一种新型组合式厌氧除硬的处理系统和处理方法与流程

本发明涉及工业废水处理工艺领域，具体的说，本发明涉及一种新型组合式厌氧除硬的处理系统和处理方法。

背景技术：

1、造纸生产工艺原材料主要来源于竹片、木片等天然植物原料，造纸产生的废水特点是成分较为简单，化学添加剂较少，是一种相对简单的高浓度有机废水。而随着时代的发展，物质资源的匮乏，环保意识的提高以及资源可再利用的技术提升，造纸生产工艺由原来的天然木制原料变为天然植物原料参合废纸后再造纸，或直接利用废纸再造纸。新的造纸工艺，其添加的化学药剂比较多，以及废纸原料中残留的药剂日益积累，特别是高级用纸生产过程中为增加纸张的硬度及防止纸张发霉，在生产过程中添加了大量的氯化钙、碳酸钙等。因此，近年，应运时代而生的新型造纸工艺所产生的造纸废水，其成分较为复杂，是一种具有高浓度有机污染物的含硬废水。

2、针对高浓度有机污染物的造纸废水，对其进行厌氧处理是有效减少有机物污染物的重要水处理工艺手段。然而，实际处理过程中，厌氧工艺段主要针对的污染因子是高浓度有机物，针对硬度污染因子，厌氧工艺对硬度离子的截留能力是有限的，传统的厌氧处理工艺难以满足新的排放要求。面对当下造纸废水高有机物浓度及高硬度含量的新特点，传统厌氧处理工艺，厌氧反应器颗粒污泥常常出现污泥钙化现象，通过文献查阅和研究，我们发现厌氧污泥钙化现象主要是与造纸废水中的硬度、碱度、ph值等影响因子有关。废水中的硬度是指水中所含的钙、镁等金属离子的含量，硬度离子含量过高，会引起厌氧污泥钙化现象，传统的厌氧处理工艺已经不适用于当下造纸废水的水质新特点。

3、当前对于造纸废水处理领域，厌氧反应器出现的厌氧污泥钙化现象，常用的技术手段是在厌氧反应器内投入阻垢剂，防止污泥钙化。此方法存在以下几点不足：第一，大量的阻垢剂会改变污泥性状，影响颗粒污泥的成型，或者使得已成型的颗粒污泥解絮，从而降低了厌氧反应器的处理负荷，且不能产生厌氧颗粒污泥经济副产物；第二，在厌氧反应过程中，需要调节合适的碳氮磷比，在加入阻垢剂的同时通常还需要额外补充碱度，这无形中加重了系统的钙截留量，加重了工艺管路的污堵现象；第三，阻垢剂的投加过程会控制ph＜7，偏酸的ph会抑制产甲烷菌的产甲烷过程，结果导致有机物降解效率被抑制的同时经济副产物也减少；第四，由于污泥不能长期稳定处于高能效的活性状态，厌氧反应器在连续运行时需要经常更换污泥，运维频次高，运营成本居高。针对上述问题，当下需要提出一种高效的应对和解决方法。

4、因此，如何在不额外引入其他化学试剂的同时，将造纸废水中高浓度有机污染物及高硬度含量问题协同处理，是当下急需解决的热点问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种新型组合式厌氧除硬的处理系统和处理方法，实现了造纸废水处理时，在不额外添加其他化学药剂的同时，将废水中高浓度有机污染物及高硬度含量问题的协同处理，解决了厌氧污泥钙化、设备容易污堵、污泥及沼气资源再利用等难题。

2、为实现本发明目的所采用的技术方案为：

3、一种新型组合式厌氧除硬的处理系统，包括预处理单元、厌氧处理单元、污泥处理单元、曝气处理单元、除硬单元、晶种投加单元和后处理单元，所述预处理单元、厌氧处理单元和后处理单元依次连接设置；所述厌氧处理单元与污泥处理单元通过管道连通设置，所述污泥处理单与晶种投加单元通过管道连通设置，所述晶种投加单元和除硬单元通过管道连通设置，所述除硬单元与预处理单元通过管道连通设置；所述厌氧处理单元与曝气处理单元通过管道连通设置，所述曝气处理单元产生与除硬单元通过管道连通设置。

4、优选地，所述预处理单元包括粗细格栅、集水池、预酸化池、初沉池的一个或多个，并且所述粗细格栅、集水池、预酸化池和初沉池依次连接设置；所述的厌氧处理单元为上流式厌氧污泥床反应器。

5、优选地，所述曝气处理单元包含反应池、散气装置、气体收集装置，所述散气装置和反应池连接设置，所述反应池和气体收集装置连接设置。

6、优选地，所述除硬单元为诱导结晶除硬反应器，所述反应器包含上层的固液分离区、下层的除硬反应诱导结晶区和底部的布水排泥区；所述污泥处理单元包含污泥干化和污泥破碎筛选区；所述后处理单元包含生化处理区、深度处理区。

7、本发明还提供以上所述一种新型组合式厌氧除硬的处理系统的处理方法，包括以下步骤：

8、s1、废水收集后预处理：收集后的造纸废水首先进入预处理单元，在此单元中，废水调节水质水量，粗大纤维被去除，控制废水ph，控制溶解氧处于兼性厌氧条件；

9、s2、废水进行厌氧处理：预处理单元出水与厌氧循环水混合后进入一定高度的厌氧处理单元进行厌氧消化，厌氧处理单元通过循环泵控制上升流速；厌氧反应过程中控制厌氧反应器的上升流速、ph、溶解氧、温度、容积负荷、氧化还原电位、厌氧污泥浓度，vfa参数；使得废水中大部分的有机物高效去除，出水自流进入后处理单元；废水进行厌氧处理的同时，厌氧循环水协同进行除硬单元处理；

10、s3、厌氧循环水除硬第一步曝气补碱：厌氧循环水取自厌氧处理单元出水，含硬循环水首先经过曝气处理单元，使循环水中的碳酸氢根碱度转化为碳酸根碱度，曝气处理单元出水迅速流入除硬单元；

11、s4、厌氧循环水除硬第二步诱导结晶，除硬后回用于厌氧进水前端：控制除硬单元的ph、晶种投加量、上升流速，当拥有充足碳酸根碱度的含硬循环水，迅速进入诱导结晶反应区后，钙离子与碳酸根发生化学反应，生成小颗粒碳酸钙固体分子，在除硬晶种的诱导作用下，逐步形成大颗粒晶种，随着晶种的自身重力作用，废水流经固液分离区实现固液分离，最终含硬循环水中的硬度被有效去除；除硬后的循环水回流至厌氧处理单元前端与预处理出水稀释混合，并再次进入厌氧处理单元，以此不断循环处理；除硬单元的晶种通过晶种投加单元投加，饱和晶种不定期外排处理；

12、s5、厌氧出水进行深度后处理，并达标排放：被除硬降碳的厌氧出水流入工艺末端的后处理单元，利用物理、化学、生物或自然风干任意一种或两种以上组合工艺技术手段对厌氧出水进行深度处理使污泥干化，处理后出水达到排放或回用标准；

13、s6、副产物的处理：厌氧处理单元的厌氧颗粒污泥经济副产物可以外运处理也可以破碎筛分后用于除硬单元的诱导结晶晶种；厌氧处理单元的沼气经济副产物可用于曝气处理单元，给循环水补充适量的碱度，剩余沼气收集后纯化用于发电补给能源；除硬单元的高纯度碳酸钙副产物可外运后资源再利用；预处理单元的固体废物可外运处理。

14、优选地，在步骤s1中，对粗大纤维被去除，使ss指标＜300-500mg/l，控制溶解氧do＝0.5-1.5mg/l，废水中营养比碳：氮：磷控制为200-300:5:1，ph＝5.5-6.0。

15、优选地，在步骤s2中，控制厌氧处理反应器内的溶解氧do＜0.5mg/l，厌氧循环泵控制厌氧反应器上升流速为4-8m/h，厌氧处理单元反应器高度为16-25m，ph控制在6.2-6.8之间，进水溶解氧控制≤1.0mg/l，温度保持在33℃-38℃，容积负荷5-35kgcod/(m3·d)，氧化还原电位300-380mv，厌氧活性污泥浓度介于10-30vss/l之间，vfa＜1000mg/l；启动初期，初次接种的厌氧颗粒污泥负荷按＜0.25kgcod/(kgmlss·d)，启动污泥量按浓度10％，vss/tss≥75％，颗粒污泥粒径1-3mm，负荷提升梯度＜20％。

16、优选地，在步骤s3中，控制曝气处理单元的ph＝7-8，确保硬度钙离子与碳酸根离子毫摩尔比值为0.5-1.5。

17、优选地，在步骤s4中，控制诱导结晶区上升流速为40-120m/h，除硬单元下层除硬反应诱导结晶区水力停留时间为3-10min，ph控制在7-8之间，除硬单元上层固液分离区表面负荷控制在0.5-10m3/(㎡·h)；除硬单元的诱导晶种通过晶种投加单元投入，诱导晶种初始投加量为除硬单元有效体积的5-10％，晶种粒径控制在0.1～1.0mm。

18、优选地，在步骤s5中，干化后的污泥控制含水率在60-80％即可以外运处理；部分钙化污泥还可以通过污泥破碎筛分区，利用渣浆泵的破碎作用及16-140目筛网的筛分作用，把钙化污泥破摔筛分成0.1-1.0mm粒径的小颗粒，用于除硬单元的诱导结晶晶种的投加使用

19、本发明的工作原理是：本发明通过“预处理单元+厌氧处理单元(协同曝气补碱+除硬)+后处理单元”，可对造纸废水中高浓度有机污染物及高含量硬度离子协同处理，预处理单元可以调节水质水量，实现废水中大颗粒悬浮物的去除及初步预处理；厌氧处理单元可以高效去除废水中的有机物及高浓度硬度离子；后处理单元可以深度处理水中的难降解有机或微污染，最终实现出水达标排放或回用。

20、首先，预处理调节水质水量并除去水中不溶性的大颗粒悬浮物，其次，利用厌氧工艺降解高浓度有机污染，紧接着，增大厌氧循环量以提高有机物的降解效率，同时，在厌氧循环过程中组合补碱除硬工艺，实现协同去除废水中硬度离子的处理效果，最终，出水通过后处理单元实现达标排放或回用。

21、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

22、1、本发明通过提供一种新型组合式厌氧除硬的处理系统和处理方法，集厌氧工艺和除硬工艺于一体，在处理高浓度有机物的同时，协同处理废水中的硬度离子，工艺简单，处理效果好，解决新型造纸废水同步“降碳减硬”的急迫需求，并且在处理过程中能产生有价值的沼气、高纯度碳酸钙及厌氧颗粒污泥等经济副产物。

23、2、本发明通过曝气区厌氧沼气资源再利用，利用厌氧工艺段自身产生的沼气，通过曝气区散气装置给厌氧循环水曝气，在曝气过程中使厌氧循环水中碳酸氢根碱度转化为碳酸根碱度，无需额外添加碱度等化学试剂，即可达到正向促进碳酸钙的生成反应，从而进一步实现有机污染物与钙硬度的协同处理。

24、3、本发明将“除硬单元”设立在厌氧单元循环水流经处，利用“除硬单元”的动态诱导结晶和静态诱导结晶作用，伴同“除硬单元”装置直径骤扩结构特性，实现高效除硬及强固液分离效果，从而保障了厌氧系统进水钙离子浓度处于一个低浓度不易结垢也不会发生厌氧污泥钙化的情况，减少了厌氧系统的硬度含量截流量，更有利于造纸废水处理系统的长期稳定正常运行，运维频次低。

25、4、一种新型的厌氧钙化污泥处置方式兼除硬单元启动方式，利用已经钙化的厌氧污泥，通过渣浆泵的二次破碎，并筛分出合适粒径的晶种，作为厌氧循环水除硬单元的除硬诱导晶种，资源再利用，变废为宝，可降低运营成本，缩短工艺的启动周期，是一种钙化污泥处置的新方式，同时可以通过原子之间的动态诱导和静态诱导，更好的截留前段曝气区产生的小颗粒碳酸钙，从而减少硬度离子再次进入厌氧工艺段，抑制厌氧污泥钙化。

26、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容给与试试，以下为本发明的较佳实施例并配合附图表详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图表详细给出。