申请日2016.05.16
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F9/14; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置及方法，属于废水处理领域。它包括厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB池和稳定区，其中，厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB器和稳定区依次连接，稳定区的出水进入二次处理，厌氧水解UASB器的出水端与进水端连接。厌氧UASB池包括厌氧UASB池I和厌氧UASB池II，印染退浆废水PVA分别同时流入厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的入口，厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出口均与混合区的入口连接。厌氧UASB池内设有颗粒污泥，厌氧UASB池的出水端与进水端连接。它的能耗低、投资和运行成本低，抗冲击负荷能力强。
权利要求书
1.一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，其特征在于，包括厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB池和稳定区，其中，厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB器和稳定区依次连接，稳定区的出水进入二次处理，厌氧水解UASB器的出水端与进水端连接。
2.根据权利要求1所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，其特征在于，厌氧UASB池包括厌氧UASB池I和厌氧UASB池II，印染退浆废水PVA分别同时流入厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的入口，厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出口均与混合区的入口连接。
3.根据权利要求1所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，其特征在于，厌氧UASB池内设有颗粒污泥。
4.根据权利要求3所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，其特征在于，厌氧UASB池的出水端与进水端连接。
5.根据权利要求3所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，其特征在于，厌氧水解UASB反应器内设有絮状污泥。
6.一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其特征在于：
A、待处理的印染退浆废水流入并联的厌氧UASB池I和厌氧UASB池II内;
B、一部分废水从厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出水端进入混合区;另一部分废水从厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出水端回流至进水端，回流比为25～40%;
C、厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的两股出水在混合区混合均匀;
D、混合区出水自流进入厌氧水解UASB反应器;厌氧水解UASB反应器中的絮状污泥进行PVA特效降解菌的驯化和富集，强化生物降解印染废水污染物PVA;
E、厌氧水解UASB反应器的一部分出水进入稳定区，另一部分出水回流至厌氧水解UASB反应器的进水端，回流比为15～20%;
F、稳定区出水进行二级处理。
7.根据权利要求6所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其特征在于，所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置内印染退浆废水水温为30℃～40℃，此温度下利于厌氧菌在中温消化条件下的富集。
8.根据权利要求6所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其特征在于，厌氧UASB池I和厌氧UASB池II并联运行，当实际水量小于设计水量60%时，只运行其中一组，另外一组继续进行微生物调控。
9.根据权利要求6或8所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其特征在于，颗粒污泥的MLSS浓度为3400～3600mg/L，种泥为黑色，平均粒径范围为：1～3mm。
10.根据权利要求6所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其特征在于，絮状污泥的MLSS浓度为2100～2300mg/L，平均粒径范围为：0.15～0.35mm。
说明书
一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置及方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置及方法。
技术背景
我国纺织工业产业链完整、种类齐全，是我国的优势支柱产业、重要民生产业和国际竞争优势明显产业，在国民经济发展中占有重要的地位。我国棉纱、棉布、呢绒、丝织品、化纤、服装等产量均居世界第一。纺织行业的快速发展，使得浆料使用种类丰富，主要包括淀粉、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸(酯)三大类。而我国消耗的浆料中，淀粉(变性淀粉与原淀粉)占60%，PVA占30%，丙烯酸类和其它浆料约占10%。目前国内外PVA聚合度在200-4000之间，由于PVA带有很多羟基，是一种亲水性的高分子化合物，易溶于水。PVA的可生化性极低，BOD5/CODCr值小于0.01，处理难度大，PVA已经成为我国是印染废水处理的难点，对环境造成严重的污染。
国内外对含PVA废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滤盐析、氧化剂氧化、光催化氧化等技术，该类技术投资大，运行成本高，操作管理复杂，尤其后续二级生化处理影响大。生化法主要有厌氧法、活性污泥法等，该类技术具有处理效果稳定性差、PVA去除效率不高、难以形成专一的PVA优势菌群。随着生物技术的发展，分离高效PVA降解菌和提取PVA降解酶的生物强化技术成为研究的热点，但要靠单一微生物实现对PVA的彻底降解是非常困难的，而PVA降解酶由于产生菌种类不多，培养周期长、酶活低，加上降解酶纯化难，所以仍少有关于PVA降解酶在实际生产上运用的报道。为了符合印染行业日益严格的排放标准和节能要求，厌氧处理不失为最适宜的方法。厌氧微生物对高浓度、抑制性有机物和其他不利条件具有很强的耐受能力。S.Matsumura等人对PVA在厌氧条件下的可生化性进行了详细的研究，经过四个月的培养和驯化，60%的PVA可以通过厌氧处理被生物降解。但S.Gartiser等的研究发现，PVA在经过77天厌氧处理后降解率只0%～12%。LiuRongrong等利用HABR装置处理含PVA的退浆废水，在最佳工况下，PVA去除率也仅有18%。
1936年，NordFF发现了第一种可以降解PVA的微生物Fusariumlini。1973年，SuzukiT等又发现了能以PVA为唯一碳源的Pseudomonas属细菌。此后，PVA作为为数不多的几种可以被生物降解的高分子物质之一，它的降解研究越来越受到人们的关注，相继发现了许多其他的可降解PVA的微生物，它们包括Pseudomonas，Alcaligenes和Bacillus等。可降解PVA的微生物，是因为它们含有PVA降解酶。李旭等总结了这些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浓度0.1%～0.5%时，可以在3～12d内将其降解90%以上。
可见，在自然环境中，并不缺乏对PVA高效降解的微生物，只是在实际废水处理过程中(如印染废水)，因其它污染物的干扰，无法稳定去除率，无法保证出水PVA浓度稳定，究其原因，还是因为系统的微生物菌群结构较差，PVA高效降解菌不能得到有效的富集，不能充分发挥其潜力。结合上述印染废水厌氧处理特点，有必要对处理工艺技术进行改进，使PVA高效降解菌得以富集，以适应高浓度PVA印染废水的处理。
中国发明专利，公开号：103740621A，公开日：2014-04-23，公开了一株可降解PVA的不动杆菌菌株，命名为不动杆菌Acinetobactersp.TD33，于2013年10月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO：M2013469，经发酵优化产PVA降解酶酶活力达到0.87U/ml。此菌株是从活性污泥中筛选得到，具有降解PVA1799的效果。该菌株能高效降解培养基及退浆污水中的PVA1799污染物组分。可以用于制备纺织等工业棉布退浆废水处理的微生物退浆菌剂，能够有效除去污染物PVA1799，既可以减少了环境污染又能降低污水处理成本。但是该方法对于实际印染退浆废水PVA处理效果、适应性、和处理成本均为涉及，难以解决实际问题。
中国发明专利，公开号：101531417，公开日：2009-09-16，公开了一种有机无机复合絮凝剂，其制备方法以及用于处理高浓度印染退浆废水的用途，涉及一种有机无机复合絮凝剂，该发明絮凝剂具有使用pH值范围广、浓度高、沉降速度快、使用方便等优点，其不足之处在于，后续二级生化处理影响大。中国发明专利，公开号：102757144A，公开日：2012-10-31，公开了一种聚乙烯醇退浆废水的光/电Fenton处理工艺，涉及一种聚乙烯醇废水的光/电Fenton处理工艺。中国发明专利，公开号：105174548A，公开日：2015-12-23，公开了一种含PVA退浆废水的处理方法，该发明处理含PVA纺织退浆废水，操作工艺简单，去除PVA速率快，PVA去除率高，但该方法投加硼砂，运行成本高。中国发明专利，公开号：103755050A，公开日：2014-04-30，公开了一种退浆废水膜法处理工艺，涉及退浆废水膜法处理工艺，属于水处理领域。该发明所述工艺可以对含有碱以及精炼剂和分散剂的退浆废水进行回用，不仅回用其中的水也实现了碱、精炼剂及分散剂的回用。但该方法采用膜处理投资大，运行成本高，需要清洗，且存在浓水二次污染问题。
综上所述，现有技术不足之处在于：(1)Fenton法、混凝法、膜法处理工艺等处理方法存在投资大，运行成本高，操作管理复杂的缺点。(2)传统印染退浆废水PVA生物处理效果稳定性差、PVA去除效率不高、难以形成专一的PVA优势菌群等问题。
中国发明专利，公开号：103819050A，公开日：2014-05-28，公开了一种高浓度含PVA退浆废水的处理方法和装置，包括废水调节池、混凝沉淀池、盐析池、高级氧化反应沉淀池、隔板式缺氧厌氧反应池、好氧池和二沉池;混凝沉淀池、盐析池和高级氧化反应沉淀池包括混合搅拌区和沉淀区，隔板式缺氧厌氧反应池包括通过挡流板分隔成的兼氧段、缺氧段和厌氧段;废水经调节池调节水量和pH值，然后进入混凝沉淀池与混凝剂混合反应，进入盐析池进行盐析反应，在高级氧化反应沉淀池里污染物被氧化分解，再进入隔板式缺氧厌氧反应池、好氧池进行缺氧、厌氧和好氧反应，经沉淀后达标排放;本发明结构简单，制造成本较低，具有非常好的处理效果。其不足之处在于，该方法采用的是物化的方法，投资大、工艺步骤复杂，投加药剂成本高，污泥产生量大、且药剂投加系统和测量系统操作管理复杂。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对现有技术中印染退浆废水PVA处理存在投资大的问题，本发明提出了一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置及方法。它投资小，对PVA进行强化降解，提高了PVA去除效率。
2、技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置，包括厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB池和稳定区，其中，厌氧UASB池、混合区、厌氧水解UASB器和稳定区依次连接，稳定区的出水进入二次处理，厌氧水解UASB器的出水端与进水端连接。
优选地，厌氧UASB池包括厌氧UASB池I和厌氧UASB池II，印染退浆废水PVA分别同时流入厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的入口，厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出口均与混合区的入口连接。
优选地，厌氧UASB池内设有颗粒污泥。
优选地，厌氧UASB池的出水端与进水端连接。
优选地，厌氧水解UASB反应器内设有絮状污泥。
一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的方法，其步骤为：
A、待处理的印染退浆废水流入并联的厌氧UASB池I和厌氧UASB池II内;厌氧UASB池I和厌氧UASB池II内的颗粒污泥处理PVA难降解有机物，提高B/C比，改善废水碳源品质;
B、一部分废水从厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出水端进入混合区;另一部分废水从厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的出水端回流至进水端，回流比为25～40%;根据进水端中PVA浓度高低确定回流比，如果进水PVA浓度越高，回流比取值越大;
C、混合区设置搅拌器，使得厌氧UASB池I和厌氧UASB池II的两股出水在混合区混合均匀;
D、混合区废水混合自流进入厌氧水解UASB反应器;厌氧水解UASB反应器中设有絮状污泥，絮状污泥在厌氧水解UASB反应器中进行PVA特效降解菌的驯化和富集，强化生物降解印染废水污染物PVA;
E、厌氧水解UASB反应器的一部分出水进入稳定区，另一部分出水回流至厌氧水解UASB反应器的进水端，回流比为15～20%;根据进水端中PVA浓度高低确定回流比，如果进水PVA浓度越高，回流比取值越大;
F、稳定区出水进行二级处理。
优选地，所述的一种强化生物降解预处理印染退浆废水PVA的装置内印染退浆废水水温30℃～40℃，ρ(PVA)/COD“富集系数”约0.04，此温度下利于厌氧菌在中温消化条件下的富集。
优选地，厌氧UASB池I和厌氧UASB池II并联运行，当实际水量小于设计水量60%时，只运行其中一组，另外一组继续进行微生物调控。
优选地，颗粒污泥的MLSS浓度为3400～3600mg/L，种泥为黑色，平均粒径范围为：1～3mm。采用该种颗粒污泥进行处理易于生物降解的有机物，将ρ(PVA)/COD“富集系数”从0.042提升到0.075，出水PVA浓度150～180mg/L，COD浓度1600～2300mg/L，提高废水碳源质量，B/C比提升至0.25～0.35。
优选地，絮状污泥的MLSS浓度为2100～2300mg/L，平均粒径范围为：0.15～0.35mm。
此工艺强化微生物对印染退浆废水PVA降解，具有适应性强、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)的特点，因此，能耗低、投资和运行成本低，操作简单、抗冲击负荷能力强。此外，通过强化微生物降解作用，显著削减毒性污染物(如偶氮染料及代谢产物芳胺化合物等)，降低废水排放的环境风险。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)克服了Fenton处理工艺、混凝法、膜法处理等物化处理方法的投资大，运行成本高，操作管理复杂的缺点，提供了一种强化生物处理印染退浆废水PVA的方法，具有能耗低、投资和运行成本低，操作简单、抗冲击负荷能力强;此外，通过强化微生物降解作用，显著削减毒性污染物(如偶氮染料及代谢产物芳胺化合物等)，降低废水排放的环境风险;
(2)克服了传统印染退浆废水PVA生物处理效果稳定性差、PVA去除效率不高、难以形成专一的PVA优势菌群等缺点;采用厌氧UASB反应器降低难降解有机物、改善废水可生化性和厌氧水解UASB反应器形成专性的微生物菌群结构，富集PVA特效降解菌群，从而对PVA进行强化降解，提高PVA去除效率;此工艺强化微生物对印染退浆废水PVA降解，具有适应性强、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)的特点;
(3)针对印染退浆废水具有PVA浓度高(PVA浓度≤210mg/L)、生物降解性差(B/C≤0.09)、有机物浓度高(COD≤5000mg/L)、碱性高(pH值7-9)的特点，采用强化生物降解工艺，形成专性的微生物菌群结构，富集PVA特效降解菌群，从而对PVA进行强化降解，提高PVA去除效率;克服了Fenton法、混凝法、膜法处理工艺等物化处理方法的投资大，运行成本高，操作管理复杂的缺点;
(4)针对传统印染退浆废水PVA生物处理效果稳定性差、PVA去除效率不高、难以形成专一的PVA优势菌群等问题，采用厌氧UASB反应器降低难降解有机物、改善废水可生化性和厌氧水解UASB反应器形成专性的微生物菌群结构，富集PVA特效降解菌群，从而对PVA进行强化降解，提高PVA去除效率;此外通过厌氧UASB反应器和厌氧水解UASB反应器的回流提高生物处理工艺的适应性、去除效率和可生化性改善;
(5)本发明采用生化方法，充分利用厌氧和水解专性菌对污染物的降解作用，处理效果好、投资和运行成本低、污泥产生量少。
