申請日2016.05.16
公開(公告)日2016.07.20
IPC分類號C02F9/14; C02F3/28
摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置及方法，屬于廢水處理領(lǐng)域。它包括厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB池和穩(wěn)定區(qū)，其中，厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB器和穩(wěn)定區(qū)依次連接，穩(wěn)定區(qū)的出水進(jìn)入二次處理，厭氧水解UASB器的出水端與進(jìn)水端連接。厭氧UASB池包括厭氧UASB池I和厭氧UASB池II，印染退漿廢水PVA分別同時(shí)流入?yún)捬鮑ASB池I和厭氧UASB池II的入口，厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出口均與混合區(qū)的入口連接。厭氧UASB池內(nèi)設(shè)有顆粒污泥，厭氧UASB池的出水端與進(jìn)水端連接。它的能耗低、投資和運(yùn)行成本低，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。
權(quán)利要求書
1.一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，其特征在于，包括厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB池和穩(wěn)定區(qū)，其中，厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB器和穩(wěn)定區(qū)依次連接，穩(wěn)定區(qū)的出水進(jìn)入二次處理，厭氧水解UASB器的出水端與進(jìn)水端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，其特征在于，厭氧UASB池包括厭氧UASB池I和厭氧UASB池II，印染退漿廢水PVA分別同時(shí)流入?yún)捬鮑ASB池I和厭氧UASB池II的入口，厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出口均與混合區(qū)的入口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，其特征在于，厭氧UASB池內(nèi)設(shè)有顆粒污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，其特征在于，厭氧UASB池的出水端與進(jìn)水端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，其特征在于，厭氧水解UASB反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有絮狀污泥。
6.一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其特征在于：
A、待處理的印染退漿廢水流入并聯(lián)的厭氧UASB池I和厭氧UASB池II內(nèi);
B、一部分廢水從厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出水端進(jìn)入混合區(qū);另一部分廢水從厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出水端回流至進(jìn)水端，回流比為25～40%;
C、厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的兩股出水在混合區(qū)混合均勻;
D、混合區(qū)出水自流進(jìn)入?yún)捬跛釻ASB反應(yīng)器;厭氧水解UASB反應(yīng)器中的絮狀污泥進(jìn)行PVA特效降解菌的馴化和富集，強(qiáng)化生物降解印染廢水污染物PVA;
E、厭氧水解UASB反應(yīng)器的一部分出水進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，另一部分出水回流至厭氧水解UASB反應(yīng)器的進(jìn)水端，回流比為15～20%;
F、穩(wěn)定區(qū)出水進(jìn)行二級處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其特征在于，所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置內(nèi)印染退漿廢水水溫為30℃～40℃，此溫度下利于厭氧菌在中溫消化條件下的富集。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其特征在于，厭氧UASB池I和厭氧UASB池II并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際水量小于設(shè)計(jì)水量60%時(shí)，只運(yùn)行其中一組，另外一組繼續(xù)進(jìn)行微生物調(diào)控。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其特征在于，顆粒污泥的MLSS濃度為3400～3600mg/L，種泥為黑色，平均粒徑范圍為：1～3mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其特征在于，絮狀污泥的MLSS濃度為2100～2300mg/L，平均粒徑范圍為：0.15～0.35mm。
說明書
一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置及方法。
技術(shù)背景
我國紡織工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈完整、種類齊全，是我國的優(yōu)勢支柱產(chǎn)業(yè)、重要民生產(chǎn)業(yè)和國際競爭優(yōu)勢明顯產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位。我國棉紗、棉布、呢絨、絲織品、化纖、服裝等產(chǎn)量均居世界第一。紡織行業(yè)的快速發(fā)展，使得漿料使用種類豐富，主要包括淀粉、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸(酯)三大類。而我國消耗的漿料中，淀粉(變性淀粉與原淀粉)占60%，PVA占30%，丙烯酸類和其它漿料約占10%。目前國內(nèi)外PVA聚合度在200-4000之間，由于PVA帶有很多羥基，是一種親水性的高分子化合物，易溶于水。PVA的可生化性極低，BOD5/CODCr值小于0.01，處理難度大，PVA已經(jīng)成為我國是印染廢水處理的難點(diǎn)，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。
國內(nèi)外對含PVA廢水的治理方法主要有物化法和生化法。其中物化法主要以超濾鹽析、氧化劑氧化、光催化氧化等技術(shù)，該類技術(shù)投資大，運(yùn)行成本高，操作管理復(fù)雜，尤其后續(xù)二級生化處理影響大。生化法主要有厭氧法、活性污泥法等，該類技術(shù)具有處理效果穩(wěn)定性差、PVA去除效率不高、難以形成專一的PVA優(yōu)勢菌群。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，分離高效PVA降解菌和提取PVA降解酶的生物強(qiáng)化技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)，但要靠單一微生物實(shí)現(xiàn)對PVA的徹底降解是非常困難的，而PVA降解酶由于產(chǎn)生菌種類不多，培養(yǎng)周期長、酶活低，加上降解酶純化難，所以仍少有關(guān)于PVA降解酶在實(shí)際生產(chǎn)上運(yùn)用的報(bào)道。為了符合印染行業(yè)日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求，厭氧處理不失為最適宜的方法。厭氧微生物對高濃度、抑制性有機(jī)物和其他不利條件具有很強(qiáng)的耐受能力。S.Matsumura等人對PVA在厭氧條件下的可生化性進(jìn)行了詳細(xì)的研究，經(jīng)過四個(gè)月的培養(yǎng)和馴化，60%的PVA可以通過厭氧處理被生物降解。但S.Gartiser等的研究發(fā)現(xiàn)，PVA在經(jīng)過77天厭氧處理后降解率只0%～12%。LiuRongrong等利用HABR裝置處理含PVA的退漿廢水，在最佳工況下，PVA去除率也僅有18%。
1936年，NordFF發(fā)現(xiàn)了第一種可以降解PVA的微生物Fusariumlini。1973年，SuzukiT等又發(fā)現(xiàn)了能以PVA為唯一碳源的Pseudomonas屬細(xì)菌。此后，PVA作為為數(shù)不多的幾種可以被生物降解的高分子物質(zhì)之一，它的降解研究越來越受到人們的關(guān)注，相繼發(fā)現(xiàn)了許多其他的可降解PVA的微生物，它們包括Pseudomonas，Alcaligenes和Bacillus等�？山到釶VA的微生物，是因?yàn)樗鼈兒蠵VA降解酶。李旭等總結(jié)了這些PVA降解微生物的降解效率，大部分PVA降解微生物的降解速率在PVA濃度0.1%～0.5%時(shí)，可以在3～12d內(nèi)將其降解90%以上。
可見，在自然環(huán)境中，并不缺乏對PVA高效降解的微生物，只是在實(shí)際廢水處理過程中(如印染廢水)，因其它污染物的干擾，無法穩(wěn)定去除率，無法保證出水PVA濃度穩(wěn)定，究其原因，還是因?yàn)橄到y(tǒng)的微生物菌群結(jié)構(gòu)較差，PVA高效降解菌不能得到有效的富集，不能充分發(fā)揮其潛力。結(jié)合上述印染廢水厭氧處理特點(diǎn)，有必要對處理工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使PVA高效降解菌得以富集，以適應(yīng)高濃度PVA印染廢水的處理。
中國發(fā)明專利，公開號：103740621A，公開日：2014-04-23，公開了一株可降解PVA的不動桿菌菌株，命名為不動桿菌Acinetobactersp.TD33，于2013年10月13日保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號為CCTCCNO：M2013469，經(jīng)發(fā)酵優(yōu)化產(chǎn)PVA降解酶酶活力達(dá)到0.87U/ml。此菌株是從活性污泥中篩選得到，具有降解PVA1799的效果。該菌株能高效降解培養(yǎng)基及退漿污水中的PVA1799污染物組分�？梢杂糜谥苽浼徔椀裙I(yè)棉布退漿廢水處理的微生物退漿菌劑，能夠有效除去污染物PVA1799，既可以減少了環(huán)境污染又能降低污水處理成本。但是該方法對于實(shí)際印染退漿廢水PVA處理效果、適應(yīng)性、和處理成本均為涉及，難以解決實(shí)際問題。
中國發(fā)明專利，公開號：101531417，公開日：2009-09-16，公開了一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合絮凝劑，其制備方法以及用于處理高濃度印染退漿廢水的用途，涉及一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合絮凝劑，該發(fā)明絮凝劑具有使用pH值范圍廣、濃度高、沉降速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處在于，后續(xù)二級生化處理影響大。中國發(fā)明專利，公開號：102757144A，公開日：2012-10-31，公開了一種聚乙烯醇退漿廢水的光/電Fenton處理工藝，涉及一種聚乙烯醇廢水的光/電Fenton處理工藝。中國發(fā)明專利，公開號：105174548A，公開日：2015-12-23，公開了一種含PVA退漿廢水的處理方法，該發(fā)明處理含PVA紡織退漿廢水，操作工藝簡單，去除PVA速率快，PVA去除率高，但該方法投加硼砂，運(yùn)行成本高。中國發(fā)明專利，公開號：103755050A，公開日：2014-04-30，公開了一種退漿廢水膜法處理工藝，涉及退漿廢水膜法處理工藝，屬于水處理領(lǐng)域。該發(fā)明所述工藝可以對含有堿以及精煉劑和分散劑的退漿廢水進(jìn)行回用，不僅回用其中的水也實(shí)現(xiàn)了堿、精煉劑及分散劑的回用。但該方法采用膜處理投資大，運(yùn)行成本高，需要清洗，且存在濃水二次污染問題。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)不足之處在于：(1)Fenton法、混凝法、膜法處理工藝等處理方法存在投資大，運(yùn)行成本高，操作管理復(fù)雜的缺點(diǎn)。(2)傳統(tǒng)印染退漿廢水PVA生物處理效果穩(wěn)定性差、PVA去除效率不高、難以形成專一的PVA優(yōu)勢菌群等問題。
中國發(fā)明專利，公開號：103819050A，公開日：2014-05-28，公開了一種高濃度含PVA退漿廢水的處理方法和裝置，包括廢水調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池、鹽析池、高級氧化反應(yīng)沉淀池、隔板式缺氧厭氧反應(yīng)池、好氧池和二沉池;混凝沉淀池、鹽析池和高級氧化反應(yīng)沉淀池包括混合攪拌區(qū)和沉淀區(qū)，隔板式缺氧厭氧反應(yīng)池包括通過擋流板分隔成的兼氧段、缺氧段和厭氧段;廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量和pH值，然后進(jìn)入混凝沉淀池與混凝劑混合反應(yīng)，進(jìn)入鹽析池進(jìn)行鹽析反應(yīng)，在高級氧化反應(yīng)沉淀池里污染物被氧化分解，再進(jìn)入隔板式缺氧厭氧反應(yīng)池、好氧池進(jìn)行缺氧、厭氧和好氧反應(yīng)，經(jīng)沉淀后達(dá)標(biāo)排放;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，具有非常好的處理效果。其不足之處在于，該方法采用的是物化的方法，投資大、工藝步驟復(fù)雜，投加藥劑成本高，污泥產(chǎn)生量大、且藥劑投加系統(tǒng)和測量系統(tǒng)操作管理復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有技術(shù)中印染退漿廢水PVA處理存在投資大的問題，本發(fā)明提出了一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置及方法。它投資小，對PVA進(jìn)行強(qiáng)化降解，提高了PVA去除效率。
2、技術(shù)方案
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置，包括厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB池和穩(wěn)定區(qū)，其中，厭氧UASB池、混合區(qū)、厭氧水解UASB器和穩(wěn)定區(qū)依次連接，穩(wěn)定區(qū)的出水進(jìn)入二次處理，厭氧水解UASB器的出水端與進(jìn)水端連接。
優(yōu)選地，厭氧UASB池包括厭氧UASB池I和厭氧UASB池II，印染退漿廢水PVA分別同時(shí)流入?yún)捬鮑ASB池I和厭氧UASB池II的入口，厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出口均與混合區(qū)的入口連接。
優(yōu)選地，厭氧UASB池內(nèi)設(shè)有顆粒污泥。
優(yōu)選地，厭氧UASB池的出水端與進(jìn)水端連接。
優(yōu)選地，厭氧水解UASB反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有絮狀污泥。
一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的方法，其步驟為：
A、待處理的印染退漿廢水流入并聯(lián)的厭氧UASB池I和厭氧UASB池II內(nèi);厭氧UASB池I和厭氧UASB池II內(nèi)的顆粒污泥處理PVA難降解有機(jī)物，提高B/C比，改善廢水碳源品質(zhì);
B、一部分廢水從厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出水端進(jìn)入混合區(qū);另一部分廢水從厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的出水端回流至進(jìn)水端，回流比為25～40%;根據(jù)進(jìn)水端中PVA濃度高低確定回流比，如果進(jìn)水PVA濃度越高，回流比取值越大;
C、混合區(qū)設(shè)置攪拌器，使得厭氧UASB池I和厭氧UASB池II的兩股出水在混合區(qū)混合均勻;
D、混合區(qū)廢水混合自流進(jìn)入?yún)捬跛釻ASB反應(yīng)器;厭氧水解UASB反應(yīng)器中設(shè)有絮狀污泥，絮狀污泥在厭氧水解UASB反應(yīng)器中進(jìn)行PVA特效降解菌的馴化和富集，強(qiáng)化生物降解印染廢水污染物PVA;
E、厭氧水解UASB反應(yīng)器的一部分出水進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)，另一部分出水回流至厭氧水解UASB反應(yīng)器的進(jìn)水端，回流比為15～20%;根據(jù)進(jìn)水端中PVA濃度高低確定回流比，如果進(jìn)水PVA濃度越高，回流比取值越大;
F、穩(wěn)定區(qū)出水進(jìn)行二級處理。
優(yōu)選地，所述的一種強(qiáng)化生物降解預(yù)處理印染退漿廢水PVA的裝置內(nèi)印染退漿廢水水溫30℃～40℃，ρ(PVA)/COD“富集系數(shù)”約0.04，此溫度下利于厭氧菌在中溫消化條件下的富集。
優(yōu)選地，厭氧UASB池I和厭氧UASB池II并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際水量小于設(shè)計(jì)水量60%時(shí)，只運(yùn)行其中一組，另外一組繼續(xù)進(jìn)行微生物調(diào)控。
優(yōu)選地，顆粒污泥的MLSS濃度為3400～3600mg/L，種泥為黑色，平均粒徑范圍為：1～3mm。采用該種顆粒污泥進(jìn)行處理易于生物降解的有機(jī)物，將ρ(PVA)/COD“富集系數(shù)”從0.042提升到0.075，出水PVA濃度150～180mg/L，COD濃度1600～2300mg/L，提高廢水碳源質(zhì)量，B/C比提升至0.25～0.35。
優(yōu)選地，絮狀污泥的MLSS濃度為2100～2300mg/L，平均粒徑范圍為：0.15～0.35mm。
此工藝強(qiáng)化微生物對印染退漿廢水PVA降解，具有適應(yīng)性強(qiáng)、去除效率高(PVA去除率≥90%，COD去除率≥75%)、可生化性改善好(B/C提高≥0.16)的特點(diǎn)，因此，能耗低、投資和運(yùn)行成本低，操作簡單、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。此外，通過強(qiáng)化微生物降解作用，顯著削減毒性污染物(如偶氮染料及代謝產(chǎn)物芳胺化合物等)，降低廢水排放的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
3、有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)克服了Fenton處理工藝、混凝法、膜法處理等物化處理方法的投資大，運(yùn)行成本高，操作管理復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供了一種強(qiáng)化生物處理印染退漿廢水PVA的方法，具有能耗低、投資和運(yùn)行成本低，操作簡單、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng);此外，通過強(qiáng)化微生物降解作用，顯著削減毒性污染物(如偶氮染料及代謝產(chǎn)物芳胺化合物等)，降低廢水排放的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);
(2)克服了傳統(tǒng)印染退漿廢水PVA生物處理效果穩(wěn)定性差、PVA去除效率不高、難以形成專一的PVA優(yōu)勢菌群等缺點(diǎn);采用厭氧UASB反應(yīng)器降低難降解有機(jī)物、改善廢水可生化性和厭氧水解UASB反應(yīng)器形成專性的微生物菌群結(jié)構(gòu)，富集PVA特效降解菌群，從而對PVA進(jìn)行強(qiáng)化降解，提高PVA去除效率;此工藝強(qiáng)化微生物對印染退漿廢水PVA降解，具有適應(yīng)性強(qiáng)、去除效率高(PVA去除率≥90%，COD去除率≥75%)、可生化性改善好(B/C提高≥0.16)的特點(diǎn);
(3)針對印染退漿廢水具有PVA濃度高(PVA濃度≤210mg/L)、生物降解性差(B/C≤0.09)、有機(jī)物濃度高(COD≤5000mg/L)、堿性高(pH值7-9)的特點(diǎn)，采用強(qiáng)化生物降解工藝，形成專性的微生物菌群結(jié)構(gòu)，富集PVA特效降解菌群，從而對PVA進(jìn)行強(qiáng)化降解，提高PVA去除效率;克服了Fenton法、混凝法、膜法處理工藝等物化處理方法的投資大，運(yùn)行成本高，操作管理復(fù)雜的缺點(diǎn);
(4)針對傳統(tǒng)印染退漿廢水PVA生物處理效果穩(wěn)定性差、PVA去除效率不高、難以形成專一的PVA優(yōu)勢菌群等問題，采用厭氧UASB反應(yīng)器降低難降解有機(jī)物、改善廢水可生化性和厭氧水解UASB反應(yīng)器形成專性的微生物菌群結(jié)構(gòu)，富集PVA特效降解菌群，從而對PVA進(jìn)行強(qiáng)化降解，提高PVA去除效率;此外通過厭氧UASB反應(yīng)器和厭氧水解UASB反應(yīng)器的回流提高生物處理工藝的適應(yīng)性、去除效率和可生化性改善;
(5)本發(fā)明采用生化方法，充分利用厭氧和水解專性菌對污染物的降解作用，處理效果好、投資和運(yùn)行成本低、污泥產(chǎn)生量少。
