一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法
2023-05-28 21:07:51 2
一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法。酸性CMC冷凝液首先進入調節沉澱池進行水量、水質調節，然後進入中和池。在中和池內投加Na2CO3溶液使廢水的pH值穩定在6.5-7.5之間。廢水經UBF反應器厭氧淨化後流入BAF反應器，通過好氧生物膜淨化後達標排放或回用。本方法以UBF反應器內充填的聚氨酯基多孔旋轉球形填料和BAF反應器內充填的斜發沸石、生物陶粒為填料，分別培養馴化厭氧、好氧生物膜，利用生物膜上異養菌的代謝作用、過濾作用以及生物多級捕食作用，實現了CMC冷凝液的生物淨化。
【專利說明】一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於廢水處理領域，具體涉及一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法。【背景技術】
[0002]羧甲基纖維素(Carboxyl Methyl Cellulose,簡稱CMC),又名羧甲基纖維素鈉，是一種由天然高分子材料纖維素通過化學反應改性生產的、具有醚結構的物質，有「工業味精」之稱。廣泛用於食品、醫藥、牙膏、紡織等行業，市場銷量大，效益好。然而，目前國內廣泛採用以精緻棉短絨、氯乙酸、乙醇等為原料生產羧甲基纖維素鈉的工藝普遍存在著原料消耗大且利用率低的問題(特別是醚化劑氯乙酸的利用率很低，僅有50~60%得到利用)，未反應完的原料也進入生產廢水中；因此，產生的羧甲基纖維素鈉生產廢水既含有羥乙酸鈉、氯乙酸、乙醇、乙醇鈉等有機物，又含有纖維素、羧甲基纖維素鈉等高分子有機物，CODcr高達20000~25000mg/L，不含氮(N)、磷(P)等生物營養元素。
[0003]由於作為生產食品級羧甲基纖維素的工藝廢液中仍含有15-20%的羧甲基纖維素沒有回收(工業級CMC廢液中含有未回收的羧甲基纖維素含量較低，小於5%，回收價值較小)，將其蒸餾後，所得剩餘殘渣的主要成份為羧甲基纖維素，可用作水泥添加劑。目前，這種羧甲基纖維素水泥添加劑市場價格約為12000元/噸左右，利潤較高，需求量大，國內一些CMC生產企業開始利用蒸餾工藝，對食品級羧甲基纖維素廢液進行多效蒸發處理，所得蒸餾殘渣即為水泥添加劑產品一羧甲基纖維素，蒸汽餘熱回收，冷凝液作為生產廢水外排。這種冷凝液主要含有羥基乙酸、氯乙酸、乙醇等揮發性有機物，水溫為30-40°C，COD約為2000-4000mg/L, pH=2.5-3.0。
[0004]目前，未見有關酸性CM C冷凝液處理的研究報導。國外對CMC生產廢水的處理方法有如下三種:(I)美國的紫外線氯化法；(2)日本的雙氧水化學氧化法；(3)德國的樹脂交換法。國內對CMC生產廢液處理研究報導有潘碌亭、楊軍等採用UASB、MBR、微電解-UASB-生物接觸氧化組合工藝，未見實際工程應用報導。其中:(1)《環境科學》2009年11月第30卷第11期3324-3328頁報導了潘碌亭等利用UASB在中溫條件下用接種顆粒汙泥與消化汙泥混合泥進行反應器啟動，當進水流量為0.047L/h、進水C0D4000mg/L、容積負荷6.86kg/Cm3.(!)時，其COD去除率可達80%以上；(2)《環境工程》2012年10月第30卷第5期39-41頁報導了楊軍等採用MBBR?+生化反應+MBR組合工藝處理高鹽、高濃度CMC廢水，使出水COD濃度達到工業園區汙水處理廠的接管標準；(3)《化工學報》2010年5月第61卷第5期1275-1281頁報導了潘碌亭等採用微電解-UASB-生物接觸氧化組合工藝處理高濃度CMC廢水，當進水COD為20000mg/L時，微電解去除率為35%，稀釋後經UASB和兩級接觸氧化法處理，COD去除率為80%，其最終出水COD濃度小於100mg/L。
[0005]本發明的酸性CMC冷凝液與CMC生產廢液的水質差別較大，前者僅含有羥基乙酸、氯乙酸、乙醇等揮發性有機物，而後者既含有纖維素、羧甲基纖維素等大分子有機物，又含有羥乙酸鈉、氯乙酸、乙醇、乙醇鈉等小分子有機物和氯化鈉等無機鹽。因此，如何高效、低成本的處理酸性CMC冷凝液已成為業界急需解決的技術問題。[0006]上流式厭氧濾池UBF (Upflow Blanket Filter)是一種結合上流式厭氧汙泥床(UASB)和厭氧生物濾池(AF)的優勢複合而成的厭氧生物反應器，該反應器適合處理含懸浮物少、COD濃度高、C0D:N:P營養比低的廢水，具有處理效率高、能耗小、運行費用低等特
點。此外，處理過程中還會產生大量可回收能源-沼氣。曝氣生物濾池BAF(Biological
AeratedFilter)是一種結合好氧細菌生物反應和填料吸附物理作用的好氧生物反應器,具有容積負荷高、水力停留時間短、出水水質好、佔地面積小、基建投資少、能耗及運行成本低等優點。
[0007]本發明依據酸性CMC冷凝液的水質特點，提出一種採用UBF-BAF工藝的處理方法，利用厭氧-好氧生物膜上異養菌的生物代謝作用來分解其中的有機物，達到降低廢水中COD的目的。目前，國內已有利用UBF-BAF工藝處理焦化廢水、高氨氮製藥廢水等報導。如，《中國給水排水》2007年11月第23卷第21期93-97頁報導了朱順妮等利用UBF-BAF工藝處理焦化廢水，COD,NH3-N, TN,TOC和揮發酚的去除率分別為81.5%,96.4%,56.9%、81.8%和99.9%。又如《環境化學》2011年06月第30卷第6期1168-1174頁報導了張文藝(即本發明人)等利用UBF-BAF工藝處理高氨氮製藥廢水，COD和NH3-N去除率均高於80%。
【發明內容】
[0008]本發明的主要目的是:提出一種採用UBF-BAF工藝處理酸性CMC冷凝液的方法。
[0009]本發明的主要原理是:首先利用Na2CO3溶液中和酸性CMC冷凝液，使廢水的pH值穩定在6.5-7.5之間，同時滴加質量比10%的農用複合肥溶液，以保證厭氧和好氧生物膜上異養微生物代謝所需的營養比C0D:N:P= (100-200):5:1。然後以UBF反應器內充填的聚氨酯基多孔旋轉球形填料和BAF反應器內充填的沸石、生物陶粒為生物載體，培養、馴化厭氧和好氧生物膜，利用UBF反應器通過生物膜上異養菌的生物作用將廢水中的有機物分解為小分子有機物及甲烷、二氧化碳、水等，再利用BAF反應器內沸石、生物陶粒及其附著生長的好氧生物膜為處理介質，充分發揮生物代謝作用、物理過濾作用及填料的物理吸咐作用以及反應器內生物多級捕食作用，實現汙染物進一步去除。
[0010]本發明的技術方案包括以下步驟:
[0011]I)酸性CMC冷凝液進入調節沉澱池，進行水量、水質調節。
[0012]2)上述調節沉澱池內的CMC冷凝液自流進入中和池，投加質量分數為15%的工業Na2CO3鹼溶液來中和酸性CMC冷凝液，利用pH在線控制系統監控廢水pH值和鹼液投加量，使得中和池內廢水PH值穩定在6.5-7.5之間。
[0013]3)步驟2)中的廢水由耐腐蝕化工泵注入UBF反應器底部，廢水經反應器內載體上的生物膜厭氧作用而淨化，厭氧產生的沼氣由沼氣櫃收集。
[0014]4)步驟3)的出水進入BAF反應器底部，經BAF反應器內置填料上的生物膜好氧分解和過濾吸附等物理淨化後至頂部排入集水池後達標排放或回用。
[0015]5)步驟4)的BAF反應器反衝洗時，由反衝洗泵注入反應器的底部，反衝洗脫落的生物膜、汙泥等雜質隨反衝洗排水回流至調節沉澱池。
[0016]6)上述調節沉澱池的沉澱汙泥和UBF反應器的剩餘汙泥分別排放至汙泥濃縮池，利用板框壓濾機對汙泥濃縮池汙泥進行壓濾脫水，脫水後的泥餅外運，濃縮池上清液和板框壓濾機的汙泥壓濾液回調節沉澱池。[0017]本發明所用N、P等營養物質為市購農用複合肥，其主要營養元素含量為:N15%、P15%、K15%。其投加方式是:將市購農用複合肥配製成質量比10%的溶液，置於容器中，通過閥門控制流量，利用重力作用將配製的溶液滴加到中和池2中。
[0018]本發明採用pH在線控制系統監控調節沉澱池、中和池的pH值和鹼液投加量。該系統由2路pH電極、I臺可編程控制器PLC和I臺耐腐蝕計量泵組成，可實時監測調節沉澱池、中和池內的廢水pH值，並能實時調節耐腐蝕計量泵的流量，從而控制鹼溶液的投加量，使得中和池內的廢水PH值穩定在6.5-7.5之間；所投加的鹼溶液是質量分數為15%的工業Na2CO3 溶液。
[0019]本發明所用pH電極為GLOBAL工業pH計(型號:GB_YP100TY)、所用可編程控制器為西門子PLC (型號:S7-200)、所用耐腐蝕計量泵為變頻隔膜計量泵(型號:GB650)、所用沼氣櫃為柔性雙膜儲氣櫃。
[0020]本發明中和池的池底安裝電動潛水攪拌器，攪拌轉速為40_65r/min。
[0021]本發明UBF反應器內充填聚氨酯基多孔旋轉球形填料，其規格直徑為Φ80πιπι，比表面積600-800m2/m3，孔隙率大於99%，比重1.03。
[0022]本發明BAF反應器內填料為沸石和生物陶粒，各佔填料總高度的一半，沸石充填於BAF反應器的下部，陶粒充填於上部。本發明所用陶粒規格、參數為:粒徑4-5mm，堆積密度 0.63-0.82g/cm3，表觀密度 1.45-1.61g/cm3，密度 2.10-2.44g/cm3，比表面積
1.22-1.43cm2/g，鹽酸可溶率1.49-1.96%，磨損率〈1.5%。本發明所用沸石為斜發沸石，其規格、參數為:粒徑4~6mm，孔隙率為52.47%，磨損率〈1.0%，表觀密度2.00-2.60g/cm3,比表面積5.0-8.4cm2/g。使用前，先將斜發沸石浸泡在0.01mol/L的稀鹽酸溶液中5h，然後用0.8mol/L的NaCl溶液清洗至中性。
[0023]本發明UBF、BAF反應器內生物膜培養馴化方法是:採用生活汙水同步串聯進行UBF厭氧生物膜和BAF好氧生物膜培養、馴化，水力負荷0.18-0.20m3/ Cm2.h)，溫度30-40°C，培養馴化時間15-20d。為促進厭氧、好氧生物膜的形成，在進水中加入含水率為99%的豬場沼渣。
[0024]本發明BAF反應器的反衝洗周期為5-7d，採用氣-水聯合反衝洗，方法是:先由羅茨風機曝氣lOmin，曝氣強度為50-65m3/ (m2 *h)，再啟動反衝洗水泵，進水流速為15_20m3/Cm2.h)，氣水聯合反衝洗lOmin，關閉羅茨風機後，再用水反水衝洗lOmin。
[0025]本發明所用的UBF-BAF處理酸性CMC冷凝液工藝參數是:反應器內溫度30_40°C、ρΗ6.5-7.5、水力負荷0.10-0.20m3/ (m2.h)、氣水比為3:1。按Im3的CMC冷凝液投加10-15g的農用複合肥，以保證厭氧和好氧生物膜上異養微生物代謝所需的營養比為C0D:N:P=(100-200):5:1。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]附圖:UBF-BAF處理酸性CMC冷凝液工藝流程示意圖
[0027]圖中:I一調節沉澱池；2 —中和池；3—耐腐蝕化工泵；4一UBF反應器；5 — BAF反應器；6—耐腐蝕計量泵(變頻隔膜計量泵);7—pH在線控制系統(PLC、pH電極);8—沼氣櫃(柔性雙膜儲氣櫃)；9一羅茨風機；10—集水池；11一反衝洗泵；12—汙泥濃縮池；13—板框壓濾機。【具體實施方式】
[0028]本發明的酸性CMC冷凝液處理工藝，先採用UBF反應器厭氧、再利用BAF好氧處理，其工藝流程圖如附圖1所示。酸性CMC冷凝液進入調節沉澱池I均質、沉澱後，自流進入中和池2，向池中投加質量分數為15%的工業Na2CO3溶液鹼溶液，使得中和池內廢水pH值穩定在6.5-7.5之間，同時滴加質量比10%的農用複合肥溶液。經中和池池底電動潛水攪拌器攪拌後的廢水由耐腐蝕化工泵3注入UBF反應器4的底部，廢水經反應器內載體上的生物膜厭氧淨化後至頂部流入BAF反應器5，厭氧產生的沼氣收集至沼氣櫃8。pH在線控制系統7實時測定調節沉澱池和中和池內pH值，並實時控制耐腐蝕計量泵6的流量，從而控制鹼溶液的投加量。自UBF反應器處理後的廢水流入BAF反應器底部，羅茨風機9從底部向BAF填料層進行曝氣充氧，經填料層上附著生物膜的生物代謝、物理過濾與生物吸附等淨化後至頂部排出，流入集水池10後達標排放或回用。同時，集水池10中的水還兼作BAF反應器的反衝洗給水。BAF反應器反衝洗時，由反衝洗泵11從集水池10中抽取清水注入BAF反應器5的底部，反衝洗脫落的生物膜、汙泥等雜質隨反衝洗排水流至調節沉澱池I。調節沉澱池I的沉澱汙泥和UBF反應器4的剩餘汙泥分別排放至汙泥濃縮池12，利用板框壓濾機13對汙泥濃縮池12的汙泥進行壓濾脫水，脫水後的泥餅外運，濃縮池上清液和板框壓濾機13的汙泥壓濾液流入調節沉澱池I。
[0029]BAF反應器的反衝洗周期為5-7d，採用氣-水聯合反衝洗，方法是:先由羅茨風機5曝氣lOmin，曝氣強度為50_65m3/ Cm2.h)，再啟動反衝洗水泵11，進水流速為15_20m3/Cm2.h)，氣水聯合反衝洗lOmin，關閉羅茨風機5後，用水反水衝洗lOmin。
[0030]生物膜馴化培養期間採用生活汙水，並在進水調節沉澱池中加入含水率為99%的豬場沼渣10kg/d，培養時間15-20d，水力負荷0.18-0.20m3/ (m2 -h);正常運行期間，反應器內溫度控制在30-40°C;按Im3 的CMC冷凝液投加10_15g的農用複合肥，以保證厭氧和好氧生物膜上異養微生物代謝所需的營養比為COD:N:P= (100-200):5:1。
[0031]在試驗中採用的調節沉澱池、中和池容積均為1.5m3, UBF和BAF反應器均為圓柱形，其中:UBF反應器有效高度氏=2800臟，內徑(^=260111111，填料高度4=2400^1,底部連接進水管，頂部連接沼氣櫃和出水管；BAF反應器有效高度為H2=2500mm，內徑d2=260mm，填料高度112=2200臟。當溫度30-40°C、pH6.5-7.5、水力負荷0.10-0.20m3/(m2 *h)、BAF氣水比為 3:1時，UBF反應器對廢水中的COD去除率可達84.90-86.53%，沼氣產生量可達1.73-2.80m3/kgCOD, BAF對廢水中的COD去除率可達80.53-87.18%，COD總去除率達96.94-98.25%，最終出水COD低於《汙水綜合排放標準(GB8978-1996)》中的一級標準限值(COD ( 100mg/L)。表1為UBF-BAF工藝處理酸性CMC冷凝液的5個實施例。
[0032]表1採用UBF-BAF工藝處理酸性CMC冷凝液效果實施例
[0033]
【權利要求】
1.一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法，其特徵是採用如下步驟: 1)酸性CMC冷凝液進入調節沉澱池，進行水量、水質調節。 2)上述調節沉澱池內的CMC冷凝液自流進入中和池，投加質量分數為15%的工業Na2CO3鹼溶液來中和酸性CMC冷凝液，利用pH在線控制系統監控廢水pH值和鹼液投加量，使得中和池內廢水pH值穩定在6.5-7.5之間。 3)步驟2)中的廢水由耐腐蝕化工泵注入UBF反應器底部，廢水經反應器內載體上的生物膜厭氧作用而淨化，厭氧產生的沼氣由沼氣櫃收集。 4)步驟3)的出水進入BAF反應器底部，經BAF反應器內置填料上的生物膜好氧分解和過濾吸附等物理淨化後至頂部排入集水池後達標排放或回用。 5)步驟4)的BAF反應器反衝洗時，由反衝洗泵注入反應器的底部，反衝洗脫落的生物膜、汙泥等雜質隨反衝洗排水回流至調節沉澱池。 6)上述調節沉澱池的沉澱汙泥和UBF反應器的剩餘汙泥分別排放至汙泥濃縮池，利用板框壓濾機對汙泥濃縮池汙泥進行壓濾脫水，脫水後的泥餅外運，濃縮池上清液和板框壓濾機的汙泥壓濾液回調節沉澱池。
2.根據權利要求1所述的一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法，其特徵是:採用生活汙水同步串聯進行UBF厭氧生物膜和BAF好氧生物膜培養、馴化，水力負荷0.18-0.20m3/ (m2 *h)，溫度30_40°C，培養馴化時間15_20d。為促進厭氧、好氧生物膜的形成，在進水中加入含水率為99%的豬場沼渣。
3.根據權利要求1所述的一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法，其特徵是:所述步驟3)的UBF反應器內充填聚氨酯基多孔旋轉球形填料，其規格直徑為Φ80πιπι，比表面積600-800m2/m3，孔隙率大於 99%，比重 1.03。
4.根據權利要求1所述的一種酸性羧甲基纖維素冷凝液的處理方法，其特徵是:所添加的氮(N)、磷(P)等營養物質為市購農用複合肥，其主要營養元素含量為:N15%、P15%、K15%。按Im3的CMC冷凝液投加10_15g的農用複合肥，以保證UBF、BAF生物膜上異養微生物代謝所需的營養比條件。
【文檔編號】C02F9/14GK103496827SQ201310476012
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】張文藝, 劉芳, 馮國勇, 李文昱, 吳凌雲 申請人:常州大學