CN219730724U - 三氯蔗糖生产废水的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了三氯蔗糖生产废水的处理系统，解决了三氯蔗糖生产废水难处理的技术问题。处理系统包括：第一调节池，用于调节废水的pH，输出第一液体；第一反应池，用于使第一液体与混凝剂反应生成固液混合物，输出上清液；电渗析设备，用于对上清液进行电渗析处理，输出浓水和淡水；碱解单元，用于使淡水进行碱解反应并对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；第二调节池，用于调节第二液体的pH，输出第三液体；电催化设备，用于对第三液体进行电催化反应处理，输出第四液体；第二反应池，用于使第四液体进行水解反应，输出第五液体；活性污泥反应单元，用于使第五液体发生厌氧反应、缺氧反应和好氧反应，输出产水。
Description
技术领域
本实用新型涉及三氯蔗糖生产废水处理的技术领域，具体而言，涉及三氯蔗糖生产废水的处理系统。
背景技术
甜味剂是指赋予食品甜味的食品添加剂，按照其来源可分为天然添加剂和人工合成添加剂。天然添加剂种类较多，目前通过蔗糖提取天然添加剂是最常用的方式。随着社会的发展，天然添加剂已经无法满足人们的需求，人工合成添加剂应运而生。目前最常用的人工合成的食品甜味剂主要是三氯蔗糖。三氯蔗糖是一种无色无味的白色固体，其甜度为蔗糖的600倍，同时其理化性质稳定，不易分解。
三氯蔗糖生产工艺有很多，但是主要使用原料基本相同。一种常用的三氯蔗糖生产工艺为以DMF为溶剂，将原乙酯三甲酯与蔗糖按比例混合生成环状化合物，环状化合物在水作用下开环，然后通过有机碱使乙酰基发生迁移，得到部分蔗糖-6-乙酸酯，再经过氯代、脱乙酰基等步骤得到三氯蔗糖。在合成三氯蔗糖的过程中，其产率转换低，部分原材料易合成为其它副产物，有些有机溶剂也没有得到较好回收，因此，其生产废水来自于每一段的合成产品，废水产量高。
三氯蔗糖生产废水是一种高浓度有机化工废水，其废水具有COD高、氨氮高、盐分高、可生化性差等特点，其废水中的DMF(N，N-二甲基甲酰胺)、三氯甲烷、氯代副产物(生产三氯蔗糖时出现的一氯蔗糖、二氯蔗糖、四氯蔗糖)等难以降解的物质对微生物都具有抑制作用，同时其结构稳定，一般的物理化学方法也难以对其造成破坏。因此，如果不能很好的处理三氯蔗糖生产废水，将在一定程度上影响产业的发展。
目前，三氯蔗糖生产废水处理方式有以下两种。一种是通过单级浓缩方式，得到馏低的固体中含有大量无机盐和有机物，馏低最后通过焚烧处理；但是固体馏低热值低，需补充助燃剂，同时焚烧过程产生大量有毒有害气体需要处理。另一种方式为湿式催化氧化+膜分离+MVR，但是由于废水中的有机物、悬浮物含量高，致使设备管道容易堵塞，清理频繁，且废水氯离子含量高，设备腐蚀严重；同时蒸发出来的氯化铵仍含有大量有机物，其杂质较多，难以进行二次利用。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供三氯蔗糖生产废水的处理方法和处理系统，以解决现有技术中三氯蔗糖生产废水难处理的技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型首先提供了三氯蔗糖生产废水的处理方法，技术方案如下：
三氯蔗糖生产废水的处理方法，包括以下步骤：(1)调节废水的pH为7.5～8.5，得到第一液体；(2)向第一液体中加入混凝剂，经自然沉降得到上清液；(3)对上清液进行电渗析处理，得到浓水和淡水；(4)向淡水中加入碱液进行碱解反应，对碱解反应的产物进行分离处理后得到二甲胺和第二液体；(5)调节第二液体的pH为6.5～7.5，得到第三液体；(6)对第三液体进行电催化反应处理，得到第四液体；(7)向第四液体中加入厌氧菌和/或兼性菌进行水解反应，得到第五液体；(8)使第五液体与活性污泥依次发生厌氧反应、缺氧反应和好氧反应，得到产水。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述生产废水的pH≤6.8，COD浓度≥80000mg/L，氨氮浓度≥12000mg/L，电导率≥100000us/cm。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述混凝剂为聚合硫酸铁、聚合硫酸铝、聚丙烯酰胺中的任意一种。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述电渗析处理的时长为4～8h，电流为0.5～3.0A，电压为5～40V。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述碱液为氢氧化钠，所述碱解反应的时长为2～4h，运行温度在98℃～100℃。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述电催化反应的时长为3～6h，电极材料采用钛合金镀层。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述水解反应的时长为10～14h。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，首先使第五液体与活性污泥发生厌氧反应，经三相分离后得到第六液体；然后使第六液体与活性污泥依次发生缺氧反应和好氧反应，经三相分离后得到产水。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，所述厌氧反应的时长为3～5天；所述缺氧反应和好氧反应的时长为2.5～4天。
作为本实用新型的处理方法的进一步改进，还包括对浓水进行蒸发结晶处理，得到铵盐。
为了实现上述目的，本实用新型其次提供了三氯蔗糖生产废水的处理系统，技术方案如下：
三氯蔗糖生产废水的处理系统，包括：第一调节池，用于调节废水的pH，输出第一液体；第一反应池，用于使第一液体与混凝剂反应生成固液混合物，输出上清液；电渗析设备，用于对上清液进行电渗析处理，输出浓水和淡水；碱解单元，用于使淡水和碱液进行碱解反应并对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；第二调节池，用于调节第二液体的pH，输出第三液体；电催化设备，用于对第三液体进行电催化反应处理，输出第四液体；第二反应池，用于使第四液体和厌氧菌和/或兼性菌进行水解反应，输出第五液体；活性污泥反应单元，用于使第五液体与活性污泥依次发生厌氧反应、缺氧反应和好氧反应，输出产水。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，还包括用于储存废水的集水井以及将集水井中的废水输入到第一调节池中的提升泵。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，还包括添加碱性调节剂的第一加料设备、添加混凝剂的第二加料设备、添加酸性调节剂的第三加料设备以及添加厌氧菌和/或兼性菌的第四加料设备。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，还包括过滤设备，所述上清液经过滤设备过滤后再进入电渗析设备。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，还包括对浓水进行蒸发结晶处理的蒸发结晶设备。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，所述碱解单元包括：第三反应池，用于使淡水和碱液进行碱解反应；分离设备，用于对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；第五加料设备，用于向第三反应池中加入碱液。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，所述分离设备为精馏设备。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，所述活性污泥反应单元包括：
IC反应器，用于使第五液体与活性污泥发生厌氧反应，输出第六液体；
AO反应系统，用于使第六液体与活性污泥发生缺氧反应和好氧反应，输出产水。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，所述AO反应系统包括缺氧反应池与好氧反应池，所述缺氧反应池与好氧反应池为至少两组。
作为本实用新型的处理系统的进一步改进，还包括用于储存和沉降由第一反应池输出的絮状沉淀和活性污泥反应单元输出的污泥的沉降池。
在本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理方法和处理系统中，首先，能够得到较高纯度的铵盐(主要是氯化铵)和二甲胺，便于二次利用，显著提升经济价值。其次，通过电渗析设备将废水中大部分盐以及导电物质转移至浓水侧，使得淡水的电导率、盐分等大幅度降低，可生化性显著提升，可以直接进行生化处理，从而确保COD和氨氮的高效去除，产水可达标排放，绿色环保。并且，通过将多种水处理设备以特定的先后顺序有机结合，显著降低了能耗，从而降低了设备投资成本和运行成本。由此可见，本实用新型的处理方法的工艺简单，采用常规的设备即可对三氯蔗糖生产废水实现经济、高效、深度处理，有效解决了现有技术中磷酸铁生产废水难处理的技术问题，具有极强的实用性。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。
在附图中：
图1为本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理系统的一种具体实施方式的结构示意图。
上述附图中的有关标记为：
100-集水井，110-第一调节池，210-第一反应池，310-过滤设备，300-电渗析设备，320-蒸发结晶设备，230-第三反应池，400-精馏设备，120-第二调节池，500-电催化设备，220-第二反应池，610-IC反应器，620-AO反应系统，710-第一加料设备，720-第二加料设备，730-第三加料设备，740-第四加料设备，750-第五加料设备，800-沉降池。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：
本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
图1为本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理系统的一种具体实施方式的结构示意图。
如图1所示，三氯蔗糖生产废水的处理系统包括集水井100、第一调节池110、第一反应池210、过滤设备310、电渗析设备300、蒸发结晶设备320、碱解单元、第二调节池120、电催化设备500、第二反应池220、活性污泥反应单元、第一加料设备710、第二加料设备720、第三加料设备730、第五加料设备750和沉降池800。
所述集水井100用于储存废水，集水井100中的废水通过提升泵输入到第一调节池110中。
所述第一调节池110用于调节废水的pH，输出第一液体；所述第一加料设备710用于向所述第一调节池110中输入碱性调节剂。
所述第一反应池210用于使第一液体与混凝剂反应生成固液混合物，输出上清液；所述第二加料设备720用于向所述第一反应池210中输入混凝剂。所述混凝是指在水中胶体颗粒及微小悬浮物的聚集过程中能起絮凝和凝聚作用的物质。
所述电渗析设备300用于对上清液进行电渗析处理，输出浓水和淡水；优选地，所述上清液经过滤设备310过滤后再进入电渗析设备300，由此可以提升电渗分离效果，降低电渗析设备300的能耗，延长使用寿命。
所述蒸发结晶设备320用于对浓水进行蒸发结晶处理；所述蒸发结晶设备320优选为MVR蒸发器。
所述碱解单元用于使淡水中的DMF和碱液进行碱解反应生成甲酸盐和二甲胺，再对碱解反应的产物进行分离处理，即可得到二甲胺和第二液体。
所述碱解单元包括第三反应池230、分离设备和第五加料设备750；所述第三反应池230用于使淡水和碱液进行碱解反应；所述分离设备用于对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；所述分离设备优选为精馏设备400；所述第五加料设备750用于向第三反应池230中加入碱液。
所述第二调节池120用于调节第二液体的pH，输出第三液体；所述第三加料设备730用于向第二调节池120中输入酸性调节剂。
所述电催化设备500用于对第三液体进行电催化反应处理，输出第四液体；所述电催化设备500优选为多维电催化氧化设备，在通电情况下，电极与其表面的催化材料产生羟基自由基、超氧自由基等可以与废水中的有机物反应的活性基团，从而将部分难降解的大分子有机物或者环状有机物降解为可生化的有机小分子，提高废水B/C(即BOD与COD的比值，BOD指生化需氧量，COD指化学需氧量)。
所述第二反应池220用于使第四液体和厌氧菌和/或兼性菌(在有氧和无氧的条件下均能生长和代谢的细菌)进行水解反应，输出第五液体；在电催化设备500之后，第二反应池220中的厌氧菌和/或兼性菌可以将废水中残留的难降解大分子物质水解成为易生物降解的小分子物质，进一步提高废水B/C。所述第四加料设备740用于向第二反应池220中输入厌氧菌和/或兼性菌。
所述活性污泥反应单元用于使第五液体与活性污泥依次发生厌氧反应、缺氧反应和好氧反应，输出产水。所述活性污泥反应单元为生化反应单元，优选为包括IC反应器610和AO反应系统620；所述IC反应器610用于使第五液体与活性污泥发生厌氧反应，输出第六液体；所述AO反应系统620用于使第六液体与活性污泥发生缺氧反应和好氧反应，输出产水。
其中，IC(internalcirculation)反应器610为内循环厌氧反应器，其由上下两个反应室组成，第五液体在IC反应器610中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从IC反应器610上部流出。
所述AO反应系统620包括缺氧反应池与好氧反应池；在缺氧反应池主要由聚磷菌利用少量碳源释放体内的磷且其以硝酸盐为电子受体做无氧呼吸，产生的能量进行吸磷，而污泥回流液中的硝酸盐被反硝化菌还原脱氮，池内以搅拌器混合并维持缺氧环境。在好氧反应池内吸磷并使有机氮氨化，同时进行硝化作用以及降解BOD、COD。优选地，所述缺氧反应池与好氧反应池为至少两组且交替设置，第六液体分段进水，上段中充分反应后输出的混合液与下段进水一起进入下段的缺氧反应池。
由于第五液体的COD高、氨氮高、总氮高，采用单一A2O很难使产水的COD达标排放，同时高浓度COD也会影响硝化细菌和反硝化细菌对氨氮和总氮的降解，而本实用新型的处理系统先通过IC反应器610降低第五液体的COD，然后再通过多级的AO反应系统620确保出水COD、氨氮和总氮都能达标排放。
所述沉降池800用于储存和沉降由第一反应池210输出的絮状沉淀和活性污泥反应单元输出的污泥。沉降池800中沉降的污泥后续通过叠螺机脱水后由专门机构处理。
本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理方法的具体实施方式为采用上述的处理系统，具体包括以下步骤：
(1)调节废水的pH为7.5～8.5，得到第一液体；通过调节废水的pH，可以提升混凝效果，减少药剂用量。
(2)向第一液体中加入混凝剂，经自然沉降得到上清液；所述混凝剂为聚合硫酸铁(PFS)、聚合硫酸铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)中的任意几种。由此，可以显著降低第一液体中的悬浮物，防止悬浮物对后续工段造成影响。
(3)对上清液进行电渗析处理，得到浓水和淡水；所述电渗析处理的时长为4～8h，电流为0.5～3.0A，电压为5～40V。
(4)对浓水进行蒸发结晶处理，得到铵盐。
(5)向淡水中加入碱液进行碱解反应，对碱解反应的产物进行分离处理后得到二甲胺和第二液体；所述碱液为氢氧化钠，所述碱解反应的时长为2～4h，运行温度在98℃～100℃。
(6)调节第二液体的pH为6.5～7.5，得到第三液体；通过调节第二液体的pH，可以提升电催化处理效果。
(7)对第三液体进行电催化反应处理，得到第四液体；所述电催化反应的时长为3～6h，电极材料采用钛合金镀层。
(8)向第四液体中加入厌氧菌和/或兼性菌进行水解反应，得到第五液体；所述水解反应的时长为10～14h。
(9)使第五液体与活性污泥发生厌氧反应，经三相分离后得到第六液体；所述厌氧反应的时长为3～5天。
(10)使第六液体与活性污泥依次发生缺氧反应和好氧反应，经三相分离后得到产水；所述缺氧反应和好氧反应的时长为2.5～4天。
经验证，本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理方法和处理系统能够对pH≤6.8，COD浓度≥80000mg/L、氨氮(简称NH3-N，指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的氮)浓度≥12000mg/L、电导率≥100000us/cm的三氯蔗糖生产废水进行有效处理。以下通过具体的实施例来说明本实用新型的三氯蔗糖生产废水的处理方法和处理系统的有益效果。
本实施例的三氯蔗糖生产废水的pH为6.18，COD浓度为103250mg/L、氨氮浓度为17560mg/L、电导率为112100us/cm，产量为60m3/d。
(1)在第一调节池110中，通过质量分数为25％的氨水(即碱性调节剂)调节pH，得到pH为8.5的第一液体。
(2)通过潜水泵将第一调节池110中的第一液体泵入到第一反应池210，加入质量分数为35％的聚合硫酸铁(即混凝剂)，聚合硫酸铁与第一液体的体积比为1:100，搅拌30min，静置沉淀3h，得到的上清液的COD为91250mg/L，氨氮为18760mg/L。上清液进入电渗析设备300，底部的絮状沉淀进入沉淀池。
(3)通过电渗析设备300对上清液中的污染物进行分离，使上清液中的有机物、DMF和氯代副产物停留在淡水室，大部分无机盐等导电物质和部分COD进入浓水室；淡水室中淡水的COD为51150mg/L，进入碱解单元；浓水室中浓水的COD为32150mg/L，进入蒸发结晶设备320。后续通过蒸发结晶设备320对浓水进行蒸发浓缩，可以得到3.2吨铵盐。
(4)淡水首先进入碱解单元的第三反应池230，加入氢氧化钠(即碱液)至使淡水的pH≥14，然后在98℃～100℃碱解反应3h，生成含有甲酸钠和二甲胺的混合物；混合物进入精馏设备400进行分离处理，回收得到1.5吨二甲胺(质量分数为35％)，得到的第二液体的COD为47150mg/L。
(5)在第二调节池120中，采用盐酸将第二液体调节为pH为7的第三液体。
(6)第三液体流入多维电催化氧化设备，通过电极表面的钛合金镀层催化材料产生的羟基自由基、超氧自由基等活性基团将第三液体中的部分大分子有机物进行降解，电催化反应4h后的第四液体的COD为41150mg/L，氨氮为660mg/L。
(7)第四液体在第二反应池220中停留12h，期间利用厌氧菌和兼性菌继续降解难降解的大分子有机物，生成第五液体。
(8)第五液体通过潜水泵进入IC反应器610中停留4天，期间利用厌氧菌将COD降解为CO2和甲烷，使得COD大幅降低，生成的第六液体的COD为2150mg/L，氨氮为1320mg/L。
(9)第六液体流入AO反应系统620并停留3.5天，在硝化细菌和反硝化细菌作用将第六液体中的氨氮、硝态氮、COD转变为CO2、H2O、N2等物质，所得产水的COD为325mg/L，氨氮为18mg/L。
氨氮：是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的氮。
硝态氮：是指硝酸盐中所有的氮元素。
总氮：是水中各种形态无机和有机氮总量，即水中所有形态的氮，包括氨氮和硝态氮。
以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
Claims (10)
1.三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：包括：
第一调节池(110)，用于调节废水的pH，输出第一液体；
第一反应池(210)，用于使第一液体与混凝剂反应生成固液混合物，输出上清液；
电渗析设备(300)，用于对上清液进行电渗析处理，输出浓水和淡水；
碱解单元，用于使淡水和碱液进行碱解反应并对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；
第二调节池(120)，用于调节第二液体的pH，输出第三液体；
电催化设备(500)，用于对第三液体进行电催化反应处理，输出第四液体；
第二反应池(220)，用于使第四液体和厌氧菌和/和兼性菌进行水解反应，输出第五液体；
活性污泥反应单元，用于使第五液体与活性污泥依次发生厌氧反应、缺氧反应和好氧反应，输出产水。
2.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：还包括用于储存废水的集水井(100)以及将集水井(100)中的废水输入到第一调节池(110)中的提升泵。
3.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：还包括添加碱性调节剂的第一加料设备(710)、添加混凝剂的第二加料设备(720)、添加酸性调节剂的第三加料设备(730)以及添加厌氧菌和/和兼性菌的第四加料设备(740)。
4.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：还包括过滤设备(310)，所述上清液经过滤设备(310)过滤后再进入电渗析设备(300)。
5.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：还包括对浓水进行蒸发结晶处理的蒸发结晶设备(320)。
6.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：所述碱解单元包括：
第三反应池(230)，用于使淡水和碱液进行碱解反应；
分离设备，用于对碱解反应的产物进行分离处理，输出二甲胺和第二液体；
第五加料设备(750)，用于向第三反应池(230)中加入碱液。
7.如权利要求6所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：所述分离设备为精馏设备(400)。
8.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：所述活性污泥反应单元包括：
IC反应器(610)，用于使第五液体与活性污泥发生厌氧反应，输出第六液体；
AO反应系统(620)，用于使第六液体与活性污泥发生缺氧反应和好氧反应，输出产水。
9.如权利要求8所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：所述AO反应系统(620)包括缺氧反应池与好氧反应池，所述缺氧反应池与好氧反应池为至少两组。
10.如权利要求1所述的三氯蔗糖生产废水的处理系统，其特征在于：还包括用于储存和沉降由第一反应池(210)输出的絮状沉淀和活性污泥反应单元输出的污泥的沉降池(800)。
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