CN113087192B - 一种头孢类废水的处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种头孢类废水的处理系统及方法。该处理系统包括：依次连接的絮凝沉淀装置、碱反应池、PAC反应池、PAM反应池、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；氧化反应器出来的氧化水从热源进口进入废水换热器中，热源出口连接有成品罐，成品罐连接膜过滤设备以实现垃圾渗滤液的浓缩处理，物料进口与所述PAM反应池连接，所述物料出口连接所述废水加热器；氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统。本发明的处理系统通过布设了微界面发生系统后，提高反应相界面的接触，在操作条件比较温和的条件下，也可保证良好的废水处理效果。

Description

一种头孢类废水的处理系统及方法
技术领域
本发明涉及头孢类废水处理领域，具体而言，涉及一种头孢类废水的处理系统及方法。
背景技术
我国是抗生素生产大国，同时也是抗生素使用大国。头孢类抗生素是抗生素中最具代表性的，同时也是应用最为广泛的。头孢类废水成分复杂、生物抑制性高、是一类含脂类、醇类、发酵代谢产物、菌丝体及抗生素残留物等多种难降解和生物毒性物质的高含量有机制药废水，具有COD高、成分复杂、色度高等特点，属于难处理高含量类型的有机废水，生物方法很难实现高效的处理。
现有技术中，处理上述类型的废水一般都选择厌氧-好氧(A/O)生化法，具体流程为：工程规模的厌氧反应器在进水COD不高于5.0g/L、容积负荷在1.6kg/(m3·d)情况下能够稳定运行，A/O总COD去除率为90％。但低负荷、低进水COD的操作条件意味着厌氧反应器必须拥有较大的体积和较多的稀释水，无疑会增大废水处理工程的投资成本和运行费用；实验室中往往以A/O为主体工艺，强化深度处理如采用Fenton试剂、MBR膜法，均能达到预期效果。但Fenton氧化法运行费用较高，且会产生大量的化学污泥；MBR膜则投资高，易污染损坏。
可见直接用生化法来处理头孢类的废水并不能取得良好的处理效果，而湿式氧化法对于这种高浓度难生化的工业废水，可大大提高废水的可生化性，尤其处理高浓度、高毒害、高色度的有机废水，湿式氧化法属于一个特别有效的方法。
但是，现有技术中的湿式氧化技术均是在较高的温度和压力下运行，温度可达130-150℃，压力可达1-2MPa，如此高温、高压操作条件下，不仅对设备要求比较高，能耗高，成本高，也降低了操作安全性，设备容易老化损坏，并且在反应氧化过程中氧气在反应器中的停留时间短，大部分的氧气未进行充分的反应便浮出反应器，这样一来降低了反应效率也增加了处理成本。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种头孢类废水的处理系统，该处理系统通过在湿式氧化反应过程中布置微界面发生器后，提高了两相之间的传质效果，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与头孢类废水更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率，使得氧气在头孢类废水中停留的时间更长，进一步提高反应效率，增加了反应相界面的传质效果，从而操作温度与压力可以适当的降低，相应的也提高了安全性，具有能耗低、成本低、处理效果优异等优点。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述处理系统进行头孢类废水的处理方法，该处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的头孢类废水中，有害物去除率可达99％。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种用于处理头孢类废水的废水处理系统，包括：依次连接的絮凝沉淀装置、碱反应池、PAC反应池、PAM反应池、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；
所述氧化反应器出来的氧化水从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述成品罐连接膜过滤设备以实现垃圾渗滤液的浓缩处理，所述物料进口与所述PAM反应池连接，所述物料出口连接所述废水加热器；
所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统，所述微界面发生系统包括多个由上至下并排设置的微界面发生器。
本发明所需处理的头孢类废水，该废水的特点为：成分复杂、生物抑制性高、是一类含脂类、醇类、发酵代谢产物、菌丝体及抗生素残留物等多种难降解和生物毒性物质的高含量有机制药废水，现有技术中，处理上述类型的废水一般都选择厌氧-好氧(A/O)生化法，但该种方式投资成本和运行费用比较高，实验室中往往以A/O为主体工艺，强化深度处理如采用Fenton试剂、MBR膜法，均能达到预期效果。但Fenton氧化法运行费用较高，且会产生大量的化学污泥。可见直接用生化法来处理头孢类的废水并不能取得良好的处理效果，而湿式氧化法对于这种高浓度难生化的工业废水，可大大提高废水的可生化性，尤其处理高浓度、高毒害、高色度的有机废水，湿式氧化法属于一个特别有效的方法。
但是，现有技术中的湿式氧化技术均是在较高的温度和压力下运行，温度可达130-150℃，压力可达1-2MPa，如此高温、高压操作条件下，不仅对设备要求比较高，能耗高，成本高，也降低了操作安全性，设备容易老化损坏，并且在反应氧化过程中氧气在反应器中的停留时间短，大部分的氧气未进行充分的反应便浮出反应器，这样一来降低了反应效率也增加了处理成本。
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种专门针对头孢类废水处理的处理系统，该处理系统将湿式氧化处理系统与微界面发生系统进行有机的结合，通过在氧化反应器的外侧设置了微界面发生系统，将进入氧化反应装置的空气或氧气打碎分散成气泡，使得气泡与废水形成气液乳化物，从而增加了气体与废水之间的相界面积，进一步提高了反应效率，增加了反应相界面的传质效果后，使得氧气尽可能的多融入到废水中，这样通过提升了传质效果后，可充分降低温度和压力的操控条件，压力0.2-0.4MPa之间，温度100-110℃之间，可保证在温和的操作条件下对废水进行处理。
本发明的微界面发生系统包含了多个由上至下并排设置的微界面发生器，上述多个微界面发生器由于采用外置的方式，需要将液相与气相同时接入微界面发生器中，因此每个微界面发生器上设置有通入气相的进气口以及通入液相的废水进口，氧化反应内循环回来的垃圾渗滤液从废水进口进入微界面发生器，新鲜补充的空气或氧气从进气口进入微界面发生器，气液两相在微界面发生器中发生接触，破碎成微气泡后以强化反应操作。
优选地，所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气。
优选地，微界面发生系统所包含的微界面发生器的个数为2，微界面发生器之间互相并联，两个微界面发生器同时进行强化操作，更能提升湿式氧化的反应效率。
另外，本发明的微界面发生器优选为气动式微界面发生器，通过将压缩后的空气或氧气通入微界面发生器后，与废水接触后破碎形成微气泡的形式，提高传质效果。
本领域所属技术人员可以理解的是，微界面发生器(Micro InterfacialGenerator，简称MIG)，可实现在多相反应介质进入反应器之前，将多相反应介质中的气相和/或液相在微界面发生器中通过机械微结构和/或湍流微结构，以预设作用方式破碎成直径为微米级别的微气泡和/或微液滴，以增大反应过程中气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积，提高各反应相之间的传质效率，在预设温度和/或预设压强范围内强化多相反应。
所谓的预设作用方式可选自微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式中的一种或几种；
上述微通道作用方式是通过构造流道的微结构，使通过微流道的气相和/或液相破碎成微气泡和/或微液滴；上述场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量，使其破碎成所述微气泡或微液滴；上述机械能作用方式是利用流体的机械能，将其转换成气泡或液滴的表面能，使气泡或液滴破碎成所述微气泡或微液滴。
该微界面发生器可用于气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固等多相反应介质进行的反应，其具体结构可根据流经介质的不同进行自由选择，关于其具体结构以及具体功能作用之前的专利、文献中也有相应的记载，在此不做额外赘述。同时，也可以根据实际工程需要，对本系统中的氧化反应装置的高度、长度、直径、废水流速等因素对进气口的数量和位置进行调整，以达到更好地供气效果，提高湿式氧化对废水处理的降解率。
另外，在本发明的方案中，在进行湿式氧化之前，还包括依次连接的絮凝沉淀装置、碱反应池、PAC反应池、PAM反应池，从PAM反应池处理后的废水再进行下一步的湿式氧化。
其中，优选地，所述絮凝沉淀装置包括用于将废水中的絮凝物沉淀分离的第一絮凝沉淀池、以及第二絮凝沉淀池；所述第一絮凝沉淀池、以及第二絮凝沉淀池相互连接，在絮凝沉淀池中添加絮凝剂后，可以对废水进行沉淀絮凝处理。
优选地，为了便于输送，所述PAM反应池与所述废水换热器之间设置有输送泵。
需要说明的是，PAC反应池主要是投加碱式氯化铝或羟基氯化铝，通过它的水解产物使污水或污泥中的胶体快速形成沉淀，便于分离的大颗粒沉淀物。
PAM反应池主要是投加聚丙烯酰胺，已达到混凝脱除杂质的效果。
优选地，所述处理系统还包括采用兼性微生物进行不完全厌氧处理的兼性生物装置，所述成品罐出来的废水连通兼性生物装置；所述兼性生物装置包括第一兼性生物池、第二兼性生物池，所述第一兼性生物池以及所述第二兼性生物池相互连接。
优选地，所述处理系统还包括采用好氧微生物对废水中的小分子物质进行分解的好氧装置，所述兼性生物装置处理后的废水流通所述好氧装置，所述好氧装置包括第一好氧池、第二好氧池，所述第一好氧池与所述第一兼性生物池相互连接，所述第二好氧池与所述第二兼性生物池相互连接。
兼性生物装置与好氧装置相互配合使用，这样厌氧微生物群、兼性微生物群和好氧微生物群可以相互配合去除废水中的各种有机基质、硝酸盐和亚硝酸盐等，提高处理的效果。兼性微生物群可以实现将处理过废水中的大分子有机物转换为小分子有机物，好氧微生物群则直接将小分子分解，兼性微生物群和好氧微生物群共同作用。
优选地，所述处理系统还包括空压装置，所述空压装置与所述进气口连通，经过空压装置压缩的空气或压缩的氧气通过进气口进入微界面发生器进行分散打碎。从空压装置来的压缩空气或氧气最好先在气体加热装置中加热，再进入到微界面发生器中，气体加热装置优选为换热器，因此在空压装置与微界面发生器上的进气口之间连接的管道上还设置有气体加热装置。
优选地，所述处理系统还包括气液分离罐，氧化反应器上设置的氧化水出口出来的氧化水进入所述气液分离罐实现气液分离后，从所述热源进口进入到所述废水换热器中。
本发明的处理系统中可根据实际需要在相应的连接管道上设置泵体。
本发明的头孢类废水的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物去除率可达99％。
除此之外，本发明还提供了一种头孢类废水的处理方法，包括如下步骤：
头孢类废水经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生湿式氧化反应；
进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器进行分散破碎。
上述氧化反应的反应温度为100-110℃之间，反应压力为0.2-0.4MPa之间，通过采用了微界面发生系统后，充分降低了操作温度和压力，使得整个操作过程更加温和，也提升了操作的安全性。
本发明的头孢类废水的处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的头孢类废水，有害物、COD去除率可达99％，减少了工业废物的排放，更加环保，值得广泛推广应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明头孢类废水的处理系统通过布置了微界面发生系统后，提高了两相之间的传质效果，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与头孢类废水更好的融合形成气液乳化物，从而提高氧化反应效率；
(2)本发明的废水处理系统采用了双微界面发生器并联的结构，提高了废水的处理效果，也通过合理的布置微界面发生器的位置，使得检修、拆卸更为便捷；
(3)本发明的废水处理系统，结构简单，三废少，实现了氧气的充分回收利用，占地面积较小，运行平稳；
(4)本发明的处理系统充分降低了操作温度以及操作压力，操作温度基本在100-110℃之间，反应压力维持在0.2-0.4MPa之间，实现了能耗低，操作成本低的效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的头孢类废水的处理系统的结构示意图。
附图说明：
10-第一絮凝沉淀池； 20-第二絮凝沉淀池；
30-碱反应池； 40-PAC反应池；
50-PAM反应池； 60-废水换热器；
61-物料进口； 62-物料出口；
63-热源进口； 64-热源出口；
70-废水加热器； 80-氧化反应器；
81-氧化水出口； 82-微界面发生器；
83-气体加热装置； 84-空压装置；
85-放空口； 86-废水进口；
87-进气口； 90-气液分离装置；
100-输送泵； 110-成品罐；
120-第一兼性生物池； 130-第一好氧池；
140-第二兼性生物池； 150-第二好氧池。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例
参阅图1所示，为本发明实施例的头孢类废水的处理系统，其包括了依次连接的第一絮凝沉淀池10、第二絮凝沉淀池20、碱反应池30、PAC反应池40、PAM反应池50、废水换热器60、废水加热器70、氧化反应器80以及空压装置84。
其中，废水换热器60上分别有物料进口61、物料出口62、热源进口63以及热源出口64，从氧化反应器80出来的氧化水从热源进口63进入废水换热器60中，热源出口64连接有成品罐110，物料进口61与PAM反应池50连接，物料出口62连接废水加热器70，在废水换热器60中，通过将从氧化反应器80出来的氧化水与待处理的头孢类废水进行换热，从而达到充分利用能源的效果。
氧化反应器80的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统，微界面发生系统包括了两个由上至下并排设置的微界面发生器82，在微界面发生器82上分别设置有进气口87与废水进口86，空压装置84与进气口87连通，通过空压装置84压缩后的空气或氧气通过进气口87进入到微界面发生器82中，实现气体的粉碎分散，以加强两相之间的传质效果。
空压装置84优选为空气压缩机。空压装置84压缩后的空气或氧气先经过气体加热装置83预加热后，再进入微界面发生器82中，以提高反应的效率。空气压缩机的类型可以选择为离心式空气压缩机，该种类型的压缩机造价低，使用方便。废水进口86进来的液相为从氧化反应器80内循环回来的废水。实际操作时可以在氧化反应器80的外侧设置用于循环废水的循环管道，可以保证废水持续不断的通入微界面发生器中。
微界面发生器82的类型为气动式微界面发生器，微界面发生器82可采用管道加固的方式。两个微界面发生器82之间呈互相并联的设置方式，这样可以提高传质效率。
为了便于输送，在PAM反应池50与废水换热器60之间设置有输送泵100。
氧化反应器80的侧上部设置有氧化水出口81，氧化水出口81出来的氧化水先经过气液分离罐90进行气液分离，然后从气液分离罐90的底部出来通过管道与热源进口63连接，以实现将氧化水输送到废水换热器60进行换热，换热后冷却下来输送到成品罐110中储存。成品罐110出来的水可以继续进行后续的深度处理。
该处理系统还包括了第一兼性生物池120、第二兼性生物池130、第一好氧池140、第二好氧池150，从成品罐出来的废水依次在兼性生物池以及好氧池中处理，兼性微生物群可以实现将处理过废水中的大分子有机物转换为小分子有机物，好氧微生物群则直接将小分子分解，兼性微生物群和好氧微生物群共同作用去除废水中的各种有机基质、硝酸盐和亚硝酸盐等。
在上述实施例中，微界面发生器82并不局限于个数，为了增加分散、传质效果，也可以多增设额外的微界面发生器，尤其是微界面发生器的安装位置不限，可外置也可内置，内置时还可以采用安装在釜内的侧壁上相对设置的方式，以实现从微界面发生器的出口出来的微气泡发生对冲。外置时每个微界面发生器最好互相并联的方式设置。
在上述两个实施例中，泵体的个数并没有具体要求，可根据需要在相应的位置上设置。
以下简要说明本发明的头孢类废水的处理系统的工作过程和原理：
首先，废水依次经过第一絮凝沉淀池10、第二絮凝沉淀池20、碱反应池30、PAC反应池40、PAM反应池50进行预处理，在絮凝沉淀池中添加絮凝剂进行絮凝处理，PAC反应池主要是投加碱式氯化铝或羟基氯化铝，PAM反应池主要是投加聚丙烯酰胺。
然后，头孢类废水经过输送泵100送入到废水换热器60中进行换热后，再经过废水加热器70进行进一步的加热，加热后的头孢类废水进入到氧化反应器80中进行氧化处理，压缩空气或压缩氧气从氧化反应器侧方的微界面发生器82进入，经过微界面发生器82的分散破碎成微气泡后，以达到强化氧化反应进行的效果，提高相界面的传质效率，为了提高安全性，在氧化反应器的顶部设置有放空口85。
最后，氧化反应器80的氧化水从氧化水出口81经过气液分离罐90气液分离后，返回废水换热器60中换热冷却处理后，输送到成品罐110中储存。从成品罐110出来的废水再经过第一兼性生物池120、第二兼性生物池130、第一好氧池140、第二好氧池150，从成品罐出来的废水依次在兼性生物池以及好氧池中处理，兼性微生物群可以实现将处理过废水中的大分子有机物转换为小分子有机物，好氧微生物群则直接将小分子分解，兼性微生物群和好氧微生物群共同作用去除废水中的各种有机基质、硝酸盐和亚硝酸盐等。
以上各个工艺步骤循环往复，以使整个处理系统平稳的运行。
本发明的处理系统通过铺设微界面发生系统，保证了湿式氧化在比较温和的压力与温度条件下进行。与现有技术头孢类废水的处理系统相比，本发明的处理系统设备组件少、占地面积小、能耗低、成本低、安全性高、反应可控，值得广泛推广应用。总之，本发明的头孢类废水的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物、COD去除率可达99％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种头孢类废水的处理系统，其特征在于，包括：依次连接的絮凝沉淀装置、碱反应池、PAC反应池、PAM反应池、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；
所述氧化反应器出来的氧化水从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述成品罐连接兼性生物处理装置，所述物料进口与所述PAM反应池连接，所述物料出口连接所述废水加热器；
所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统，所述微界面发生系统包括两个由上至下并排且并联设置的气动式微界面发生器；
所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述絮凝沉淀装置包括用于将废水中的絮凝物沉淀分离的第一絮凝沉淀池、以及第二絮凝沉淀池；
所述第一絮凝沉淀池、以及第二絮凝沉淀池相互连接。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述PAM反应池与所述废水换热器之间设置有输送泵。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述兼性生物处理装置包括第一兼性生物池、第二兼性生物池，所述第一兼性生物池以及所述第二兼性生物池相互连接。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括采用好氧微生物对废水中的小分子物质进行分解的好氧装置，所述兼性生物装置处理后的废水流通所述好氧装置；
所述好氧装置包括第一好氧池、第二好氧池，所述第一好氧池与所述第一兼性生物池相互连接，所述第二好氧池与所述第二兼性生物池相互连接。
6.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括空压装置，所述空压装置与所述进气口连通，所述空压装置与所述进气口连通的管道上设置有气体加热装置。
7.采用权利要求1-6任一项所述处理系统的头孢类废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
头孢类废水经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生湿式氧化反应；
进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器进行分散破碎；
所述湿式氧化反应的温度控制在100-110℃之间，压力控制在0.2-0.4MPa之间。
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