申请日2016.12.22
公开(公告)日2017.05.24
IPC分类号C02F9/14; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种茶多酚生产加工废水处理装置及方法，包括基础设施，所述基础设施由格栅井、集水池、反应池、初沉池、气浮池、调节池、水解池、接触氧化池、二沉池、排放井和污泥浓缩池组成，基础设施之间相互组合形成收集系统、物化处理系统、生化处理系统、加药系统、供氧系统、污泥处理系统和电气控制系统;所述收集系统由格栅井及集水池组成;物化处理系统由反应池、初沉池及气浮池组成;生化处理系统由水解池、接触氧化池及二沉池组成;加药系统由加药泵及加药桶组成。本发明通过多种系统的协同工作，能够保证茶多酚生产加工废水在处理系统得到充分有效的反应和处理，并且，本发明工艺简单、操作简便、处理彻底、节省能源且成本低廉。
摘要附图
权利要求书
1.一种茶多酚生产加工废水处理装置，其特征在于，包括基础设施，所述基础设施由格栅井、集水池、反应池、初沉池、气浮池、调节池、水解池、接触氧化池、二沉池、排放井和污泥浓缩池组成，基础设施之间相互组合形成收集系统、物化处理系统、生化处理系统、加药系统、供氧系统、污泥处理系统和电气控制系统;所述收集系统由格栅井及集水池组成;物化处理系统由反应池、初沉池及气浮池组成;生化处理系统由水解池、接触氧化池及二沉池组成;加药系统由加药泵及加药桶组成;供氧系统由离心风机及管道组成;污泥处理系统由污泥浓缩池、螺杆泵及板框压滤机组成;还包括控制柜和PLC，控制柜与PLC组成电气控制系统。
2.根据权利要求1所述的茶多酚生产加工废水处理装置，其特征在于，所述收集系统的集水池进行集水后将水分别输送到反应池和气浮池，加药桶通过加药泵分别与反应池、气浮池连接，反应池与初沉池连接，气浮池与初沉池的液体输出端与调节池连接，初沉池的污泥输出端与污泥浓缩池连接，调节池与水解池连接，水解池的输出端连接接触氧化池，接触氧化池的输出端与二沉池连接，离心风机的输出管道伸入到调节池、接触氧化池的内部，所述水解池、二沉池的污泥输出端均与污泥浓缩池连接，污泥浓缩池的输出端连接有污泥泵，污泥泵输出端与脱水机房连接，在污泥泵与脱水机房的管道上还设有管道混合器，所述二沉池的液体输出端连接排放井。
3.根据权利要求2所述的茶多酚生产加工废水处理装置，其特征在于，所述反应池与气浮池的内部均设有搅拌机。
4.根据权利要求2所述的茶多酚生产加工废水处理装置，其特征在于，所述脱水机房内部设有脱水机械。
5.一种如权利要求1-4任一所述的茶多酚生产加工废水处理装置进行废水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、厂区含茶多酚废水及含脂废水分开进入粗格栅，粗格栅将废水中直径大于2cm的垃圾过滤掉，然后含茶多酚废水及含脂废水并联分开接入集水池;
第二步、集水池收集到一定水量并达到液位后分别由提升泵提升至反应池及气浮池，通过向反应池投加PAC与含茶多酚废水混合反应沉淀去除废水中大部分的茶多酚物质，再通过气浮池气浮去除含脂废水中各种脂类物质，经过反应沉淀后的茶多酚废水及气浮过的含脂废水一同汇入调节池;
第三步、调节池的综合废水调节均匀后通过提升泵泵入水解池，废水经过厌氧水解，厌氧菌将大分子有机物降解为小分子有机物，通过厌氧菌分解吸收，将小分子有机物进一步分解并吸收，为下一步接触氧化做好准备;
第四步、废水进入接触氧化池，经过接触氧化池的好氧菌进一步吸收分解，废水的COD进一步降低，处理过的水重力流入二沉池沉淀，下层污泥进入污泥浓缩池，上层清水如处理达标，则直接排入污水管网，如出水不能达标，则出水通过离心泵泵入水解池进一步循环处理;
第五步、二沉池中的水流入排放井达标排放。
说明书
一种茶多酚生产加工废水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及废水处理设备技术领域，具体是一种茶多酚生产加工废水处理装置及方法。
背景技术
茶多酚生产加工废水主要包括提取后的剩余母液和冲洗水，由茶多酚的生产工艺可知，废水的成分与茶叶中的水溶性成分基本相同，其中有机酸、糖分、氨基酸和果胶物质可生化性较好，生物碱的可生化性还有待研究(但它的含量较少)。
废水中的茶多酚在一定的pH值下会和金属离子(如Al3+、Ca2+等)反应生成难溶化合物，和某些过渡金属离子会发生显色反应，如投加含Fe2+、Fe3+的混凝剂时会生成有色络合物，水的颜色会由黄色变成墨绿色，并且有酸臭味，反应式如下：6R-OH+FeCl3→H3[Fe(OR)6]+3HCl，为避免色度的产生，分别采用聚合氯化铝(PAC)和Al2(SO4)3进行比较试验，一方面这两种物质可与茶多酚生成难溶化合物，另一方面通过絮凝作用去除水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机物质，减小了生化处理的负荷。由于废水偏酸性，投加Ca(OH)2一方面可调节废水的pH值，另一方面Ca2+也和茶多酚反应生成难溶化合物，进一步减少水中茶多酚的含量，为后续生化处理的顺利进行提供了条件。茶多酚在碱性条件下很容易氧化变色，投加PAC和Al2(SO4)3对茶多酚有较好的去除效果。PAC的最佳投量为250mg/L，对COD的去除率为29%左右，对茶多酚的去除率为85%左右。Al2(SO4)3的最佳投量为500mg/L，对COD的去除率为35%左右，对茶多酚的去除率为86%左右。考虑到Al2(SO4)3投量为500mg/L会导致水中硫酸盐含量过高，影响后续厌氧生化处理的效果，所以建议在实际工程中采用PAC作混凝剂，但由于该反应可逆，不能完全去除废水中的茶多酚，试验中发现如采用二次沉淀则可完全去除茶多酚，沉淀后的上清液用Fe2+检测时不出现显色反应。沉淀后上清液的BOD5/COD=0.57(与进水相差不大)，但因茶多酚的去除将大大改善废水的可生化性。
茶多酚的抑菌能力与其浓度呈正比，且与立体结构有关。但茶多酚的抑菌作用有很强的选择性，可抑制有害菌群的生长，但对霉菌、酵母菌等正常菌群则有维持菌群平衡的作用。因而，有关资料报道儿茶素虽然对细菌有抑制作用，但在厌氧条件下也可使污泥驯化。由于茶多酚对细菌(包括厌氧、好氧及兼性细菌)有很强的抑制作用，且茶多酚在废水中的含量最高，因而本工艺应着重考察了对茶多酚的去除方法及废水可生化性的变化。可以投加PAC和Ca(OH)2对茶多酚废水进行预处理是一种经济可行的方法，COD的去除率也可达到29%，茶多酚的去除率可达到85%，不但提高茶多酚的去除率，而且提高了废水的可生化性，同时也提高了废水的pH值。
工艺比较
1吸附法
吸附法是通过吸附剂(如活性炭、磺化煤和树脂等)与被吸附物质之间产生化学作用，形成化学键引起吸附而除去污染物质。用活性炭吸附预处理后的茶多酚生产加工废水，先将水处理专用活性炭以体积分数为5%～10%的稀硫酸浸泡，强化其表面的吸附能力，再用质量分数为2%～5%的高锰酸钾溶液浸泡，增强其表面的再氧化能力，强化活性炭吸附塔高4.5～5.5m，滤速10m/h，活性炭装卸采用水力输送装置和自动卸炭装置，处理后出水可达到冷却塔回用水水质的标准。
2混凝法
茶多酚生产加工废水中含有很多胶体物质，它们因带有一定的电荷相互排斥，稳定地分散在废水中。当加入带有相反电荷的混凝剂后，废水中胶体物质上的电荷被中和发生凝聚，然后通过大分子助凝剂的架桥作用，将小胶粒聚集成大絮团，可通过外力去除。以硫酸铝为混凝剂、聚丙烯酰胺为助凝剂处理合成橡胶废水，在最佳混凝剂用量、pH、温度及搅拌条件下，COD去除率约为37%。
3混凝气浮法
目前，国内大部分茶多酚生产加工企业采用混凝气浮法处理生产废水。此法是先往废水中投加混凝剂和助凝剂，进行混凝和助凝强化处理，再用泵将其打入气浮机，通过水射器将溶有压缩空气的回流水注入溶气释放器而形成微小气泡，废水中的悬浮颗粒附在气泡上浮出水面后用刮渣装置将其刮入排渣槽排出。以两级气浮法处理合成橡胶废水，其中一级采用大气泡集放器，将较大颗粒的絮凝体浮上水面，二级采用微小气泡集放器，将微小颗粒絮凝体浮上水面，出水COD及SS去除率分别为40%～45%、95%～98%。
4生物法
生物法是利用微生物，主要是细菌的代谢作用，氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使废水得到净。生物法主要包括水解酸化法、活性污泥法、氧化沟法及生物接触氧化法。
5水解酸化法
水解酸化法是一种介于好氧和厌氧之间的方法，主要用于处理含难降解有机物、可生化性不高的工业废水。它是利用有机物厌氧分解过程中酸性发酵阶段的特点，将某些难降解的大分子有机物转化为易被微生物降解的小分子有机物，从而改善废水的可生化性。如用水解酸化处理顺丁和丁苯橡胶混合废水，当进水COD负荷0.55kg/m3·d及停留时间6.7h时，出水BOD/COD值由处理前的0.44提高到0.56且未检出苯乙烯，保证了后续好氧工艺处理效果。
6活性污泥法
活性污泥法是利用活性污泥中的各种微生物具有很强吸附和氧化分解有机物的能力来处理有机废水的一种方法。用传统活性污泥法处理茶多酚生产加工废水的中型试验表明，进水COD平均质量浓度为801mg/L，经鼓曝处理后，二沉池出水COD平均去除率为59.2%。
7氧化沟法
氧化沟又称为“环形曝气池”、“无终端的曝气系统”，其曝气池呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥的混合液在其中不断的循环流动。作为一种革新的活性污泥法工艺，氧化沟法不需设置初沉池和污泥消化池，但在去除BOD方面比传统活性污泥法效果更好，运行也更加稳定可靠。将茶多酚生产加工废水与生活废水按一定比例混合后用氧化沟工艺处理，BOD去除率达69%～93%。
8生物接触氧化法
生物接触氧化法是目前工业废水生物处理广泛采用的一种方法。因其负荷高、有机物去除效果好而成为水解酸化工艺的后续好氧处理工艺。以生物接触氧化法处理茶多酚生产加工废水，在进水水温19～33℃、pH为6.6～7.3、气水比15∶1、池内DO≥2mg/L及停留时间6.7h时，出水COD及BOD的平均去除率分别为83.7%、89.6%。4各种处理方法比较茶多酚生产加工废水的各种处理方法比较，见表1。5存在问题及发展方向茶多酚生产加工废水是一种处理难度较大的废水，单独采用物理化学法、化学法或生物法处理，效果不太理想，废水难以达标排放。近年来研究人员尝试将三种方法组合使用并取得良好效果。用SBR-无烟煤-石英砂双层滤料过滤-活性炭吸附工艺处理茶多酚生产加工废水，结果表明，进水COD为1020mg/L左右时，最佳进水期1h、反应期4h、沉淀期2h、排水期0.5h、闲置期0h、曝气采用非限量曝气，出水COD、浊度、色度分别降至40mg/L以下、0.75NTU及0，可回用于生产。用混凝沉降-水解酸化-接触氧化-砂滤工艺处理丁苯橡胶废水，COD、BOD和SS的去除率分别在95%、95%及70%以上，其水质参数均达到GB8978-1996综合污水一级排放标准，可在现有装置上实现中水回用。因此，采用生物+物理化学法或化学处理效率会更加提高。
工艺选择
在试验中废水不经预处理而直接进行好氧生化处理时，在温度为35℃的条件下一般5～9d也出现了菌胶团解体现象。由此可知，对该废水直接进行好氧生化处理是不可行的。由于该废水中所含大都为天然物质，其分子质量较大，而采用水解酸化可使水中的高分子物质在产酸菌的作用下分解为小分子，减少好氧处理的负荷，同时在厌氧条件下也可使废水中残留的茶多酚得到部分降解，虽对COD去除率很低，停留24h去除率仅为9.5%，对茶多酚的去除率也很低，但废水的可生化性却提高了19.3%。废水通过水解酸化后接入接触氧化工艺，微生物附着在填料上不易流失，可适应间歇生产的要求。由于在预处理阶段很难将茶多酚去除完全，而好氧对茶多酚基本没有降解作用，因而在预处理阶段对茶多酚的去除是否完全对于废水处理的效果是至关重要的。接触氧化水力停留时间为12h时COD的平均去除率可达到85%，最后废水进入二次沉淀池沉淀后通过集水池排放至余姚市城市污水处理厂。考虑到该厂所处地区要求的排放标准为COD≤500mg/L、BOD5≤300mg/L、SS≤400mg/L，因此可以确定该废水处理工程工艺流程。
根据上面的叙述，我们可以知道，尽管茶多酚生产加工废水处理工艺发展到现在已经比较成熟，但是在茶多酚生产加工废水处理这一领域上，仍存在很多问题，仅靠单一的处理工艺是很难使出水达标排放的，必须对现有的工艺进行集成，采用多种工艺联合处理的方法，才能达标排放，甚至是变废为宝，实现资源综合利用的目的。如果掌握了以上技术，茶多酚生产加工废水就能找到一种真正工艺简单、操作简便、处理彻底、节省能源且成本低廉的处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种茶多酚生产加工废水处理装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种茶多酚生产加工废水处理装置，包括基础设施，所述基础设施由格栅井、集水池、反应池、初沉池、气浮池、调节池、水解池、接触氧化池、二沉池、排放井和污泥浓缩池组成，基础设施之间相互组合形成收集系统、物化处理系统、生化处理系统、加药系统、供氧系统、污泥处理系统和电气控制系统;所述收集系统由格栅井及集水池组成;物化处理系统由反应池、初沉池及气浮池组成;生化处理系统由水解池、接触氧化池及二沉池组成;加药系统由加药泵及加药桶组成;供氧系统由离心风机及管道组成;污泥处理系统由污泥浓缩池、螺杆泵及板框压滤机组成;还包括控制柜和PLC，控制柜与PLC组成电气控制系统。
作为本发明进一步的方案：所述收集系统的集水池进行集水后将水分别输送到反应池和气浮池，加药桶通过加药泵分别与反应池、气浮池连接，反应池与初沉池连接，气浮池与初沉池的液体输出端与调节池连接，初沉池的污泥输出端与污泥浓缩池连接，调节池与水解池连接，水解池的输出端连接接触氧化池，接触氧化池的输出端与二沉池连接，离心风机的输出管道伸入到调节池、接触氧化池的内部，所述水解池、二沉池的污泥输出端均与污泥浓缩池连接，污泥浓缩池的输出端连接有污泥泵，污泥泵输出端与脱水机房连接，在污泥泵与脱水机房的管道上还设有管道混合器，所述二沉池的液体输出端连接排放井。
作为本发明进一步的方案：所述反应池与气浮池的内部均设有搅拌机。
作为本发明进一步的方案：所述脱水机房内部设有脱水机械。
利用上述茶多酚生产加工废水处理装置进行废水处理的方法，包括以下步骤：
第一步、厂区含茶多酚废水及含脂废水分开进入粗格栅，粗格栅将废水中直径大于2cm的垃圾过滤掉，然后含茶多酚废水及含脂废水并联分开接入集水池;
第二步、集水池收集到一定水量并达到液位后分别由提升泵提升至反应池及气浮池，通过向反应池投加PAC与含茶多酚废水混合反应沉淀去除废水中大部分的茶多酚物质，再通过气浮池气浮去除含脂废水中各种脂类物质，经过反应沉淀后的茶多酚废水及气浮过的含脂废水一同汇入调节池;
第三步、调节池的综合废水调节均匀后通过提升泵泵入水解池，废水经过厌氧水解，厌氧菌将大分子有机物降解为小分子有机物，通过厌氧菌分解吸收，将小分子有机物进一步分解并吸收，为下一步接触氧化做好准备;
第四步、废水进入接触氧化池，经过接触氧化池的好氧菌进一步吸收分解，废水的COD进一步降低，处理过的水重力流入二沉池沉淀，下层污泥进入污泥浓缩池，上层清水如处理达标，则直接排入污水管网，如出水不能达标，则出水通过离心泵泵入水解池进一步循环处理;
第五步、二沉池中的水流入排放井达标排放。
与现有技术相比，本发明由收集系统、物化处理系统、生化处理系统、加药系统、供氧系统、污泥处理系统、电气控制系统组成，通过多种系统的协同工作，能够保证茶多酚生产加工废水在处理系统得到充分有效的反应和处理，并且，本发明工艺简单、操作简便、处理彻底、节省能源且成本低廉。