二气体流量计(7.3)和第三曝气盘(7.4)的共同控制下，实现PHA的发酵生产。PHA发酵反应器(7.1)的上清液由上清液回流泵(7.5)泵入原水水箱(1.1)。
依托上述装置，一种啤酒废水有机质主流回收生产PHA的方法包括以下步骤：
步骤1：预处理。原水水箱(1.1)中的啤酒废水经过机械格栅(2.1)，去除漂浮物和悬浮物。
步骤2：厌氧酸化。机械格栅(2.1)的出水进入厌氧池(3.1)，由pH自动调节仪(3.2)、搅拌器(3.2)和恒温仪(3.4)共同控制运行条件为pH＝6.3-6.7、反应时间＝11-14h、反应温度＝38-42℃，使啤酒废水中的有机物转化为挥发性有机酸VFA，出水进入储水池(4.1)。
步骤3：污泥预驯化。将污泥接种进入SBR反应器进行污泥预驯化。以储水池(4.1)的废水为进水，驯化时长为30-40d。
步骤4：污泥接种。接种经过预驯化的污泥到第一曝气池(5.1)和第二曝气池(5.2)中。保证污泥浓度在2000-4000mg/L之间。
步骤5：好氧生物处理和菌群富集。将储水池(4.1)的废水通过第二进水泵(4.2)泵入第一曝气池(5.1)，出水通过出水管进入第二曝气池(5.2)。第一曝气泵(5.3)、第一气体流量计(5.4)、第一曝气盘(5.5)和第二曝气盘(5.6)对第一曝气池(5.1)和第二曝气池(5.2)进行曝气。工艺参数为：溶解氧浓度为3-4mg/L，第一曝气池(5.1)和第二曝气池(5.2)体积比为0.2-0.5，水力停留时间分别为4-6h和14-19h，有机负荷为1.5-1.9gCOD/(L·d)，温度控制在20-28℃。
步骤6：步骤5的出水通过出水管重力流进入二沉池(6.1)，经过沉淀后上清液排放至市政管网。二沉池水力停留时间控制在4-6h之间。
步骤7：回流污泥通过回流污泥泵(6.2)从二沉池(6.1)泵入第一曝气池(5.1)。污泥回流比为100-150％。
步骤8：剩余污泥通过剩余污泥泵(6.3)从二沉池(6.1)泵入PHA发酵反应器(7.1)。污泥龄为2-5d。
步骤9：PHA的生产合成。通过第二曝气泵(7.2)、第二气体流量计(7.3)和第三曝气盘(7.4)对PHA发酵反应器(7.1)进行曝气，好氧发酵生产PHA。
上述步骤5中，进入第一曝气池(5.1)的水量占储水池(4.1)总水量的33-70％。
上述步骤8中，进入PHA发酵反应器(7.1)的水量占储水池(4.1)总水量的30-67％。
技术发明原理：
一种啤酒废水的资源化处理方法，其特征在于：(1)控制厌氧发酵条件将废水中的有机物转化成VFA，为后续工艺中PHA的生产提供充足的原料；(2)控制VFA中的丙酸含量，提高PHA的物理化学性能，使其具有更高的价值；(3)第一曝气池和第二曝气池分置形成不同的底物浓度，不仅能够有效地富集PHA积累菌群，还可以梯级增强啤酒废水中的有机物、氮和磷等污染物。
本发明提出的啤酒废水的资源化处理方法具有以下优势：
(1)实现啤酒废水中有机物的回收利用，减少二氧化碳排放，缓解温室效应；
(2)无剩余污泥产生。避免了剩余污泥可能对环境造成的二次污染，同时降低了处理厂的运营成本；
(3)生产的PHA具有较高的商业价值，可以为处理厂带来经济效益；
(4)以啤酒废水为原料生产PHA，极大地降低了PHA的生产成本，促进PHA的广泛应用。
附图说明
图1为啤酒废水有机质主流回收生产PHA的反应装置结构示意图。
1.1原水水箱、1.2第一进水泵、2.1机械格栅、3.1厌氧池、3.2pH自动调节仪、3.3搅拌器、3.4恒温仪、4.1储水池、4.2第二进水泵、4.3第三进水泵、5.1第一曝气池、5.2第二曝气池2、5.3第一曝气泵、5.4第一气体流量计、5.5第一曝气盘、5.6第二曝气盘、6.1二沉池、6.2回流污泥泵、6.3剩余污泥泵、7.1PHA发酵反应器、7.2第二曝气泵、7.3第二气体流量计、7.4第三曝气盘、7.5上清液回流泵。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明，但本发明并不仅限于以下实施例。
本实施例采用北京某啤酒厂废水为研究对象，水质特性如表1所示。
表1啤酒废水组成及主要性质指标
Figure BDA0002609144680000051
按照发明内容中的工艺步骤方法进行。
第一曝气池有效容积为8L，第二曝气池有效容积为27L，进水流量1.65L/h，控制曝气量为120L/h，每天剩余污泥量为17.5L，污泥龄为2d。当系统稳定运行时，污泥的最大PHA积累能力为58.77％，PHA日产量为64.57g/d。COD出水浓度为60-100mg/L，去除率为94.7％；氨氮出水浓度为0mg/L，去除率达100％。废水PHA产率为0.52gPHA/L废水，进水中总有机物的回收效率为48.5％。经计算，每处理1m3啤酒废水净收入为5.19-5.39元。在处理啤酒废水的同时可以为处理厂带来经济效益。

Claims (1)

1.一种啤酒废水有机质主流回收生产PHA的方法，其特征在于，该方法所用装置包括：原水水箱（1.1）通过第一进水泵（1.2）与机械格栅（2.1）相连，出水进入厌氧池（3.1），厌氧池（3.1）出水进入储水池（4.1）；储水池（4.1）出水分为两部分，其中33-70%通过第二进水泵（4.2）进入第一曝气池（5.1），另外30-67%通过第三进水泵（4.3）进入PHA发酵反应器（7.1）；第一曝气池（5.1）出水通过出水管进入第二曝气池（5.2），第二曝气池（5.2）出水通过出水管进入二沉池（6.1）；二沉池（6.1）出水排放至市政管网；回流污泥通过回流污泥泵（6.2）从二沉池（6.1）进入第一曝气池（5.1）；剩余污泥通过剩余污泥泵（6.3）从二沉池（6.1）进入PHA发酵反应器（7.1）；
包括以下步骤：
一、预处理；原水水箱中的啤酒废水经过机械格栅，去除漂浮物和悬浮物；
二、厌氧酸化；机械格栅的出水进入厌氧池，由pH自动调节仪、搅拌器和恒温仪共同控制运行条件为pH=6.3-6.7、反应时间=11-14h、反应温度=38-42°C，使啤酒废水中的有机物转化为挥发性有机酸VFA，出水进入储水池；
三、污泥预驯化；将污泥接种进入SBR反应器进行污泥预驯化；以储水池的废水为进水，驯化时长为30-40d；
四、污泥接种；接种经过预驯化的污泥到第一曝气池和第二曝气池中；保证污泥浓度在2000-4000mg/L之间；
五、好氧生物处理和菌群富集；将储水池的废水通过第二进水泵泵入第一曝气池，出水通过出水管进入第二曝气池；第一曝气泵、第一气体流量计、第一曝气盘和第二曝气盘对第一曝气池和第二曝气池进行曝气；工艺参数为：溶解氧浓度为3-4mg/L，第一曝气池和第二曝气池（5.2）体积比为0.2-0.5，水力停留时间分别为4-6h和14-19h，有机负荷为1.5-1.9gCOD/(L·d)，温度控制在20-28°C；
六、第二曝气池的出水通过出水管重力流进入二沉池，经过沉淀后上清液排放至市政管网；二沉池水力停留时间控制在4-6h之间；
七、回流污泥通过回流污泥泵从二沉池泵入第一曝气池；污泥回流比为100-150%；
八、剩余污泥通过剩余污泥泵从二沉池泵入PHA发酵反应器；污泥龄为2-5d；
九、PHA的生产合成；通过第二曝气泵、第二气体流量计和第三曝气盘对PHA发酵反应器进行曝气，好氧发酵生产PHA。
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