核酸废水处理方法

专利名称：核酸废水处理方法
技术领域：
本发明涉及核酸废水的处理方法，属于环保工程技术。
背景技术：
核糖核酸生产排放出来的废水具有COD (化学需氧量)高、SS (固体悬浮物)值大、 PH值偏低、黏度大等特点，且含有高浓度氨氮、磷酸盐和难生物降解有机物，而难生物降解有机物以焦糖为主，是构成核糖核酸废水极难处理的本质原因。焦糖是一种胶状物质，由挥发性与非挥发性的低分子化合物和非渗析的高分子化合物组成。焦糖的呈色物即是后者， 约占总固形物的25%，焦糖气味的基本组成即是上述低分子化合物中的醛、酮类挥发性物质。由于核糖核酸生产厂家较少，生产废水水质随生产原料和工艺不同也有较大不同，且其处理浓度极大，因此目前核糖核酸废水的处理技术研究及工程实践相当缺乏。有限的一些文献表明，采用UASB工艺处理经稀释的核糖核酸废水有较好的COD去除率，但该研究为实验室规模，且进水被稀释到COD约为3500mg/L。另有采用混凝沉淀_ 二氧化氯催化氧化-二级生物接触氧化组合工艺处理核酸废水，其中首先通过混凝沉淀把COD从16509mg/ L降至9080 mg/L,再通过二氧化氯催化氧化把COD从9080 mg/L降至537mg/L，虽然技术上有其可行性，但其处理成本中仅药剂费用即基本难于承受，且投资高昂。总体上目前研究和实践的处理工艺以生化处理(厌氧+好氧)和物化处理(混凝沉淀+高级氧化)组合的工艺，但这些工艺仍不成熟，或存在投资和运行费用高昂等问题。核酸废水成分复杂，废水中含有高分子焦糖等污染物，废水浓度高，CODcr高达 16000mg/l，废水中含有高盐份量达到2%，并且含有抑制生化处理效果的S042_离子；有机物、悬浮物、溶解性和胶体性固体浓度高，可生化性差，废水带有明显的颜色和气味，含有难降解的物质和有抑菌作用的抗生素，并有生物毒性，较难处理。目前，针对这类难以或不宜用生化法处理的高分子有机污染物，国内外已经出现一些物化处理方法，如化学絮凝沉淀法以及电化学氧化、臭氧氧化和!^nton氧化法、湿式催化氧化法等深度氧化技术，但尚未完善和成熟，且成本较高。发达国家一般采用此类高成本的高级氧化技术来彻底处理这一类废水，但在发展中国家，由于产生的此类废水量巨大， 无法像发达国家一样不惜高成本高代价将其彻底处理。国内主要从事核酸废水处理设备的公司有
福建晓青环保公司，采用水解酸化+SBR处理工艺，经生化调试后，CODcr达到5000mg/ 1，无法达到排放标准，且水解酸化后排放含有气体的污染物。福州绿明环保公司，采用厌氧反应器和IC厌氧反应器，其效果均未达到预期设计，CODcr达到12000mg/l。江苏南京膜公司，采用膜处理工艺，CODcr达到1000mg/l以下，但是经膜处理后的浓水达到30%，且浓水浓度达到原水的三倍，无法提出浓水处理方法。核酸废水生化过程受到S042—、高分子焦糖和高盐离子的干扰，致使生化时间长、在生化过程中产生H2S恶臭气体和无法达到达标排放的要求。技术开发瓶颈在于是否能够开发出一种没有二次污染、运行费用低、稳定达标又能使生化系统启动快的处理工艺。

发明内容
本发明的目的在于提供一种核酸废水处理方法，以治理污染，回收宝贵资源，实现资源循环利用。为了达到上述目的，本发明的技术方案是 一种核酸废水处理方法，其步骤是
第一步，将来自生产车间的核酸废水送入调节池进行均量均化以均衡水量和水质浓
度；
第二步，经均量均化后由泵提升至两相厌氧反应器，经水解酸化池使高分子有机物和颗粒物充分水解为小分子有机物，再经产甲烷池降低污染物的浓度，收集利用或处理甲烷， 出水流入活性污泥池；
第三步，在活性污泥池通过好氧微生物作用降解大部分有机物，并使氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，回流到水解酸化池，在缺氧环境中还原成氮气排出，活性污泥池出水流入二沉池；
第四步，在二沉池进行泥水分离，底部污泥一部分回流活性污泥池和两相厌氧反应器以补充生物量，剩余污泥排入污泥池，二沉池上清液进入化学除磷沉淀池；
第五步，在化学除磷沉淀池投加铁盐、钙盐及混凝剂和助凝剂，经固液分离后，上清液流入集水池，底部污泥排入污泥池；
第六步，集水池内废水再由泵提升至多介质过滤池；
第七步，多介质过滤池的出水由高压泵增压后进入纳滤系统；
第八步，纳滤系统过滤，最终出水达标排放，膜浓缩液进一步浓缩提取焦糖产品。其中，第四步二沉池的剩余污泥和第五步化学除磷沉淀池的污泥排至污泥池后， 再经污泥浓缩池至脱水机房进行脱水，脱水污泥外送处理(如送至垃圾填埋场进行填埋处置)，压滤液回流调节池资源利用。第二步，两相厌氧反应器选用厌氧折流板反应池。采用上述方案后，本发明既考虑到废水处理的技术可行性，又兼顾处理成本的经济合理性，优化组合了各高效处理技术，采用“厌氧-好氧-膜过滤”的处理工艺，并在各个处理单元分别选用高效、适用的反应器进行处理；将核酸废水中主要污染物C0D，B0D、TP和氨氮有效去除，无二次污染；反应器高效集成，占地面积小；污泥负荷(F/M)低，剩余污泥量小；程投资较省；运行费用小；可以回收焦糖产品；实现治理污染、回收宝贵资源和资源循环利用。


图1是本发明的流程图。标号说明
调节池1两相厌氧反应器2
水解酸化池21产甲烷池22
活性污泥池3二沉池4污泥池5 脱水机房52 集水池7
污泥浓缩池51 化学除磷沉淀池6 多介质过滤池8
纳滤系统9。
具体实施例方式如图1所示，是本发明的较佳实施例。第一步，将来自生产车间的核酸废水经过收集管送入调节池1进行均量均化，以均衡水量和水质浓度。第二步，均量均化后的核酸废水由泵(常见设备，图中未示出)提升至两相厌氧反应器2。两相厌氧反应器2选用厌氧折流板反应池。厌氧折流板反应池(ABR)是80年代初由美国Manford大学的McCarty等人提出的一种高效新型厌氧反应器。反应器内设置若干竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都可以看作一个相对独立的UASB，因此在构造上可以看作是多个UASB 的串联。ABR在流态上介于推流与完全混合流态之间，单个隔室内的水力特性近似于完全混合式，而整体上则近似于推流式，这种流态有利于废水与厌氧污泥之间的充分接触，加速基质从废水向微生物细胞的传递，提高反应器的容积利用率。ABR独特的构造特点及流态使得每个隔室中可以驯化培养出与该隔室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落，从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离，使ABR在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统。ABR与其他厌氧反应器相比具有如下特点①较短的水力停留时间；②污泥截留能力强，反应器内形成的颗粒污泥沉降性能良好，可以长时间运行而无需排泥；③可以在较广的温度和浓度范围内运行；④推流式的构造特性使系统对水力和有机冲击负荷具有很高的稳定性；⑤对有毒物质和抑制性物质具有更好的缓冲适应能力；⑥水力条件好，容积利用率高，系统拥有更优的出水水质。两相厌氧反应器是一种新型的厌氧生物处理工艺，1971年(ihosh和Pohland首次提出两相发酵概念，即把产酸和产甲烷两阶段独立反应器在各自最佳环境条件并将两反应器串联形成两相厌氧发酵系统。其特点①产酸和产甲烷两阶段独立，提高各自反应速率； ②酸化反应器有一定缓冲作用，缓解冲击负荷对后续产甲烷反应器的影响；③酸化反应器反应进程快，水力停留时间短，COD浓度可去除20% -25%，能够大大减轻产甲烷反应器的负荷；④负荷高，反应器容积小，基建费用低。由于废水呈酸性，且含有大量高分子有机物和颗粒物，因此采用两相厌氧反应器， 使产酸微生物和产甲烷微生物分别在各自适宜的环境条件下充分发挥作用。经水解酸化池 21，使高分子有机物和颗粒物充分水解为小分子有机物，再经产甲烷池22厌氧分解产生甲烷大大降低污染物浓度，收集利用或处理甲烷，出水流入活性污泥池5。第三步，在活性污泥池3通过高活性的好氧微生物作用，降解大部分有机物，并使氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，回流到水解酸化池21，在缺氧环境中还原成氮气排出(还原后产生的氮气可以无组织排放而没有管道)，达到反硝化脱氮的目的，活性污泥池3出水流入二沉池4。活性污泥池3是采用活性污泥法进行处理，活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物，同时借助生物硝化等作用去除氨氮。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。第四步，在二沉池4进行泥水分离，底部污泥一部分回流活性污泥池3和两相厌氧反应器2以补充各反应器生物量，剩余污泥排入污泥池5，二沉池4上清液进入化学除磷沉淀池6。第五步，在化学除磷沉淀池6投加铁盐、钙盐及混凝剂和助凝剂，经固液分离后， 上清液流入集水池7，底部污泥排入污泥池5。化学除磷是通过化学沉淀过程完成的，化学沉淀是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程。实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉淀反应， 同时还进行着化学絮凝反应。污水沉淀反应是指水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。在废水净化工艺中，絮凝和沉淀都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉淀则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉淀工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐， 也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。另一方面，随着沉淀析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固一液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。根据化学沉淀反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是狗3+、Al3+和!^2+盐和石灰。这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。与沉析反应相竞争的反应是金属离子与Off的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量。金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉淀产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉淀去除是次要的，但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程。沉析效果是受pH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受pH的影响。对于铁盐最佳PH值范围为5. O 5. 5，对于铝盐为6. O 7. 0，因为在以上pH值范围内FePO4或AlPO4 的溶解性最小。除了金属盐药剂外，氢氧化钙也用作沉析药剂。在沉折过程中，对于不溶解性的磷酸钙的形成起主要作用的不是Ca2+，而是OH—离子，因为随着pH值的提高，磷酸钙的溶解性降低，采用Ca(OH)2除磷要求的pH值为8. 5以上。第六步，集水池7内废水再由泵(常见设备，图中未示出)提升至多介质过滤池8; 第七步，多介质过滤池8的出水由高压泵(常见设备，图中未示出)增压后进入纳滤系统
69 ；
第八步，纳滤系统9过滤，最终出水达标排入城镇下水道，膜浓缩液进一步浓缩提取焦
糖产品。纳滤膜是80年代末期问世的一种新型分离膜，其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为200-2000Da，由此可以推测纳滤膜可能拥有Inm左右的微孔结构，所以称之为“纳滤”。纳滤膜大多数是复合膜，其表面分离层由聚电解质构成，因而对无机盐有一定的截留率。纳滤的工作原理是在一定的压力下，当含有不同分子量物质的混合液以一定的流速流过纳滤膜时，溶剂和小于孔径的小分子溶质透过膜，成为透过液被收集；大于膜孔径的大分子溶质则被膜截留作为浓缩液被回收，从而实现分离与浓缩的目的。纳滤NF的作用是截留那些不可生化的大分子有机物C0D，纳滤截留分子量界限为 500 1000，即对大部分大分子有机分子以及二价、三价可以进行截留分离，一价盐等无机溶解组分的截留率一般低于15%，所以纳滤的清液可以达到较低的COD浓度水平，而膜两侧的渗透压很小，这样回收率可以容易达到85%以上。纳滤工艺投资和运行费用相对较低，是目前受到重视的较有发展前景的技术。焦糖色素是一种红褐色或黑褐色的液体胶状物，广泛应用于食品工业，在罐头、糖果、饮料、酒类、调味品、酱菜、糕点、烟草及药用糖浆中作为着色剂，联合国粮农组织、世界卫生组织、欧洲经济共同体和美国食品药物管理局均将焦糖列为天然食用色素，其占食品色素销量的90%以上。焦糖色的产生是由于糖类在一定条件下发生了非酶催褐变反应。非酶催褐变反应分为两种糖类单独受热引发的褐变称为焦糖化，氨基化合物和糖类同时存在时产生的褐变反应称为糖一胺反应或米拉德反应，结果使糖类发生缩合、脱水或烯醇化， 发生显色和显味的褐变反应。糖厂可以用蔗糖或糖蜜作为生产焦糖色的原料，将其作为副产品开发，经济效果显著。纳滤膜浓缩液中高浓度的难降解有机物主要成分为焦糖，可以采取超滤-离子交换-多效减压蒸发进一步浓缩分离制成焦糖产品，该产品市场大，效益高，因此纳滤膜浓缩液可以变废为宝，并获得明显经济效益，有效弥补或降低运行成本，同时避免fenton氧化产生大量无法没有出路的困境。上述核酸废水生物处理过程中在第四步二沉池4会产生一定数量的剩余污泥，在第五步化学除磷沉淀池6也会产生污泥，这些污泥需进行处理，污泥处理目的在于降低污泥含水率，减少污泥体积，达到性质稳定，并为进一步处置创造条件。处理方法是排至污泥池5，再经污泥浓缩池51至脱水机房52进行脱水，采用机械脱水的流程，脱水后污泥外送处理(如送至垃圾填埋场进行卫生填埋处置)，压滤液回流调节池资源利用。本发明是基于ABR-活性污泥法+化学沉淀除磷-NF膜分离的组合系统，生化部分采用ABR-活性污泥法工艺，废水经生化反应大大减小污染物负荷，剩余部分不可生化的高分子污染物被活性焦过滤吸附法吸附，使废水达标排放，吸附饱和后活性焦采用干馏方法再生。本发明填补了国内目前尚未能有效处理核酸废水的技术空白，可广泛应用于制药、食品行业、食品添加剂及保健品企业的核酸废水处理。本发明主要创新点是(1)对工艺流程进行优化组合，并对各处理单元进行比选， 采用ABR-SBR-活性焦吸附工艺处理核酸废水；(2)研发ABR反应器高效的处理效果；(3) 研发活性污泥法处理工艺，有效抵抗水量和有机污染物的冲击；(4)研发NF膜分离使废水经过生化处理后尚有部分不可生化的高分子污染物，通过膜分离后达标排放。
本发明与国内外同类技术相比，处理后的产品性能对比如下
权利要求
1.一种核酸废水处理方法，其特征在于步骤是第一步，将来自生产车间的核酸废水送入调节池进行均量均化； 第二步，经均量均化后由泵提升至两相厌氧反应器，经水解酸化池使高分子有机物和颗粒物充分水解为小分子有机物，再经产甲烷池降低浓度，收集利用或处理甲烷，出水流入活性污泥池；第三步，在活性污泥池通过好氧微生物作用降解大部分有机物，并使氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，回流到水解酸化池，在缺氧环境中还原成氮气排出，活性污泥池出水流入二沉池；第四步，在二沉池进行泥水分离，底部污泥一部分回流活性污泥池和两相厌氧反应器以补充生物量，剩余污泥排入污泥池，二沉池上清液进入化学除磷沉淀池；第五步，在化学除磷沉淀池投加铁盐、钙盐及混凝剂和助凝剂，经固液分离后，上清液流入集水池，底部污泥排入污泥池；第六步，集水池内废水再由泵提升至多介质过滤池；第七步，多介质过滤池的出水由高压泵增压后进入纳滤系统；第八步，纳滤系统过滤，最终出水达标排放，膜浓缩液进一步浓缩提取焦糖产品。
2.如权利要求1所述的一种核酸废水处理方法，其特征在于第四步二沉池的剩余污泥和第五步化学除磷沉淀池的污泥排至污泥池后，再经污泥浓缩池至脱水机房进行脱水， 脱水污泥外送处理，压滤液回流调节池资源利用。
3.如权利要求1所述的一种核酸废水处理方法，其特征在于第二步两相厌氧反应器选用厌氧折流板反应池。
全文摘要
本发明公开一种核酸废水处理方法，将核酸废水送入调节池均量均化；再送至两相厌氧反应器，经水解酸化池使高分子有机物和颗粒物充分水解为小分子有机物，经产甲烷池降低浓度，收集利用或处理甲烷，出水流入活性污泥池；通过好氧微生物作用降解大部分有机物，出水流入二沉池；进行泥水分离，底部污泥一部分回流活性污泥池和两相厌氧反应器，剩余污泥排入污泥池，上清液进入化学除磷沉淀池；投加铁盐、钙盐及混凝剂和助凝剂，经固液分离后，上清液流入集水池，底部污泥排入污泥池；集水池内废水经多介质过滤池进入纳滤系统，最终出水达标排放，膜浓缩液进一步浓缩提取焦糖产品。本发明治理污染，回收宝贵资源，实现资源循环利用。
文档编号C02F9/14GK102390909SQ201110309239
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者许玉东, 陈国叶 申请人:福建省科辉环保工程有限公司