CN212356703U

CN212356703U - 一种酚醛废水处理装置

Info

Publication number: CN212356703U
Application number: CN202020890142.0U
Authority: CN
Inventors: 朱葛夫; 潘小芳; 蔡冠竟
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2030-05-25

Abstract

本实用新型属于废水处理领域，涉及一种酚醛废水处理装置，包括依次连通的微生物辅助铁碳微电解反应器、厌氧折流板反应器耦合微生物电解池和好氧段序批式活性污泥反应器；厌氧折流板反应器耦合微生物电解池中垂直安装有多块折流板以将内部空间分割成多个串联的反应隔室，所有反应隔室中均装填有活性厌氧污泥，且除两端之外的其他反应隔室中均各自独立地设置有阳极和阴极，厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室和最后一个反应隔室。采用本实用新型提供的酚醛废水处理装置对酚醛废水进行处理，能够将苯酚、甲醛和COD值降低至非常低的水平。

Description

一种酚醛废水处理装置

技术领域

本实用新型属于废水处理领域，具体涉及一种酚醛废水处理装置。

背景技术

2014至2018年，我国年产酚醛树脂量从89.7万吨增加到130.3万吨，年复合增长率为9.78％。随着酚醛树脂产量的增加，废水的量也在逐年增加。据统计，每生产1t热固性酚醛树脂约产生0.9m³的高浓度有机废水。酚醛废水中含有大量挥发酚、苯酚和游离甲醛，还含有部分甲醇和少量低分子树脂等有毒物质，其中甲醛含量>1000mg/L，苯酚含量>5000mg/L，COD>10000mg/L。

目前，酚醛废水通常采用多种工艺联合的方法进行处理，其中，以化学-生物联用法较为普遍，该方法不但可以降低各环节的处理负荷，而且还能够通过预处理提供废水的生化性，便于后续进行生物处理。现在应用到生产实践中的组合工艺包括：电化学氧化与生物流化床技术结合工艺、缩聚-Fenton-A/O生物流化床组合工艺、微电解-催化氧化-生化法处理酚醛树脂生产废水等。由于生化反应对废水中苯酚和甲醛浓度的限制，因此，预处理的作用至关重要。然而化学法的预处理因为药剂的添加，不但会残留氧化剂而影响后续生化反应，而且系统运行成本也偏高。

例如，CN109761444A公开了通过化学处理-生物处理结合的方法实现酚醛废水的去除，具体包括以下步骤：(1)将废水通入化学处理单元进行化学反应，经沉淀后，将所得第一上清液通入生物降解单元，所得第一污泥通入污泥处理单元；(2)将第一上清液在生物降解单元中降解，沉淀后，将所得第二污泥通入污泥处理单元，所得第二上清液通入废水检测单元；(3)将废水检测单元取样进行检测，如果第二上清液满足排放标准，则将第二上清液通入生物降解单元；第一污泥和第二污泥在污泥处理单元经泥水分离后得到泥饼和滤液，将滤液通入生物降解单元进行降解。其中，所述化学反应依次包括缩聚反应、Fenton氧化与中和反应。其中，Fenton氧化过程中H₂O₂的残留对后续生化反应造成有不利影响，同时需要消耗大量的氧化剂，运行成本升高。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决采用传统酚醛废水处理装置对酚醛废水进行处理时存在操作复杂以及由于需要消耗大量的氧化剂例如H₂O₂而导致运行成本高的问题，而提供一种无须加入氧化剂即可将酚醛废水有效降解的处理装置。

生化处理(厌氧生物处理和好氧生物处理)过程中，微生物对苯酚和甲醛浓度较为敏感，苯酚对大部分微生物有毒，在微生物转化过程中是一种抑制性底物。但是，在低浓度时苯酚可以被微生物降解。甲醛具有抗微生物性质，能够与细胞内蛋白质结合，使细胞失去活力。本实用新型的发明人经过深入研究之后发现，在生化处理之前，先采用微生物辅助铁炭微电解对酚醛废水进行预处理，该预处理过程将电化学反应和微生物反应耦合在一起，一方面，铁碳填料中的铁粉和碳粉因存在1.2V的电极电位差形成原电池，在其作用空间形成一个电场，阳极反应生成大量的Fe²⁺，进而氧化成Fe³⁺，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂，阴极反应产生大量的[O]和[H]，这些活性组分与废水中有机物发生氧化还原反应，使得大分子有机物断链降解，从而加速了有机物的生物降解反应；另一方面，铁碳填料中的铁粉不仅有利于污泥中微生物的生长，而且还能够促进电子传递，加速了氧化还原反应进程，从而在无需使用氧化剂的基础上便可提高废水的可生化性，为后续的生化处理打下良好基础，克服了传统的预处理工艺中由于需要添加化学药剂而造成运行成本的升高并影响后续生化反应的问题。此外，虽然传统的厌氧处理对苯酚和甲醛的降解能力有限，但是微生物电化学系统有利于厌氧系统中乙酸的高效利用并加快有机物梯级降解。由于MEC的产甲烷过程能在无质子膜的单室MEC中轻易实现，这样的MEC可以看成是耦合了微生物电化学催化的厌氧反应器，只需要在厌氧系统中插入电极并施加一定的电压即可实现在阳极氧化有机物和阴极产甲烷。此外，产甲烷MEC的电极制作还无需贵金属催化剂从而大大降低了运行成本并提高了可操作性。因此，厌氧折流板反应器耦合微生物电解池(ABR-MECs)对高浓度难降解有机废水的去除具有极大优势。同时本实用新型的发明人还发现中温的ABR-MECs反应器能够实现对污水中有机能源的高效挖掘，微生物电化学强化对厌氧系统的产甲烷增益作用远大于其增加的能耗，能够将酚醛废水中苯酚、甲醛以及COD值降至更低的水平。基于此，完成了本实用新型。

具体地，本实用新型提供了一种酚醛废水处理装置，包括微生物辅助铁碳微电解反应器、厌氧折流板反应器耦合微生物电解池和好氧段序批式活性污泥反应器；所述微生物辅助铁碳微电解反应器中装填有铁碳填料和活性污泥；所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池中垂直安装有多块折流板以将内部空间分割成多个串联的反应隔室，所有反应隔室中均装填有活性厌氧污泥，且除两端之外的其他反应隔室中均各自独立地设置有阳极和阴极，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室和最后一个反应隔室；所述好氧段序批式活性污泥反应器中装填有活性好氧污泥；所述微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口连通，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的出水口与好氧段序批式活性污泥反应器的进水口连通。

进一步的，所述微生物辅助铁碳微电解反应器为有机玻璃圆柱体容器，所述有机玻璃圆柱体容器中装填有铁碳填料和活性污泥，所述有机玻璃圆柱体容器中设置有从顶部贯穿至底部的进水管且侧壁中部设置有出水口。

进一步的，所述微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口上设置有定时排水阀门，以实现自动控制排水。

进一步的，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池外部设置有加热恒温循环槽，以实现温度控制。

进一步的，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室顶部和最后一个反应隔室的侧壁上部，废水从第一个反应隔室顶部引入，沿多块折流板作上下折回流动，依次流经每个反应隔室的活性厌氧污泥床以及中间反应隔室的电极对，沿最后一个反应隔室的侧壁上部排出。

进一步的，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的反应隔室顶部设置有排气孔，所述排气孔与水封瓶连通。

进一步的，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池中同一反应隔室的阴阳两极的间距为10～20mm，且阴阳两极间通过内置隔离棒隔离。

进一步的，所述好氧段序批式活性污泥反应器为圆柱体容器，所述圆柱体容器上设置有曝气口、进水口和出水口，所述曝气口设置于圆柱体容器底部，所述进水口设置于圆柱体容器顶部，所述出水口设置于圆柱体容器侧壁中部。

进一步的，所述好氧段序批式活性污泥反应器中还设置有电动磁力搅拌器。

进一步的，所述酚醛废水处理装置还包括出水箱Ⅰ、出水箱Ⅱ和出水箱Ⅲ，所述出水箱Ⅰ的入口与微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅰ与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口连通，所述出水箱Ⅱ的入口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅱ与好氧段序批式活性污泥反应器的进水口连通，所述出水箱Ⅲ的入口与好氧段序批式活性污泥反应器的出水口连通。

本实用新型一方面通过构建微生物辅助铁碳微电解的预处理，提高酚醛废水的可生化性，为后续厌氧生物处理和好氧生物处理提供基础，克服了传统的预处理中由于需要添加化学药剂而造成运行成本的升高并影响后续生化反应的问题；另一方面通过厌氧折流板反应器耦合微生物电解池(ABR-MECs)对高浓度难降解有机废水进行有效去除。

将本实用新型提供的酚醛废水处理装置用于酚醛废水处理时，具有如下效果：

(1)实现了预处理阶段的低成本和高效率，预处理出水中，苯酚去除率达到34％～36％，甲醛去除率达到64％～66％，COD去除率达到25％～30％，BOD₅/COD从0.11提高到了0.45。

(2)实现了厌氧处理阶段对苯酚和甲醛的高效去除，厌氧生物处理出水中，苯酚去除率达到90.2％～94.0％，甲醛去除率达到97％以上，COD去除率达到85％以上。

(3)实现了好氧处理阶段对废水的达标排放，好氧生物处理出水中，CODcr≤100mg/L，苯酚≤1.0mg/L，甲醛≤5.0mg/L，pH值为6～9。

(4)整个工艺操作简单，高效，低成本，预处理成本约为18.88元/m³，厌氧处理约为22.41元/m³。

附图说明

图1为本实用新型提供的酚醛废水处理装置的结构示意图。

附图标记说明

1-微生物辅助铁碳微电解反应器；21-出水箱Ⅰ；22-出水箱Ⅱ；31-蠕动泵Ⅰ；32-蠕动泵Ⅱ；4-厌氧折流板反应器耦合微生物电解池；5-循环加热泵；6-电极对；7-水封瓶；8-湿式流量计；9-好氧段序批式活性污泥反应器；10-出水箱Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或装置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实用新型的限制。

在本实用新型中，需要理解的是，术语“Ⅰ”、“Ⅱ”和“Ⅲ”是为了便于描述而引入，以将不同位置的同一元件进行区分。

如图1所示，本实用新型提供的酚醛废水处理装置包括微生物辅助铁碳微电解反应器1、厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4和好氧段序批式活性污泥反应器9；所述微生物辅助铁碳微电解反应器1中装填有铁碳填料和活性污泥；所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4中垂直安装有多块折流板以将内部空间分割成多个串联的反应隔室，所有反应隔室中均装填有活性厌氧污泥，且除两端之外的其他反应隔室中均各自独立地设置有电极对(即阳极和阴极)6，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室和最后一个反应隔室；所述好氧段序批式活性污泥反应器9中装填有活性好氧污泥；所述微生物辅助铁碳微电解反应器1的出水口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4的进水口连通，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4的出水口与好氧段序批式活性污泥反应器9的进水口连通。

所述微生物辅助铁碳微电解反应器1可以为有机玻璃圆柱体容器，所述有机玻璃圆柱体容器中装填有铁碳填料和活性污泥，所述有机玻璃圆柱体容器中设置有从顶部贯穿至底部的进水管且侧壁中部设置有出水口。此外，所述微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口上设置有定时排水阀门，以实现自动控制排水。工作时，由蠕动泵将酚醛废水经由进水管打入有机玻璃圆柱体容器中进行预处理，经预处理后的预处理废水从出水口排出。所述有机玻璃圆柱体容器的直径可以为10～20cm，高度可以为15～25cm，出水口以下的体积可以为0.8～1.2L。

所述铁碳填料可以为现有的各种含有铁粉、碳粉以及催化剂且能够自身微电解反应形成有利于有机物断裂的填料，具体可以含有70～80wt％的铁粉、15～25wt％的碳粉以及3～8wt％的催化剂，所述催化剂选自金属催化剂，Cu、Zn(少量贵金属Pt、Pd和Ag等)中的至少一种。所述铁碳填料可以通过商购得到。所述活性污泥的接种量VSS优选为10～30g/L，VSS/SS优选为0.6～0.7。所述铁碳填料的添加量优选为1000～2000g/L。

所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池(ABR-MECs)4中折流板的设置数量为2块以上，优选为3～5块，最优选为4块，以将内部空间分割成多个串联的反应隔室，每一个反应隔室均可以看作一个相对独立的上流式污泥床。根据一种具体实施方式，如图1所示，所述折流板的设置数量为4块，此时对于的反应隔室为5个，从左到右依次记为C1、C2、C3、C4和C5。所有反应隔室中均装填有活性厌氧污泥，且除两端之外的其他反应隔室中均各自独立地设置有电极对(即阳极和阴极)6，电极对由稳压电源供电。不同反应隔室中的电极对为并联关系。阳极和阴极均可以采用甘肃郝氏碳纤维有限公司规模生产的石墨毡电极(长×宽＝5cm×4cm)。石墨毡电极首先用丙酮和乙醇混合物(v:v＝50％:50％)浸泡过夜以除去其表面可能吸附的有机物，然后用去离子水反复清洗后置于1M的稀盐酸中浸泡过夜，用去离子水彻底洗净以有效去除残留金属的影响，最后60℃烘干后置于的反应隔室C2、C3和C4中。相同折流板反应隔室中阴阳两极的间距可以为10～20mm，电极的输入电压可以为0.8～1.2V(由稳压电源提供)，阴阳两极间通过内置隔离棒隔离。所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室(C1)顶部和最后一个反应隔室(C5)的侧壁上部，废水从第一个反应隔室顶部引入，沿多块折流板作上下折回流动，依次流经每个反应隔室的活性厌氧污泥床以及中间反应隔室的电极对，废水中的有机质通过与微生物接触以及电解而得以去除，沿最后一个反应隔室的侧壁上部排出。此外，所述ABR-MECs反应器外部设置有加热恒温循环槽(其通过循环加热泵5加热)，以实现温度控制。ABR-MECs反应器的有效体积可以为2～3L，单隔室的有效体积可以为0.4～0.6L。上流区和下流区的体积比可以为1:(2～4)。初始接种污泥来源均为中温厌氧絮状污泥，其接种量VSS优选为10～15g/L，VSS/SS优选为0.5～0.6。

根据一种具体实施方式，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的反应隔室顶部设置有排气孔，所述排气孔与水封瓶7连通，由反应隔室产生的甲烷经由排气孔收集入水封瓶7，当收集达到最大值后经由湿式流量计8计量排入铝箔气袋中。

所述好氧段序批式活性污泥反应器(SBR)可以选用圆柱体容器，所述圆柱体容器上设置有曝气口、进水口和出水口，所述曝气口设置于圆柱体容器底部，所述进水口设置于圆柱体容器顶部，所述出水口设置于圆柱体容器侧壁中部。其中，所述曝气口的数量可以为一个，也可以为多个，优选为2个。所述圆柱体容器中还优选设置有电动磁力搅拌器。所述圆柱体容器的工作体积可以为2～3L，其中每个周期排水为1～2L，反应器中间设置排水口，排水口以下体积为0.5～1.5L。

本实用新型提供的酚醛废水处理装置还优选包括出水箱Ⅰ21、出水箱Ⅱ22和出水箱Ⅲ10，所述出水箱Ⅰ21的入口与微生物辅助铁碳微电解反应器1的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅰ31与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4的进水口连通，所述出水箱Ⅱ22的入口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池4的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅱ32与好氧段序批式活性污泥反应器9的进水口连通，所述出水箱Ⅲ10的入口与好氧段序批式活性污泥反应器9的出水口连通。

当采用本实用新型提供的酚醛废水处理装置进行酚醛废水处理时，由蠕动泵将酚醛废水经由进水管打入微生物辅助铁碳微电解反应器中进行预处理，经预处理后的预处理废水从出水口排出；从厌氧折流板反应器耦合微生物电解池(ABR-MECs)中第一个反应隔室顶部引入，沿多块折流板作上下折回流动，依次流经每个反应隔室的活性厌氧污泥床以及中间反应隔室的电极对，废水中的有机质通过与污泥中的微生物接触以及电解反应而得以去除，沿最后一个反应隔室的侧壁上部排出；引入好氧段序批式活性污泥反应器(SBR)中进行好氧生物处理。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种酚醛废水处理装置，其特征在于，所述酚醛废水处理装置包括微生物辅助铁碳微电解反应器、厌氧折流板反应器耦合微生物电解池和好氧段序批式活性污泥反应器；所述微生物辅助铁碳微电解反应器中装填有铁碳填料和活性污泥；所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池中垂直安装有多块折流板以将内部空间分割成多个串联的反应隔室，所有反应隔室中均装填有活性厌氧污泥，且除两端之外的其他反应隔室中均各自独立地设置有阳极和阴极，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室和最后一个反应隔室；所述好氧段序批式活性污泥反应器中装填有活性好氧污泥；所述微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口连通，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的出水口与好氧段序批式活性污泥反应器的进水口连通。

2.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述微生物辅助铁碳微电解反应器为有机玻璃圆柱体容器，所述有机玻璃圆柱体容器中装填有铁碳填料和活性污泥，所述有机玻璃圆柱体容器中设置有从顶部贯穿至底部的进水管且侧壁中部设置有出水口。

3.根据权利要求2所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口上设置有定时排水阀门，以实现自动控制排水。

4.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池外部设置有加热恒温循环槽，以实现温度控制。

5.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口和出水口分别位于第一个反应隔室顶部和最后一个反应隔室的侧壁上部，废水从第一个反应隔室顶部引入，沿多块折流板作上下折回流动，依次流经每个反应隔室的活性厌氧污泥床以及中间反应隔室的电极对，沿最后一个反应隔室的侧壁上部排出。

6.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的反应隔室顶部设置有排气孔，所述排气孔与水封瓶连通。

7.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述厌氧折流板反应器耦合微生物电解池中同一反应隔室的阴阳两极的间距为10～20mm，且阴阳两极间通过内置隔离棒隔离。

8.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述好氧段序批式活性污泥反应器为圆柱体容器，所述圆柱体容器上设置有曝气口、进水口和出水口，所述曝气口设置于圆柱体容器底部，所述进水口设置于圆柱体容器顶部，所述出水口设置于圆柱体容器侧壁中部。

9.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述好氧段序批式活性污泥反应器中还设置有电动磁力搅拌器。

10.根据权利要求1所述的酚醛废水处理装置，其特征在于，所述酚醛废水处理装置还包括出水箱Ⅰ、出水箱Ⅱ和出水箱Ⅲ，所述出水箱Ⅰ的入口与微生物辅助铁碳微电解反应器的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅰ与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的进水口连通，所述出水箱Ⅱ的入口与厌氧折流板反应器耦合微生物电解池的出水口连通、且出口经由蠕动泵Ⅱ与好氧段序批式活性污泥反应器的进水口连通，所述出水箱Ⅲ的入口与好氧段序批式活性污泥反应器的出水口连通。