公布日：2023.10.10
申请日：2023.06.13
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/56(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F3/34(2023.01)N;C02F3/28(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F1/
24(2023.01)N;C02F103/32(2006.01)N
摘要
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种咖啡初加工废水处理方法和系统。该方法包括依次进行的一次混凝沉淀、生化反应和污泥沉淀步骤，生化反应步骤至少包括厌氧阶段，厌氧阶段至少包括在厌氧反应器内投加甲烷菌强化剂用于在反应器初始阶段对甲烷菌进行增殖和定向强化的步骤；所述甲烷菌强化剂包括微生物生长倍增剂和/或导电材料；在污泥沉淀步骤后还包括投加混凝剂的二次混凝沉淀步骤。该方法能够提高厌氧消化和产甲烷的效率，改善出水水质，使得出水达到《污水综合排放标准》(GB8978‑1996)一级标准，出水可直接外排。
权利要求书
1.一种咖啡初加工废水处理方法，包括依次进行的一次混凝沉淀、生化反应和污泥沉淀步骤，其特征在于，所述生化反应步骤至少包括厌氧阶段，所述厌氧阶段至少包括在厌氧反应器内投加甲烷菌强化剂用于在反应器初始阶段对甲烷菌进行增殖和定向强化的步骤；所述甲烷菌强化剂包括微生物生长倍增剂和/或导电材料；在污泥沉淀步骤后还包括投加混凝剂的二次混凝沉淀步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物生长倍增剂包括酶、氨基酸、多糖、信号分子和微量元素，投加量为20-5000mg/L；和/或，所述导电材料选自铁系材料、热解碳质材料和磁铁矿碳布中任一种或几种的组合；优选的，所述铁系材料选自零价铁、四氧化三铁中任一种或几种，投加量为5-50mM；优选的，所述热解碳质材料选自活性炭、生物炭中任一种或几种，投加量为5-25g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述二次混凝沉淀步骤为：污泥沉淀步骤得到的污水在多相反应器中投加的混凝剂的作用下进行多相反应、絮凝，然后在滤料条件下过滤得到的出水外排；优选的，所述混凝剂选自PAC、三氯化铁和PAM中的任一种或几种；优选的，所述滤料选自石英砂、无烟煤和活性炭中任一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述一次混凝沉淀步骤包括对咖啡初加工废水依次进行初步固液分离、浮渣过滤+沉渣过滤+曝气、絮凝+气浮，以及均质反应阶段；所述絮凝+气浮阶段为：在投加絮凝剂条件下对曝气后的咖啡废水进行气浮；所述絮凝剂选自聚合氯化铝、三氯化铁和PAM中任一种或几种；所述均质反应阶段为：对气浮后的咖啡废水调节pH为6.0～9.0，并加热至35-37℃；优选的，pH为6.0～8.0，更优选的pH为6.8～7.2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括将所述厌氧反应阶段产生的甲烷经热电联产系统产生热和电步骤，热用于均质池加热咖啡废水，电用于污水处理装置用电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述生化反应步骤包括依次进行的厌氧阶段、缺氧阶段和好氧阶段，所述一次混凝沉淀步骤的出水进行厌氧阶段；好氧阶段的出水进行污泥沉淀分离为污泥和污水；所述厌氧反应器为高效厌氧反应器。
7.一种咖啡初加工废水处理系统，其特征在于，用于实施权利要求1-6任一项所述的方法，包括依次连接的一次混凝沉淀段、生化反应段、污泥沉淀段和二次混凝段；所述生化反应段至少包括厌氧反应器，所述厌氧反应器连接有甲烷菌强化剂投加装置。
8.根据权利7所述的系统，其特征在于，所述一次混凝沉淀段包括依次连接的格栅、调节池、气浮池和均质池，所述均质池与所述厌氧池连接；所述调节池为三级调节池，包括依次连接的漂浮物去除池、沉淀物去除池和曝气池；和/或，所述二次混凝段为多相反应过滤段，包括集成了过滤器的多相反应器，所述多相反应器内添加有混凝剂，所述过滤器内具有滤料。
9.根据权利8所述的系统，其特征在于，还包括热电联产系统，所述厌氧池产生的甲烷供给至所述热电联产系统，所述热电联产系统产生的热量用于加热所均质池内咖啡废水。
10.根据权利7-9任一项所述的系统，其特征在于，所述生化反应段包括依次连接的高效厌氧反应器、缺氧池和好氧池；所述污泥沉淀段包括沉淀池，所述沉淀池分别与所述好氧池和二次混凝段连接。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中处理咖啡废水时甲烷产生效率和厌氧消化效率较低，出水水质无法达标的缺陷，从而提供一种咖啡初加工废水处理方法和系统。
本发明的技术方案：
一种咖啡初加工废水处理方法，包括依次进行的一次混凝沉淀、生化反应和污泥沉淀步骤，所述生化反应步骤至少包括厌氧阶段，所述厌氧阶段至少包括在厌氧反应器内投加甲烷菌强化剂用于在反应器初始阶段对甲烷菌进行增殖和定向强化的步骤；
所述甲烷菌强化剂包括微生物生长倍增剂和/或导电材料；
在污泥沉淀步骤后还包括投加混凝剂的二次混凝沉淀步骤。
所述微生物生长倍增剂包括酶、氨基酸、多糖、信号分子和微量元素，投加量为20-5000mg/L。
和/或，所述导电材料选自铁系材料、热解碳质材料和磁铁矿碳布中任一种或几种的组合；
优选的，所述铁系材料选自零价铁、四氧化三铁中任一种或几种，投加量为5-50mM；
优选的，所述热解碳质材料选自活性炭、生物炭中任一种或几种，投加量为5-25g/L。
所述二次混凝沉淀步骤为：污泥沉淀步骤得到的污水在多相反应器中投加的混凝剂的作用下进行多相反应、絮凝，然后在滤料条件下过滤得到的出水外排；
优选的，所述混凝剂选自PAC、三氯化铁和PAM中的任一种或几种；
优选的，所述滤料选自石英砂、无烟煤和活性炭中任一种或几种。
所述一次混凝沉淀步骤包括对咖啡初加工废水依次进行初步固液分离、浮渣过滤+沉渣过滤+曝气、絮凝+气浮，以及均质反应阶段；
所述絮凝+气浮阶段为：在投加絮凝剂条件下对曝气后的咖啡废水进行气浮；所述絮凝剂选自聚合氯化铝、三氯化铁和PAM中任一种或几种；所述均质反应阶段为：对气浮后的咖啡废水调节pH为6.0～9.0，并加热至35-37℃；优选的，pH为6.0～8.0，更优选的pH为6.8～7.2。
还包括将所述厌氧反应阶段产生的甲烷经热电联产系统产生热和电步骤，热用于均质池加热咖啡废水，电用于污水处理装置用电。
所述生化反应步骤包括依次进行的厌氧阶段、缺氧阶段和好氧阶段，所述一次混凝沉淀步骤的出水进行厌氧阶段；好氧阶段的出水进行污泥沉淀分离为污泥和污水。
所述厌氧反应器为高效厌氧反应器。
一种咖啡初加工废水处理系统，用于实施所述的方法，包括依次连接的一次混凝沉淀段、生化反应段、污泥沉淀段和二次混凝段；
所述生化反应段至少包括厌氧反应器，所述厌氧反应器连接有甲烷菌强化剂投加装置。
所述一次混凝沉淀段包括依次连接的格栅、调节池、气浮池和均质池，所述均质池与所述厌氧池连接；所述调节池为三级调节池，包括依次连接的漂浮物去除池、沉淀物去除池和曝气池；
和/或，所述二次混凝段为多相反应过滤段，包括集成了过滤器的多相反应器，所述多相反应器内添加有混凝剂，所述过滤器内具有滤料。
还包括热电联产系统，所述厌氧池产生的甲烷供给至所述热电联产系统，所述热电联产系统产生的热量用于加热所均质池内咖啡废水。
所述生化反应段包括依次连接的高效厌氧反应器、缺氧池和好氧池；
所述污泥沉淀段包括沉淀池，所述沉淀池分别与所述好氧池和二次混凝段连接。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种咖啡初加工废水处理方法，厌氧阶段在厌氧反应器内投加甲烷菌强化剂用于在反应器初始阶段对甲烷菌进行增殖和定向强化，从而提高厌氧消化和产甲烷的效率。所述甲烷菌强化剂包括微生物生长倍增剂和/或导电材料，其中微生物生长倍增剂用于加速微生物的生长繁殖，提升厌氧反应的处理效率；导电材料促进微生物之间直接的电子传递，提高甲烷产生效率。在此基础上，二次混凝沉淀步骤通过投加混凝剂进一步去除生化出水中的有机物、胶体和悬浮颗粒物，改善出水水质，使得出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准，出水可直接外排。
2.本发明的方法进一步优化微生物生长倍增剂和导电材料的组成和投加量，以进一步提高厌氧效果效率。
3.本发明的方法进一步优化二次混凝沉淀步骤，其在多相反应器中进行，通过多相反应器有效的消减生化段出水中的有机物。该多相反应器突破传统的化学沉淀、结晶等溶液化学反应，通过可在反应器中实现微尺度异相涡旋流态的多介质反应球混合元件，强化了反应器内的微流态过程，大幅提高混凝剂与污水中污染物反应、混合、沉淀、聚集等过程，从而显著提高均相反应与非均相聚集效果，具有反应速率快、污染物除去率高且药剂投加量低等优势。
同时该多相反应器还集成了“过滤器”工艺，从而通过投加混凝剂与滤料的过滤和吸附作用，去除有机物、胶体和悬浮颗粒物。
4.本发明的方法进一步优化一次混凝沉淀步骤，使果胶部分除去，保留部分果胶进入厌氧阶段被降解，以产生更多的甲烷气体。具体的，一次混凝沉淀步骤将过滤后的咖啡污水在气浮过程中通过投加絮凝剂除去部分果胶，在均质阶段通过添加CaO或Ca(OH)2等碱性药剂调节pH的同时将部分果胶沉淀下来，但沉淀随污水进入厌氧反应器通过微生物的水解酸化和产甲烷两阶段实现降解。
通过均质阶段对废水进行加热，保证厌氧反应器内的温度维持在37℃，进而提升厌氧反应器对污染物的去除效率，降低后续生化工艺的污染物负荷。
5.本发明的方法，厌氧阶段产生的甲烷经热电联产系统产生热，并用于均质池加热咖啡废水，保证厌氧反应器内的温度稳定在37℃；产生的电可满足部分污水处理装置的用电需求，降低系统能耗。
6.该方法结合咖啡加工产业特点，在保证出水稳定达标的前提下，最大限度地降低废水处理投资和运行成本。从而，所述的咖啡初加工废水处理方法能够较为稳定的实现咖啡废水的达标排放，整理处理流程简单，可操作性强，投资少，占地面积小，能够从根本上实现对咖啡废水处理的达标排放。
（发明人：王晋虎;董立户;任文春;赵司南;马曰娜）
