技术领域
[0001] 本
发明废水处理技术领域,具体地说是一种中空厌氧膜生物处理系统及其石化废水处理方法。
背景技术
[0002] 石油化工行业是一个
基础行业,在我国国民经济中起着至关重要的作用,并为其他行业提供
支撑,如农业、
能源、运输等。我国石油的生产规模以及消耗量随着我国经济的快速发展不断扩大,产生的石化废水呈现复杂化,多样化,处理难度也随之增大。来自中国石油化工行业的报告显示,我国石油废水
排放量增加到40亿吨,石油废水主要在以石油原料,经精炼、
分馏、裂解和合成等加工过程中产生,其过程中产生的石化废水水质和水量
波动都较大,污染物浓度高,成分复杂,难降解,毒性大,主要包括各种
烃类、酚类等多环芳烃化合物、氰化物、酚类、COD和石油类等有毒有害物质等。
[0003] 根据现有的研究,对于石化废水的处理方法主要有物理化学法以及生物处理方法,物理化学处理方法主要有混凝法、
吸附法和焚烧法等。尽管物理化学处理法的操作流程简单,但是这种方法只是将石化废水中的有机物从废水中转移,还需要进行深度处理,不能够达到排放标准。生物处理主要包括好氧生物处理和厌氧生物处理,常用的好氧生物处理石化废水主要包括活性
污泥法、生物
接触氧化技术和喷射环流技术等。但是该方法处理石化废水具有能耗高、剩余污泥量,处理速率低和周期长多缺点。厌氧生物处理技术包括升流式厌氧污泥床反应器、厌氧
流化床和膨胀颗粒污泥床,这些
厌氧反应器在处理石化废水存在易导致反应器堵塞,污泥厌氧流失和维护管理较难等缺点。厌氧生物处理相对于好氧生物处理处理技术,因其剩余污泥量少、能耗低、有机负荷和产能高等优点又重新成为人们新一轮的研究热点,但是,
现有技术的厌氧反应器在处理石化废水存在易导致反应器堵塞,污泥厌氧流失和维护管理较难等缺点。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种中空厌氧膜生物处理系统及其石化废水处理方法,采用内置曝气装置的中空厌氧
膜生物反应器结构,将厌氧生物处理与膜分离技术进行有效组合,通过中空厌氧膜生物处理对石化废水进行厌氧处理,以最大限度地保留高活性的
微生物量,形成最佳的微
生物群落,进一步加强
生物降解能
力,同时降低了后续的运营成本。
[0005] 本发明的目的是这样实现的:一种中空厌氧膜生物器的石化废水处理系统,其特点是该处理系统由内设中空
纤维膜组件的生物反应器与曝气装置、水加热装置,以及出水
蠕动泵、压力
传感器、进水
蠕动泵、
真空隔膜泵和湿式气体流量计组成,所述生物反应器为圆筒,其下部设有保温夹层;所述中空纤维膜组件为设置在生物反应器圆筒内的中空
棉柱体,其材质为0.2微米孔径的聚四氟乙烯中空纤维;所述曝气装置设置在生物反应器底部,并由曝气管进入中空纤维膜组件;所述生物反应器顶部设有排气口、集气口和出水口,下部设有进水口;所述排气口由设置真空隔膜泵的管路与曝气装置连接,用于促进内部的泥水混合均匀以及对中空纤维膜组件的冲刷;所述集气口连接湿式气体流量计;所述出水口一端与中空纤维膜组件顶部的出水管连接,另一端由设置
压力传感器的管路与出水蠕动泵连接;所述进水口由管道与进水蠕动泵连接;所述保温夹层设置在中空纤维膜组件外侧,使反应器内部的
温度设置在35 38℃;所述水加热装置的进/出水分别与保温夹层下部的
循环水~进口和上部的循环水出口连接。
[0006] 所述出水口和出水蠕动泵之间的管路上设有监测中空纤维膜组件的跨膜压差变化的压力传感器;所述生物反应器内设有固定中空纤维膜组件的卡槽。
[0007] 一种中空厌氧膜生物处理系统的石化废水处理方法,其特点是该石化废水处理包括下述处理方式: a、以精对苯二
甲酸废水、乙二醇废水、聚乙烯醇废水、聚酯废水、一步酸
碱废水、两步酸碱废水、一步含腈废水和两步含腈废水混合的石化废水为进水,在进水蠕动泵的作用下由进水口进入生物反应器,在曝气装置的作用下与接种污泥混合,然后启动循环水加热装置,使得生物反应器的
温度控制在35 38℃,调节
水力停留时间为18 48 h,厌氧污泥以及悬~ ~
浮物质被中空纤维膜组件截留在生物反应器中,处理后的石化废水在出水蠕动泵的抽吸作用下从中空纤维膜组件的出水管经生物反应器顶部的出水口流出,产生的
生物气一部分在真空隔膜泵的作用下,从生物反应器顶部的排气口抽出并注入曝气装置以完成气体循环;
同时另一部分的生物气通过集气口进入湿式气体流量计以记录生物气产量,并监测石化废水的甲烷产量以及COD去除率变化;
b、以精对苯二甲酸废水、乙二醇废水、聚乙烯醇废水和聚酯废水四种废水为基础,或通过逐渐增加一步酸碱废水、两步酸碱废水、一步含腈废水和两步含腈废水中的两种以上混合石化废水为进水,在进水蠕动泵的作用下由进水口进入生物反应器,在曝气装置的作用下与接种污泥混合,然后启动循环水加热装置,使得生物反应器的温度控制在35 38℃,调~
节水力停留时间为18 48 h,监测甲烷产量以及COD去除率变化。
~
[0008] 所述聚乙烯醇废为含有
醋酸乙烯、乙酸和醋酸甲酯的石化废水,其水量为21 m3/h、pH为 6.5 11.5;所述乙二醇废水为含有乙二醇及其低聚物和醚类的石化废水,其水量为~17 21 m3/h、pH为 6.5 11.5、COD为 1000 2000 mg/L;所述精对苯二甲酸废水为含有醋酸、~ ~ ~
苯甲酸和对苯二甲酸的石化废水,其水量为166 m3/h,pH为5.0 9.0,COD为5500 mg/L;所述~
聚酯废水为含有乙二醇、乙
醛和
硬脂酸的石化废水,其水量为15 m3/h,pH为 5.5 7.5,COD ~
为3000 4500 mg/L;所述一步酸碱废水水量为52.5 m3/h,pH 为7.2,COD为 4528.66 mg/L;
~
所述二步酸碱废水量为104.46 m3/h,pH为 3.7,COD 为2556 mg/L;所述一步含腈废水量为
41.29 m3/h,pH为7.0,COD为3435.38 mg/L;所述二步含腈废水量为164.33 m3/h,pH为7.2,COD为3815.68 mg/L;所述接种污泥的pH为7.2 ± 0.05,TS为11.4 ± 0.26 g/L,VS为8.70 ± 0.07 g/L。
[0009] 本发明与现有技术相比具有结构简单,处理效率高和运营成本低的特点,将厌氧生物处理和膜分离技术进行有效的结合,其中空纤维膜组件的加入可以最大限度地保留高活性的微生物量,形成最佳的微生物群落,进一步加强生物降解能力。
附图说明
[0010] 图1为中空厌氧膜生物处理系统结构示意图。
具体实施方式
[0011] 参阅附图1,本发明提供的一种中空厌氧膜生物处理系统,包括:生物反应器12、环保温夹层4、中空纤维膜组件5、水加热装置7、曝气装置8,以及出水蠕动泵1、压力传感器2、进水蠕动泵9、真空隔膜泵11和湿式气体流量计16,所述生物反应器12侧面设有进水口10,顶部设有排气口13、出水口15和集气口16;所述曝气装置8置于生物反应器12的底部;所述中空纤维膜组件5设置在生物反应器12内;所述进水蠕动泵9与生物反应器12侧面的进水口10通过管道相连接,用于将石化废水送入生物反应器12进行厌氧处理;所述出水蠕动泵1与顶部出水口15通过管道相连,用于将石化废水经厌氧处理后的水从生物反应器12中抽出来;所述压力传感器2设置在生物反应器12的出水口15和出水蠕动泵1的中间管路上,用于监测中空纤维膜组件5的跨膜压差变化,以表征在运行过程中反应器的中空纤维膜组件5的污染情况;所述湿式气体流量计16设置在生物反应器12顶部的集气口14延伸管道上,用于记录生物气的产量,并监测甲烷产量以及COD去除率变化;所述真空隔膜泵11设置在生物反应器12顶部的排气口13和底部曝气装置8之间的管路上,用于促进内部的泥水混合均匀以及对中空纤维膜组件5表面污染物的冲刷,以减缓中空膜组件的膜污染速率,控制膜污染;
所述环保温夹层4设置在中空纤维膜组件5外侧,使反应器内部的温度维持在35 38℃,为厌~
氧产甲烷菌提供适合的生长环境;所述水加热装置7的出口和入口分别与保温夹层的下部循环水进口6和上部循环水出口3连接;所述生物反应器12为有机玻璃制作的圆柱状,其内设置了用于固定中空纤维膜组件5的卡槽;所述中空纤维膜组件5为圆柱状,材料为聚四氟乙烯,其膜孔径为0.2微米。
[0012] 本发明的中空厌氧膜生物处理系统是这样进行石化废水处理的:石化废水在进水蠕动泵9的作用下,从中空纤维膜组件5的侧面进水口10进入生物反应器12,在曝气装置8的作用下使得接种污泥均匀混合,将厌氧污泥以及悬浮物质被中空纤维膜组件5截留在生物反应器12中,经过处理的石化废水在出水蠕动泵1的抽吸作用下从中空纤维膜组件5的出水管与生物反应器12顶部的出水口15流出,压力传感器2连接在出水口15和出水蠕动泵1之间,用于监测中空纤维膜组件5的跨膜压差,产生的生物气一部分在真空隔膜泵11的作用下,从生物反应器12顶部的排气口13抽出,并注入曝气装置8以完成气体循环;同时另一部分的生物气通过集气口14进入湿式气体流量计16以记录生物气产量,并监测甲烷产量以及COD去除率变化。
[0013] 本发明的中空厌氧膜生物处理系统的石化废水处理包括下述处理方式: a、以精对苯二甲酸废水、乙二醇废水、聚乙烯醇废水、聚酯废水、一步酸碱废水、两步酸碱废水、一步含腈废水和两步含腈废水八种废水混合的石化废水为进水,通过调节水力停留时间18 48 h以提高反应器运行负荷,监测石化废水处理时的甲烷产量以及COD去除率~
变化;
b、以精对苯二甲酸废水、乙二醇废水、聚乙烯醇废水、聚酯废水4种废水为基础,通过逐渐增加一步酸碱废水、两步酸碱废水、一步含腈废水和两步含腈中的两种以上混合石化废水为进水,固定水力停留时间为18 h,监测甲烷产量以及COD去除率变化。
[0014] 所述石化废水分别为精对苯二甲酸废水、乙二醇废水、聚乙烯醇废水、聚酯废水、一步酸碱废水、两步酸碱废水、一步含腈废水和两步含腈废水八种废水;所述聚乙烯醇废水含有醋酸乙烯、乙酸和醋酸甲酯等,其废水量为21 m3/h、pH 6.5 11.5;所述乙二醇废水含~有乙二醇及其低聚物、醚类等,其废水量为17 21 m3/h、pH 6.5 11.5、COD 1000 2000 mg/~ ~ ~
L;所述精对苯二甲酸废水含有醋酸、苯甲酸和对苯二甲酸,其废水量为166 m3/h,pH 5.0~
9.0,COD=5500 mg/L;所述聚酯废水含有乙二醇、乙醛和硬脂酸,其废水量为15 m3/h,pH
5.5 7.5,COD 3000 4500 mg/L;所述一步酸碱废水量为52.5 m3/h,pH 7.2,COD 4528.66 ~ ~
mg/L;所述二步酸碱废水水量为104.46 m3/h,pH 3.7,COD 2556 mg/L;所述一步含腈废水水量为41.29 m3/h,pH 7.0,COD 3435.38 mg/L;所述二步含腈废水水量为164.33 m3/h,pH
7.2,COD 3815.68 mg/L;所述接种污泥取自厌氧内循环反应器(IC反应器)经过
磨碎过筛取上清液的颗粒污泥和平板厌氧膜反应器(AnMBR)的消化污泥各750 mL,其接种污泥的pH为
7.2 ± 0.05,TS为11.4 ± 0.26 g/L,VS为8.70 ± 0.07 g/L。
下面以某石油化工公司的涤纶和腈纶生产的废水处理为例对本发明作进一步的详细说明。
[0015]
实施例1 在容积为2.5L的生物反应器12内加入VS为8.70的接种污泥1.5L,将八种石化废水以PVA(0.0356)、EO(0.0356)、PTA(0.282)、PET(0.0339)、一步法酸碱废水(0.089)、两步法酸碱废水(0.177)、一步法含腈废水(0.07)、两步法含腈废水(0.277)按体积比混合的石化废水作为进水,在进水蠕动泵9的作用下进入生物反应器12,在曝气装置8的作用下使得接种污泥均匀混合,然后启动循环水加热装置7进行厌氧产甲烷,厌氧污泥以及悬浮物质被中空纤维膜组件5截留在生物反应器12中,处理后的出水从生物反应器12的出水口15流出。调节真空隔膜泵11的泵速为5 L/min对中空纤维膜组件5表面进行冲刷以减缓膜污染的速率;调节进水蠕动泵9和出水蠕动泵1的泵速,使生物反应器12的水力停留时间控制在20 h,有机负荷为1.6 g COD/L/d;设置保温夹层4的温度为37.5℃,以维持厌氧微生物的活性;湿式气体流量计16用于记录每天生物沼气的产量,监测甲烷产量以及COD去除率变化。水力停留时间HRT为20 h,有机负荷在1.03 2.16 g COD/L/d等运行条件下,总
化学需氧量的去除率为~
40 80%,甲烷浓度为30 65%,生物沼气产量为0 850 mL/d。
~ ~ ~
[0016] 实施例2在容积为2.5L的生物反应器12内加入VS为8.70的接种污泥1.5L,将四种石化废水以PVA(0.092)、EO(0.092)、PTA(0.728)、PET(0.087)按体积比混合的石化废水作为进水,石化废水在进水蠕动泵9的作用下进入生物反应器12,在曝气装置8的作用下使得接种污泥均匀混合,然后启动循环水加热装置7进行厌氧产甲烷,处理后的出水从生物反应器12的出水口
15流出。调节真空隔膜泵11的泵速为5 L/min对中空纤维膜组件5表面进行冲刷以减缓膜污染的速率;调节进水蠕动泵9和出水蠕动泵1的泵速,使生物反应器12的水力停留时间控制在18 h,有机负荷在7.50 g COD/L/d;设置保温夹层4的温度为37.5℃,以维持厌氧微生物的活性;湿式气体流量计16用于记录每天生物沼气的产量,监测甲烷产量以及COD去除率变化。水力停留时间HRT为18 h,有机负荷在7.50 g COD/L/d和5.93 g COD/L/d等运行条件下,总化学需氧量的去除率为45 55%,甲烷浓度为30 84%,生物沼气产量为200 3300 mL/d。
~ ~ ~
[0017] 实施例3在容积为2.5L的生物反应器12内加入VS为8.70的接种污泥1.5L,将六种石化废水以PVA(0.054)、EO(0.055)、PTA(0.431)、PET(0.052)一步法酸碱废水(0.136)、两步法酸碱废水(0.271)按体积比混合的石化废水作为进水,石化废水在进水蠕动泵9的作用下进入生物反应器12,在曝气装置8的作用下使得接种污泥均匀混合,然后启动循环水加热装置7进行厌氧产甲烷,处理后的出水从生物反应器12的出水口15流出。调节真空隔膜泵11的泵速为5 L/min对中空纤维膜组件5表面冲刷以减缓膜污染的速率。调节进水蠕动泵9和出水蠕动泵1的泵速,使生物反应器12的水力停留时间控制在18 h,有机负荷为5.15 g COD/L/d。设置保温夹层4的温度为37.5℃,以维持厌氧微生物的活性。湿式气体流量计16用于记录每天生物沼气的产量,监测甲烷产量以及COD去除率变化。水力停留时间HRT为28 h,有机负荷在
5.15g COD/L/d等运行条件下,总化学需氧量的去除率为40 50%,甲烷浓度为70 75%,生物~ ~
沼气产量为1500 3300 mL/d。
~
[0018] 以上只是对本发明做进一步说明,并非用以限制本
专利,凡为本发明等效实施,均应包含于本专利的
权利要求范围之内。