一种铁强化微生物处理复杂废水的方法及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁强化微生物处理复杂废水的方法及其装置，目的在于解决现有的复杂废水主要针对高盐复杂废水，未见处理含有机物和金属离子的复杂废水报道的问题。该方法包括如下步骤：制备铁强化颗粒污泥、抗冲击培养、处理复杂废水。本发明能够有效解决生物法处理复杂废水效率低、抗冲击能力弱、出水不稳定的问题，有效处理含有机物和金属离子的复杂废水。实验结果表明，采用本发明处理复杂废水，具有操作简单、废水出水水质稳定、处理效率较高、适应性强、运行稳定好，能同时对废水中有机物重金属进行处理，满足工业中连续处理复杂废水需要等优点。本发明对COD低于6000、含多种金属且浓度低于20mg/L的废水处理效果显著，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种铁强化微生物处理复杂废水的方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明涉及污水处理领域，尤其是微生物处理污水领域，具体为一种铁强化微生 物处理复杂废水的方法及其装置。本发明能够处理含有有机物和金属的复杂废水，具有较 好的效果。
【背景技术】
[0002] 在工业生产过程中，不可避免的会产生大量废水。工业废水会对自然环境造成严 重的影响，严重威胁人体健康。为此，人们采用了多种方式对废水进行处理，以有效减少废 水对环境的危害。目前，现有的废水处理方法主要针对单一的废水进行处理，并取得了较好 的效果。
[0003] 然而，在实际应用中，
【申请人】发现，除了单一种类的废水外，工业上常见的废水大 多为难处理的复杂废水，如电镀废水、金属件清洗废水等。这类复杂废水中，一般既含有酒 精、煤油、净化剂等有机物，又含有溶解于废水中的多种金属离子。
[0004] 针对复杂废水，目前较多的处理方法是，通过各种物理化学方法先沉淀其中的重 金属后，再分解其中的有机物。其采用的物理化学方法一般工艺复杂，处理设施多，投入药 剂量大，且存在二次污染的可能。
[0005]
【申请人】针对复杂废水进行了相关专利检索发现，现有的专利有的是针对高盐复杂 废水，如中国专利申请0~201320423220.6(高盐复杂废水回用与零排放集成设备）、 CN20 10202 14702.7(-种反渗透浓水和高含盐量复杂废水处理与回用设备申请号 CN201020214702.7申请日2010.05.31);有的采用多元煤进行处理，如0册71080953(多元 媒复合处理废水方法及专用装置）；有的采用新材料进行处理，如CN201610156374.1(-种 苯基修饰的磁性石墨烯/介孔二氧化硅复合材料的制备及作为固相萃取剂的应用）。
[0006] 为此，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。
[0007] 生物法处理废水被认为是应用最广、运行费用较省的方法，被广泛应用于城镇生 活污水的处理。然而，面对一些难处理复杂废水时，单纯的生物处理法往往存在处理效率 低、耐冲击力不足等缺点。为此，
【申请人】针对含有机物和金属离子的复杂废水，提供一种铁 强化微生物处理方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的发明目的在于:针对现有的复杂废水主要针对高盐复杂废水，未见处理 含有机物和金属离子的复杂废水报道的问题，提供一种铁强化微生物处理复杂废水的方法 及其装置。本发明能够有效解决生物法处理复杂废水效率低、抗冲击能力弱、出水不稳定的 问题，有效处理含有机物和金属离子的复杂废水，并具有较好的效果，能满足工业化、大规 模应用的需要，具有较好的应用前景。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] -种铁强化微生物处理复杂废水的方法，包括如下步骤：
[0011] (1)制备铁强化颗粒污泥
[0012] 将破碎后的厌氧污泥与铁系絮凝剂混合均匀后，得到第一混合物，将第一混合物 加入ABR反应器中，培养形成颗粒较大、沉降性能良好的生物铁颗粒污泥；
[0013] ⑵抗冲击培养
[0014] 人工配水，低负荷启动ABR反应器，运行的水力停留时间为12~24小时，并进行出 水水质分析，待ABR反应器出水稳定后，逐级提高ABR反应器进水废物浓度，直到达到所需废 水处理浓度；
[0015] (3)处理复杂废水
[0016] 待步骤(2)完成后，向该ABR反应器中加入复杂废水，利用ABR反应器中的生物铁颗 粒污泥处理复杂废水中的污染物质，ABR反应器采用间歇式运行，运行的水力停留时间为12 ~24小时，ABR反应器出水即为净化后的水。
[0017] 所述铁系絮凝剂为硫酸亚铁、氢氧化铁、氯化铁、铁粉中的一种或多种。
[0018] 所述步骤（1)中，以厌氧污泥的质量计，铁系絮凝剂的投加量为厌氧污泥的3%~ 10%〇
[0019] 所述步骤(1)中，培养形成的生物铁颗粒污泥的污泥颗粒化程度大于95%，颗粒粒 径范围在1~3mm。
[0020] 所述步骤(2)中，水质分析包括金属离子浓度、COD。
[0021] 所述步骤(2)中，人工配水，低负荷启动ABR反应器，进水的COD为800~1500mg/L; 待ABR反应器出水稳定后，ABR反应器进水废物COD浓度逐级提高500~600mg/L，直到达到所 需废水处理浓度。
[0022] 所述步骤(2)中，ABR反应器进水废物C0D浓度最高为6000~7000mg/L。
[0023] 所述步骤(2)中，人工配水，低负荷启动ABR反应器，进水中的金属离子及浓度分别 为：0.1~4.5mg/L (Μ，0·1~13.0mg/L Cr，0.1~6.0mg/L Ni，0.1~5.0mg/L Cu，0.1~ 5.0mg/L Mg。
[0024] 所述步骤(3)中，含有的有机物为酒精、丙酮、煤油、金属清洗溶剂、乳酸中的一种 或多种。
[0025] 所述步骤(3)中，含有的金属离子为镉、铜、铬、镍、钒中的一种或多种。
[0026] 所述步骤(3)中，处理的复杂废水中，有机物C0D浓度为2000~6000mg/L;金属离子 及浓度分别为:金属种类及浓度分别为:〇 · 〇~8 · 0mg/L V，10 · 0~13mg/L Cr，5 · 0~10 · Omg/ L Ni，0.0~15.0mg/L Cu，0.0~8.0mg/L 0!，0·0~8.0mg/L Mg。
[0027] 用于前述铁强化微生物处理复杂废水方法的装置，包括进水装置、进水栗、ABR反 应器、出水装置、与ABR反应器相连的气体液封装置，所述进水装置通过进水栗与ABR反应器 相连，所述进水栗与ABR反应器相连的管道上设置有流量计，所述ABR反应器与出水装置相 连。
[0028] 针对前述问题，本发明提供一种铁强化微生物处理复杂废水的方法及其装置。厌 氧折流板反应器(ABR)是McCarty和Bachmann等于1982年提出的一种新型高效厌氧生物处 理反应器。该反应器由多个折流板将其分隔成格室，每个格室都可以看作相对独立的UASB (上流式厌氧污泥床)系统。
[0029] 本发明中，首先制备铁强化颗粒污泥。将破碎后的厌氧污泥与铁系絮凝剂混合均 匀后，得到第一混合物，将第一混合物加入ABR反应器中，培养形成颗粒较大、沉降性能良好 的生物铁颗粒污泥。
【申请人】研究发现，铁系絮凝剂不仅可对废水中金属离子有絮凝作用，还 能与废水中大分子物质发生微电池反应，提高废水的可生化性。
[0030] 其中，微电池反应如下：
[0031 ]阳极 Fe-2e-Fe2+E°Fe2+/Fe = -0 · 44V，
[0032] 阴级2H++2e-2[H]4H2，
[0033] EV/H2 = -0.00V。
[0034] 本发明中，微电池反应产物具有很高的化学活性，能与废水中许多污染物组份发 生氧化还原反应，使大分子物质分解为小分子物质，使某些难生化降解的物质转变成容易 处理的物质，提高废水的可生化性。同时，由于铁系絮凝剂的存在，使得步骤(1)中的微生物 生长更加迅速，同时，微生物可在铁周围不断的繁衍代谢形成菌膜，促进微生物的体系形成 较大的生物颗粒。
[0035]本发明通过向厌氧折流板生物反应器(ABR)中投加一定浓度的铁絮凝剂，经过驯 化成为粒度较大、结构紧密、性能优良的生物颗粒污泥，对同时含多种金属及有机物的复杂 废水进行生物处理。由于铁的强化作用，增强了反应器内生物颗粒污泥的粒径，提高了微生 物的抗冲击能力，通过ABR的协同作用，复杂废水内金属及有机物得到了较高的处理效率。 本发明的方法和设备适用于C0D小于6000、含多种金属，每种金属浓度小于20mg/L的复杂工 业废水的处理。
[0036] 同时，本发明仅采用厌氧折流板生物反应器，即可实现复杂废物的处理，设备结构 简单，不需要特殊的三相分离系统，并能有效地截留生物体，能够满足长期、高负荷运行，适 于处理各种废水，具有较好的应用前景。
[0037] 综上所述，本发明首先将铁絮凝剂添加于微生物处理系统中，强化反应器中生物 的抗冲击能力，提高生物反应器的处理效率，同时配合厌氧折流板生物反应器，需要特殊的 三相分离系统，具有结构简单，使用方便，适应性强，运行效果好等优点。将本发明用于复杂 工业废水处理，不失为一种同步处理有机物和放射性物质的较好办法。目前，还未见用于复 杂废水处理中应用铁强化微生物和厌氧折流板反应器结合的处理系统。
[0038] 实验结果表明，采用本发明处理复杂废水，具有操作简单、废水出水水质稳定、处 理效率较高、适应性强、运行稳定好，能同时对废水中有机物重金属进行处理，满足工业中 连续处理复杂废水需要等优点。本发明对C0D低于6000、含多种金属且浓度低于20mg/L的废 水处理效果显著，较好解决的生物法耐复杂废水冲击能力弱、处理效率低的问题，具有广阔 的应用前景。
【附图说明】
[0039] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0040] 图1为生物铁颗粒污泥。
[0041] 图2为生物铁颗粒污泥中铁与微生物的扫描电镜图一。
[0042] 图3为生物铁颗粒污泥中铁与微生物的扫描电镜图二。
[0043]图4为本发明中ABR反应器。
[0044]图中标记：1为进水桶，2为进水栗，3为流量计，4为生物反应器，5为气体液封装置， 6为出水桶。其中，气体液封装置采用盛放NaOH的容器。
【具体实施方式】
[0045] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0046] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的 替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子 而已。
[0047] 本发明中的废水处理装置是由ABR反应器和反应器内培养驯化的生物铁颗粒污泥 组成的。其中，ABR反应器的结构如图3所示，其由5个反应格室组成；第1、5格室容积为第 2.3.4格室的1.4倍，第1、5格室的上向流室体积:下向流室体积=3.4:1;第2、3、4格室的上 向流室体积:下向流室体积=3:1。
[0048]本发明实施例中，采用如下步骤在ABR反应期内，进行生物铁颗粒污泥驯化及废水 处理。
[0049] (1)将破碎后的厌氧污泥与铁系絮凝剂混合均匀后，得到第一混合物，将第一混合 物加入ABR反应器中，培养形成颗粒较大、沉降性能良好的生物铁颗粒污泥。其中，以厌氧污 泥的质量计，铁系絮凝剂的投加量为厌氧污泥的3%~10%。
[0050] 步骤（1)中，引入培养液进行培养，反应器内获得颗粒化较好的铁强化生物污泥， 获得的颗粒污泥如图1、图2所示。
[0051] (2)配制模拟废水，驯化反应器内颗粒污泥，反应器出水稳定后逐级提高进水中 C0D浓度，驯化过程中废水⑶D为1000~7000，金属种类及浓度分别为：Cd 4.5mg/L、Cr 13.0mg/L、Ni 6.0mg/L、Cu 5.0mg/L、Mg 5.0mg/L。
[0052] (3)待步骤⑵完成后，向该ABR反应器中加入复杂废水，利用含生物铁的ABR反应 器，处理复杂废水中的污染金属及有机物。ABR反应器采用间歇式运行，运行的水力停留时 间为12~24小时，ABR反应器出水即为净化后的水。
[0053] 实施例1
[0054]模拟处理金属清洗废水，该有机废水中含有的有机物为：乙醇、煤油、丙酮;该有机 废水中含有的金属离子为:钒、铬、镍、镁。
[0055]向水中加入有机物乳化液(加入有机物体积比，乙醇:丙酮:煤油=6:1:1)及多种 金属化合物，配制模拟废水于进水桶中。废水经蠕动栗提升后，进入ABR反应器，废水进水与 ABR反应器各个格室的污泥混合，出水经5个反应格室后，进入沉淀区。废水在ABR反应器内 停留时间为24小时，对处理后的水进行收集，分析进出水中金属离子浓度及C0D。本实施例 的测定结果如下表1所示。
[0056]表1水质测定结果
[0059] 实施例2
[0060] 模拟处理金属清洗废水，该有机废水中含有的有机物为：乙醇、矿物油、乳酸;该有 机废水中含有的金属离子为:钒、铬、镍、镁。
[0061 ]向水中加入有机物乳化液(加入有机物的体积比为，乙醇:乳酸:矿物油=6:2:1) 及多种金属化合物，配制模拟废水于进水桶。废水经蠕动栗提升后，进入ABR反应器，废水进 水与ABR反应器各个格室的污泥混合，出水经5个反应格室后进入沉淀区。废水在ABR反应器 内停留时间为24小时，对处理后的水进行收集，分析出水中金属离子浓度及C0D。本实施例 的测定结果如下表2所示。
[0062]表2水质测定结果
[0064] 实施例3
[0065] 模拟处理金属清洗废水，该有机废水中含有的有机物为:乳酸、丙酮、金属清洗液、 煤油;该有机废水中含有的金属离子为:钒、铬、镍、镁、铜。
[0066] 向水中加入有机物乳化液(加入有机物的体积比为，乳酸:丙酮:金属清洗液:煤油 =6:1:1:1)及多种金属化合物，配制模拟废水于进水桶。废水经蠕动栗提升后，进入ABR反 应器，废水进水与反应器各个格室的污泥混合，出水经5个反应格室后进入沉淀区。废水在 ABR反应器内停留时间为24小时，对处理后的水进行收集，分析出水中金属离子浓度及COD。 本实施例的测定结果如下表3所示。
[0067]表3水质测定结果
[0070] 实施例4
[0071]模拟处理金属清洗废水，该有机废水中含有的有机物为：乙醇、润滑油、丙酮;该有 机废水中含有的金属离子为:钒、镉、铬、镍、镁。
[0072]向水中加入有机物乳化液(加入有机物的体积比为，乙醇：润滑油：丙酮=4:1:1: 1)及多种金属化合物，配制模拟废水于进水桶。废水经蠕动栗提升后，进入ABR反应器，废水 进水与ABR反应器各个格室的污泥混合，出水经5个反应格室后进入沉淀区。废水在ABR反应 器内停留时间为24小时，对处理后的水进行收集，分析出水中金属离子浓度及C0D。本实施 例的测定结果如下表4所示。
[0073]表4水质测定结果
[0075]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1. 一种铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 制备铁强化颗粒污泥 将破碎后的厌氧污泥与铁系絮凝剂混合均匀后，得到第一混合物，将第一混合物加入 ABR反应器中，培养形成颗粒较大、沉降性能良好的生物铁颗粒污泥； (2) 抗冲击培养 人工配水，低负荷启动ABR反应器，运行的水力停留时间为12~24小时，并进行出水水质 分析，待ABR反应器出水稳定后，逐级提高ABR反应器进水废物浓度，直到达到所需废水处理 浓度； (3) 处理复杂废水 待步骤(2)完成后，向该ABR反应器中加入复杂废水，利用ABR反应器中的生物铁颗粒污 泥处理复杂废水中的污染物质，ABR反应器采用间歇式运行，运行的水力停留时间为12~24 小时，ABR反应器出水即为净化后的水。2. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述铁系絮凝 剂为硫酸亚铁、氢氧化铁、氯化铁、铁粉中的一种或多种。3. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述步骤（1) 中，以厌氧污泥的质量计，铁系絮凝剂的投加量为厌氧污泥的3%~10%。4. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述步骤(2) 中，水质分析包括金属离子浓度、COD。5. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述步骤(2) 中，人工配水，低负荷启动ABR反应器，进水的COD为800~1500 mg/L;待ABR反应器出水稳定 后，ABR反应器进水废物COD浓度逐级提高500~600 mg/L，直到达到所需废水处理浓度。6. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述步骤(3) 中，含有的有机物为酒精、丙酮、煤油、金属清洗溶剂、乳酸中的一种或多种。7. 根据权利要求1所述铁强化微生物处理复杂废水的方法，其特征在于，所述步骤(3) 中，含有的金属离子为锦、铜、络、镍、钥I中的一种或多种。8. 用于权利要求1~7任一项所述铁强化微生物处理复杂废水方法的装置，其特征在于， 包括进水装置、进水栗、ABR反应器、出水装置、与ABR反应器相连的气体液封装置，所述进水 装置通过进水栗与ABR反应器相连，所述进水栗与ABR反应器相连的管道上设置有流量计， 所述ABR反应器与出水装置相连。
【文档编号】C02F3/28GK105884022SQ201610439190
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】刘艳, 李成邦, 陈晓谋, 王东文, 庞敏, 张灏, 习成成, 赵颜红
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所