CN218755254U

CN218755254U - 一种高浓度有机废水资源化处理装置

Info

Publication number: CN218755254U
Application number: CN202223280382.7U
Authority: CN
Inventors: 杜莉莉; 蔺洪永; 李海松; 包海花; 王柯丹; 王保生; 谢佳
Original assignee: Zhihe Environmental Protection Technology Co ltd; Zhongyuan Environmental Protection Zhihe Zhengzhou Water Environment Technology Co ltd; Central Plains Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Zhihe Environmental Protection Technology Co ltd; Zhongyuan Environmental Protection Zhihe Zhengzhou Water Environment Technology Co ltd; Central Plains Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2032-12-07

Abstract

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高浓度有机废水资源化处理装置，包括发酵产酸区与产PHA混菌脱氮区。发酵产酸区中设有水解发酵罐，产PHA混菌脱氮区中设有产PHA混菌脱氮反应器，水解发酵罐与产PHA混菌脱氮反应器相连通，高浓度有机废水经预处理后在发酵产酸区进行发酵，将大量有机物转化为小分子挥发酸，减少碳排放，缩短反应时间和路径实现节能，随后发酵液中的小分子挥发酸作为后续产PHA混菌反硝化的碳源实现较好的污染物去除效果，达到减污降碳协同增效的目的。本实用新型运行过程中无需额外添加碳源，采用间歇曝气，节省投加药剂的费用，并减少能耗；因此，本装置的使用可以提高有机废水中有机物的利用率，加强废水的资源化利用。

Description

一种高浓度有机废水资源化处理装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高浓度有机废水资源化处理装置。

背景技术

高浓度有机废水通常是指有机物含量高，化学需氧量在5000mg/L以上，甚至高达几万或几十万的废水。该类废水的成分比较复杂，包含大分子有毒物质，如芳香族化合物、杂环化合物、氮化物等。其次水质水量波动较大，含有高浓度的氮类物质。针对这类废水的处理，相比较于物理化学法通常采用相对经济的生物法进行处理。早先采用好氧法处理发现存在效率低、能耗大、药剂使用量大(如外加碳源、调节pH药剂等)、费用高等问题。目前多采用工艺组合的方法进行处理，常规工艺为：预处理部分+厌氧池+厌氧沉淀池+A/O池+膜处理。厌氧消化主要包含四部反应：水解、发酵、产乙酸、产甲烷。废水在厌氧池通过厌氧消化反应将大量的有机物直接矿化为CH₄和CO₂，剩余的有机物多为难降解物质，同时还会释放大量的氨氮，增加氨氮的浓度。其出水经过A/O等生化反应达到脱氮除碳的目的，然而在该阶段由于废水中大量有机物的去除，剩余的难降解物质难以被微生物利用，同时还会对微生物产生一定的毒害作用，因此还需要额外添加碳源实现反硝化脱氮，一定程度上增加的药剂成本和碳排放。随后经过膜处理进一步净化达到排放标准。此外，微滤、纳滤、超滤、反渗透等膜组件具有维修、更换频繁，清洗困难，易堵塞，运行成本高的特点。

因此在污水资源化利用和双碳的政策下，寻找新的工艺能充分利用高浓度有机废水中的有机物，脱氮的同时减少碳源的投加是有必要的。有相关文献报道产polyhydroxyalkanoates(PHA)细菌具有脱氮的功能。PHA是聚羟基脂肪酸酯，一种储能物质。产PHA功能菌可以将废水中的小分子有机物转化为胞内的储能物质PHA，通过溶氧(DO)突跃判断碳源是否耗尽。当DO突跃时，表明碳源基本被产PHA混菌转化为胞内的PHA储能物质，随着反应的继续运行，在碳源不足的情况下产PHA混菌将胞内PHA作为碳源继续脱氮。(Huang,L.等Insight into Feast-Famine PHA producer selection:microbialcommunity succession,relationships with system function and underlyingdriving force,Water Research,2018,131:167-176.)

本实用新型提供了一种加强处理高浓度有机废水资源化利用的装置。经过预处理后的高浓度有机废水通过厌氧发酵产酸，将大分子有机物转化为小分子挥发酸(VFAs)，含有VFAs的发酵液为后续的产PHA混菌提供底物，实现不需要额外添加碳源进行反硝化除氮，提高废水的资源化利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高浓度有机废水资源化处理装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高浓度有机废水资源化处理装置，包括发酵产酸区和产PHA混菌脱氮区，所述的发酵产酸区中设置有水解发酵罐，水解发酵罐中安装有搅拌机A、pH计与ORP计，水解发酵罐的底部设置有进水口，水解发酵罐的上方设置有出水管与产PHA混菌脱氮区相连通，产PHA混菌脱氮区中设置有产PHA混菌脱氮反应器，水解发酵罐与产PHA混菌脱氮反应器相连通，产PHA混菌脱氮反应器中安装有搅拌机B与DO电极。

进一步地，水解发酵罐顶部设置有出气孔，出气孔与集气袋相连接。

进一步地，所述的水解发酵罐中安装有温度计，水解发酵罐的外侧设置有外层水浴，外层水浴中设置有加热棒，加热棒与温度仪相连接，温度仪与温度计相连接。

进一步地，所述的外层水浴中设置有循环泵。

进一步地，所述的水解发酵罐上方的出水管与储存罐相连接，储存罐通过进水泵与产PHA混菌脱氮反应器相连通，储存罐与加药泵相连接。

进一步地，所述的产PHA混菌脱氮反应器中设置有空气泵，空气泵与曝气头相连接。

本实用新型的有益效果：针对高浓度有机废水通过常规的厌氧消化后，大部分有机物被直接矿化为CH₄或CO₂，剩余的有机物多为难降解有机物。本实用新型只进行厌氧消化中的水解和发酵反应，将大分子有机物转化为VFAs作为后续的碳源。该装置简化厌氧消化的过程，缩短反应路径和反应时间，减少能耗，同时减少碳排放。发酵液中的VFAs作为产PHA混菌的碳源进行反硝化，相比较常规的反硝化脱氮工艺，不需要额外添加碳源，节省药剂成本。利用本实用新型中所述装置提高高浓度有机废水中碳源的利用率，实现资源化利用。此外，装置中产PHA混菌脱氮反应器的曝气时间通过监测的DO进行控制，相比较于合成PHA反应需要一直曝气，本实用新型采用间歇曝气进一步减少能耗。PHA混菌可以在无氧及碳源不足条件下利用胞内的PHA继续脱氮。利用本实用新型中所述装置大大减少了能耗，和药剂成本，并提高污染物的去除效率。此外产生的剩余污泥还可以进行下游的PHA提纯及商品化，进一步减少污泥处置的费用，降低了投资和运营成本。

本实用新型所述装置相比较于传统的厌氧+A/O，厌氧+A/A/O等工艺，占地面积小，精准控制曝气时间，降低能耗。该装置结构简单，污染物去除效果好，可匹配入常规高浓度有机物废水处理工艺中使用，具有普遍适用性。

附图说明

图1是本实用新型主视示意图；

图2是本实用新型俯视示意图。

图中各标记对应的名称：

1、发酵产酸区；1-1、水解发酵罐；1-2、搅拌机A；1-3、pH计；1-4、ORP计(氧化还原电位在线分析仪)；1-5、加热棒；1-6、温度仪；1-7、温度计；1-8、集气袋；1-9、出气孔；1-10、循环泵；1-11、外层水浴；1-12、加药泵；1-13、储存罐；1-14、PLC自控；2、产PHA混菌脱氮区；2-1、产PHA混菌脱氮反应器；2-2、空气泵；2-3、搅拌机B；2-4、曝气头；2-5、进水泵；2-6、PLC自控；2-7、DO电极(溶氧电极)。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

高浓度有机废水处理工艺流程描述，如图1所示：待处置的高浓度有机废水经过格栅去除废水中的大颗粒悬浮物质，之后进入曝气沉砂池中去除废水中相对密度较大的无机颗粒，在初沉池进行泥水分离。其出水进入水解发酵罐中进行发酵产生，发酵液经过pH值调节后进入到产PHA混菌脱氮反应器进行脱氮除碳。其出水流入二沉池进行泥水分离后经过深度处理装置后达标排放。

装置运行流程描述，如图2所示：预处理过的高浓度有机废水进入发酵产酸区1中的水解发酵罐1-1中进行有机物的产酸反应，在PCL自控装置1-14的作用下打开搅拌机A1-2、循环泵1-10和pH、ORP、温度在线监测设备，使温度维持在30～45℃，搅拌速度控制在200～500rpm。发酵时间为4～8h，发酵过程中产生的气体通过出气孔1-9排出，发酵液进入储存罐1-13中。储存罐中的发酵液通过1-12加药泵调节其pH值，维持在7.0～8.0。随后发酵液在PCL自控装置2-6的作用下通过进水泵2-5进入产PHA混菌脱氮区2中的产PHA混菌脱氮反应器2-1进行脱氮除碳。通过空气泵2-2进行曝气使其浓度控制在2～6mg/L，通过DO电极2-7进行监测并间歇曝气；在搅拌机B2-3的作用下搅拌速度维持在120～300rpm。在产PHA混菌的作用下产PHA混菌通过自身调节对VFAs与氮源的利用后，pH值维持在9.0，过程中不需要再调节pH值，HRT为12～18h，反应温度为23～30℃。

所述产PHA混菌的培养方法为：在产PHA混菌脱氮反应器2-1中接种市政污水处理厂二沉池的活性污泥，污泥浓度为4000～6000mg/L。采用序批示以合成废水进行驯化，COD为1000～3000mg/L，有机物的成分为乙酸钠和丙酸钠，乙酸钠和丙酸钠的质量比为3：2，氨氮浓度为50～100mg/L，磷酸二氢钾的浓度为120～250mg/L。驯化过程12～18h为一批次，进水为20～30min，反应时间为11～17h，排水30～40min。DO浓度为3～6mg/L，反应温度为室温。驯化时间为5～8天，随后以实际发酵液置换合成废水进行驯化，置换比分别为20％，40％，70％，100％，驯化时间为3～5天。

实施例1

利用本实用新型的装置处理高浓度有机废水。废水的COD为8500mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为226mg/L，TN浓度为390mg/L，经过一级预处理后从初沉池进入水解发酵罐。发酵罐中厌氧污泥浓度为5600mg/L。发酵过程中通过搅拌机进行搅拌，搅拌速率250rpm，发酵时间为4h，温度为32℃。发酵结束后将储存罐中发酵液的pH值调整为7.2后进入产PHA混菌脱氮反应器内。该反应器内污泥浓度为4320mg/L，经驯化后富集产PHA混菌。反应过程中进行间歇曝气，曝气时DO浓度为3.1mg/L，停止曝气后DO浓度为5.4mg/L，反应时间为12h，温度为24.2℃。反应结束后泥水混合物进入后续的二沉池，进行泥水分离。出水经过深度处理后达标排放。对装置内的污染物和集气袋内的气体进行监测，结果见表1。

表1实施例1的监测数据

	废水	水解发酵罐出水	PHA混菌脱氮反应器出水
				COD(mg/L)	8500	5800	174
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)	226	247	19
				TN(mg/L)	390	316	29
VFA(mmol/L)	25.2	98.6	1.3
				CH<sub>4</sub>与CO<sub>2</sub>的产气总量(m<sup>3</sup>)	-	8.6	-

实施例2

利用本实用新型的装置处理高浓度有机废水。废水的COD为17500mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为476mg/L，TN浓度为684mg/L，经过一级预处理后进入水解发酵罐，发酵罐内厌氧污泥浓度为6900mg/L。发酵过程中通过搅拌机进行搅拌，搅拌速率400rpm/min，发酵时间为6h，温度为40℃。发酵结束后将储存罐中的发酵液的pH值调整为7.7后进入产PHA混菌脱氮反应器内。反应器内污泥浓度为5850mg/L，经驯化后活性污泥富集产PHA混菌。反应过程中进行间歇曝气，曝气时DO浓度为2.9mg/L，停止曝气后DO浓度为5.8mg/L，反应时间为16h，温度为28.4℃。反应结束后泥水混合物进入后续的二沉池，进行泥水分离。出水经过深度处理后达标排放。对装置内的污染物和集气袋内的气体进行监测，结果见表2。

表2实施例2的监测数据

	废水	水解发酵罐出水	产PHA混菌生化反应器出水
				COD(mg/L)	17500	12400	227
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L)	576	596	34
				TN(mg/L)	884	708	42
VFAs(mmol/L)	56	286	1.8
				CH<sub>4</sub>与CO<sub>2</sub>的总产气量(m<sup>3</sup>)	-	12.3	-

对比例1

采用常规的高浓度有机废水处理工艺：预处理+厌氧消化+A/O+深度处理。高浓度有机废水的COD为8500mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为226mg/L，TN浓度为340mg/L，经过一级预处理后从初沉池进入厌氧池中进行厌氧消化。厌氧污泥浓度为5600mg/L。发酵过程中通过搅拌机进行搅拌，搅拌速率250rpm，发酵时间为3d，温度为32℃。将发酵液的pH值调整为7.2后通过A/O技术进行脱氮。A/O池内污泥浓度为4320mg/L，在O池内进行曝气，DO浓度为3.5mg/L，反应时间为12h，温度为24.2℃。反应结束后泥水混合物进入后续的二沉池，进行泥水分离。出水经过深度处理后达标排放。在经过A/O处理时，分别进行了添加甲醇作为碳源进行反硝化和不添加碳源的两种情况，且对装置内的污染物浓度及进行监测，结果见表3。

表3对比例1的监测数据

实施例1和实施例2均使用本实用新型中的装置，将高浓度有机废水中的大量有机物转化为VFAs作为产PHA混菌进行脱氮的碳源。通过该装置节能减耗，具有较好的污染物去除效果，碳的排放量小，有机物的利用率高，实现减污降碳协同增效。实现废水的资源化利用。

对比例1与实施例1除了生化反应装置不同，其他条件一样。在达到相似的污染物去除效果，对比例1厌氧消化时间是实施例1厌氧发酵时间的18倍，碳排放量是实施例1的2.7倍。对比例1的A/O反应器中添加碳源后的脱氮效果类似于实施例1，在不添加碳源的情况下，A/O出水中TN浓度是实施例1的5.1倍，污染物的去除效果比实施例1的差，证明了本实用新型中装置处理高浓度有机废水加强了有机物的资源化利用，减少碳排放与反硝化过程中的碳源投加量。因此，利用本实用新型中的装置实现减污降碳协同增效，同时节能降耗，减少投加碳源的药剂费用。此外，本实用新型中的装置适用于各类高浓度有机废水处理工艺，具有普遍适用性。

Claims

1.一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：包括发酵产酸区(1)和产PHA混菌脱氮区(2)，所述的发酵产酸区(1)中设置有水解发酵罐(1-1)，水解发酵罐(1-1)中安装有搅拌机A(1-2)、pH计(1-3)与ORP计(1-4)，水解发酵罐(1-1)的底部设置有进水口，水解发酵罐(1-1)的上方设置有出水管与产PHA混菌脱氮区(2)相连通，产PHA混菌脱氮区(2)中设置有产PHA混菌脱氮反应器(2-1)，水解发酵罐(1-1)与产PHA混菌脱氮反应器(2-1)相连通，产PHA混菌脱氮反应器(2-1)中安装有搅拌机B(2-3)与DO电极(2-7)。

2.如权利要求1所述的一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：所述的水解发酵罐(1-1)顶部设置有出气孔(1-9)，出气孔(1-9)与集气袋(1-8)相连接。

3.如权利要求1所述的一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：所述的水解发酵罐(1-1)中安装有温度计(1-7)，水解发酵罐(1-1)的外侧设置有外层水浴(1-11)，外层水浴(1-11)中设置有加热棒(1-5)，加热棒(1-5)与温度仪(1-6)相连接，温度仪(1-6)与温度计(1-7)相连接。

4.如权利要求3所述的一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：所述的外层水浴(1-11)中设置有循环泵(1-10)。

5.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：

所述的水解发酵罐(1-1)上方的出水管与储存罐(1-13)相连接，储存罐(1-13)通过进水泵(2-5)与产PHA混菌脱氮反应器(2-1)相连通，储存罐(1-13)与加药泵(1-12)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水资源化处理装置，其特征在于：

所述的产PHA混菌脱氮反应器(2-1)中设置有空气泵(2-2)，空气泵(2-2)与曝气头(2-4)相连接。