专利名称：活性炭浓缩分离－生物再生污水处理设备和方法
技术领域：
本发明属于环境工程中的污水处理技术领域。
背景技术：
水污染与水资源短缺是当今世界面临的重大社会问题，水资源短缺除了水量的短缺之外，由于水质恶化而失去使用价值造成的水质性短缺占有相当大的比重。我国大部分江河湖海都遭受到程度不同的污染，520个大中城市中，有300个城市缺水，100个城市严重缺水。严重的水污染更加剧了水资源短缺，反之，水资源不足又加重了水污染，形成恶性循环。因此污水处理不仅是解决环境污染，也是解决水资源短缺问题的关键。
污水处理中应用最广、最经济的方法是生物处理法，它经历了近百年的沿革与变迁，目前已成为环境污染控制的最关键技术。然而，有许多因素造成生物处理的无法高效运行譬如1、高浓度的含盐废水，由于其高的渗透压使生物难于生长，从而不能处理该类废水。而含盐废水是化学工业中排放量相当大的一类污水，并且往往是含有大量其他有机物的重污染废水，如果能够将有机物与无机物有效的分离，有机物再用生物处理则将是非常容易的。2、营养源单一的污水，该类污水也大量存在于各种化工生产过程，由于营养源不充分生化处理必须补充所缺少的营养物以供生物生长，而此时除了增加成本外，由于处理水量较大，投加的营养物利用不可能完全，造成外排水污染物浓度的额外增高，使整体生化处理效率降低。3、低浓度污水深度处理，为了污水回用，目前广泛开展了污水深度处理技术的研究和开发，此时污水中生物可降解有机物的浓度极低，用化学耗氧量COD计算多在100mg/l以下，此时由于营养物缺乏致使单位容积的生物生长量很小，生化效率低，此时营养物也较缺乏，再补充就会增大污染物的排放浓度，使回用水超标。4、存在生物代谢毒物、生物抑制剂、生物难降解污的废水，需要采用生物共代谢机理降解的污水处理，如果直接在原污水中投加共代谢底物将使有机物浓度大大提高，如果将其分离后再用共代谢机理则可有效处理该类污染物却不会增加排放水的污染物浓度。
虽然生物炭技术已经被人们广为关注，但生物炭是在待处理水相直接完成生物再生过程，不能人为地提高生物所缺少的营养物浓度，不能避开盐浓度的干扰，不能有效的实施生物共代谢，不能人为提高所处理水相的有机物浓度因而具有很大的局限性。本发明可以克服上述诸缺点而可以广泛应用于目前污水生化处理方法所不能解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能人为地提高生物所缺少的营养物浓度、能避开盐浓度的干扰、能有效的实施生物共代谢、能人为提高所处理水相的有机物浓度的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备和方法。
本发明的技术构思是，利用活性炭的吸附性能，将有机污染物从水相中吸附到活性炭上，然后将水与活性炭分离，将吸附有有机物的活性炭与富含生物生长所必需的营养物的水相相接触，营养物是根据原有有机物特点而补充配置完善的，充分给氧使生物将活性炭所吸附的污染物充分降解，然后活性炭再与该水相分离，活性炭进行第二轮的吸附。如此交替进行，根据有机物生物降解特性确定吸附与再生的停留时间及反应器的数量，达到最佳的匹配状态。
本发明的技术解决方案是，活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备、包括一次连接的下列处理单元污水收集调节池(1)、调节池污水泵(2)、预沉降处理池(3)、沉降池污水泵(4)、排泥管(5)、流量计(6)、进水管(11)、生物再生反应液调配池(13)、生物再生液给液泵(14)、再生液进液管(15)、再生液回流管(16)和装有生物再生空气分布器、活性炭支撑筛板、活性炭填料、出水管的活性炭吸附及再生反应器，其特殊在，还包括活性炭吸附生物再生反应器。
活性炭吸附生物再生反应器是3个，它们是装有生物再生空气分布器(8)、活性炭支撑筛板(9)、活性炭填料(10)、出水管(12)的活性炭吸附及再生反应器(7)，装有生物再生空气分布器(23)、活性炭支撑筛板(24)、活性炭填料(18)、出水管(19)的活性炭吸附及再生反应器(17)，装有生物再生空气分布器(25)、活性炭支撑筛板(26)、活性炭填料(21)、出水管(22)的活性炭吸附及再生反应器(20)。
使用活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备的处理方法是，待处理污水，经过收集调节池(1)的均质处理后，进入常规的混凝沉降预处理(3)，然后用沉降池污水泵(4)将污水送到活性炭吸附及再生反应器的底部，通过活性炭(10)的吸附作用，将污水中的污染物截留在活性炭上而脱除，净化的污水由顶部的出水管排出。活性炭吸附的停留时间根据污水中待脱除的有机物浓度确定，其前提条件是保证出水中污染物的浓度达到拟处理的水平，当出水中污染物浓度超过控制指标时，停止进水，将进水切换至另一个吸附反应器，对已经吸附饱和的反应器进行生物再生，此时将存放在再生液调配槽(13)中的配置好的再生液送到需生物再生的吸附反应器进行再生处理，再生液从底部进入反应器并充满至出水口(16)，通过鼓风机提供氧气供生物生长需要，再生时间根据需降解污染物的种类和数量而变化。生物再生液直接返回到再生液调配槽，为下一次吸附器再生用。
可以一个反应器吸附，多个反应器再生，也可以多个反应器吸附，一个反应器再生。
不同污水浓度活性炭吸附与生物再生时间(水量100吨/小时)
再生液中含有满足生物生长的营养物质，对于底物单一的污水，营养物中应包含微生物生长所需要的其它营养物；对于含有需要共代谢才能降解的污染物的污水，需要提供共代谢底物。
再生液中还含有必需的生物菌种或菌群，该类菌种在工艺运行初期引入，并经过驯化过程最终达到稳定运行状态，对于特定情况考虑菌种的补充和活化，一般不需要补充和更换。对于特定的污染物可以采用特定菌种或人工构建基因工程菌种。
为了保证污水处理工艺的连续性，对于不同的污染物以及不同的浓度，生物再生时间将会有不同，因此活性炭吸附生物再生反应器的个数可以根据需要调整，并不是仅能以三个为限，可以多于或少于三个，以工艺需要为准。
生物再生时的给气量除了满足生化需氧量的需要之外，还要考虑将活性炭床层适当松动，短时间达到流化或半流化状态，以防止床层被悬浮物或生物所堵塞。
表中再生时间和吸附时间的确定需根据所处理污水的性质、水量来实验确定，特别是污水的含盐浓度、污水的有机物浓度、污水中有机物的可生物降解能力等，必须根据特定污水的实验结果来确定这两个时间。一般规律是含盐浓度越高，吸附时间越短；有机物浓度越高，吸附时间越短；污染物生物降解性越好，再生时间越短。
再生液中含有满足生物生长的营养物质，对于底物单一的污水，营养物中应包含微生物生长所需要的其它营养物；对于含有需要共代谢才能降解的污染物的污水，需要提供共代谢底物，再生液中还含有必需的生物菌种或菌群，该类菌种在工艺运行初期引入，并经过驯化过程最终达到稳定运行状态，对于特定情况考虑菌种的补充和活化，一般不需要补充和更换。对于特定的污染物可以采用特定菌种或人工构建基因工程菌种。
本发明所达到的效果为对于高盐度废水的处理，可以采用嗜盐菌处理，提高生化处理效率，降低运行成本；对于成分单一的有机工业污水，可以采用该工艺处理，将有机物的吸附脱除和降解分阶段进行，以便提供充分的营养；对于含有机物的气体处理本工艺也具有独到之处，有机废气可连续通入滴滤塔而再生液也可连续供给，使生物吸附和生物再生同步进行。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
当污水处理量为100吨/小时，有机物浓度(用BOD表示)在200毫克/立升，日脱除BOD量为480公斤，活性炭吸附容量按0.1克/克计算，吸附平衡时间为1小时，则吸附剂活性炭的用量为0.8立方米；生物再生容积负荷按2公斤BOD/立方米计算，再生时间为10小时。具体工艺过程简述如下污水收集调节池容积一般为800-1200立方米，当水量变化剧烈，有12小时以上无来水时，调节池要2400立方米，污水经过收集调节池的均质处理后，进入常规的混凝预处理，反应区30立方米，沉降区300立方米，然后用流量100立方米/小时的水泵将污水送到吸附柱靠活性炭的吸附作用，将污水中的污染物截留在活性炭中而脱除，净化的污水由吸附塔顶部的排水管外排。当活性炭吸附平衡时，进入再生阶段，以生活污水为主的再生营养液储存在容积为300立方米的再生液池中，再生菌种来源于生活污水，由于生活污水营养物丰富不再另行补充碳源，氮源和磷源，用流量100立方米/小时的再生液回流泵将再生液送到活性炭塔底部，给生物提供充分的营养物以便其生长并降解所截留的有机物，再生液通过活性炭床层后从塔的顶部排水管流回再生液储池。
权利要求
1.活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备，包括依次连接的下列处理单元污水收集调节池(1)、调节池污水泵(2)、预沉降处理池(3)、沉降池污水泵(4)、排泥管(5)、流量计(6)、进水管(11)、生物再生反应液调配池(13)、生物再生液给液泵(14)、再生液进液管(15)、再生液回流管(16)和装有生物再生空气分布器、活性炭支撑筛板、活性炭填料、出水管的活性炭吸附及再生反应器，其特征在于，还包括活性炭吸附生物再生反应器。
2.根据权利要求1所述的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备，其特征在于，活性炭吸附生物再生反应器是3个，它们是装有生物再生空气分布器(8)、活性炭支撑筛板(9)、活性炭填料(10)、出水管(12)的活性炭吸附及再生反应器(7)，装有生物再生空气分布器(23)、活性炭支撑筛板(24)、活性炭填料(18)、出水管(19)的活性炭吸附及再生反应器(17)，装有生物再生空气分布器(25)、活性炭支撑筛板(26)、活性炭填料(21)、出水管(22)的活性炭吸附及再生反应器(20)。
3.使用权利要求书1所述的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理设备的处理方法，其特征在于，待处理污水，经过收集调节池(1)的均质处理后，进入常规的混凝沉降预处理(3)，然后用沉降池污水泵(4)将污水送到活性炭吸附及再生反应器的底部，通过活性炭(10)的吸附作用，将污水中的污染物截留在活性炭上而脱除，净化的污水由顶部的出水管排出；当污染物浓度为20～5000mg/l、设计出水浓度为2～250mg/l、吸附脱除量为1.8～475kg/h时，吸附停留时间为30～60分钟，再生停留时间为3～48小时；当出水中污染物浓度超过控制指标时，停止进水，将进水切换至另一个吸附反应器，对已经吸附饱和的反应器进行生物再生，此时将存放在再生液调配槽(13)中的配置好的再生液送到需生物再生的吸附反应器进行再生处理，再生液从底部进入反应器并充满至出水口(16)，通过鼓风机提供氧气供生物生长需要，再生时间根据需降解污染物的种类和数量而变化，生物再生液直接返回到再生液调配槽(13)，为下一次吸附器再生用。
4.根据权利要求书2所述的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理方法，其特征在于，再生液中含有满足生物生长的营养物质碳源、氮源和磷源。
5.根据权利要求书2所述的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理方法，其特征在于，再生液中还含有必需的生物菌种或菌群，该类菌种是来自于自然界并通过驯化自然形成的适应该环境的生物菌群。
6根据权利要求书2所述的活性炭浓缩分离——生物再生污水处理方法，其特征在于，对于特定的难降解污染物可以采用特定的可以降解该污染物的菌种或人工构建基因工程菌种。
全文摘要
活性炭浓缩分离－生物再生污水处理设备和方法属于环境工程中的污水处理技术领域。利用活性炭吸附浓缩分离污染物，然后经过生物再生活性炭，实现高盐度、单一性污染物以及其它不适合直接生物处理的污水的处理过程。其主要工艺过程包括活性炭吸附－生物再生两个单元，一般分多组交替运行实现对污水的连续处理。本发明所达到的效果为高盐度废水的处理，生化处理效率高，运行成本低；成分单一的有机工业污水，将有机物的吸附脱除和降解分阶段进行，以便提供充分的营养；含有机物的气体处理，生物吸附和生物再生同步进行。适用于高盐度废水的生化处理过程，使盐度对生物的抑制作用大为降低，同时对污染物成分单一的污水处理也很实用。
文档编号C02F9/02GK1544361SQ20031010511
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月14日 优先权日2003年11月14日
发明者周集体 申请人:大连理工大学