CN209098459U - 一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其包括依次连接的预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元；所述预处理单元包括：依次连接的pH中和装置和初沉池；所述厌氧处理单元包括：两级EGSB厌氧反应器；所述好氧处理单元包括：依次连接的水解酸化池和多级多段A/O反应池；所述深度处理单元包括：依次连接的高效沉淀池、臭氧催化氧化池和隔离曝气生物滤池。本实用新型的系统能对高浓度发酵类抗生素废水进行有效、稳定的处理，能降低整体污水处理费用，同时获得较高的甲烷转化率，可实现能源有效回收利用，最终出水达标排放。

Description

一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统

技术领域

本实用新型涉及工业废水处理领域，更具体地说，是涉及一种高浓度发酵类抗生素废水以及类似高COD、高氨氮、高含盐、高硫酸根且难生物降解的废水处理及系统。

背景技术

高浓度发酵类抗生素废水包括了发酵车间排放的高浓度发酵母液、提炼残液、溶剂回收残液、废滤液等，该类废水具有有机污染物浓度高、色度高、悬浮物浓度高、碳氮比低、生物抑制性大等特点，是一种难降解的、有毒的高浓度有机废水，且因间歇生产，排放水质、水量波动大。抗生素难以生物降解，再加上其会对微生物产生抑制和杀灭的作用，使它们易于逃脱生物处理过程，且抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥的性能和结构造成一系列负面影响。

目前国内对该类废水主要采用“芬顿氧化预处理+厌氧+好氧”的处理工艺，芬顿氧化作为预处理工艺具有处理成本高、残余在废水中大量的硫酸根和铁盐对后续生化处理系统产生负面影响、造成二次污染等缺点，且后续生化处理系统存在处理深度不足，因此该类废水在处理过程中难以直接达到排放标准要求，存在超标风险。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统，该系统能对高浓度发酵类抗生素废水进行有效、稳定的处理，能降低整体污水处理费用，同时获得较高的甲烷转化率，可实现能源有效回收利用；最终实现出水达标排放。

为了实现以上目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统，包括依次连接的预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元；

所述预处理单元包括：依次连接的pH中和装置和初沉池；

所述厌氧处理单元包括：两级EGSB厌氧反应器；

所述好氧处理单元包括：依次连接的水解酸化池和多级多段A/O反应池；

所述深度处理单元包括：依次连接的高效沉淀池、臭氧催化氧化池和隔离曝气生物滤池(IBF)。

以上处理系统的工作流程分为预处理、厌氧处理、好氧处理和深度处理四个阶段，工作原理如下。

预处理：在pH中和装置，采用NaOH对原水进行中和；之后在初沉池，通过投加混凝剂、絮凝剂等药剂分离废水中的大部分悬浮物(SS)，以保证后端处理工艺的有效运行；

厌氧处理：EGSB厌氧反应器避免了传统厌氧反应器对有毒、难生物降解类废水处理效率低、运行稳定性差等问题，采用两级EGSB厌氧反应器处理技术可大幅降低废水中的COD浓度，确保出水满足进入后续好氧生化处理系统的水质条件，降低整体污水处理费用，同时具有较高的甲烷转化率，可实现能源有效回收利用；

好氧处理：在水解酸化池中，经预处理和厌氧处理的高浓度废水，与容器设备冲洗水、过滤设备冲洗水、树脂柱冲洗水及其它清洗工段和地面冲洗水等低浓度废水混合进入水解酸化池，提高废水可生化性的同时稳定原水水质，确保好氧工艺运行的稳定性；多级多段A/O反应池，通过设置厌氧和好氧两个工段的交替运行，省去硝化液回流，节省电耗，能够有效降解废水中COD、氨氮、总氮等污染物；

深度处理：在高效沉淀池中，采用组合药剂对废水中残余的大分子、疏水态污染物质进行沉淀分离；臭氧催化氧化池内设置固相催化剂，将O₃催化产生羟基自由基，提高系统氧化能力，深度氧化废水中残余的难生物降解类有机污染物质，并对大分子类污染物质进行氧化分解断链，提高好氧出水可生化性；IBF采用隔离曝气充氧、气提循环的运行方式，减少了曝气过程气泡对填料表层生物膜的冲刷，能够维持较高的微生物量，同时通过大比例循环强化了污染物在水相与生物相间的传质速度，提高了好氧生化反应效率，确保最终出水达标排放。

综上，本实用新型的处理系统将多种设备按照特定的顺序连接为有机整体，对废水中的杂质进行有序的物理、化学、生化处理和回收，既回收了较高产量的资源(如甲烷燃气)，又对废水中的有机物、悬浮物、氮硫等杂质进行了深度降解处理，满足《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903-2008)要求，避免超标风险。

除此外，本实用新型还适用于与发酵类抗生素废水特性相似的水处理，即对高COD、高氨氮、高含盐、高硫酸根且难生物降解的废水均适用。

在此基础上，以上处理系统的各个设备的结构还可以进一步改进，具体如下。

优选地，还包括污泥脱水系统，所述污泥脱水系统与所述初沉池、所述多级多段A/O反应池和所述高效沉淀池连接。

将处理过程中污泥集中脱水处理，再外运，以减少污染。

优选地，所述初沉池采用辐流式沉淀池，包括依次连接的混合区、絮凝区和沉淀区。

优选地，所述EGSB厌氧反应器包括依次连接的调配区、厌氧反应区、三相分离器、气液分离区和旋流分离器。

优选地，所述水解酸化池为升流式，包括依次连接的布配水系统、溢流收集系统、循环系统和排泥系统。

优选地，所述多级多段A/O反应池包括依次连接的布配水系统、厌氧区、好氧区和沉淀区。

优选地，所述高效沉淀池为絮凝斜板沉淀池，包括依次连接的混合区、絮凝区、沉淀区和刮泥装置。

优选地，所述臭氧催化氧化池为固相臭氧催化氧化池，包括依次连接的配水区、曝气区、填料区和排水区。

优选地，所述隔离曝气生物滤池为隔离曝气充氧、气提循环池，包括依次连接的配水区、填料区、清水区和曝气循环筒；

所述填料区位于所述配水区的上部，并且所述填料区与所述配水区通过配水格栅板连通；所述填料区上部为所述清水区，所述清水区的顶部设有溢流堰口；

所述曝气循环筒内用于曝气提升，将所述清水区内的水回流至所述配水区。

该隔离曝气生物滤池(IBF)的工作原理是：进水通过配水区进入填料区，产水通过集水堰槽收集后排放；通过曝气循环筒内曝气器的曝气提升作用，将清水区内的水经循环导流管回流至配水区，提升生物滤池内的上升流速，可以使得污染物在滤料层分布更均匀，提高了反应器的容积效率。

该隔离曝气生物滤池相比传统曝气生物滤池具有以下效果：

1、采用格栅板承托填料区的滤料层，简化了配水方式，避免污堵问题；

2、在曝气循环筒作用下，将清水区的水回流至配水区，运行时采用上向流式，提高了系统纳污能力；

3、利用气提原理实现清水区的水大比例循环回流至配水区，节省了动力消耗；

4、采用隔离曝气充氧、气提循环的运行方式，减少了曝气过程中气泡对填料表层生物膜的冲刷，能够维持较高的微生物量，同时通过大比例循环强化了污染物在水相与生物相间的传质速度，提高了好氧生化反应效率。

优选地，所述曝气循环筒包括穿孔曝气器，所述穿孔曝气器形状为圆柱体或立方体。

该穿孔曝气器为经过改进的穿孔曝气器，可设置圆柱体和立方体两种形状，且曝气器上的开孔位置、大小和角度相较现有的均有改善，使筒内曝气效果更好。

综上，与现有技术相比，本实用新型达到了以下技术效果：

(1)将预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元四个单元按照先后顺序依次连接，并且优化每个处理单元中的设备类型及连接关系，极大提升了系统的净化效率以及净化程度，同时提高了甲烷产率，最终实现达标排放以及高效利用废水的双重目的；

(2)优化了各个设备的机械结构，尤其是隔离曝气生物滤池的机械结构，提高了好氧生化反应效率，提高净化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的处理系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的隔离曝气生物滤池的示意图；

附图标记：

1-pH中和池；2-初沉池；3-调配池；

4-一级EGSB厌氧反应器；5-二级EGSB厌氧反应器；6-水解酸化池；

7-多级多段A/O反应池；8-高效沉淀池；9-臭氧催化氧化池；

10-IBF；11-污泥脱水系统；

1001-进水口；1002-配水区；1003-格栅板；

1004-承托层；1005-填料区；1006-清水区；

1007-集水堰槽；1008-出水口；1009-曝气口；

1010-反洗进气口；1011-反洗进水口；1012-反洗排水口；

1013-曝气循环筒；1014-曝气器；1015-循环导流管。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实用新型的核心在于用特定的顺序将不同处理单元连接为有机整体，用于高浓度发酵类抗生素废水的处理，其连接关系具体如下。

一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统，包括依次连接的预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元；

所述预处理单元包括：依次连接的pH中和装置和初沉池；

所述厌氧处理单元包括：两级EGSB厌氧反应器；

所述好氧处理单元包括：依次连接的水解酸化池和多级多段A/O反应池；

所述深度处理单元包括：依次连接的高效沉淀池、臭氧催化氧化池和隔离曝气生物滤池。

以上处理系统相对现有的设备，具有以下特点：

(1)甲烷收率高；

(2)净化率高。

不同实施方式在此基础上会有不同的优化，本实用新型列举了以下方面。

优选地，还包括污泥脱水系统，所述污泥脱水系统与所述初沉池、所述多级多段A/O反应池和所述高效沉淀池连接。

优选地，所述初沉池采用辐流式沉淀池，包括：依次连接的混合区、絮凝区和沉淀区。

优选地，所述EGSB厌氧反应器包括依次连接的调配区、厌氧反应区、三相分离器、气液分离区和旋流分离器。

优选地，所述水解酸化池为升流式，包括依次连接的布配水系统、溢流收集系统、循环系统和排泥系统。

优选地，所述多级多段A/O反应池包括依次连接的布配水系统、厌氧区、好氧区和沉淀区。

优选地，所述高效沉淀池为絮凝斜板沉淀池，包括依次连接的混合区、絮凝区、沉淀区和刮泥装置。

优选地，所述臭氧催化氧化池为固相臭氧催化氧化池，包括依次连接的配水区、曝气区、填料区和排水区。

优选地，所述隔离曝气生物滤池为隔离曝气充氧、气提循环池，包括依次连接的配水区、填料区、清水区和曝气循环筒；

所述填料区位于所述配水区的上部，并且所述填料区与所述配水区通过配水格栅板连通；所述填料区上部为所述清水区，所述清水区的顶部设有溢流堰口；

所述曝气循环筒内用于曝气提升，将所述清水区内的水回流至所述配水区。

优选地，所述曝气循环筒包括穿孔曝气器，所述穿孔曝气器形状为圆柱体或立方体。

当然，本领域技术人员还可根据实际需求进行其他改进，但都在本实用新型请求保护的范围内，在此不一一列举。

在以上所有方案的基础上提供以下具体实施方式。

实施例1

某生物制药公司主要采用生物发酵法生产吉他霉素、硫酸粘菌素、泰乐菌素，排放的高浓度发酵类抗生素废水主要为醋酸丁酯回收废水、设备地面清洗废水、压滤液、吸附尾液、树脂再生废液和冲洗水、浓缩废液等。经混合后的综合废水COD浓度为12000mg/L、氨氮为450mg/L、TN为1000mg/L、总磷为40mg/L、SO₄ ^2-为5000mg/L。

原系统设计采用“水解酸化+A/O+二沉+混凝沉淀”的处理工艺，在实际运行过程中，存在下述问题：水解酸化池无法对抗生素废水起到彻底解毒作用，影响后段生化处理效果；A/O工艺中A池停留时间短，出水总氮容易超标；无深度处理系统，出水浓度较高，无法满足达标要求。

结合该厂的排污条件、现有污水系统运行情况，对该厂进行升级改造，主要改造内容如下：针对发酵废水悬浮物浓度高的特点，增加预沉池沉淀分离悬浮物，改善原水水质；新建厌氧处理单元，利用两级EGSB厌氧反应器对原水中的有机污染物质进行降解，降低后续好氧处理系统运行负荷，节省运行费用；新建深度处理单元，增加臭氧催化氧化池和IBF，通过臭氧催化氧化和深度好氧生化的联合作用，深度降解废水中残余的污染物质，确保出水达标排放。

改造后的系统结构如图1所示，包括依次连接的预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元；所述预处理单元包括：依次连接的pH中和装置1和初沉池2；所述厌氧处理单元包括：调配池3、一级EGSB厌氧反应器4和二级EGSB厌氧反应器5；所述好氧处理单元包括：依次连接的水解酸化池6和多级多段A/O反应池7；所述深度处理单元包括：依次连接的高效沉淀池8、臭氧催化氧化池9和IBF10。初沉池、多级多段A/O反应池和高效沉淀池的污泥排出口与污泥脱水系统11连接。

其中，隔离曝气生物滤池10的结构如图2所示，包括配水区1002、承托层1004、填料区1005、清水区1006、曝气循环筒1013。填料区1005位于配水区1002的上部，两个区域之间是采用配水格栅板1003连通的；填料区1005上部为清水区1006，清水区1006的顶部设有集水堰槽1007；水通过进水口1001进入配水区1002，再进入承托层1004，然后再进入填料区1005，产水通过集水堰槽1007收集后，通过出水口1008排放。通过曝气循环筒1013内曝气器1014的曝气(从曝气口1009进入)提升作用，将清水区1006内的水经循环导流管1015回流至配水区1002，提升生物滤池内的上升流速，可以使得污染物在滤料层分布更均匀，提高了反应器的容积效率。

隔离曝气生物滤池运行一定周期后，由于截留废水中的悬浮类污染物质和生物膜生长量过大等原因，需要定期通过反冲洗实现系统再生。反应器的反冲洗再生采用了“气水联合冲洗”的方式，反冲洗时先由反洗进气口1010进气进行单独气洗，气洗一段时间后，反洗进水口1011进水进行气水联合冲洗，然后关闭反洗进气口1010进行单独水洗，从反洗排水口1012排出。隔离曝气生物滤池采用气提循环、上向流的运行方式，纳污能力更强，因此较传统BAF具有更长的反冲洗周期。

以上IBF的技术效果是：采用隔离曝气充氧、气提循环的运行方式，减少了曝气过程气泡对填料表层生物膜的冲刷，能够维持较高的微生物量，同时通过大比例循环强化了污染物在水相与生物相间的传质速度，提高了好氧生化反应效率。根据气提原理，通过循环导流管将清水区水大比例循环回流至配水区，节省了动力消耗，运行时采用上向流式，提高了系统纳污能力。填料区位于配水区的上部，两个区域之间是采用配水格栅板连通的，简化了配水方式，避免污堵问题。

工业废水具有高COD、高氨氮、可生化性差、难生化降解等特性，随着环保政策的日益严格，排放标准中对COD、氨氮和总氮等指标的控制也日趋提高。因此，对该类废水进行深度处理时，需考虑除碳、硝化和反硝化等组合处理工艺。隔离曝气生物滤池在反应器内部设计了大比例循环系统，将反应器上部清水区产水回流至进水端配水区，通过大比例循环强化了污染物在水相与生物相间的传质速度，提高了好氧生化反应效率。由于不对填料区进行曝气，在填料区竖向方向形成了一定程度的溶解氧梯度，反应器可以同步实现生物氧化、硝化和反硝化。

大比例循环可以稀释原水浓度，从而降低生物抑制性，同时也可通过出水产生的碱度补充原水pH值，降低药剂投加费用。通过大比例内循环技术，可以使得进水分配更加均匀，从而在反应器内获得理想的完全混合状态；循环量增加了反应器内的上升流速，可以使得污染物在滤料层分布更均匀，提高了反应器的容积效率。

经过改造后，两级厌氧反应器出水COD≤2000mg/L，COD去除率大于80％，满足后续好氧处理单元的进水条件，二沉池出水COD≤500mg/L、氨氮≤20mg/L、TN≤70mg/L，经过深度处理后最终出水COD≤120mg/L、氨氮≤10mg/L、TN≤70mg/L，完全满足《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903-2008)的排放标准要求。

实施例2

采用与实施例1相同的处理系统对某生产红霉素、泰乐菌素、林可霉素、阿维菌素等产品的生物制药公司排放废水进行中试实验，实验设计进水5L/h，生产废水COD为12000～15000mg/L、悬浮物为2000～4000mg/L、硫酸根1000～1500mg/L，经过两级EGSB反应器处理后出水COD≤2500mg/L，厌氧出水进入水解酸化和A/O反应池后，出水COD≤500mg/L，采用组合药剂对好氧出水进行混凝处理，然后经臭氧催化氧化和IBF处理后出水COD为100～120mg/L。该工艺能够有效替代原污水处理站采用芬顿氧化对原水预处理和对好氧出水进行深度处理的运行模式，降低系统运行成本、避免二次污染。

从上述实施例可以看到，无论是中试实验还是工程应用，本实用新型对于高浓度发酵类抗生素废水具有良好的处理效果，最终出水可达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903-2008)表2中的排放标准要求。而且相较于传统工艺，具有运行稳定性高、抗冲击负荷、运行费用低、沼气能源回收利用等特点，在此基础上采用回用处理工艺(如反渗透)，避免了对回用系统的污染和运行冲击，产水完全可以满足生产用水、循环冷却系统补充水等回用水指标要求，实现废水资源化，达到企业节能减排的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，包括依次连接的预处理单元、厌氧处理单元、好氧处理单元和深度处理单元；

所述预处理单元包括：依次连接的pH中和装置和初沉池；

所述厌氧处理单元包括：两级EGSB厌氧反应器；

所述好氧处理单元包括：依次连接的水解酸化池和多级多段A/O反应池；

所述深度处理单元包括：依次连接的高效沉淀池、臭氧催化氧化池和隔离曝气生物滤池。

2.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，还包括污泥脱水系统，所述污泥脱水系统与所述初沉池、所述多级多段A/O反应池和所述高效沉淀池连接。

3.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述初沉池采用辐流式沉淀池，包括：依次连接的混合区、絮凝区和沉淀区。

4.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述EGSB厌氧反应器包括依次连接的调配区、厌氧反应区、三相分离器、气液分离区和旋流分离器。

5.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述水解酸化池为升流式，包括依次连接的布配水系统、溢流收集系统、循环系统和排泥系统。

6.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述多级多段A/O反应池包括依次连接的布配水系统、厌氧区、好氧区和沉淀区。

7.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述高效沉淀池为絮凝斜板沉淀池，包括依次连接的混合区、絮凝区、沉淀区和刮泥装置。

8.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述臭氧催化氧化池为固相臭氧催化氧化池，包括依次连接的配水区、曝气区、填料区和排水区。

9.根据权利要求1所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述隔离曝气生物滤池为隔离曝气充氧、气提循环池，包括依次连接的配水区、填料区、清水区和曝气循环筒；

所述填料区位于所述配水区的上部，并且所述填料区与所述配水区通过配水格栅板连通；所述填料区上部为所述清水区，所述清水区的顶部设有溢流堰口；

所述曝气循环筒内用于曝气提升，将所述清水区内的水回流至所述配水区。

10.根据权利要求9所述的高浓度发酵类抗生素废水处理系统，其特征在于，所述曝气循环筒包括穿孔曝气器，所述穿孔曝气器形状为圆柱体或立方体。