一种芥菜腌制废水处理设备及方法与流程

本发明涉及一种芥菜腌制废水处理设备及方法，属于污水处理技术领域。

背景技术：

蔬菜腌制在我国是一种常见的保存食用方式，例如南方的榨菜、北方的芥菜。蔬菜腌制过程产生大量高盐高有机物废水，由于高盐度对微生物活性具有抑制作用，因此该类腌制废水的处理成为一大难题。

高盐废水常用的处理方法为电解法、膜分离法、焚烧法或深井灌注等物理处理方法。电解法和焚烧法的高运行费用问题、膜分离法的膜堵塞问题以及深井灌注的二次污染问题都限制了实际应用，并且由于大量的蔬菜腌制企业规模较小且分布分散，因此，造价较高、运行管理复杂的污水处理技术并不适用于此类废水的处理。活性污泥法具有经济、高效、运行管理简单、适用范围广等特点，被广泛应用于各类废水处理中。然而腌制废水的高盐环境对生化处理有抑制作用，在高盐度环境下，微生物代谢酶活性受阻、生物增长缓慢、产率系数低，极大限制了活性污泥法在高盐废水处理领域的应用。

铁碳微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，该工艺用于高盐、难降解、高色度废水的处理不但能大幅度地降低COD和色度，还可大大提高废水的可生化性。该技术是在不通电的情况下，利用微电解设备中填充的微电解填料产生“原电池”效应对废水进行处理。当通水后，在设备内会形成无数的电位差达1.2V的“原电池”。“原电池”以废水做电解质，通过放电形成电流对废水进行电解氧化和还原处理，以达到降解有机污染物的目的。在铁碳微电解填料中发生的主要电极反应为：

阳极反应(Fe):

Fe-2e^-→Fe²⁺ E^θ(Fe²⁺/Fe)＝-0.44(V)

Fe²⁺-e^-→Fe³⁺ E^θ(Fe³⁺/Fe²⁺)＝0.77(V)

阴极反应(C)：

2H⁺+2e^-→2[H]→H₂↑ E^θ(H⁺/H₂)＝0.80(V)(酸性条件)

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-， E^θ＝0.40(V)(中性碱性条件)

4H⁺+O₂+4e^-→H₂O₂， E^θ＝1.23(V)(酸性富氧条件)

生成的H₂O₂可与水中的Fe²⁺反应生成氧化能力极强的羟基自由基(·OH):

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-

上述过程中产生的新生态·OH、[H]、Fe²⁺、Fe³⁺等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的Fe²⁺进一步氧化成Fe³⁺，它们的水合物具有较强的吸附-絮凝活性，特别是在加碱调pH值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的絮凝能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量絮凝水体中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子，其工作原理基于电化学、氧化-还原、物理以及絮凝沉淀的共同作用。该工艺具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、处理时间短、操作维护方便、电力消耗低等优点，可广泛应用于工业废水的预处理和深度处理中。

接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化池。在曝气池中装有填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧，空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过填料，活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、耐冲击负荷、净化效果好、出水水质好、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。

基于铁碳微电解及接触氧化法技术原理，本发明提供一种铁碳微电解+接触氧化组合工艺处理芥菜腌制废水的处理设备及方法。铁碳微电解技术能有效改善芥菜腌制废水可生化性、生物接触氧化能保留较多活性污泥提高处理效果，因此本发明充分利用两种技术的优势进行优化组合，对芥菜腌制废水具有工艺简单、处理效果高效稳定、运行费用低等优势。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种芥菜腌制废水处理设备及方法，以实现对芥菜腌制废水的有效处理。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种芥菜腌制废水处理设备，其特征在于：该设备包括格栅、污水收集池、污水泵、铁碳微电解池、生物接触氧化池、沉淀池，芥菜腌制过程产生的废水经格栅流入污水收集池，污水收集池内设污水泵，废水经污水泵泵入铁碳微电解池，废水折流式流经铁碳微电解池处理后自流进入生物接触氧化池，废水经生物接触氧化池处理后进入沉淀池，沉淀池中的上清液达标排放。

所述设备的进一步改进在于：所述格栅为回转式格栅除污机，栅条间距为1mm，栅条系列间隔为0.5mm。

所述设备的进一步改进在于：铁碳微电解池由一级铁碳微电解池、二级铁碳微电解池和三级铁碳微电解池一体形成，在铁碳微电解池内可拆卸地安装有5块引流板，引流板将每一级铁碳微电解池隔离成一个污水上升区和一个污水下降区，每一级铁碳微电解池中均设置有两层承载铁碳填料的承托板，所述铁碳微电解池的外壳和引流板均采用碳钢材料制成，在每一级铁碳微电解池的污水下降区的廊道下部设置有微孔曝气器。

所述设备的进一步改进在于：每一级铁碳微电解池的底部设置为漏斗状，而且设置有排泥管，以排除污水中悬浮物及铁碳填料腐蚀后沉降下来的碳粒。

所述设备的进一步改进在于：所述铁碳填料为直径14～18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1。

所述设备的进一步改进在于：所述生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料，所述生物接触氧化池底部设置橡胶微孔曝气器，由鼓风机提供气源，气水比为45:1～65:1。

所述设备的进一步改进在于：所述沉淀池为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1～2小时。

本发明还公开了一种芥菜腌制废水处理方法，包括如下步骤：

(1)芥菜腌制生产过程产生的废水经格栅流入污水收集池，废水中尺寸较大的杂物被格栅截留；

(2)污水池内设污水泵，废水经污水泵提升后进入铁碳微电解池，废水在铁碳微电解池内与铁碳填料发生微电解反应，废水的可生化性得到提高，同时磷酸盐与Fe³⁺生成磷酸铁沉淀得到去除；

(3)经铁碳微电解池处理后的废水自流进入生物接触氧化池，生物接触氧化池内设置组合式填料，废水中有机物在悬浮活性污泥及组合填料表面生物膜的作用下被降解，氮元素通过同步硝化反硝化得到去除；

(4)废水经生物接触氧化池处理后进入沉淀池进行泥水分离，沉淀池中上清液排入下水道；

(5)铁碳微电解池排放的污泥及沉淀池排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

优选的，所述格栅为回转式格栅除污机，栅条间距为0.5-1.5mm、栅条系列间隔为0.5mm。

优选的，所述污水收集池设有污水泵。

优选的，所述铁碳微电解池为折流式结构，在下向流的廊道进行微曝气有利于污水与铁碳填料充分接触并形成富氧环境。

优先的，所述铁碳微电解池由一级铁碳微电解池、二级铁碳微电解池和三级铁碳微电解池一体形成，在铁碳微电解池内可拆卸地安装有5块引流板，引流板将每一级铁碳微电解池隔离成一个污水上升区和一个污水下降区，每一级铁碳微电解池中均设置有两层承载铁碳填料的承托板，所述铁碳微电解池的外壳和引流板均采用碳钢材料制成，在每一级铁碳微电解池的污水下降区的廊道下部设置有微孔曝气器。

优选的，所述铁碳微电解池，廊道内水流流速为0.5～1.5cm/s。

优选的，所述铁碳微电解池，水力停留时间为2～4小时。

优选的，每一级铁碳微电解池的底部设置为漏斗状，而且设置有排泥管，以排除废水中悬浮物及铁碳填料腐蚀后沉降下来的碳粒。

优选的，所述铁碳填料为直径14～18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1。

优选的，所述生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料。

优选的，组合性填料由纤维束、塑料片、套管、中心绳组成。

优选的，所述生物接触氧化池内水力停留时间为8～12小时，污泥龄为15～25天。

优选的，所述生物接触氧化池底部设置橡胶微孔曝气器，由鼓风机提供气源，气水比为45:1～65:1。

优选的，所述沉淀池为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1～2小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)铁碳微电解技术不需要外加电源，运行能耗较低；

2)铁碳微电解技术尤其是采用三级铁碳微电解池结构能有效提高废水可生化性，从而降低生化处理阶段水力停留时间，减小反应池容积；

3)铁碳微电解池为折流式结构，水力流态更加均匀，对布水均匀性要求降低，并且在下向流的廊道设置曝气盘进行微曝气有利于污水与铁碳填料充分接触，并且形成富氧环境，能生成氧化能力极强的羟基自由基(.OH)，从而大大提高了污水的可生化性；

4)生物接触氧化技术结合了活性污泥法和生物膜法的优势，具有处理时间短、体积小、耐冲击负荷、同步硝化反硝化、净化效果好、出水水质好、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点；

5)生物接触氧化采用组合式填料，具有不堵塞、不结团、比表面积大、挂膜迅速、使用寿命长、耐高负荷冲击、充气性能好等优点，更有利于高盐环境微生物的生长附着。

附图说明

图1为芥菜腌制废水处理设备；

图2为本发明使用的铁碳填料。

其中，1-格栅；2-污水收集池；3-污水泵；4-铁碳微电解池；5-生物接触氧化池；6-沉淀池；7-微孔曝气器；8-橡胶微孔曝气器；9-组合性填料；10-鼓风机。

具体实施方式

下面结合说明书附图1-2对本发明进行详细介绍：

本发明公开了一种芥菜腌制废水处理设备，包括格栅1、污水收集池2、污水泵3、铁碳微电解池4、生物接触氧化池5、沉淀池6，芥菜腌制过程产生的废水经格栅1后流入污水收集池2，污水收集池2内设污水泵3，废水经污水泵3泵入铁碳微电解池4，废水在铁碳微电解池4内折流式流经铁碳填料，然后自流进入生物接触氧化池5，生物接触氧化池5中的悬浮活性污泥及填料表面生物膜对废水中的污染物降解去除，经生物接触氧化池5处理后的废水自流进入沉淀池6进行泥水分离，上清液达标排放，铁碳微电解池4排放的污泥及沉淀池6排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

从图1可以看出，铁碳微电解池4由左边的一级铁碳微电解池、中间的二级铁碳微电解池和右边的三级铁碳微电解池一体形成，在铁碳微电解池4内可拆卸地安装有5块引流板，引流板将每一级铁碳微电解池隔离成一个污水上升区和一个污水下降区，每一级铁碳微电解池的底部设置为漏斗状，便于收集沉淀污泥，每一级铁碳微电解池中均设置有两层承载铁碳填料的承托板，所述铁碳微电解池4的外壳和引流板均采用碳钢材料制成，在每一级铁碳微电解池的污水下降区的廊道下部设置有微孔曝气器7，对污水进行曝气，以提高污水中的含氧量，从而加快铁碳微电解反应的进行，同时对铁碳填料进行搅动，减少了铁碳填料结块的可能性。污水在铁碳微电解池中的水力停留时间为2～4小时，污水折流式流经铁碳填料，流速为0.5～1.5cm/s。

本发明通过采用三级铁碳微电解池这一折流式结构，使得水力流态更加均匀，对布水均匀性要求降低，并且在下向流的廊道设置曝气盘进行微曝气有利于污水与铁碳填料充分接触，并且形成富氧环境，能生成氧化能力极强的羟基自由基(.OH)，从而大大提高了污水的可生化性。

所述生物接触氧化池5为矩形曝气池，内部设置组合性填料9。所述生物接触氧化池内水力停留时间为8～12小时，污泥龄为15～25天。所述生物接触氧化池底部设置橡胶微孔曝气器8，气水比为45:1-65:1。所述沉淀池6为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1～2小时。

图2所示的是芥菜腌制废水处理设备中使用的铁碳填料，所述铁碳填料为直径14-18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1。

本发明在烧杯试验条件下(未曝气)研究不同直径的铁碳填料对相同水质的某芥菜腌制加工厂生产废水中COD的降解效果：

第一组填料(所述铁碳填料为直径14-18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1)的试验结果为：芥菜腌制加工厂的生产废水在第一组填料的微电解作用下，废水中的COD被持续降解，经过180分钟后，废水中COD的去除率达到29.1％，经过210分钟，COD的去除率达到最高，为33.8％，随着时间的延长，COD的去除率呈下降趋势。

第二组填料(铁碳填料为直径为10-13mm的球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1)的试验结果为：芥菜腌制加工厂的生产废水在第二组填料的微电解作用下，废水中的COD被持续降解，经过180分钟后，废水中COD的去除率达到28.2％，经过220分钟，COD的去除率达到最高，为30.7％，随着时间的延长，COD的去除率呈下降趋势。

第三组填料(铁碳填料为直径为19-23mm的球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1)的试验结果为：芥菜腌制加工厂的生产废水在第三组填料的微电解作用下，废水中的COD被持续降解，经过180分钟后，废水中COD的去除率达到19.1％，经过228分钟，COD的去除率达到最高，为29.8％，随着时间的延长，COD的去除率呈下降趋势。

综合上述试验结果，本发明采用直径为14-18mm的球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1，进行芥菜废水处理，此种直径的球形烧结铁碳填料在废水中分布更加均匀，使得铁碳填料在废水中形成的原电池效应达到极致，从而大大提高了废水的可生化性能和COD的去除率。

本发明还公开了一种芥菜腌制废水处理方法，包括以下步骤：

(1)废水经格栅1进入污水收集池2，所述格栅1为回转式格栅除污机，栅条间距为0.5～1.5mm、栅条系列间隔为0.5mm；

(2)废水在污水泵3的提升下进入铁碳微电解池4，折流式流经铁碳填料，流速为0.5～1.5cm/s；

(3)经过铁碳微电解处理后的污水自流进入生物接触氧化池5，生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料9，水力停留时间为8～12小时，污泥龄为15～25天，底部设置橡胶微孔曝气器8，气水比为45:1～65:1；

(4)生物接触氧化池混合液自流进入沉淀池6进行泥水分离，沉淀池6为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1～2小时；

(5)沉淀池上清液排入下水道，上清液的主要污染物指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)；

(6)铁碳微电解池4排放的污泥及沉淀池6排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

本发明还在烧杯试验条件下研究了活性污泥对某芥菜腌制加工厂生产废水未经铁碳微电解处理和经过铁碳微电解处理的生产废水COD的降解速率进行了对比，通过试验发现，未经铁碳微电解处理的芥菜腌制废水的可生化性较差，其比COD降解速度为0.2856mgCOD/gVSS/h，而经过铁碳微电解处理的芥菜腌制废水的可生化性比较好，其比COD降解速度为0.4307mgCOD/gVSS/h。

本发明还将单独生物接触氧化工艺与铁碳微电解+生物接触氧化工艺对某芥菜腌制加工厂生产废水COD处理效果进行了对比研究。通过试验发现：单独采用生物接触氧化工艺对芥菜腌制废水进行处理，COD平均去除率为64.22％，而采用本发明的三级铁碳微电解+生物接触氧化工艺对芥菜腌制废水进行处理，COD平均去除率能达到89.33％，从上述试验结果可以发现，本发明的三级铁碳微电解+生物接触氧化工艺对芥菜腌制废水的处理效果非常理想。

下面对本发明的芥菜腌制废水处理方法进行研究，采用相同的芥菜处理废水进行试验，通过调整废水处理方法中的工艺参数，考察其处理效果。

实施例1

某芥菜腌制加工厂生产废水水质为：盐度(以NaCl计)：20～25g/L；COD：3240～4150mg/L；氨氮：180～230mg/L；总磷：7.3～8.7mg/L。

应用本发明所述芥菜腌制废水处理方法，包括以下步骤：

(1)废水经格栅1进入污水收集池2，所述格栅1为回转式格栅除污机，栅条间距为1mm、栅条系列间隔为0.5mm；

(2)废水在污水泵3的提升下进入铁碳微电解池4，折流式流经铁碳填料，流速为0.5cm/s；

(3)经过铁碳微电解处理后的废水自流进入生物接触氧化池5，生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料，水力停留时间为10小时，污泥龄为15天，底部设置橡胶微孔曝气器，气水比为60:1；

(4)生物接触氧化池混合液自流进入沉淀池6进行泥水分离，沉淀池6为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1.5小时；

(5)铁碳微电解池4排放的污泥及沉淀池6排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

经上述方法处理后的出水水质指标为：COD：340～450mg/L，平均去除率为89.33％；氨氮：18～23mg/L，平均去除率为90.06％；总磷：0.3～1.7mg/L，平均去除率为87.5％。主要污染物指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)。

实施例2

某芥菜腌制加工厂生产废水水质为：盐度(以NaCl计)：20～25g/L；COD：3240～4150mg/L；氨氮：180～230mg/L；总磷：7.3～8.7mg/L。

应用本发明所述芥菜腌制废水处理方法，包括以下步骤：

(1)废水经格栅1进入污水收集池2，所述格栅1为回转式格栅除污机，栅条间距为1mm、栅条系列间隔为0.5mm；

(2)废水在污水泵3的提升下进入铁碳微电解池4，折流式流经铁碳填料，流速为1cm/s；

(3)经过铁碳微电解处理后的废水自流进入生物接触氧化池5，生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料，水力停留时间为12小时，污泥龄为15天，底部设置橡胶微孔曝气器，气水比为60:1；

(4)生物接触氧化池混合液自流进入沉淀池6进行泥水分离，沉淀池6为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1.5小时；

(5)铁碳微电解池4排放的污泥及沉淀池6排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

经上述方法处理后的出水水质指标为：COD：352～483mg/L，平均去除率为87.19％；氨氮：19.6～25.2mg/L，平均去除率为87.05％；总磷：0.41～2.01mg/L，平均去除率为80.2％。主要污染物指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)。

实施例3

某芥菜腌制加工厂生产废水水质为：盐度(以NaCl计)：20～25g/L；COD：3240～4150mg/L；氨氮：180～230mg/L；总磷：7.3～8.7mg/L。

应用本发明所述芥菜腌制废水处理方法，包括以下步骤：

(1)废水经格栅1进入污水收集池2，所述格栅1为回转式格栅除污机，栅条间距为1mm、栅条系列间隔为0.5mm；

(2)废水在污水泵3的提升下进入铁碳微电解池4，折流式流经铁碳填料，流速为1.5cm/s；

(3)经过铁碳微电解处理后的废水自流进入生物接触氧化池5，生物接触氧化池为矩形曝气池，内部设置组合性填料，水力停留时间为8小时，污泥龄为15天，底部设置橡胶微孔曝气器，气水比为60:1；

(4)生物接触氧化池混合液自流进入沉淀池6进行泥水分离，沉淀池6为辐流式沉淀池，中心进水周边出水，沉淀时间1.5小时；

(5)铁碳微电解池4排放的污泥及沉淀池6排放的剩余污泥进入污泥处理系统。

经上述方法处理后的出水水质指标为：COD：371～639mg/L，平均去除率为85.03％；氨氮：22～39mg/L，平均去除率为85％；总磷：0.6～1.9mg/L，平均去除率为85.17％。主要污染物指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)。

从上述三个实施例可以发现，采用相同的芥菜处理废水进行试验，采用不同的废水处理工艺参数，废水处理效果不同，其中实施例1的废水处理效果最为理想。

最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。