一种处理丙烯酸废水的装置和方法.pdf

一种处理丙烯酸废水的装置，为浸没式厌氧膜生物反应器：铁碳微电解装置设有进水口，铁碳微电解装置内填充铁碳填料，铁碳微电解装置的底部设有气体分配层，该气体分配层中设有曝气装置，该曝气装置连接空气泵；铁碳微电解装置的出水连接调节池，调节池内设有搅拌装置，调节池的出水连接厌氧膜生物反应器的进水口；厌氧膜生物反应器内填有厌氧组合填料，厌氧膜生物反应器内下部设有厌氧反应器曝气装置，厌氧反应器曝气装置通过沼气循环泵连接厌氧膜生物反应器顶端的沼气出口，厌氧反应器曝气装置的上方设有板式膜组件；该板式膜组件的出水口分别连接膜清洗管道和出水泵；进水泵和出水泵电连接控制系统。本发明还公开了处理高浓度丙烯酸废水的方法。

权利要求书
1.  一种浸没式厌氧膜生物反应器，包括：
一铁碳微电解装置，设有一进水口，铁碳微电解装置内部填充有铁碳 填料，铁碳微电解装置的底部设有一气体分配层，在该气体分配层中设有 曝气装置，该曝气装置连接一空气泵；
铁碳微电解装置的出水连接调节池，调节池内设有搅拌装置，调节池 的出水通过进水泵连接厌氧膜生物反应器的进水口；
厌氧膜生物反应器内填充有厌氧组合填料，厌氧膜生物反应器内的下 部设有厌氧反应器曝气装置，该厌氧反应器曝气装置通过一沼气循环泵连 接厌氧膜生物反应器顶端的沼气出口，厌氧反应器曝气装置的上方设有板 式膜组件；该板式膜组件的出水口分别连接一膜清洗管道和一出水泵；
进水泵和出水泵电连接一控制系统。

2.  根据权利要求1所述的浸没式厌氧膜生物反应器，其中，铁碳填 料中的碳为填量总重量的10％-30％、铁为填料总重量的60％-80％，铁碳 填料的装填量为1-2kg/L。

3.  根据权利要求1所述的浸没式厌氧膜生物反应器，其中，厌氧组 合填料为高密度聚乙烯，由外径为15-30mm鲍尔环和蜂窝状的大颗粒填 料和粒径为1-4mm颗粒状的小颗粒填料组成，大颗粒填料装填量为 10-20g/L，小颗粒填料的装填量为5-10g/L。

4.  根据权利要求1所述的浸没式厌氧膜生物反应器，其中，板式膜 组件的出水口与出水泵之间设有出水阀门和压力表。

5.  根据权利要求1所述的浸没式厌氧膜生物反应器，其中，板式膜 组件的出水口与膜清洗管道之间设有清洗阀门。

6.  根据权利要求1所述的浸没式厌氧膜生物反应器，其中，沼气出 口通过排气阀连接一气体流量计。

7.  利用权利要求1所述浸没式厌氧膜生物反应器处理丙烯酸废水的 方法：
1)将废水引入铁碳微电解装置内进行预处理，利用空气曝气使废水 呈沸腾态，降低废水的COD及甲醛浓度；
2)在调节池内调节废水pH，静置沉淀，去除废水中的Fe3+及可被吸 附的污染物；
3)上清液用生活污水稀释，用氮盐和磷盐调节COD:TN:TP为 150-300:3-10:1；
4)调节后废水进入厌氧膜生物反应器内，控制液位高于板式膜组件， 温度控制在30-35℃，采用沼气循环对膜表面进行曝气冲刷，在沼气循环 的作用下，厌氧组合填料与废水混合；由大颗粒填料提供生物载体，提高 厌氧膜生物反应器内的生物量，由小颗粒填料减轻膜污染，维持稳定的膜 通量，从而去除废水中溶解性有机物和悬浮物质。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中，步骤1先调节丙烯酸废水的 pH至2-3，再引入铁碳微电解装置内。

9.  根据权利要求7所述的方法，其中，步骤2调节废水pH为6.5-8.0 之间。

10.  根据权利要求7所述的方法，其中，步骤3中的氮盐为氯化铵或 尿素，磷盐为磷酸二氢钾或磷酸氢钾。

说明书一种处理丙烯酸废水的装置和方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体地涉及一种用于处理高浓度丙烯 酸废水的装置。
本发明还涉及利用上述装置处理高浓度丙烯酸废水的方法。
背景技术
在丙烯酸及其酯类生产过程中会产生大量高浓度有机废水，其有机物 浓度高、成分复杂，有显著微生物毒性，如果直接排放会造成严重污染。
目前，高浓度丙烯酸废水的处理方法主要有焚烧法、湿式催化氧化法 和生化法。其中，焚烧法处理丙烯酸废水时能耗成本较高且有二次污染； 湿式催化氧化法对反应器材质具有极高的耐高温、高压及耐腐蚀等要求， 运行成本高。丙烯酸废水生化处理，尤其是厌氧生物处理法，是近年逐步 发展起来的低耗、低运行成本的处理技术，但同时也面临稳定性和可靠性 方面的问题，针对这方面的技术创新和改进是目前处理该类废水的主要发 展方向。
专利号CN 102491582 A公开了一种高浓度含醛丙烯酸废水的综合 处理方法，通过脱醛反应降低丙烯酸废水的生物毒性，采用厌氧-好氧联用 生物法作为主体处理工艺，但出水仅仅达到国家《污水综合排放标准》 (GB8978-1996)三级排放标准，而且工艺复杂，抗冲击负荷能力有限。
专利号CN 202576164 U公开了一种丙烯酸及含酯废水处理系统，该 系统包括多级MBR过滤装置、臭氧混合装置、活性炭过滤装置等，所使 用的过滤膜组件为中空纤维膜组件，其抗污染能力弱，且膜清洗麻烦，控 制复杂。
专利号CN 101781059 A公开了一种浸没式厌氧膜生物反应器，该装 置的膜组件与主反应区分离设置，抗污染能力不强，而且不适合处理毒性 较大的高浓度废水。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理高浓度丙烯酸废水的装置。
本发明的又一目的是提供一种利用上述装置处理高浓度丙烯酸废水 的方法。
为实现上述目的，本发明提供的用于处理高浓度丙烯酸废水的装置是 浸没式厌氧膜生物反应器，包括：
一铁碳微电解装置，设有一进水口，铁碳微电解装置内部填充有铁碳 填料，铁碳微电解装置的底部设有一气体分配层，在该气体分配层中设有 曝气装置，该曝气装置连接一空气泵；
铁碳微电解装置的出水连接调节池，调节池内设有搅拌装置，调节池 的出水通过进水泵连接厌氧膜生物反应器的进水口；
厌氧膜生物反应器内填充有厌氧组合填料，厌氧膜生物反应器内的下 部设有厌氧反应器曝气装置，该厌氧反应器曝气装置通过一沼气循环泵连 接厌氧膜生物反应器顶端的沼气出口，厌氧反应器曝气装置的上方设有板 式膜组件；该板式膜组件的出水口分别连接一膜清洗管道和一出水泵；
进水泵和出水泵电连接一控制系统。
所述的浸没式厌氧膜生物反应器中，铁碳填料中的碳为填料总重量的 10％-30％、铁为填料总重量的60％-80％，铁碳填料的装填量为1-2kg/L。
所述的浸没式厌氧膜生物反应器中，厌氧组合填料为高密度聚乙烯， 是由外径为15-30mm鲍尔环和蜂窝状的大颗粒填料和粒径为1-4mm颗粒 状的小颗粒填料组成，大颗粒填料装填量为10-20g/L，小颗粒填料的装填 量为5-10g/L。
所述的浸没式厌氧膜生物反应器中，板式膜组件的出水口与出水泵之 间设有出水阀门和压力表。
所述的浸没式厌氧膜生物反应器中，板式膜组件的出水口与膜清洗管 道之间设有清洗阀门。
所述的浸没式厌氧膜生物反应器中，沼气出口通过排气阀连接一气体 流量计。
本发明提供的利用上述浸没式厌氧膜生物反应器处理丙烯酸废水的 方法：
1)将废水引入铁碳微电解装置内进行预处理，利用空气曝气使废水 呈沸腾态，降低废水的COD及甲醛浓度；
2)在调节池内调节废水pH，静置沉淀，去除废水中的Fe3+及可被吸 附的污染物；
3)上清液用生活污水稀释，用氮盐和磷盐调节COD:TN:TP为 150-300:3-10:1；
4)调节后废水进入厌氧膜生物反应器内，控制液位高于板式膜组件， 温度控制在30-35℃，采用沼气循环对膜表面进行曝气冲刷，在沼气循环 的作用下，厌氧组合填料与废水混合；由大颗粒填料提供生物载体，提高 厌氧膜生物反应器内的生物量，由小颗粒填料减轻膜污染，维持稳定的膜 通量，从而去除废水中溶解性有机物和悬浮物质。
所述的方法中，步骤1先调节丙烯酸废水的pH至2-3，再引入铁碳微 电解装置内。
所述的方法中，步骤2调节废水pH为6.5-8.0之间。
所述的方法中，步骤3中的氮盐为氯化铵或尿素，磷盐为磷酸二氢钾 或磷酸氢钾。
本发明的有益效果是：
可有效治理高浓度丙烯酸废水，铁碳微电解预处理对甲醛去除率在 30％-40％之间，对COD去除率＞40％；SAnMBR对COD的去除率≥98％， 对甲醛去除率≥95％。经过上述过程处理后的出水CODCr在100-180mg/L 之间，甲醛浓度≤1mg/L，pH为7-8，出水COD达到《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996)二级排放标准。同时投入厌氧组合填料能减缓膜表面污 染，维持了正常的膜通量，膜清洗方便。
附图说明：
图1是本发明的装置示意图：
其中：
1铁碳微电解装置，2铁碳填料，3气体分配层，4曝气装置，5进水 口，6空气泵，7空气，8调节池，9搅拌装置，10进水泵，11控制系统， 12出水泵，13压力表，14出水阀门，15清洗阀门，16厌氧膜生物反应器， 17进水口，18出水口，19小颗粒填料，20大颗粒填料，21板式膜组件， 22厌氧膜生物反应器曝气装置，23沼气出口，24排气阀，25气体流量计， 26沼气循环泵，27膜清洗管道，28出水。
具体实施方式
本发明是为了解决公知技术中生化法处理丙烯酸废水时碰到的抗冲 击负荷能力低、污染物去除不稳定、抗污染能力不强、膜组件清洗麻烦等 问题，而提出了一种用于处理高浓度丙烯酸废水的浸没式厌氧板式膜生物 反应器及处理方法。
本发明所指的高浓度丙烯酸废水，按本领域公认是指CODCr浓度为 10000-40000mg/L，甲醛浓度为10000-25000mg/L。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不限制本 发明的保护范围。
请参阅图1。本发明的浸没式厌氧膜生物反应器，主要包括：
一铁碳微电解装置1，设有一进水口5，铁碳微电解装置1的内部填 充有铁碳填料2，铁碳填料中的碳为填料总重量的10％-30％、铁为填料总 重量的60％-80％，铁碳填料的装填量为1-2kg/L。铁碳微电解装置的底部 设有一气体分配层3，在该气体分配层3中设有曝气装置4，该曝气装置4 连接一空气泵6，将空气7导入曝气装置4。
铁碳微电解装置1的出水连接调节池8，调节池8内设有搅拌装置9， 调节池8的出水通过进水泵10连接厌氧膜生物反应器(以下简称 SAnMBR)16的进水口17。
SAnMBR内填充有厌氧组合填料，厌氧组合填料为高密度聚乙烯，是 由外径为15-30mm鲍尔环和蜂窝状的大颗粒填料20和粒径为1-4mm颗粒 状的小颗粒填料19组成，大颗粒填料装填量为10-20g/L，小颗粒填料的 装填量为5-10g/L。SAnMBR内的下部设有厌氧反应器曝气装置22，该厌 氧反应器曝气装置22通过一沼气循环泵26连接厌氧膜生物反应器16顶 端的沼气出口23，沼气出口23通过排气阀24连接一气体流量计25， SAnMBR的沼气出口23的一部分经气体流量计25外排，另一部分经沼气 循环泵26与厌氧膜生物反应器16的进气口联通。
厌氧反应器曝气装置22的上方设有板式膜组件21；该板式膜组件21 的出水口18分别连接一膜清洗管道27和一出水泵12，处理达标的出水 28流出水泵12排出。板式膜组件21的出水口18与膜清洗管道27之间设 有清洗阀门15，与出水泵12之间设有出水阀门14和压力表13。本发明 的板式膜组件采用板式MBR(膜生物反应器)膜组件，孔径≤0.4μm，膜 间距6-8mm。
上述装置中的进水泵10和出水泵12电连接一控制系统11，由控制系 统11控制进水泵和出水泵的启动及停止。
本发明利用上述浸没式厌氧膜生物反应器处理高浓度丙烯酸废水的方 法，具体步骤为：
1)先调节丙烯酸废水的pH至2-3，再将废水引入铁碳微电解装置内 进行预处理，利用空气曝气使废水呈沸腾态；反应时间为2-4h。反应液的 pH会随着反应的进行而不断上升，最终稳定在5-6之间。铁碳微电解装置 的主要作用是利用铁碳微电解工艺降低废水的COD及甲醛等小分子有毒 有机物浓度。
2)步骤1处理后，调节混合液pH为6.5-8.0之间，静置沉淀0.5-1h 后取上清液。调节池的作用是采用混凝沉淀法去除反应液中的Fe3+及一些 可被吸附的污染物。
3)经过步骤2处理后的上清液用生活污水稀释，稀释比例为1体积 废水与2-10倍体积的生活污水混合，调节此混合液pH为7-8，使用氮盐 和磷盐调节混合液COD(化学需氧量):TN(总氮):TP(总磷)为 150-300:3-10:1。将调配好的进水通过水泵提升至SAnMBR内，在控制系 统的控制下，液位稳定在膜组件上方30-100cm的高度；温度控制在 30-35℃；出水抽/停时间为5-8min/2min；水力停留时间控制在36h-72h。 此单元将生物降解与膜分离作用集于一体，主要是进一步去除废水中溶解 性有机物和悬浮物质。
4)SAnMBR采用沼气循环对膜表面进行曝气冲刷，曝气强度为 12-80L/(m2·min)。在SAnMBR内加入厌氧组合填料，在沼气循环的作用下， 厌氧组合填料与污泥混合液完全混合，大颗粒填料(鲍尔环和蜂窝状填料) 的作用是提供生物载体，提高反应器内的生物量；颗粒状的小颗粒填料在 曝气作用下可进入膜片间隙，与膜表面撞击，减缓膜污染，维持稳定的膜 通量。
实施例
1)采用的高浓度丙烯酸废水的CODCr浓度为24000mg/L，甲醛浓度 为14000mg/L，pH为2.18。先用氢氧化钠溶液调节丙烯酸废水的pH至 3.0，再将此废水引入铁碳微电解装置内进行预处理，所用铁碳填料的碳浓 度为15％、铁浓度为75％，铁碳填料的装填量为1.5kg/L；在填料塔底部 装有曝气装置，利用空气曝气使废水呈沸腾态；反应时间为3h。反应液的 pH会随着反应的进行而不断上升，最终为5.5。
2)取步骤1处理后的出水，加氢氧化钠溶液调节pH至7.5，静置沉 淀1h后取上清液。
3)经过步骤2处理后的上清液用生活污水稀释，稀释比例为1体积 废水与3体积生活污水混合，用无水碳酸钠调节此混合液pH为7.8，使用 氯化铵和磷酸二氢钾调节混合液COD:TN:TP为200:5:1。将调配好的进水 通过水泵提升至SAnMBR内，在控制系统的操控下，液位稳定在膜组件 上方40cm的高度；温度控制在35℃；出水抽/停时间为5min/2min；水力 停留时间控制在60h。
4)SAnMBR内使用板式MBR膜组件，孔径为0.1μm；采用沼气循环 对膜表面进行曝气冲刷，曝气强度为60L/(m2·min)；在SAnMBR内加入厌 氧组合填料，该组合填料由大小两类填料组成，大填料为蜂窝状(外径为 25mm，在反应器内的填充量为10g/L)，小填料为颗粒形状(粒径为2.5mm， 在反应器内填充量为10g/L)，材质均为高密度聚乙烯。
上述处理方法中，铁碳微电解预处理对甲醛去除率在30％之间，对 COD去除率为40％；SAnMBR对COD的去除率为98％，对甲醛去除率 为95％。经过上述过程处理后的出水CODCr约120mg/L，达到《污水综合 排放标准》(GB 8978-1996)二级排放标准，甲醛浓度约0.68mg/L，pH约 7.5，处理成本为25元/m3左右。
本发明的SAnMBR在线膜清洗主要步骤是：先关闭SAnMBR内进水、 沼气回流和出水泵，以0.4％-0.6％的NaClO溶液作为清洗剂，将膜清洗液 通过清洗管道输入板式膜内部，浸泡1-3h。