專利名稱：一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對輕工、食品、制藥和化工等領域的生產過程中產生的大量高濃度有機廢水的厭氧處理工藝技術，高效利用了廢水中的營養(yǎng)物質產生生物能源—沼氣，同時大幅度降低了廢水中COD以及廢水的處理成本。屬于水污染治理技術領域。
背景技術：
目前，輕工、食品、制藥和化工等領域的生產過程中產生的大量高濃度有機廢水，其處理方法一般都是單級厭氧反應器進行處理，最常見的厭氧反應器為上流式厭氧污泥床反應器(UASB)。對于較難降解或濃度很高的有機廢水單級厭氧反應器的處理效率及處理過程的穩(wěn)定性較差。在1971年，有學者根據(jù)厭氧處理廢水過程的四階段的理論提出兩階段厭氧工藝(亦稱兩相厭氧工藝)的概念，即將發(fā)酵、酸化細菌與產甲烷細菌分兩個反應器(水解酸化階段和產甲烷階段)提供個自的適宜的生長條件進行培養(yǎng)。自此以后，各國學者開始對兩階段厭氧工藝進行了研究和工業(yè)性試驗，其處理高濃度有機廢水的效率及運行的穩(wěn)定性有較大的改善，但對于處理較高COD濃度且含有一定量的難降解物質的廢水其處理效率受到一定的限制。其緣由是產甲烷細菌的生長條件比較嚴格，特別是對廢水中的氧化還原電位、有毒物質的含量以及微量元素等條件，單級厭氧反應器內以及兩階段厭氧工藝中的產甲烷階段很難完全滿足產甲烷細菌生長條件，也就是難以達到優(yōu)勢產甲烷細菌的優(yōu)勢生長和發(fā)揮最佳效率。因此，這兩種厭氧工藝的處理容積負荷不高，水力停留時間較長，反應器容積較大，處理效率不高，處理設施一次性投資較大等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對輕工、食品、制藥和化工等領域的生產過程中產生的高濃度有機廢水采用厭氧處理的新工藝，以提高厭氧處理效率，降低厭氧出水COD濃度，減輕后續(xù)好氧處理的有機負荷，以便降低整個處理過程的處理運行費用。
本發(fā)明的技術方案為在兩階段厭氧工藝中的水解酸化階段(或簡稱酸化階段)與產甲烷階段之間插入由鐵屑與活性炭粒(或炭粒)混合組成的微電解(或稱內電解)物化處理單元，形成水解酸化階段+微電解階段+產甲烷階段的三階段厭氧處理工藝。
高濃度或較高濃度的有機廢水按照不同水力停留時間依次經(jīng)過水解酸化反應器、微電解槽、集水槽和產甲烷反應器，各個階段按照各自的處理機理發(fā)揮各自的最佳處理功效。
水解酸化反應器可以用普通的水解酸化器，出水經(jīng)普通輻流式沉淀槽澄清進入后續(xù)階段，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連續(xù)酸化澄清器或上流式厭氧污泥床反應器(UASB)。
微電解槽就是常用的微電解槽或內電解槽，槽內的中部填有鐵屑與碳?；旌衔锎矊?，偏酸性水解酸化出水自微電解槽底部再次澄清后上流，經(jīng)過鐵屑與碳粒混合物床層，從上部溢出進入一體的半封閉集水槽，在集水槽上部可加入少量的堿液調節(jié)pH值至6.0～7.0。
產甲烷反應器可用常用的上流式厭氧污泥床反應器(UASB)或內循環(huán)式厭氧反應器(IC)，也可用普通的間歇厭氧消化池。
具體原理如下經(jīng)中和調節(jié)pH值為中性的高濃度有機廢水進入水解酸化階段的反應器與其內的發(fā)酵、酸化細菌(活性水解酸化污泥)接觸，廢水中的有機物質發(fā)生水解、產酸等生化反應，使碳氫和碳水化合物降解為可揮發(fā)性的脂肪酸VFA、CO2、H2O，如乙酸、丙酸、乳酸和丁酸等，蛋白質分解為氨基酸、VFA、CO2、H2O和NH3等，進入反應器內的廢水中的揮發(fā)性脂肪酸(以下簡稱VFA)含量隨停留時間逐漸升高，其pH值逐漸下降。同時廢水中對產甲烷細菌有害物質也有所降解，其氧化還原電位(以下簡稱eh)降至-100mV左右。要達到-330mV以下的產甲烷菌生長電位，依靠兼性菌的作用太慢。
經(jīng)水解酸化處理的出水中VFA濃度較高，pH值在3.5～6.0。進入微電解槽后即可進行氧化還原反應，進一步對難降解的物質和對甲烷菌有害的物質進行加氫或氧化，使其厭氧產甲烷的可生化性進一步提高。
此外，產甲烷菌的生長條件十分嚴格，是專一的嚴格厭氧菌。這是因為產甲烷菌的細胞內有許多低氧化還原電位的酶系，當廢水體系中氧化態(tài)物質的標準電位高或濃度大時，這些酶系將被高電位不可逆轉的氧化破壞，使產甲烷菌的生長受到抑制，從而，使厭氧酶生化反應速率在較低的情況下進行。經(jīng)過微電解處理的產甲烷階段進水的氧化還原電位eh降低至-300mV左右，接近或達到產甲烷菌的生長電位，再加上產甲烷階段內仍然有部分兼性菌的作用，很快就達到-330mV以下的產甲烷菌的最佳生長電位。因此，此條件下厭氧產甲烷菌內的酶具有很高的活性，酶催化反應的速率就高，也就是厭氧產甲烷的速度就高。
在微電解內的氧化還原反應過程中，有少量的鐵屑溶解而進入廢水，同時鐵屑中的同一過渡元素微量的Co和Ni等也以離子狀態(tài)進入廢水中，對后續(xù)的產甲烷階段十分有益。


圖1為本發(fā)明的工藝流程框圖。
具體實施例方式
實施例1黃姜用硫酸水解工藝法生產皂素水解物過程中產生的含SO42-的漂洗酸性廢水，其pH值為1.6～1.8，經(jīng)過20％石灰乳中和至pH值到6.8～8.0范圍內，澄清1～5小時，上清液溢流至集水井，其COD為16500～18000mg/L。由集水井底部的潛污泵將其中的中性廢水以1m3/h的流量經(jīng)換熱器升溫至37±2℃送至有效容積為16m3普通的裝有已馴化酸化污泥的水解酸化反應器，進行水解酸化反應，水力停留時間是16小時，經(jīng)沉降處理后水解酸化的出水COD降至12700～14100mg/L，eh降至-90～140mV，水解酸化階段COD的去除率為25％左右。
水解酸化階段的出水從有效容積3.5m3裝有鐵屑和活性炭?；旌衔锏奈㈦娊獠鄣撞窟M入，水力停留時間為3小時，經(jīng)過微電解的處理，出水COD降為11300～12600mg/L，eh降為-280～340mV。
微電解階段的出水經(jīng)調節(jié)pH值為6.5～7.0后進入有效容積為20m3的UASB厭氧反應器中，UASB內的厭氧污泥是一食品生產廢水厭氧反應器所產生的剩余污泥。出水殘留COD濃度為1080～1170mg/L。該階段的水力停留時間為20小時，COD去除率大于90％。
三階段總去除率大于93％。
實施例2黃姜用硫酸水解工藝法生產皂素水解物過程中產生的含SO42-的綜合酸性廢水，其pH值為0.6～0.8，經(jīng)過20％石灰乳中和至pH值到6.8～8.0范圍內，澄清3～5小時，上清液溢流至集水井，其COD為36400～43000mg/L。由集水井底部的潛污泵將其中的中性廢水以0.7m3/h的流量經(jīng)換熱器升溫至37±2℃送至有效容積為18m3裝有已馴化酸化污泥的連續(xù)水解酸化澄清反應器，進行水解酸化反應，水力停留時間是24小時，處理后水解酸化的出水COD降至29500～34100mg/L，eh降至-110～-140mV，水解酸化階段COD的去除率為20％左右。
水解酸化階段的出水從有效容積3.5m3裝有鐵屑和活性炭?；旌衔锏奈㈦娊獠鄣撞窟M入，水力停留時間為4小時，經(jīng)過微電解的處理，出水COD降為26300～30600mg/L，eh降為-310～-330mV，COD去除率為11％左右。
微電解階段的出水經(jīng)調節(jié)pH值為6.0～7.0后進入有效容積為20m3的改進的UASB厭氧反應器中，該UASB內的厭氧污泥是一食品生產廢水厭氧反應器所產生的剩余污泥。出水殘留COD濃度為1680～1830mg/L。該階段的水力停留時間為28.5小時，COD去除率大于92％。
三階段總去除率大于95％。
實施例3以糖蜜為原料生產食用酵母過程中產生的高濃度有機廢水，其pH值為6.8～8.0范圍內，經(jīng)水量和水質調節(jié)后，其COD為26500～28000mg/L。由集水井底部的潛污泵將其中的中性廢水以0.5m3/h的流量經(jīng)換熱器升溫至37±2℃送至有效容積為8m3裝有已馴化酸化污泥的UASB作為水解酸化反應器，進行水解酸化反應，水力停留時間是16小時，處理后水解酸化的出水COD降至21700～22800mg/L，eh降至-110～-150mV，水解酸化階段COD的去除率為20％左右。
水解酸化階段的出水從有效容積2.0m3裝有鐵屑和活性炭?；旌衔锏奈㈦娊獠鄣撞窟M入，水力停留時間為3.5小時，經(jīng)過微電解的處理，出水COD降為19800～20700mg/L，eh降為-300～-330mV，COD去除率為9％左右。
微電解階段的出水經(jīng)調節(jié)pH值為6.0～7.0后進入有效容積為12m3的UASB厭氧反應器中，UASB內的厭氧污泥是一食品生產廢水厭氧反應器所產生的剩余污泥。出水殘留COD濃度為2080～2260mg/L。該階段的水力停留時間為24小時，COD去除率大于88％。
三階段總去除率大于91.5％。
實施例4以糖蜜為原料生產工業(yè)酒精過程中產生的高濃度有機廢水，其pH值為4.0～5.0范圍內，經(jīng)水量、水質調節(jié)和中和澄清后，其pH值為6.8～7.8，COD為27500～32000mg/L。由集水井底部的潛污泵將其中的中性廢水以0.5m3/h的流量經(jīng)換熱器升溫至37±2℃送至有效容積為8m3裝有已馴化酸化污泥的UASB作為水解酸化反應器，進行水解酸化反應，水力停留時間是16小時，處理后水解酸化的出水COD降至23200～25400mg/L，eh降至-90～-130mV，水解酸化階段COD的去除率為20％左右。
水解酸化階段的出水從有效容積2.0m3裝有鐵屑和活性炭?；旌衔锏奈㈦娊獠鄣撞窟M入，水力停留時間為3.5小時，經(jīng)過微電解的處理，出水COD降為20600～22800mg/L，eh降為-300～-330mV，COD去除率為12％左右。
微電解階段的出水經(jīng)調節(jié)pH值為6.0～7.0后進入有效容積為12m3的UASB厭氧反應器中，UASB內的厭氧污泥是一食品生產廢水厭氧反應器所產生的剩余污泥。出水殘留COD濃度為2040～2250mg/L。該階段的水力停留時間為24小時，COD去除率大于90％。
三階段總去除率大于92％。
權利要求
1.一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，其特征在于在兩階段厭氧處理工藝中的水解酸化階段與產甲烷階段之間插入由鐵屑和粒狀活性炭或碳粒的混合物組成的微電解階段，高濃度的有機廢水按照不同水力停留時間依次經(jīng)過水解酸化反應器、微電解槽和產甲烷反應器，形成高濃度有機廢水的三階段厭氧處理工藝。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，其特征在于水解酸化反應器可以用普通的水解酸化器，也可以用連續(xù)酸化澄清器或上流式厭氧污泥床反應器。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，其特征在于控制經(jīng)水解酸化處理的出水pH值在3.5～6.0。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，其特征在于在微電解階段，偏酸性水解酸化出水自微電解槽底部再次澄清后上流，經(jīng)過槽內的鐵屑與碳粒混合物床層，從上部溢出進入半封閉集水槽，在集水槽上部可加入少量的堿液調節(jié)pH值至6.0～7.0。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，其特征在于產甲烷反應器可用上流式厭氧污泥床反應器或內循環(huán)式厭氧反應器，也可用普通的間歇厭氧消化池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高濃度有機廢水的厭氧處理工藝，該工藝是在兩階段厭氧處理中的水解酸化階段與產甲烷階段之間插入由鐵屑和粒狀活性炭(或碳粒)的混合物組成的微電解階段，形成高濃度有機廢水的三階段厭氧處理工藝。三階段厭氧處理工藝處理高濃度有機廢水可提高厭氧產甲烷的生化性，使產甲烷速率增加，從而增大厭氧反應器的容積負荷，大幅度降低出水殘留COD的濃度，總COD的去除率大于91％?？蓮V泛應用于輕工、食品、制藥和化工等領域的生產過程中產生的大量高濃度有機廢水的厭氧處理。
文檔編號C02F3/28GK1583599SQ20041001327
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月8日 優(yōu)先權日2004年6月8日
發(fā)明者畢亞凡, 劉大銀, 汪建華, 梅 明, 李亮 申請人:武漢化工學院