专利名称：缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法
技术领域：
本发明涉及一种缓冲式环流载体生物床(Buffering Circulating MediaBiological bed, BCMB)处理高浓度有毒有机废水的方法，具体地涉及一种新型的废水生物处理方法和反应器，该反应器处理高浓度有毒有机废水具有生物活性强、处理负荷高、占地面积小、抗冲击能力强、出水水质稳定等优点。
背景技术：
高浓度有毒有机废水是一类常见的工业废水，是石油化工、煤化工、造纸、制药、印染等行业处理难度较大的一股废水。由于废水含有较高浓度的有毒有机物，如采用传统生物处理工艺，具有处理负荷低、停留时间长、占地面积大、抗冲击性能差、出水水质不稳定等问题。高浓度有毒有机废水的处理已成为制约我国重点行业可持续发展的瓶颈因素。目前，高浓度有毒有机废水的处理方法主要包括物化法和生物法两大类，常见的物化方法包括湿式氧化、催化湿式氧化、焚烧法、萃取法、吸附法等。专利CN 86108854A提出一种从有毒有机物的稀水溶液中除去有毒有机物的方法，该发明采用吸附-再生方式实现有毒有机污染物的去处和降解。物化法处理高浓度有毒有机废水具有处理负荷高、占地面积小等优点，但存在设备复杂、运行管理要求高、能耗大、运行成本高等问题。高浓度有毒有机废水的生物处理技术包括活性污泥法和生物膜法，厌氧-好氧工艺是目前应用最多的有毒有机废水生物处理技术。与物化法处理技术相比，生物法具有设备简单，运行成本低等优点。专利CN 201406362Y中提出一种降解有毒有机物的固载好氧-厌氧装置，具有结构简单、成本低廉等优点。但目前厌氧-好氧处理工艺普遍存在处理负荷低、抗冲击能力差、 微生物易流失等问题。本发明在现有技术的基础上，针对高浓度有毒有机废水生物处理中存在处理负荷不高、抗冲击能力差、微生物易流失等问题，通过反应器抗冲击设计、传质优化控制和高效微生物固定化技术，提高反应器内微生物的数量，增强其降解能力和活性，强化了污染物、 氧气和中间产物的传质，从而实现了高浓度有毒有机废水高负荷和抗冲击处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有高浓度有毒有机废水处理方法处理负荷低、占地面积大、抗冲击能力差等问题，提供一种更有效的废水处理方法。本发明处理高浓度有毒有机废水具有生物活性强、处理负荷高、占地面积小、抗冲击能力强、出水水质稳定等优点。为实现上述目的，本发明提供的处理高浓度有毒有机废水的方法，主要步骤如下1、废水预处理根据废水的水质特征，通过沉淀、隔油、气浮、冷却、中和、添加营养盐等方法去除废水中的悬浮颗粒物、油类等干扰后续生物处理的污染物，同时使废水的温度、PH和营养条件适合后续生物处理；2、预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床进行处理，实现高浓度有毒有机物进行高效去除。缓冲式环流载体生物床的特征在于a.反应器被划分为若干分格，各分格之间为串联方式，根据废水特性和处理要求， 分格数量为3 10格不等。第1分格的有效容积为其他分格有效容积的1 2倍。根据废水处理要求，各分格可分别采用厌氧、缺氧、兼氧和好氧运行方式，通过在不同分格内形成功能和特性各异的微生物种群，实现有毒有机物的高效降解；当废水处理有脱氮要求时， 可采用分段进水方式，以充分利用废水中的自有碳源，减少混合液回流，降低能耗。最后一格为沉淀单元，经沉淀浓缩的悬浮污泥在重力作用下回流至前一分格，从而提高反应器末端的污染物去除能力。b.反应器中填充悬浮多孔高效生物载体，载体的体积占生物床有效容积的 20% 60%。C.反应器采用的生物载体尺寸为8 20mm，好氧填料尺寸为8 IOmm较佳；孔隙率为90%以上，主体为聚氨酯、聚亚氨酯等有机高分子聚合物，载体经过表面基团修饰及与强吸附材料的结合，带有正电荷并对有毒有机物具有强吸附能力，利于微生物(通常带负电)附着，提高反应器对有毒有机物的缓冲能力；生物载体附着生物膜后，其密度略大于水，在反应器中容易悬浮和流化。d.反应器内通过曝气头和导流隔板的布设、生物载体隔网的坡度设计，充分利用附着生物膜后生物载体比重略大于水的特性，通过曝气、搅拌等方式，在较低的能耗下实现载体循环流动，加速传质。3、经缓冲式环流载体生物床处理的废水进入沉淀池中进行泥水分离，经沉淀处理的废水达标排放，沉淀池产生的污泥进行进一步的处理。本发明的核心是在废水生物处理反应器中通过反应器抗冲击设计、传质优化控制和高效微生物固定化技术，提高反应器中微生物的数量、降解能力和活性，强化污染物、氧气和中间产物的传质，从而实现了高浓度有毒有机废水高负荷和抗冲击处理。反应器划分成串联的多个分格，从而形成多级缓冲的反应器构型，提高反应器的抗冲击能力。同时，每个分格根据废水的处理情况采用不同的曝气量等运行条件，分别采用厌氧、缺氧、兼氧和好氧运行方式，在不同的污染负荷下形成不同的微生物种群结构，提高对有毒有机物的降解能力。在第1分格，在厌氧、缺氧或兼氧运行条件下，实现废水中有毒有机物的转化，降低废水毒性。后续分格在好氧或缺氧条件下对废水中残留有机物进行进一步降解。最后一格为沉淀单元，经沉淀浓缩的悬浮污泥在重力作用下回流至前一分格，从而在反应器末端形成复合微生物体系，兼有活性污泥法和生物膜法的优点，强化反应器末端的污染物去除能力，提高出水水质的稳定性。反应器生物载体经过表面基团正电修饰及与强吸附材料的结合，促进生长缓慢的污染物降解菌在反应器内的生长和保留，从而在无污泥回流或低污泥回流的情况下保证反应器内的高生物量。同时由于生物载体制备过程中与活性炭等强吸附材料结合，对有毒有机物表现出很强的吸附能力，在有毒有机废水中污染物浓度大幅波动时，可起到显著的缓冲作用，防止废水毒性过高造成的微生物活性下降和生物膜脱落等问题，提高系统运行和出水水质的稳定性。通过反应器内的流态化设计，在较低的能耗下实现废水和生物载体的循环流动， 提高反应器内污染物、氧气和中间产物的传质，防止有毒污染物和中间产物局部积累对微
4生物的不利影响，提高微生物降解活性，减少传质对污染物降解过程的限制作用，同时提高氧气的传质和利用效率。反应器内生物载体处于环流状态，不会发生堵塞，避免了传统生物反应器特别是厌氧反应器中的短流问题，提高了反应器的容积利用效率。综上所述，本发明的优点是1)处理负荷高，停留时间短反应器内生物量高，传质性能好，微生物降解活性高，使反应器可以达到很高的处理负荷，停留时间较短，占地面积小，基建投资省。2)抗冲击负荷能力强，出水水质稳定反应器多级缓冲的构型和强吸附性生物载体的应用，再加上反应器末端单元的强化降解作用，使得高浓度有毒有机废水中的污染物得到有效缓冲和多级去除，降低了微生物直接接触的有毒污染物浓度，从而强化了反应器对有毒有机废水的水质波动的耐受能力，反应器出水水质稳定，运行管理简便。3)能耗省、运行成本低反应器内传质性能好，微生物活性高，氧气的传质和利用效率高。同时生物载体材料附着生物膜后密度与水相近，在较低的能量输入下即可实现悬浮和循环流动。因此反应器运行成本较低。
图1是本发明缓冲式环流载体生物床的结构示意图。图中1为反应器池体，2为进水区，3为悬浮生物载体隔网，4为反应器隔板，5为曝气管，6为悬浮生物载体，7为过流孔，8为污泥回流孔，9为沉淀区，10为进水管，11为出水管。
具体实施例方式本发明提出的缓冲式环流载体生物床反应器如图1所示，内部设曝气设备，流化床内装有高效微生物固定化悬浮载体。下面给出基于本发明的部分具体实施例，但本发明专利所保护的内容并不限于实施例。实施例1 处理高浓度炼油含酚废水1)首先对废水进行中和、隔油预处理，去除废水中的石油类物质，然后冷却和添加营养盐，使废水的温度、PH和营养条件适合后续生物处理；2)预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，反应器划分为4 格，第1分格为后续分格有效容积的2倍，生物载体为经表面正电修饰并与活性炭材料结合的、边长IOmm的立方形聚氨酯悬浮多孔材料，填充比为35%，各分格均采用空气曝气方式实现废水和生物载体的流化，第1分格在兼氧条件下运行，后续分格在好氧条件下运行。废水在反应器内的停留时间为60h。在进水总酚浓度为5000mg/L，COD为14000mg/L的情况下，缓冲式环流载体生物床出水总酚达到30mg/L以下，COD为2000mg/L以下，总酚去除率达99%以上。实施例2 处理高浓度含混合酚废水1)首先对废水进行中和、隔油预处理，去除废水中的石油类物质，然后添加营养盐，使废水的温度、PH和营养条件适合后续生物处理；2)预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，反应器划分为4 格，4个分格的有效容积相同，生物载体为边长8mm的立方形表面正电修饰的聚氨酯悬浮多孔材料，填充比为40%，各分格均采用空气曝气方式实现废水和生物载体的流化，并在好氧条件下运行。废水在反应器内的停留时间为他。在进水苯酚浓度为200mg/L，间甲酚浓度为200mg/L，邻甲酚浓度为100mg/L，COD为1200mg/L的情况下，缓冲式环流载体生物床出水总酚达到ang/L以下，COD为60mg/L以下，总酚去除率达99%以上。实施例3 处理高浓度丙烯酸酯生产废水1)首先对废水进行中和、冷却预处理，然后添加营养盐，使废水的温度、pH和营养条件适合后续生物处理；2)预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，反应器划分为 3格，3个分格的有效容积相同，载体为边长IOmm的立方形表面正电修饰的聚亚氨酯多孔填料，填充比为30%，各分格均采用空气曝气方式实现废水和生物载体的流化，并在好氧条件下运行。废水在反应器内的停留时间为30h。在进水丙烯酸钠浓度为8300mg/L，COD 为10000mg/L的情况下，缓冲式环流载体生物床出水丙烯酸钠浓度为检出限以下，COD为 360mg/L以下，COD去除率达95%以上。
权利要求
1.一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a.废水首先进行预处理，使废水的水质特征适合后续生物处理；b.预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，实现高浓度有毒有机物的高效去除；c.经缓冲式环流载体生物床处理的废水进入沉淀池中进行泥水分离并达标排放，沉淀池产生的污泥进行进一步的处理。
2.根据权利要求1所述的一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，其特征在于根据废水的水质特征是通过沉淀、隔油、气浮、冷却、中和、添加营养盐等预处理方法去除废水中的悬浮颗粒物、油类等干扰后续生物处理的污染物，同时使废水的温度、PH和营养条件等适合后续生物处理。
3.根据权利要求1所述的一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，其特征在于采用的环流载体生物床反应器被划分为若干分格，各分格之间为串联方式， 根据废水特性和处理要求，分格数量为3 10格不等。第1分格的有效容积为其他分格有效容积的1 2倍。根据废水处理要求，各分格可分别采用厌氧、缺氧、兼氧和好氧运行方式。当废水处理有脱氮要求时，可采用分段进水方式。最后一格为沉淀单元，经沉淀浓缩的悬浮污泥在重力作用下回流至前一分格，从而提高反应器末端的污染物去除能力。
4.根据权利要求3所述的缓冲式环流载体生物床反应器，其特征在于反应器中填充悬浮多孔高效生物载体，载体的体积占生物床有效容积的20% 60%。
5.根据权利要求4所述的悬浮多孔生物载体，其特征在于载体尺寸为8 20mm，好氧填料尺寸为8 IOmm较佳；孔隙率为90%以上，主体为聚氨酯、聚亚氨酯等有机高分子聚合物，载体经过表面基团修饰及与强吸附材料的结合，带有正电荷并对有毒有机物具有强吸附能力，利于微生物附着，可提高反应器对有毒有机物的缓冲能力；生物载体附着生物膜后，其密度略大于水，在反应器中容易悬浮和流化。
6.根据权利要求3所述的缓冲式环流载体生物床反应器，其特征在于通过曝气头和导流隔板的布设、生物载体隔网的坡度设计，充分利用附着生物膜后生物载体比重略大于水的特性，在较低的能耗下实现载体循环流动，加速传质。
全文摘要
本发明涉及一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，属于工业废水处理技术领域。废水首先进行预处理，然后进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，实现高浓度有毒有机物的高效去除，最后废水进入沉淀池中进行泥水分离并达标排放。缓冲式环流载体生物床反应器通过构型和流态设计，以及采用高效微生物固定化和强吸附性悬浮载体，提高反应器内的生物量和生物活性，促进反应器内传质，提高对高浓度有毒有机废水水质波动的缓冲能力，提升反应器处理负荷和抗冲击能力。本发明处理高浓度有毒有机废水，具有处理负荷高、占地面积小、抗冲击能力强、出水水质稳定等优点。
文档编号C02F9/14GK102285739SQ20101020183
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者周岳溪, 宋玉栋, 王海燕, 蒋进元 申请人:中国环境科学研究院