申请日2020.12.31
公开（公告）日2021.04.27
IPC分类号C02F3/28; B01D53/14; C02F101/30; C02F103/34
摘要
本发明属于工业污水处理技术领域，具体公开了一种可提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法及装置，它包括以下两个系统。1、微生物驯化系统：对厌氧反应器中的微生物进行驯化培养，将驯化后的微生物打入至厌氧反应器。2、沼气除杂、利用系统：沼气依次经过脱CO2和H2S、脱水、沼气储罐；部分沼气通过增压风机送进锅炉燃烧；另一部分沼气与厌氧回流泵出水混合，进入厌氧反应器，达到气液混合搅拌和降低厌氧体系中CO2浓度目的。本发明方法通过微生物驯化系统和沼气除杂、利用系统与厌氧反应器联用，使得厌氧反应器COD去除率提升10%左右和产甲烷量提高15%左右，大幅增加了厌氧反应器的处理效率，为后续工段提供有利条件。
权利要求书
1.一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的装置，其特征在于：所述装置包括通过水泵和厌氧反应器连接的微生物驯化培养箱以及连接厌氧反应器和沼气储罐的增压风机，还包括连接厌氧反应器沼气出口和脱水塔沼气入口的脱C、S塔，还包括设置在厌氧反应器内的射流混合装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述脱C、S塔为喷淋塔，喷淋液为质量分数为10%的NaOH溶液。
3.一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法，用到权利要求1或2所述的装置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述制药废水中，COD≥10000mg/L，B/C不低于 0.3。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法包括了利用微生物驯化系统和沼气除杂、利用系统的处理步骤，所述利用微生物驯化系统处理步骤操作方法如下：
在微生物驯化培养箱中加入其50%-60%体积的厌氧活性污泥，然后补充厌氧反应器出水至微生物驯化培养箱体积的95%，加入常规营养元素和微量营养元素，调节pH至7.0，在密闭条件下驯化培养3-5天后，将微生物驯化培养箱中驯化后的微生物污泥的75-85%打入厌氧反应器中；再向微生物驯化培养箱中补充厌氧反应器出水至微生物驯化培养箱体积的95%，反复循环；
所述驯化后打入至厌氧反应器中的微生物污泥体积为厌氧反应器体积的1/800-1/1000；所述微生物驯化培养箱温度为30-35℃；
所述利用沼气除杂、利用系统的流程是将厌氧反应器所产沼气脱CO2和H2S、脱水、进沼气储罐、经增压风机，然后，一部分沼气在厌氧反应器中经射流器曝气后进入厌氧反应器，另一部分进入锅炉燃烧。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述射流器连接在厌氧反应器内布水器布水支管上，一边接厌氧回流泵出水，一边接沼气，混合后进入厌氧反应器，控制气液体积比不小于4：1。
说明书
一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法及 装置
技术领域
本发明涉及工业污水处理技术领域，尤其涉及一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法及装置，本发明方法适用于制药行业高浓度有机废水处理。
背景技术
随着我国化工制造业的迅猛发展，使得制药行业高浓度有机废水已经成为了目前主要的工业废水之一。处理制药行业高浓度有机废水的难点在于污染物浓度高；COD去除率低；产甲烷量低；废水中含有微生物难以降解、甚至对微生物有抑制作用的物质。
国内处理这类废水主要采用厌氧处理技术，厌氧反应器内部的厌氧菌经过水解、产酸和产甲烷等阶段降解废水中的有机污染物，其因具备处理成本低、耗能低、可回收利用沼气资源、负荷高、产泥少等优点而受到广泛的应用。在厌氧处理技术中厌氧反应器是最为核心的组成成分，它的结构组成直接影响了COD去除率和产甲烷量。国内外许多学者从内循环、外循环、布水器结构、分离器结构等方面对厌氧反应器进行优化，也取得了较好的效果。
但目前对厌氧反应器构造优化已进入一个瓶颈阶段，想要进一步提升COD去除率和产甲烷量非常困难。同时随着厌氧反应器的长期运行，还是会出现污泥钙化、颗粒污泥年龄偏大等不利现象，从而降低厌氧反应器COD去除率和产甲烷量。
因此如何进一步提高厌氧反应器COD去除率和产甲烷量，减轻污泥钙化症状和延缓颗粒污泥老化是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提出一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法及装置，所述装置在现有技术基础上增加了通过水泵和厌氧反应器连接的微生物驯化培养箱以及连接厌氧反应器和沼气储罐的增压风机，还增加了连接厌氧反应器沼气出口和脱水塔沼气入口的脱C、S塔，还在厌氧反应器内部进水管道出口设置了射流混合装置；所述射流混合装置包括射流器，射流器相当于三通配件，连接在厌氧反应器内布水器布水支管上，一边接厌氧回流泵出水(即厌氧反应器进水)，另一边接沼气，两者混合后进入厌氧反应器中。脱C、S、脱水后的沼气由增压风机经布气器送至厌氧反应器内，布气器是通过射流混合装置将沼气与厌氧反应器回流泵出水混合在一起后进入厌氧反应器进行气液搅拌。所述厌氧回流泵通过布水器与厌氧反应器相连。
本发明方法及装置适用于制药行业高浓度有机废水处理；所述高浓度有机废水中，COD≥10000mg/L，B/C不低于0.3；进一步，COD浓度在10000-20000mg/L，且B/C在0.30-0.45。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的。
一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法，其特征在于，所述方法包括了利用微生物驯化系统和沼气除杂、利用系统的处理步骤，所述利用微生物驯化系统处理步骤操作方法如下：
首次启用时，在微生物驯化系统的微生物驯化培养箱中加入其50％-60％体积的厌氧活性污泥(直接从原处理工艺的厌氧反应器中取厌氧活性污泥)，然后补充厌氧反应器出水至微生物驯化培养箱体积的95％，加入常规营养元素和微量营养元素，调节pH至7.0，在密闭条件下驯化培养3-5天后，将微生物驯化培养箱中驯化后的微生物污泥的75-85％打入厌氧反应器中；再向微生物驯化培养箱中补充厌氧反应器出水至微生物驯化培养箱体积的95％，反复循环(即重复如下操作：加入常规营养元素和微量营养元素，调节pH至7.0，在密闭条件下驯化培养3-5天后，将微生物驯化培养箱中驯化后的微生物污泥的75-85％、优选80％打入厌氧反应器中，再向微生物驯化培养箱中补充厌氧反应器出水至微生物驯化培养箱体积的95％)，当微生物驯化培养箱中厌氧活性污泥细菌菌落总数≥
4*109cfu/ml时，此时培养的厌氧活性污泥具有较好的活性。
所述厌氧反应器出水，其COD≥2000mg/L，pH在5.0-9.0。
所述常规营养元素为C、P、Fe、Mg、Zn和Ni，微量营养元素为S2-、Mo6+和B3+(右上标表示对该元素的价态要求)；
所述C、P、Fe、Mg、Zn、Ni、S2-、Mo5+、B3+元素的加入是通过添加葡萄糖、KH2PO4(或K2HPO4，或“KH2PO4与K2HPO4混合物”)、FeSO4、MgSO4、ZnSO4、NiCl2、Na2S、Na2MoO4、H3BO3这些物质来实现的。
所述培养后微生物驯化培养箱中细菌菌落总数≤1.0*107cfu/ml时，则说明厌氧活性污泥具有较差的活性，需要进一步调整微生物驯化培养箱的培养参数(如厌氧反应器出水补充量、培养时间、营养元素和微量营养元素浓度等)。
步骤(1)所述常规营养元素C加入量为补充至厌氧反应器进水COD水平(实时监测)，P、Fe、Mg、Zn、Ni元素加入量的终浓度依次为200-350mg/L、15-25mg/L、15-25mg/L、0.1-0.3mg/L、0.5-1.5mg/L，最佳为250mg/L、20mg/L、20mg/L、0.2mg/L、1mg/L；微量营养元素S2-、Mo5+、B3+加入量的终浓度分别是20-40mg/L、0.3-1.0mg/L、0.05-0.15mg/L，最佳是30mg/L、0.5mg/L、0.1mg/L。
所述驯化后打入至厌氧反应器中的微生物污泥体积约为厌氧反应器体积的1/800-1/1000；
所述厌氧反应器出水是自流进入微生物驯化培养箱，营养元素溶液、调节pH所需酸碱溶液均是单独的加药桶，均是通过计量泵打入微生物驯化培养箱；
所述微生物驯化培养箱温度为30-35℃，搅拌速率为30r/min；
所述微生物驯化培养箱具有液位控制、搅拌、营养元素添加、pH值调节、控温、排气(驯化培养箱中有一个安全排气阀，当箱体压力超过一定值后，安全阀就会打开)等功能。
所述微生物驯化培养箱可以是一个体积较大的培养箱或多个体积相对较小的培养箱组成。
所述微生物驯化培养箱是自动运行，其流程为进水、搅拌、加入营养元素、调节pH值、培养3-5d、打入厌氧反应器，依次循环进行。
所述利用沼气除杂、利用系统的流程是将厌氧反应器所产沼气脱CO2和H2S、脱水、进沼气储罐、经增压风机，然后，一部分沼气在厌氧反应器中经射流器曝气后进入厌氧反应器，另一部分进入锅炉燃烧；
具体处理步骤操作方法如下：
厌氧反应器产出的沼气依次经过用于脱CO2和H2S的脱C、S塔、用于脱水的脱水塔和沼气储罐；沼气储罐中的一部分沼气通过增压风机送进锅炉燃烧；另一部分沼气在厌氧反应器中经射流器曝气后，进入厌氧反应器，达到气液混合搅拌、降低厌氧反应器中CO2浓度目的。
污泥钙化主要是由碳酸钙引起的，碳酸根主要来自于CO2，CO2浓度降低后，其钙化症状就减轻了；
微生物驯化系统会不断地向厌氧反应器中增加新的微生物污泥，增加了污泥更新频率，故能延缓污泥老化。
所述用于脱CO2和H2S的脱C、S塔是通过质量分数为10％的NaOH溶液吸收同时去除CO2和H2S，采用的设备为喷淋塔，其CO2脱除率＞95.0％，H2S脱除率＞99.9％，脱除后溶液pH值不低于10.0；
所述脱CO2和H2S后的NaOH溶液可以作为微生物除臭系统碱洗溶液重复使用；
所述用于沼气脱水的脱水塔是通过离心力、填料作用下进行气水分离，其脱水率＞90.0％；
所述沼气储罐采用双膜恒压式气柜，压力为0.01MPa；
所述增压风机与沼气储罐连接，增压风机将沼气送至锅炉和厌氧反应器内的射流器，增压风机的工作压力为0.02MPa；
所述增压风机与厌氧反应器通过布气器连接，布气器分出的支管在厌氧反应器内部、均与射流器连接，厌氧反应器内的射流器一般有40-50个；
所述射流器相当于三通配件，连接在厌氧反应器内布水器布水支管上，一边接厌氧回流泵出水，另一边接沼气，两者混合后进入厌氧反应器中。混合时，控制气液比不小于4：1(体积比)，气液体积比优选为4：1-6：1；
所述增压风机将沼气送至厌氧反应器内布水器布水支管通过射流器进行气液搅拌。
所述沼气与厌氧回流泵出水混合方式为射流式混合，混合点在厌氧反应器回流泵布水支管出口，其气液比不小于4：1(体积比)；
经本发明的一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法处理后，所述沼气储罐沼气中甲烷浓度＞90％；
所述厌氧反应器产生的沼气中CO2浓度低于15％，优选在11-13％。
所述厌氧反应器内布气管上均设置有止回阀、调节阀；
所述气液搅拌是指沼气和厌氧反应器回流泵布水支管的出水通过射流器进行混合，达到气液搅拌的目的。
本申请文件中记载的气体浓度均指体积百分比浓度。
与现有技术相比，本发明的一种提高制药废水处理工艺中厌氧反应器处理效率的方法及装置具有如下优点：
1、厌氧活性污泥活性大幅增加
由于微生物驯化系统的进水为厌氧反应器出水，在这样极其良好的条件下，其驯化培养出来的优势菌种具有较好的活性及降解原有厌氧反应器出水中难降解COD的能力，同时驯化培养后的污泥加入到厌氧反应器中，延缓了厌氧颗粒污泥老化，进一步提高整体污泥的活性，提升了厌氧反应器的COD去除率和产甲烷量。
2、沼气中甲烷浓度大幅提升
沼气经过脱CO2和H2S后，其甲烷的浓度从60％左右提升至90％以上，沼气体积减少约1/3，减少了后续沼气储罐体积,增加了沼气锅炉燃烧效率，有利于锅炉长期稳定运行。
3、COD去除率和产甲烷量大幅提升
在原有内循环的基础上，利用脱CO2和H2S、脱水后的沼气进行气液搅拌，厌氧污泥颗粒与废水混合更均匀，其处理废水的效果更好，同时脱CO2后的沼气进入厌氧反应器后，加速了厌氧反应器内新产生的沼气的脱离，降低了整个厌氧系统二氧化碳的浓度，进一步提升了产甲烷菌的活性和降低了污泥钙化的可能性，提升厌氧反应器的COD去除率和产甲烷量。
4、脱CO2和H2S的吸收液可以重复利用
在微生物处理高浓度制药有机废水过程中，都会配套有除臭系统，除臭系统包含酸洗、碱洗、水洗、生物滤池等步骤，而脱CO2和H2S后的吸收液主要成分为碳酸钠，可以作为碱洗溶液继续吸收臭气中的H2S。
（发明人：杜颖;李茂英;彭秋菊;卢琼;郑元锋;李笛;李仲盛;王灵丹）