CN112537883A - 一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体涉及一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺。包括以下步骤：A.CASS+混凝系统对高盐废水进行好氧预处理；B.电渗析系统对充分混合的污水进行处理；C.UASB系统对电渗析装置处理后的废水进行厌氧消化处理。采用上述技术方案的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，解决了现有技术中高盐榨菜废水的盐度远超微生物适宜生长范围的问题，避免了微生物胞内渗透压上升，大大提高了处理效率，提升了资源的利用程度。

Description

一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体涉及一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺。
背景技术
高盐废水来源主要有2种：①在石化、制药、染料、皮革加工、纺织或食品加工等工业生产过程中产生的大量废水，这些废水中通常含有较高浓度的无机离子和有机污染物；②是沿海城市等利用海水进行作业与生产时，有机污染物混入后一起排出从而形成高盐有机废水。目前国内外对高盐废水的处理方法主要有物理化学法、生物法和物化-生化联用法。特别是生物法在有机污染物处理方面具有高效，经济，无害等特点，被广泛应用在废水有机物处理上。但是在利用生物法处理高盐榨菜废水时，因为其盐度远超微生物适宜生长的质量分数1％以下，使微生物胞内渗透压上升，严重时导致死亡，污泥中的微生物群落结构改变，进而大大降低了处理效率，资源利用程度低下。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，以解决现有技术中高盐榨菜废水微生物法处理存在的问题，提高榨菜废水的资源利用程度。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
包括依次对高盐废水进行处理的CASS+混凝系统、电渗析系统和UASB系统，具体的高盐废水处理步骤如下：
A.CASS+混凝系统对高盐废水进行好氧预处理：
a1.CASS反应器启动，启动后开始闷曝；
a2.同时打开生物选择池内搅拌区和主反应区的回流泵，使接种污泥和污水充分混合；
a3.将充分混合的污水排出收集；
a4.对收集的污水进行混凝沉淀；
B.电渗析系统对充分混合的污水进行处理：
b1.通过蠕动泵将CASS+混凝系统内充分混合的污水泵入电渗析装置内；
b2.通过比较电渗析装置内不同电压和盐度下的盐度去除率和能耗综合关系，得到最优的工作电压；
b3.通过比较在最优工作电压时污水中的盐度和脱盐率之间的综合关系，得到污水中最适盐度；
b4.将电渗析装置保持在最适条件下运行；
C.UASB系统对电渗析装置处理后的废水进行厌氧消化处理；
c1.将污泥接种到UASB反应器内进行培养；
c2.成功启动UASB反应器后，对UASB反应器运行条件进行优化；
c3.将电渗析装置处理之后的废水通入UASB反应器内进行处理。
进一步限定，所述步骤A中采用流化床反应器作为反应主体装置，在流化床反应器的进水端设有生物选择器，其有益之处在于，在CASS+混凝系统对高盐废水的处理基础上，可利用生物强化技术对其工艺进行强化，其中生物强化蒋技术使铜绿假单胞菌(Pseudomonas Aeruginosa)在CASS系统中发挥了主要的COD去除功能，效果明显改善；嗜盐盐碱菌-枯草芽孢杆菌(Bacillus Subtilis)可实现了氨氮浓度的快速降低；中度嗜盐菌-大洋杆菌(Oceanobacillus Aidingensis)在中度耐盐及反硝化能力做出了主要贡献；嗜盐球菌-莱比托游动球菌(PlanococcusRifietoensis)能有效去除TP，菌种比例按1:1。混凝工艺的添加使SS平均去除率几乎提升一倍。
进一步限定，所述流化床反应器的主反应区内DO控制在2～3mg/L，污泥浓度保持在2500mg/L左右。
进水水质，COD为1900～2123mg/L，TN为329～395mg/L，氨氮为302～351mg/L，TP为46～54mg/L。
进一步限定，所述步骤A中混凝系统的混凝剂为聚合氯化铝铁，投加量60mg/L，混凝最佳时间为15min，助凝剂的投加量为0.75mg/L，最适pH为7～8。
进一步限定，所述步骤B中电渗析装置包括过滤装置、源水桶、电渗析反应器、电源、传感器、极水室、洗气瓶、集气袋和蠕动泵，所述电渗析装置内部设有弓字型流道结构，所述弓字型流道结构的折弯处采用圆弧设计，其有益之处在于，电渗析装置内的“弓”字型流道结构，使其能更长时间的停留在装置内，提高盐的去除效率。同时“弓”字型流道结构的弯道采用圆弧设计，能有效减少流道的堵塞和污染。
进一步限定，所述步骤B中，电渗析装置工作的最适电压为4V，电渗析装置内污水的最适盐度为8wt％，其有益之处在于，通过观察和比较得到电渗析工作装置最适合的电压和处理污水时污水中的最适盐度，可再保证脱盐率的基础上，达到节能降耗的目的。
进一步限定，所述步骤C中UASB反应器包括上部的沉淀区和气液区以及下部的反应区，所述UASB反应器的上部内设有三相分离器，且UASB反应器上等间距设有多个取样口，在UASB反应器的外部设有用以保持温度的水浴恒温装置。
进一步限定，所述步骤C中污泥的培养方式具体为，将采集与榨菜厂的污泥送入UASB反应器，以人工模拟高浓度有机废水为底物，温度控制在35℃，水力停留时间从11.11小时逐渐减少到4.63小时，历经40天，污泥培养完成，其有益之处在于，通过培养形成较大的颗粒状污泥，可以经受住更强的冲击能力，拥有更高的去除率，其COD去除率稳定在90％左右，同时对氨氮、总磷、总氮也有一定的去除率，具有较好的污染物去除能力。
进一步限定，所述步骤C中UASB反应器的优化方式为，将所述底物浓度中COD从6000mg/L逐渐增加到15000mg/L，并视情况减少其水力停留时间，直至UASB反应器的COD达到90％以上。
本发明将“CASS+混凝”好氧预处理、电渗析与厌氧消化三种技术进行耦合，先将榨菜废水进行COD、氨氮、总氮、总磷的同时去除，此外也可以有效减少污水中的SS，避免对后续电渗析工艺造成污染，最后辅以厌氧消化，主要由兼性菌和专性厌氧菌降解污染物，释放CH4，实现盐分再利用与甲烷能源化，从而使榨菜腌制高盐废水资源化处理的效率最大化。综上，该耦合工艺既能将高盐回收又能将高负荷有机物转化为能源，不仅弥补榨菜废水资源、能源化利用的空缺还适用于其他行业高盐和高有机物浓度废水处理，是一种应用前景极其广阔的技术。
附图说明
图1为本具体实施方式中电渗析系统模式图。
图2本具体实施方式中电渗析装置内部弓形流道结构示意图。
图3为本具体实施方式中厌氧消化过程示意图。
图4为本具体实施方式中UASB反应器结构示意图。
图5为本具体实施方式中生物强化前后CASS工艺处理COD效能对比图。
图6为本具体实施方式中生物强化前后CASS工艺处理氨氮效能对比图。
图7为本具体实施方式中生物强化前后CASS工艺处理总氮效能对比图。
图8为本具体实施方式中生物强化前后CASS工艺处理总磷效能对比图。
图9为本具体实施方式中添加混凝工艺前后CASS工艺处理SS效能对比图。
图10为本具体实施方式中1wt％盐度下脱盐率和能耗随电压的变化示意图。
图11为本具体实施方式中4V电压下不同盐度的脱盐率示意图。
图12为本具体实施方式中不同COD浓度下去除率变化示意图。
附图编号
源水桶1、蠕动泵2、极水桶3、集气袋4、洗气瓶5、电渗析反应器6、弓字型流道结构7、气体流量计9、水封瓶10、三相分离器11、回流泵12、进水箱13、进水泵14、取样口15、热水循环泵16、水浴恒温装置17。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，需要提前进行阐述和说明的是，在本发明中CASS(Cyclic Activated Sludge System)，USAB(Up-flow Anaerobic SludgeBed，上流式厌氧污泥床反应器，循环式活性污泥系统、SS指的是悬浮物(suspendedsolids)指悬浮在水中的固体物质,包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等、COD指的是化学需氧量、TP指的是总磷量。
在本实施例中，运用的三种高盐度水处理方式原理为：
在传统活性污泥的运行方式上加以改进的CASS(Cyclic Activated SludgeSystem，循环式活性污泥系统)工艺在进水处设置生物选择器，且连续进水。同时配合驯化所得的好氧嗜盐菌进行生物强化，不仅设备利用率高，而且对有机物、TP的去除效果好，脱氮效率高。与混凝工艺耦合，可以有效去除水中胶体粒子和微小悬浮物，降低不溶性污染物对后续工艺的干扰。
电渗析，是一种利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。但由于地域因素限制，鲜有报道电渗析处理榨菜废水的文献，故电渗析在此方面的应用前景不可忽略。
USAB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，上流式厌氧污泥床反应器)是一种污水的厌氧生物处理方法，凭借足量的高浓度、高活性颗粒污泥，不需要搅拌，即可高效产甲烷，且能够适应负荷冲击和温度与pH的变化，与电渗析系统耦合，就能在控制成本得同时，进行脱盐和产甲烷反应。在厌氧消化过程中，其原理决定了厌氧法有机负荷率低的特点，为了解决有机负荷率较低时，微生物的生长速率较慢，颗粒粒径较小，达到稳定的时间较长等问题，就要增加微生物数量，因此厌氧法适用于处理高浓度废水。
如图5、图6、图7、图8、图9所示，CASS+混凝系统对高盐废水进行好氧预处理步骤如下：
a1.CASS反应器启动，启动后开始闷曝；
a2.同时打开生物选择池内搅拌区和主反应区的回流泵12，使接种污泥和污水充分混合；
a3.将充分混合的污水排出收集；
a4.对收集的污水进行混凝沉淀；
具体为：
1)CASS反应器启动接种污泥取自大渡口城镇污水厂兼性池，启动后开始闷曝；
2)同时打开生物选择池内搅拌器和主反应区回流泵12，让接种污泥与污水充分混合；
3)主反应区内DO控制在2～3mg/L，污泥浓度保持在2500mg/L左右，进水水质：COD为1900～2123mg/L，TN为329～395mg/L，氨氮为302～351mg/L，TP为46～54mg/L；
4)混凝最佳参数：混凝剂选择聚合氯化铝铁，投加量60mg/L，混凝最佳时间为15min，助凝剂的投加量为0.75mg/L，最适pH为7～8。
具体实施方式和取得的效果为：
“CASS+混凝”工艺运行装置采用流化床反应器作为反应主体装置，具有传质效率高、生物膜表面积大、耐冲击负荷的特点，可以同时实现COD、氨氮、总氮、总磷的去除，同时也可以有效去除污水中的SS【悬浮物(suspended solids)指悬浮在水中的固体物质,包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等】，在此基础上利用生物强化技术对CASS工艺进行强化。
生物强化使铜绿假单胞菌(PseudomonasAeruginosa)在CASS系统中发挥了主要的COD去除功能，效果明显改善；嗜盐盐碱菌-枯草芽孢杆菌(Bacillus Subtilis)可实现了氨氮浓度的快速降低；中度嗜盐菌-大洋杆菌(Oceanobacillus Aidingensis)在中度耐盐及反硝化能力做出了主要贡献；嗜盐球菌-莱比托游动球菌(Planococcus Rifietoensis)能有效去除TP。混凝工艺的添加使SS平均去除率几乎提升一倍。
如图1、图2图10和图11所示，电渗析系统对充分混合的污水进行处理步骤如下：
b1.通过蠕动泵2将CASS+混凝系统内充分混合的污水泵入电渗析装置内；
b2.通过比较电渗析装置内不同电压和盐度下的盐度去除率和能耗综合关系，得到最优的工作电压；
b3.通过比较在最优工作电压时污水中的盐度和脱盐率之间的综合关系，得到污水中最适盐度；
b4.将电渗析装置保持在最适条件下运行；
具体为：
1)CASS工艺处理后的出水经蠕动泵2泵入电渗析装置，流经电渗析装置内的“弓”字型流道结构7，使其能更长时间的停留在装置内，提高盐的去除效率。同时“弓”字型流道结构7的弯道采用圆弧设计，能有效减少流道的堵塞和污染，具体结构如图3所示。
2)蠕动泵2流速设置为1.4cm/分钟，阴极和阳极为0.5wt％盐度氯化钠溶液，进水为经CASS工艺处理后盐度为1wt％的出水，电压从500ml/V增加到84ml/V，测定盐度和电流随时间的变化，比较不同电压和盐度下的盐度去除率和能耗。
3)在2)的最优电压下，进水盐度从1wt％增加到8wt％。
4)得到最适电压(4V)和最适盐度(8wt％)，并保持电渗析装置在最适条件下运行，以得到最佳盐度去除效率，耗费更少的能源。
具体实施方式和取得的效果为：
经过CASS工艺处理过后的出水，仍具有高盐特性，利用电渗析装置对盐分进行浓缩，达到除盐的目的。经除盐过后，能减少对后续装置的刺激，增加前废水可处理性。电渗析装置包括，分别是过滤装置、源水桶1、电渗析反应器6、电源、极水桶3、传感器、极水室、洗气瓶5、集气袋4和蠕动泵2。该装置左右为阴极室和阳极室，中间依次为样品室、浓缩室、样品室，中间用阴、阳离子膜隔开，阴、阳离子膜只允许对应的离子通过，在电流的作用下，阴离子聚集在阳极室，阳离子聚集在阴极室，同时浓缩室聚集由样品室过来的阴阳离子，达到浓缩除盐的目的。Cl-在阳极被氧化变成Cl2，接着与水反应生成HCl和HClO，呈现酸性；阴极则是发生电解水的反应，H+被还原成H2，OH-与Na+结合生成NaOH，呈现碱性。
出水中的盐分在电流作用下移向阴极和阳极并被浓缩，同时其酸碱产物可以进一步的回水利用，盐度达标后的出水经下一耦合装置进一步处理排放。
如图3和图12所示，UASB系统对电渗析装置处理后的废水进行厌氧消化处理步骤如下；
c1.将污泥接种到UASB反应器内进行培养；
c2.成功启动UASB反应器后，对UASB反应器运行条件进行优化；
c3.将电渗析装置处理之后的废水通入UASB反应器内进行处理。
具体为：
1)UASB反应器前期需先启动并稳定运行后才能投入使用，将采集于涪陵榨菜厂的污泥送入UASB反应器，以人工模拟高浓度有机废水为底物，温度控制在35℃，水力停留时间从11.11小时逐渐减少到4.63小时，历经40天，反应器成功启动。
2)反应器成功启动后，对UASB反应器运行条件进行优化，底物浓度中COD从6000mg/L逐渐增加到15000mg/L，并视情况减少其水力停留时间，以得到更大粒径的污泥，拥有更强的抗冲击能力，同时能达到更高的去除率，最后该反应器的COD达到90％以上并稳定运行。
3)通入前端处理的废水，COD去除率仍达到90％以上。
具体实施方式和取得的效果为：
经过电渗析处理的榨菜废水盐浓度可以达到0.2wt％，经过UASB反应器的再处理，可以将榨菜废水中的COD进行有效的去除并产生沼气，以此来实现资源的再利用。基本原理：厌氧消化(Anaerobic Digestion)，在无氧条件下，微生物将有机物进行一系列生物降解转化为可持续燃料的过程。厌氧消化一般分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，主要由四类作用综合完成的，即水解作用、酸化作用、产氢产乙酸作用及产甲烷作用。
如4所示，UASB反应器，主体采用有机玻璃制成，上部位气体检测区，设有气体流量计9和水封瓶10，水封瓶和UASB反应器的上端内部通过管道连通，下部分为反应区，呈圆柱状，有效高度0.8m，底面直径120mm，容积10L。上部为沉淀区和气液分离器，高240mm，内设三相分离器11。反应器每隔240mm设一取样口15，共4个。反应器外部设有水浴恒温装置17，有热水循环泵16输送至UASB反应器的外部，可控制UASB反应器的反应温度(设定为35℃)。由进水泵14将配置好的污水由进水箱13送至UASB反应器底部。前期将污泥接种到UASB反应器后进行培养，待污泥颗粒形成且运行稳定后加入适量的氯化钠以模拟含盐废水，最终将其作为高盐榨菜废水经电渗析处理后的后续工艺，实现高盐榨菜废水中有机物产甲烷率达80％左右。
反应器在形成较大规模的颗粒状污泥后，可以经受住更强的冲击能力，拥有更高的去除率，其COD去除率稳定在90％左右，同时对氨氮、总磷、总氮也有一定的去除率，具有较好的污染物去除能力。
综上，本发明将“CASS+混凝”好氧预处理、电渗析与厌氧消化三种技术进行耦合，先将榨菜废水进行COD、氨氮、总氮、总磷的同时去除，此外也可以有效减少污水中的SS，避免对后续电渗析工艺造成污染，最后辅以厌氧消化，主要由兼性菌和专性厌氧菌降解污染物，释放CH4，实现盐分再利用与甲烷能源化，从而使榨菜腌制高盐废水资源化处理的效率最大化。综上，该耦合工艺既能将高盐回收又能将高负荷有机物转化为能源，不仅弥补榨菜废水资源、能源化利用的空缺还适用于其他行业高盐和高有机物浓度废水处理，是一种应用前景极其广阔的技术。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，包括依次对高盐废水进行处理的CASS+混凝系统、电渗析系统和UASB系统，具体处理步骤如下：
A.通过CASS+混凝系统对高盐废水进行好氧预处理：
a1.CASS反应器启动，启动后开始闷曝；
a2.同时打开生物选择池内搅拌区和主反应区的回流泵，使接种污泥和污水充分混合；
a3.将充分混合的污水排出收集；
a4.对收集的污水进行混凝沉淀；
B.通过电渗析系统对步骤A中充分混合后的污水进行处理：
b1.将蠕动泵流速设置为1.4cm/分钟，通过蠕动泵将步骤A充分混合的污水泵入电渗析装置内；
b3.把CASS工艺处理后盐度为1wt％的污水，通入电渗析装置内，并在2V-6V的电压范围下进行电渗析；
b4.在b3步骤中将通入电渗析装置内污水的盐度逐渐从1wt％增加到8wt％；
C.通过UASB系统对步骤B处理后的废水进行厌氧消化处理；
c1.将污泥接种到UASB反应器内进行培养；
c2.成功启动UASB反应器后，将所述底物浓度中COD从6000mg/L逐渐增加到15000mg/L；
c3.将电渗析装置处理之后的废水通入UASB反应器内进行厌氧消化，得到甲烷气体。
2.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤A中采用流化床反应器作为反应主体装置，在流化床反应器的进水端设有生物选择器。
3.根据权利要求2所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述流化床反应器的主反应区内DO控制在2～3mg/L，污泥浓度保持在2500mg/L左右；进水水质，COD为1900～2123mg/L，TN为329～395mg/L，氨氮为302～351mg/L，总磷含量为46～54mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤a4中混凝系统的混凝剂为聚合氯化铝铁，投加量60mg/L，混凝最佳时间为15min，助凝剂的投加量为0.75mg/L，最适pH为7～8。
5.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤B中电渗析装置的隔板上设有弓字型流道结构，所述弓字型流道结构的折弯处采用圆弧设计。
6.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤B中，电渗析装置工作的电压为4V，电渗析装置内污水的盐度为8wt％。
7.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤C中UASB反应器包括上部的沉淀区和气液区以及下部的反应区，所述UASB反应器的上部内设有三相分离器，且UASB反应器上等间距设有多个取样口，在UASB反应器的外部设有用以保持温度的水浴恒温装置。
8.根据权利要求1所述的一种耦合的榨菜腌制高盐废水资源化处理工艺，其特征在于，所述步骤C中污泥的培养方式具体为，将采集于榨菜厂的污泥送入UASB反应器，以高浓度有机废水为底物，将温度控制在35℃，培养不少于40天。
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