CN205328795U

CN205328795U - 湿纺腈纶生产聚合废水处理系统

Info

Publication number: CN205328795U
Application number: CN201520945078.0U
Authority: CN
Inventors: 魏伟; 肖凡; 汤文华; 陈彦历; 胡伟
Original assignee: SUZHOU LUNQIN INDUSTRY DESIGN Co Ltd
Current assignee: SUZHOU LUNQIN INDUSTRY DESIGN Co Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2025-11-24

Abstract

本实用新型公开了一种湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，该系统包括依次设置的用于絮凝的气能絮凝装置、用于氧化处理的多元催化氧化装置、生化进水池、用于生物反应的膜生物反应器和生化出水池。本实用新型的优点在于：采用气能絮凝技术作为聚合废水前处理，气能絮凝独有的涡流三相混合技术可以最大限度地利用化学药剂、充分捕捉细小污染颗粒及胶体，对聚合废水浊度去除率高，能有效保障后续多元催化氧化和生化的进水水质要求。

Description

湿纺腈纶生产聚合废水处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种湿纺腈纶生产聚处理系统，属于环境工程领域。

背景技术

两步法湿纺腈纶生产装置主要包括聚合、纺丝、回收、短纤等单元，腈纶生产过程中排放的废水主要由聚合废水、纺丝废水和回收废水组成；其中聚合装置产生废水(即聚合废水)主要来自水洗机滤液接受槽排水、密封水接受槽溢流水、脱水机滤液接受槽溢流水、氧化剂、催化剂配制厂房地面冲洗水、装置地面冲洗水、泵封水等。

聚合废水中主要污染物包括丙烯腈、醋酸乙烯脂等未反应单体，以及反应过程中产生的大量低聚物及无机盐、氰基等；另因含有一定浓度的表面活性物质，废水有乳化现象。

聚合废水BOD₅/COD_cr值(下文简称B/C)＜0.10，基本无直接可生化性；废水中含有的大量低聚物不仅难以被微生物降解、且对微生物有抑制作用，处理难度极大。

聚合废水具体水质指标见表1所示：

表1两步法湿纺腈纶生产聚合废水水质

	最小值	最大值	平均值
				COD_cr(mg/L)	1120	2600	1563
NH₃-N(mg/L)	13.6	83.4	41
				pH值	5.1	10.8	8.7
丙烯腈(mg/L)	0.5	203	17.5
				总氰(mg/L)	0.5	13.8	5.4
硫氰酸钠(mg/L)	1.6	275	28
				BOD₅(mg/L)	35	80	55

根据最新颁布的《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)，腈纶生产废水处理至直接排放的污染物限值为：COD_cr＜100mg/L、NH₃-N＜8mg/L、T-N＜40mg/L。

调研国内几家两步法湿纺腈纶装置生产废水的处理情况如下：

(1)某石化厂腈纶车间腈纶废水的主要处理工艺流程为“调节池-气浮池-生物滤池-沉淀池”。设计混凝气浮作为生化前处理工艺，目的是缓解聚合废水中大量低聚物阻塞后续生物滤池中生物膜的问题；但因聚合废水中低聚物的聚合度不固定、废水水质变化大，使得气浮效果不稳定，进而导致生化处理降解有机物效果较差，处理出水COD_cr难以满足排放标准。

(2)某石化厂腈纶车间腈纶废水的主要处理工艺流程为“调节池-气浮池-纯氧曝气池-沉淀池”，进水COD_cr浓度约800mg/L，出水COD_cr浓度约300mg/L。该厂曾开展多项生化出水深度处理试验，采用技术包括臭氧催化氧化、Fenton氧化、铁碳内电解等，但处理水质均无法达到COD_cr小于100mg/L的排放要求。

目前，腈纶生产废水的处理效果普遍不理想，现行的处理方式包括生物滤池、纯氧曝气、生物接触氧化、推流式活性污泥等二级生物处理方法均不能达到使腈纶废水稳定达标排放的目标。说明腈纶废水特别是聚合废水中存在大量难以生物降解的物质，采用通常的生物处理不能使之降解；需对聚合废水进行物化或化学氧化等前处理，将水中难生物降解物质去除或转化为可生物降解物质，再通过后续生物处理将废水处理达标排放。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，以解决现有技术中所存在的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其包括依次设置的用于絮凝的气能絮凝装置、用于氧化处理的多元催化氧化装置、生化进水池、用于生物反应的膜生物反应器和生化出水池。

作为优选方案，所述气能絮凝装置包括进水泵、三相涡流混合器一、空压机、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四、絮体分离槽和刮渣机，第三相涡流混合器一与进水泵相连通，所述三相涡流混合器二与三相涡流混合器一相连通，所述三相涡流混合器三和三相涡流混合器二相连通，所述三相涡流混合器四和三相涡流混合器三相连通，所述絮体分离槽内设有竖直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板将絮体分离槽内分成絮体成长区和絮体分离区，所述穿孔集水板设置于絮体分离区下部的清水区，所述三相涡流混合器四与絮体成长区相连通，所述刮渣机设置于絮体分离槽的口部。

所述三相涡流混合器一还与一空压机相连通。

该气能絮凝装置采用三相涡流混合器流三相混合器作为核心部件，一步完成药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌(污染物捕集)、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤。从而利用精确少量的化学药剂，充分捕集水中污染物；同时形成比重极轻的中空絮体，浮升至池体表面被刮除。

气能絮凝技术与传统气浮技术的本质区别在于气泡与絮体的接触形式不同：后者采用简单的“气泡与絮体接触附着”，气泡易于与絮体发生脱附；而前者采用“絮体气泡生长技术”——气泡在絮体内部和周边生成晶核生长，两者成为有机一体。

作为优选方案，所述气能絮凝装置还包括渣槽和浮渣输送泵。

作为优选方案，所述多元催化氧化装置包括多元催化氧化反应槽，所述多元催化氧化反应槽内由下到上依次设有空气扩散装置和催化剂承托滤板，所述催化剂承托滤板上垂直设有两块阴极板和一块阳极板，所述阳极板设置于两块所述阴极板之间，多元催化氧化反应槽的口部设有布水槽，所述布水槽的一端与进水泵相连通，布水槽的另一端同时与一个回流阀和一个出水阀相连通，所述回流阀和出水阀由一个循环泵控制。

多元催化氧化技术是结合高级氧化技术和高级催化技术、电控技术和相应固体催化剂的研究，综合采用钛基涂层电极、固定复合催化剂及脱附技术研制开发的新型水处理设备。其工作原理描述如下：在常温常压条件下，通过直流电源在特殊涂层电极之间形成电磁场，并通过电极间填充的固体复合催化剂形成多元电极效应，在氧气、催化剂的协同作用下，高效快速地促进羟基自由基(·OH)的生成。·OH具有极强的氧化能力，利用其极高的氧化电极电位，容易进攻有机物分子的高电子云密度点，无选择地把高浓度难生物降解的有机污染物破环断链，氧化成CO₂、H₂O或简单的有机物。

作为优选方案，所述膜生物反应器包括缺氧池、好氧池、膜池、膜组件、膜抽吸泵、微孔曝气管、硝化液回流泵、膜池回流泵和鼓风机，所述好氧池设置在缺氧池和膜池之间，且缺氧池、好氧池和膜池互相连通，好氧池内设有微孔曝气管，所述膜组件设置于膜池内，膜组件由膜元件、固定机架、出水管、曝气管组成：膜元件竖直固定在机架上，膜元件下方安装有穿孔曝气管、膜元件顶部设有出水管嘴通过软管与出水总管相连，所述鼓风机与微孔曝气管相连通，所述膜抽吸泵与膜组件相连通，所述硝化液回流泵连通好氧池和缺氧池，所述膜池回流泵连通膜池与好氧池。

因此，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)采用气能絮凝技术作为聚合废水前处理，气能絮凝独有的涡流三相混合技术可以最大限度地利用化学药剂、充分捕捉细小污染颗粒及胶体，对聚合废水浊度去除率高，能有效保障后续多元催化氧化和生化的进水水质要求。

(2)多元催化氧化技术能以较低的能耗产生强氧化剂羟基自由基[·OH]，相比其它高级氧化技术，反应条件温和、反应过程无需使用任何化学药剂、且不产生污泥或浓缩液。

(3)多元催化氧化技术不受进水COD负荷高低影响，运行维护简单。

(4)工业性试验表明，采用气能絮凝和多元催化氧化技术进行聚合废水前处理后，废水可生化性大幅提高、COD浓度大幅降低，通过膜生物反应器技术进一步处理后，出水COD_cr、NH₃-N和T-N分别小于100mg/L、8mg/L和40mg/L，满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)的要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的工艺路线图；

图2为本实用新型中的三相涡流混合器的结构示意图；

图3为本实用新型中的膜生物反应器的结构示意图；

图4为本实用新型中生化装置的结构示意图；

图中：101、气能装置进水泵；102、空压机；103、三相涡流混合器一；104、三相涡流混合器二；105、三相涡流混合器三；106、三相涡流混合器四；107、絮体成长区；108、隔板；109、絮体分离槽；110、穿孔集水板；111、气能装置刮渣机；112、渣槽；113、浮渣输送泵；201；氧化槽进水泵；202、多元催化氧化反应槽；203、空气扩散装置；204、循环泵；205、催化剂承托滤板；206、复合催化剂；207、阴极板；208、阳极板；209、布水槽；210、直流电源；211、回流阀；212、出水阀；301、缺氧池；302、好氧池；303、膜池；304、硝化液回流泵；305、膜池回流泵；306、膜抽吸泵；307、微孔曝气管；308、生物填料；309、膜组件；310、鼓风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

一种湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其包括依次设置的气能絮凝装置、至少一个多元催化氧化装置和至少一个生化装置，本实施方式中，多元催化氧化装置的数量为两个，生化装置的数量也为两个。

气能絮凝装置的结构如图2所示，包括气能装置进水泵101、三相涡流混合器一103、空压机102、三相涡流混合器二104、三相涡流混合器三105、三相涡流混合器四106，絮体分离槽109和气能装置刮渣机111，三相涡流混合器一103与气能装置进水泵101相连通，三相涡流混合器二104与三相涡流混合器一103相连通，三相涡流混合器三105和三相涡流混合器二104相连通，三相涡流混合器四106和三相涡流混合器三105相连通，絮体分离槽109内设有竖直方向的隔板108和水平方向的穿孔集水板110，隔108板将絮体分离槽109内分成絮体成长区107和絮体分离区，穿孔集水板110设置于絮体分离区下部的清水区，三相涡流混合器四106与絮体成长区107相连通，气能装置刮渣机111设置于絮体分离槽109的口部，气能装置刮渣机刮出来的废渣送入渣槽112内，渣槽112的底部与一浮渣输送泵113相连通，浮渣输送泵113将渣槽112内的废渣排走。三相涡流混合器二104还与空压机102相连通。

多元催化氧化装置的结构如图3所示包括多元催化氧化反应槽202，多元催化氧化反应槽202内由下到上依次设有空气扩散装置203和催化剂承托滤板205，催化剂承托滤板205上垂直设有两块阴极板207和一块阳极板208，阳极板208设置于两块阴极板207之间，多元催化氧化反应槽202的口部设有布水槽209，布水槽209的一端与氧化槽进水泵201相连通，布水槽209的另一端同时与一个回流阀211和一个出水阀212相连通，回流阀211和出水阀212由一个循环泵204控制。使用时，会将两块阴极板207与直流电源210的负极电连接，将一块阳极板208与直流电源210的正极电连接，并在催化剂承托滤板205上铺装复合催化剂206。

生化装置的结构如图4所示，包括：缺氧池301、好氧池302、鼓风机303、硝化液回流泵304、微孔曝气管306、沉淀池307和沉淀池刮泥机308，好氧池302设置于缺氧池301和沉淀池307之间，并与缺氧池301相连通，好氧池302内装有生物填料305，微孔曝气管306设置于好氧池302的底部，鼓风机303与微孔曝气管306相连通，硝化回流泵304连通于好氧池302和缺氧池301之间，沉淀池刮泥机308设置于沉淀池307内，沉淀池刮泥机308与一污泥泵309相连通，污泥泵309可将沉淀池刮泥机308刮出的污泥排走。

所述膜生物反应器包括缺氧池301、好氧池302、膜池303、膜组件309、膜抽吸泵306、微孔曝气管307、硝化液回流泵304、膜池回流泵305和鼓风机310，好氧池302设置在缺氧池301和膜池303之间，且缺氧池301、好氧池302和膜池303依次连通，好氧池302和膜池303内均设有微孔曝气管307，膜组件309设置于膜池303内，鼓风机310与微孔曝气管307相连通，膜抽吸泵306与膜组件309相连通，硝化液回流泵304连通好氧池302和缺氧池301，膜池回流泵305连通膜池303与好氧池302。

所述膜组件309可由膜元件、固定机架、出水管、曝气管组成：膜元件竖直固定在机架上，膜元件下方安装有穿孔曝气管、膜元件顶部设有出水管嘴通过软管与出水总管相连。

一种基于前述的湿纺腈纶生产聚合废水处理系统的湿纺腈纶生产聚合废水处理方法，包括气能絮凝前处理、一级多元催化氧化处理的步骤、一级生化处理的步骤、二级生化氧化的步骤，二级生化处理的步骤。

气能絮凝可一步完成药剂分子拉伸提效、混凝絮凝搅拌(污染物捕集)、絮体形成、气泡晶核生成和超轻中空化絮体形成的所有步骤。从而利用精确少量的化学药剂，充分捕集水中污染物；同时形成比重极轻的中空絮体，浮升至池体表面被刮除。

经两级多元催化氧化处理后的聚合废水进入膜生物反应器处理。膜生物反应器由缺氧池、好氧池、MBR膜池、硝化液回流泵、膜池回流泵、抽吸泵、鼓风机等组成。

废水首先进入缺氧池处理，缺氧池内安装生物填料，填料上附着微生物进行反硝化反应，利用进水中的有机物作为碳源降解回流硝化液中的硝酸盐氮。

缺氧池出水流入好氧池，好氧池底部设置微孔曝气管，池内安装生物填料，池内溶解氧控制在2mg/L以上，好氧池微生物对聚合废水中有机物和氨氮进行降解，好氧池硝化液通过回流泵回流至缺氧池，回流比为～300％。好氧池中投加碳酸钠补充碱度用于氨氮的硝化反应。

好氧池出水进入MBR膜池，设置内置式中空纤维膜组件对微生物进行截留，透过膜的产水经收集后排放，膜池中污泥通过回流泵回流至好氧池，回流比为200％左右。

作为优选方案，所述气能絮凝前处理具体包括如下操作：

在三相涡流混合器一中装入混凝剂并通入空气、三相涡流混合器二、三相涡流混合器二和三相涡流混合器四中分别加入阳离子型有机絮凝剂、阴离子型有机絮凝剂、阳离子型有机絮凝剂；

三相混合器在高压下形成三相涡流混合器流，可完成药剂与污染物颗粒(固体)、水、气的三相混合。

将湿纺腈纶生产聚合废水输入三相涡流混合器一中，使湿纺腈纶生产聚合废水依次经过三相涡流混合器一、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四的絮凝后，通入絮体分离槽的絮体成长区；

在所述絮体成长区形成的浮渣在絮体分离槽中被槽顶设置的刮渣机刮出，在絮体分离槽底部由穿孔集水板收集干净的清液排出，进入下一道处理工序。

三相涡流混合器中逐渐形成的絮体在压力形态下为固液气三态混合物，在絮体成长区，压力释放为常压，絮体中的溶气释放长大，可将絮体中的水分挤出；气体和固体絮体形成多孔中空形态，含水率显著降低同时自身比重越来越轻，可以不借助外力自行上浮。

絮体成长区形成的浮渣在絮体分离槽中被槽顶设置的刮渣机刮出至渣槽收集，并通过浮渣输送泵排至脱水装置；絮体分离槽底部设置穿孔集水隔板，收集干净的清液排出，进入下一道处理工序。

气能絮凝处理聚合废水加药顺序及加药量数据如表2所示：

表2气能絮凝加药顺序及加药量

表3三相涡流混合器工作压力

气能絮凝处理聚合废水效果

聚合废水原水呈乳白色，含大量不易沉降白色细小悬浮物、胶体等。经气能絮凝处理后，出水清澈透明、无悬浮物、浊度降低；且形成浮渣成团密实、含水率低，约95％。

气能絮凝不仅能有效对聚合废水破乳并去除浊度，对COD_cr也有一定去除：在进水COD_cr约1300mg/L～2200mg/L时，处理出水COD_cr约950mg/L～1400mg/L，去除率约17％～22％；且聚合废水来水水质波动对COD_cr去除率影响较小。

此外，气能絮凝处理湿纺腈纶生产聚合废水形成的浮渣较密实，浮渣产生量约为5～6L/m³废水。

一级多元催化氧化处理具体包括如下操作：

在多元催化氧化装置的催化剂承托滤板上铺装催化剂；

将经过气能絮凝的湿纺腈纶生产聚合废水输入布水槽，控制所述湿纺腈纶生产聚合废水的液位高于催化剂表面后停止进水；

通过空气扩散装置对反应槽内的湿纺腈纶生产聚合废水进行曝气充氧，同时对阳极板和阴极板分别进行正极和负极的输电，开始进行曝气反应；

待所述曝气反应进行至15～20min后，停止曝气充氧，开启循环泵，开始进行循环反应；

待所述循环反应进行至15～20min后，关闭循环泵、停止对阳极板和阴极板的供电，整个多元催化氧化反应结束，废水由出水泵提升至下一级多元催化氧化反应或排入后续生化处理装置。

第一级多元催化氧化工作参数如表4所示

表4

对经气能絮凝处理后的聚合废水进行两级多元催化氧化处理，进水CODcr约950mg/L～1400mg/L，一级多元催化氧化出水COD_cr为400mg/L～700mg/L，二级多元催化氧化出水COD_cr为300mg/L～400mg/L，两级多元催化氧化总COD_cr去除率约60％～70％。

多元催化氧化对聚合废水可生化性提高的效果颇为明显：在进水B/C为0.037～0.051时，经两级多元催化氧化处理后，B/C可升高至0.28～0.35。具体数据如表5所示。

表5多元催化氧化进出水BOD₅、COD_cr数据

生化处理具体包括如下操作：

将经过多元催化氧化的废水进行缺氧处理；

所述缺氧处理结束后，进行好氧处理；

所述好氧处理结束后，进行膜生物处理

所述膜生物处理结束后，污泥经污泥泵排出，上清液进行下一级处理。

具体为：废水首先进入缺氧池处理，缺氧池内安装生物填料，填料上附着微生物进行反硝化反应，利用进水中的有机物作为碳源降解回流硝化液中的硝酸盐氮。

膜生物反应器的主要功能是将多元催化氧化出水中残留的有机物进行微生物降解，与此同时对废水中氨氮和总氮进行去除，使处理后水质满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)中各项水质指标的要求。

膜生物反应器的工艺及运行参数如表6和表7所示：

表6膜生物反应器工艺参数

HRT	～36h(其中A段12h，O段24h)
		硝化液回流比	～300％
膜池回流比	～200％
		碱度投加	Na₂CO₃，投加浓度400～600mg/L
水温	20～25℃

表7膜生物反应器运行参数

	进水	缺氧池	好氧池	膜池
					pH	7	7～7.5	7～7.5	7～7.5
DO(mg/L)	-	～0.5	4～5	4.5～5.5
					ORP(mV)	90～130	70～130	150～180	180～210

膜生物反应器处理效果如表8所示

表8膜生物反应器处理效果

	膜生物反应器进水	膜生物反应器出水
			COD_cr(mg/L)	300～400	80～95
NH₃-N(mg/L)	20～35	0.5～1
			T-N(mg/L)	120～140	25～30

实例介绍

在某公司腈纶厂进行了两步法湿纺腈纶生产聚合废水处理的工业化应用试验。采用本实用新型技术路线，连续处理水量为1m³/h，处理水质结果如下表9所示：

表9聚合废水处理结果

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

Claims

1.一种湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其特征在于，包括依次设置的用于絮凝的气能絮凝装置、用于氧化处理的多元催化氧化装置、生化进水池、用于生物反应的膜生物反应器和生化出水池；所述气能絮凝装置包括进水泵、三相涡流混合器一、空压机、三相涡流混合器二、三相涡流混合器三和三相涡流混合器四、絮体分离槽和刮渣机，第三相涡流混合器一与进水泵相连通，所述三相涡流混合器二与三相涡流混合器一相连通，所述三相涡流混合器三和三相涡流混合器二相连通，所述三相涡流混合器四和三相涡流混合器三相连通，所述絮体分离槽内设有竖直方向的隔板和水平方向的穿孔集水板，所述隔板将絮体分离槽内分成絮体成长区和絮体分离区，所述穿孔集水板设置于絮体分离区下部的清水区，所述三相涡流混合器四与絮体成长区相连通，所述刮渣机设置于絮体分离槽的口部。

2.如权利要求1所述的湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其特征在于，所述三相涡流混合器一还与一空压机相连通。

3.如权利要求1所述的湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其特征在于，所述气能絮凝装置还包括渣槽和浮渣输送泵。

4.如权利要求1所述的湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其特征在于，所述多元催化氧化装置包括多元催化氧化反应槽，所述多元催化氧化反应槽内由下到上依次设有空气扩散装置和催化剂承托滤板，所述催化剂承托滤板上垂直设有两块阴极板和一块阳极板，所述阳极板设置于两块所述阴极板之间，多元催化氧化反应槽的口部设有布水槽，所述布水槽的一端与进水泵相连通，布水槽的另一端同时与一个回流阀和一个出水阀相连通，所述回流阀和出水阀由一个循环泵控制。

5.如权利要求1所述的湿纺腈纶生产聚合废水处理系统，其特征在于，所述膜生物反应器包括缺氧池、好氧池、膜池、膜组件、膜抽吸泵、微孔曝气管、硝化液回流泵、膜池回流泵和鼓风机，所述好氧池设置在缺氧池和膜池之间，且缺氧池、好氧池和膜池互相连通，好氧池和膜池内均设有微孔曝气管，所述膜组件设置于膜池内，所述鼓风机与微孔曝气管相连通，所述膜抽吸泵与膜组件相连通，所述硝化液回流泵连通好氧池和缺氧池，所述膜池回流泵连通膜池与好氧池。