CN1270985C - 一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，该工艺是在两阶段厌氧处理中的水解酸化阶段与产甲烷阶段之间插入由铁屑和粒状活性炭(或碳粒)的混合物组成的微电解阶段，形成高浓度有机废水的三阶段厌氧处理工艺。三阶段厌氧处理工艺处理高浓度有机废水可提高厌氧产甲烷的生化性，使产甲烷速率增加，从而增大厌氧反应器的容积负荷，大幅度降低出水残留COD的浓度，总COD的去除率大于91%。可广泛应用于轻工、食品、制药和化工等领域的生产过程中产生的大量高浓度有机废水的厌氧处理。
Description
技术领域
本发明涉及对轻工、食品、制药和化工等领域的生产过程中产生的大量高浓度有机废水的厌氧处理工艺技术，高效利用了废水中的营养物质产生生物能源—沼气，同时大幅度降低了废水中COD以及废水的处理成本。属于水污染治理技术领域。
背景技术
目前，轻工、食品、制药和化工等领域的生产过程中产生的大量高浓度有机废水，其处理方法一般都是单级厌氧反应器进行处理，最常见的厌氧反应器为上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。对于较难降解或浓度很高的有机废水单级厌氧反应器的处理效率及处理过程的稳定性较差。在1971年，有学者根据厌氧处理废水过程的四阶段的理论提出两阶段厌氧工艺(亦称两相厌氧工艺)的概念，即将发酵、酸化细菌与产甲烷细菌分两个反应器(水解酸化阶段和产甲烷阶段)提供个自的适宜的生长条件进行培养。自此以后，各国学者开始对两阶段厌氧工艺进行了研究和工业性试验，其处理高浓度有机废水的效率及运行的稳定性有较大的改善，但对于处理较高COD浓度且含有一定量的难降解物质的废水其处理效率受到一定的限制。其缘由是产甲烷细菌的生长条件比较严格，特别是对废水中的氧化还原电位、有毒物质的含量以及微量元素等条件，单级厌氧反应器内以及两阶段厌氧工艺中的产甲烷阶段很难完全满足产甲烷细菌生长条件，也就是难以达到优势产甲烷细菌的优势生长和发挥最佳效率。因此，这两种厌氧工艺的处理容积负荷不高，水力停留时间较长，反应器容积较大，处理效率不高，处理设施一次性投资较大等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对轻工、食品、制药和化工等领域的生产过程中产生的高浓度有机废水采用厌氧处理的新工艺，以提高厌氧处理效率，降低厌氧出水COD浓度，减轻后续好氧处理的有机负荷，以便降低整个处理过程的处理运行费用。
本发明的技术方案为：在两阶段厌氧工艺中的水解酸化阶段(或简称酸化阶段)与产甲烷阶段之间插入由铁屑与活性炭粒(或炭粒)混合组成的微电解(或称内电解)物化处理单元，形成水解酸化阶段+微电解阶段+产甲烷阶段的三阶段厌氧处理工艺。
高浓度或较高浓度的有机废水按照不同水力停留时间依次经过水解酸化反应器、微电解槽、集水槽和产甲烷反应器，各个阶段按照各自的处理机理发挥各自的最佳处理功效。
水解酸化反应器可以用普通的水解酸化器，出水经普通辐流式沉淀槽澄清进入后续阶段，污泥部分回流至酸化器，剩余污泥外排；此外，水解酸化器也可以用连续酸化澄清器或上流式厌氧污泥床反应器(UASB)。
微电解槽就是常用的微电解槽或内电解槽，槽内的中部填有铁屑与碳粒混合物床层，偏酸性水解酸化出水自微电解槽底部再次澄清后上流，经过铁屑与碳粒混合物床层，从上部溢出进入一体的半封闭集水槽，在集水槽上部可加入少量的碱液调节pH值至6.0～7.0。
产甲烷反应器可用常用的上流式厌氧污泥床反应器(UASB)或内循环式厌氧反应器(IC)，也可用普通的间歇厌氧消化池。
具体原理如下：
经中和调节pH值为中性的高浓度有机废水进入水解酸化阶段的反应器与其内的发酵、酸化细菌(活性水解酸化污泥)接触，废水中的有机物质发生水解、产酸等生化反应，使碳氢和碳水化合物降解为可挥发性的脂肪酸VFA、CO2、H2O，如：乙酸、丙酸、乳酸和丁酸等，蛋白质分解为氨基酸、VFA、CO2、H2O和NH3等，进入反应器内的废水中的挥发性脂肪酸(以下简称VFA)含量随停留时间逐渐升高，其pH值逐渐下降。同时废水中对产甲烷细菌有害物质也有所降解，其氧化还原电位(以下简称eh)降至-100mV左右。要达到-330mV以下的产甲烷菌生长电位，依靠兼性菌的作用太慢。
经水解酸化处理的出水中VFA浓度较高，pH值在3.5～6.0。进入微电解槽后即可进行氧化还原反应，进一步对难降解的物质和对甲烷菌有害的物质进行加氢或氧化，使其厌氧产甲烷的可生化性进一步提高。
此外，产甲烷菌的生长条件十分严格，是专一的严格厌氧菌。这是因为产甲烷菌的细胞内有许多低氧化还原电位的酶系，当废水体系中氧化态物质的标准电位高或浓度大时，这些酶系将被高电位不可逆转的氧化破坏，使产甲烷菌的生长受到抑制，从而，使厌氧酶生化反应速率在较低的情况下进行。经过微电解处理的产甲烷阶段进水的氧化还原电位eh降低至-300mV左右，接近或达到产甲烷菌的生长电位，再加上产甲烷阶段内仍然有部分兼性菌的作用，很快就达到-330mV以下的产甲烷菌的最佳生长电位。因此，此条件下厌氧产甲烷菌内的酶具有很高的活性，酶催化反应的速率就高，也就是厌氧产甲烷的速度就高。
在微电解内的氧化还原反应过程中，有少量的铁屑溶解而进入废水，同时铁屑中的同一过渡元素微量的Co和Ni等也以离子状态进入废水中，对后续的产甲烷阶段十分有益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程框图。
具体实施方式
实施例1
黄姜用硫酸水解工艺法生产皂素水解物过程中产生的含SO4 2-的漂洗酸性废水，其pH值为1.6～1.8，经过20％石灰乳中和至pH值到6.8～8.0范围内，澄清1～5小时，上清液溢流至集水井，其COD为16500～18000mg/L。由集水井底部的潜污泵将其中的中性废水以1m3/h的流量经换热器升温至37±2℃送至有效容积为16m3普通的装有已驯化酸化污泥的水解酸化反应器，进行水解酸化反应，水力停留时间是16小时，经沉降处理后水解酸化的出水COD降至12700～14100mg/L，eh降至-90～140mV，水解酸化阶段COD的去除率为25％左右。
水解酸化阶段的出水从有效容积3.5m3装有铁屑和活性炭粒混合物的微电解槽底部进入，水力停留时间为3小时，经过微电解的处理，出水COD降为11300～12600mg/L，eh降为-280～340mV。
微电解阶段的出水经调节pH值为6.5～7.0后进入有效容积为20m3的UASB厌氧反应器中，UASB内的厌氧污泥是一食品生产废水厌氧反应器所产生的剩余污泥。出水残留COD浓度为1080～1170mg/L。该阶段的水力停留时间为20小时，COD去除率大于90％。
三阶段总去除率大于93％。
实施例2
黄姜用硫酸水解工艺法生产皂素水解物过程中产生的含SO4 2-的综合酸性废水，其pH值为0.6～0.8，经过20％石灰乳中和至pH值到6.8～8.0范围内，澄清3～5小时，上清液溢流至集水井，其COD为36400～43000mg/L。由集水井底部的潜污泵将其中的中性废水以0.7m3/h的流量经换热器升温至37±2℃送至有效容积为18m3装有已驯化酸化污泥的连续水解酸化澄清反应器，进行水解酸化反应，水力停留时间是24小时，处理后水解酸化的出水COD降至29500～34100mg/L，eh降至-110～-140mV，水解酸化阶段COD的去除率为20％左右。
水解酸化阶段的出水从有效容积3.5m3装有铁屑和活性炭粒混合物的微电解槽底部进入，水力停留时间为4小时，经过微电解的处理，出水COD降为26300～30600mg/L，eh降为-310～-330mV，COD去除率为11％左右。
微电解阶段的出水经调节pH值为6.0～7.0后进入有效容积为20m3的改进的UASB厌氧反应器中，该UASB内的厌氧污泥是一食品生产废水厌氧反应器所产生的剩余污泥。出水残留COD浓度为1680～1830mg/L。该阶段的水力停留时间为28.5小时，COD去除率大于92％。
三阶段总去除率大于95％。
实施例3
以糖蜜为原料生产食用酵母过程中产生的高浓度有机废水，其pH值为6.8～8.0范围内，经水量和水质调节后，其COD为26500～28000mg/L。由集水井底部的潜污泵将其中的中性废水以0.5m3/h的流量经换热器升温至37±2℃送至有效容积为8m3装有已驯化酸化污泥的UASB作为水解酸化反应器，进行水解酸化反应，水力停留时间是16小时，处理后水解酸化的出水COD降至21700～22800mg/L，eh降至-110～-150mV，水解酸化阶段COD的去除率为20％左右。
水解酸化阶段的出水从有效容积2.0m3装有铁屑和活性炭粒混合物的微电解槽底部进入，水力停留时间为3.5小时，经过微电解的处理，出水COD降为19800～20700mg/L，eh降为-300～-330mV，COD去除率为9％左右。
微电解阶段的出水经调节pH值为6.0～7.0后进入有效容积为12m3的UASB厌氧反应器中，UASB内的厌氧污泥是一食品生产废水厌氧反应器所产生的剩余污泥。出水残留COD浓度为2080～2260mg/L。该阶段的水力停留时间为24小时，COD去除率大于88％。
三阶段总去除率大于91.5％。
实施例4
以糖蜜为原料生产工业酒精过程中产生的高浓度有机废水，其pH值为4.0～5.0范围内，经水量、水质调节和中和澄清后，其pH值为6.8～7.8，COD为27500～32000mg/L。由集水井底部的潜污泵将其中的中性废水以0.5m3/h的流量经换热器升温至37±2℃送至有效容积为8m3装有已驯化酸化污泥的UASB作为水解酸化反应器，进行水解酸化反应，水力停留时间是16小时，处理后水解酸化的出水COD降至23200～25400mg/L，eh降至-90～-130mV，水解酸化阶段COD的去除率为20％左右。
水解酸化阶段的出水从有效容积2.0m3装有铁屑和活性炭粒混合物的微电解槽底部进入，水力停留时间为3.5小时，经过微电解的处理，出水COD降为20600～22800mg/L，eh降为-300～-330mV，COD去除率为12％左右。
微电解阶段的出水经调节pH值为6.0～7.0后进入有效容积为12m3的UASB厌氧反应器中，UASB内的厌氧污泥是一食品生产废水厌氧反应器所产生的剩余污泥。出水残留COD浓度为2040～2250mg/L。该阶段的水力停留时间为24小时，COD去除率大于90％。
三阶段总去除率大于92％。
Claims (5)
1.一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，其特征在于：在两阶段厌氧处理工艺中的水解酸化阶段与产甲烷阶段之间插入由铁屑和粒状活性炭或碳粒的混合物组成的微电解阶段，高浓度的有机废水按照不同水力停留时间依次经过水解酸化反应器、微电解槽和产甲烷反应器，形成高浓度有机废水的三阶段厌氧处理工艺。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，其特征在于：水解酸化反应器为普通的水解酸化器、连续酸化澄清器或上流式厌氧污泥床反应器。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，其特征在于：控制经水解酸化处理的出水pH值在3.5～6.0。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，其特征在于：在微电解阶段，偏酸性水解酸化出水自微电解槽底部再次澄清后上流，经过槽内的铁屑与碳粒混合物床层，从上部溢出进入半封闭集水槽，在集水槽上部加入少量的碱液调节pH值至6.0～7.0。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的厌氧处理工艺，其特征在于：产甲烷反应器为上流式厌氧污泥床反应器、内循环式厌氧反应器或普通的间歇厌氧消化池。
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