一种高浓度有机废水直接深度净化的方法与流程

本发明涉及生态环保技术领域，具体涉及一种高浓度有机废水直接深度净化的方法。

背景技术：

高浓度有机废水一般是指畜禽养殖、垃圾渗滤液、造纸、皮革及食品等行业排出的COD浓度在2000mg/l以上甚至几万几十万，氨氮浓度在1000mg/l以上的废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物，成分复杂，有机物多以芳香族化合物和杂环化合物居多，还多含有硫化物、氮化物、重金属和有机有毒物，色度极高，异味严重，刺鼻恶臭，如果直接排放，将会对周边环境造成巨大影响。

根据处理原理不同可以分为物理化学处理方法、生物学处理方法、催化氧化处理方法三大类处理方式。物理化学处理方法具体可采用光化学混凝法、氧化吸附法、焚烧法、Fenton氧化法、臭氧氧化法等。生物处理方法具体可采用好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厌氧生物处理法。

然而，高浓度有机废水处理技术的技术瓶颈依然存在，能耗高、处理效果不稳定、操作繁杂、气温影响严重等一些问题都制约着企业的环保发展。特别是在农业污染赶超工业污染的趋势下，更加体现了低成本、高效率治污技术的重要性。比如占农业污染源80％以上的畜禽养殖废水污染，就是典型的高COD，高氨氮的有机废水污染，但是在这个低附加值的农业经济主体采用工业治污的方式，显然不合适，因此提供一种既能够达到处理标准又能够低成本稳定运行的将物理化学法和生物处理法相结合的技术成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种将物理化学法和生物处理法相结合的技术，既能够达到处理标准又能够低成本稳定运行。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高浓度有机废水直接深度净化的方法，其特征在于具体包括以下步骤：

(1)强化沉淀处理：将高浓度有机废水送至强化沉淀单元进行预处理，所述强化沉淀单元包括加药混凝单元、加药絮凝单元和物理沉淀单元；

(2)悬浮物沉渣快速过滤：经强化混凝单元处理后的废水进入悬浮物沉渣快速过滤单元，所述悬浮物沉渣快速过滤单元的滤料选自碎石和/或河砂，过滤床的粒径分布为表层粒径2～4cm，中上层粒径1～2cm，下层0.5～1cm；

(3)pH值调节：悬浮物沉渣快速过滤后的废水，对废水进行碱度调节预处理，将废水pH值调节至7.5～10.5；

(4)水解酸化：调节pH值后的废水进入配水单元，配水单元内布置生物挂膜填料，强化废水的厌氧水解酸化作用；

(5)生物滤床处理：配水单元将废水分配进入生物滤床单元，利用生物填料强大的有机物降解能力实现废水直接深度处理。

优选地，生物填料为多生物相微生物菌胶团填料；多生物相微生物菌胶团填料为填料是有机质在特定环境下，长期处于好氧、兼氧、厌氧状态下交替生长，经过多年的物理、化学和生物降解多项作用，最终形成的性质和组分相对稳定的一类土壤性疏松物质。菌胶团中微生物丰富，数量种类繁多，外观具备多相多孔隙率和表面积大的特征，有营养物质含量高等优点。通过对菌胶团颗粒理化性能指标分析，表明其具有在自然条件下难以形成的、极为优良的污染物净化性能，是优良的废水生物处理介质。

优选地，当废水中悬浮物浓度不高，无需强化去除时，省略强化沉淀处理步骤，废水直接进行悬浮物沉渣快速过滤处理。

优选地，所述生物滤床设置有温度调节控制系统，所述温度调节控制系统包括加热系统、保温滤床墙体、温度感应控制系统，所述加热系统与风机出风口管道连接，对风进行加热后，向滤床内部通入热风；所述加热系统由外至内依次为保温铝皮、保温棉、钢管、加热管；所述加热管采用远红外辐射加热灯管和/或PTC陶瓷发热元件；

优选地，所述温度感应控制系统包括温度传感器，温度传感器将信号传输至PLC，PLC根据温度情况，控制加热管的开停，5～10℃，开一组，0～5℃，开二组，-5～0℃，开三组，依次增加。

优选地，步骤(5)所采用的生物滤床床层高度为2.0～3.5米，由上至下分为5～10层，优选6-8层，包括顶部布水层、次布水层、间歇布水层、气水反冲洗层、底部集水层、盲沟排污层；所述顶部布水层架空布置雾化布水器，雾化布水器安装有雾化喷嘴；所述次布水层距离滤床顶部15～25cm，次布水层布水管管径是顶部布水管的1/2；所述气水反冲洗层共5层，每层0.1m，内部交错布置反冲洗水管和反冲洗气管，上下用中粗砂作为隔层；所述底部集水层采用塑料盲沟、穿孔PVC水管或穿孔PE水管，枝状布置。

优选地，所述气水反冲洗层采用的冲洗方式为每天8～12个周期，每个周期2～3h，高压压缩空气冲洗20～40min，冲洗压力1～2公斤，气洗延时10分钟后，进行水洗，每天8～12个周期，每个周期2～3h，清水冲洗20～40min，冲洗压力0.05～0.1公斤。

优选地，步骤(1)中的加药混凝单元所采用的混凝剂包括聚合氯化铝或聚合硫酸亚铁；加药絮凝单元所采用的絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺或非离子聚丙烯酰胺。

优选地，所述加药絮凝单元具体采用隔板絮凝池，絮凝时间为20-30min，隔板絮凝池廊道的流速按由大到小渐变进行设计，起端流速为0.5～0.6m/s，末端流速为0.2～0.3m/s，隔板间净距大于0.5～1m。

优选地，所述加药絮凝单元具体采用机械絮凝池，絮凝时间一般选择15～20min；池内设3～4挡搅拌机；搅拌机的线速度自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；池内设防止水体短流的设施。

优选地，所述加药絮凝单元具体采用折板絮凝池，絮凝时间12～20min；絮凝过程中的速度分为3～8段，各段的流速分别为：第一段0.25～0.35m/s，第二段0.15～0.25m/s，第三段，0.10～0.15m/s，后续各各段流速逐渐减慢；折板夹角采用90°～120°。

优选地，所述加药絮凝单元具体采用网格絮凝池，所述网格絮凝池为多格竖流式絮凝池，絮凝池布置成2组或多组并联形式，池内设有排泥设施；絮凝时间为12～20min；絮凝池竖井流速、过栅和过孔流速均分为三段，逐段递减，分别为：竖井流速：前段和中段0.14～0.12m/s，末段0.14～0.10m/s；过栅流速：前段0.30～0.25m/s，中段0.25～0.22m/s，末段0.22～0.100m/s；竖井之间孔洞流速：前段0.30～0.20m/s，中段0.20～0.15m/s，末段0.14～0.10m/s。

优选地，在生物滤床处理之后还设有中间水暂存单元和水质强化单元；所述水质强化单元为水平潜流人工湿地、垂直流人工湿地、表面流人工湿地、向上流滤池、向下流滤池中的一种或几种；水质强化单元的填料为0.5～4cm碎石或中粗砂；水质强化单元的碳源选择谷壳、秸秆末、锯木屑、淀粉灰、葡萄糖、甲醇中的一种或几种。

本发明的有益效果为：

(1)通过生物滤床的布水、布气、气水反冲洗床层构建以及生物滤床温度调节控制系统的设置，实现高效、快速、低成本直接深度处理高浓度有机废水的目的，并且彻底解决传统生物滤床堵塞，温度受限的技术问题。

(2)现有技术中的生物滤床结构的污水处理设施一直存在以下几个问题：a.布水不均匀，局部负荷过大，造成堵塞，甚至影响出水水质；b.单层结构，没有明显的功能性床层划分，不能够实现同一反应器同时降解有机物，硝化反硝化氨氮的作用；c.长期运行，微生物倍增以及污泥老化生物膜脱落会使孔隙率逐渐减小，甚至堵塞，无法正常出水。本申请的生物滤床由上至下一般分为5～10层，主要功能区包括布水层，布气层、气水反洗层、集水层、盲沟排污层，且间歇运行，彻底解决了现有技术中的生物滤床存在的上述问题。

(3)本发明根据不同废水的水质选择相应的预处理工艺，预处理之后再与生物滤床进行组合，本发明根据生物滤床的微生物菌胶团的生物特性进行参数条件设计，重点强化各单元构筑物的功能性，通过全过程组合实现高浓度有机废水直接深度净化。

附图说明

图1是本发明生物滤床床层结构图；

图2是本发明生物滤床温度控制调节系统示意图。

具体实施方式

一种高浓度有机废水直接深度净化的方法，包括以下步骤：

(1)强化沉淀处理：包括加药混凝单元，混凝剂包括聚合氯化铝，聚合硫酸亚铁；加药絮凝单元，絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺，阴离子聚丙烯酰胺，非离子聚丙烯酰胺；物理沉淀单元，通过化学药剂的压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀。本发明一般选择隔板絮凝池、机械絮凝池、折板絮凝池、网格絮凝池。

a.隔板絮凝池：①絮凝时间一般选择20～30min；②絮凝池廊道的流速，按由大到小渐变进行设计，起端流速宜为0.5～0.6m/s，末端流速宜为0.2～0.3m/s；隔板间净距宜大于0.5～1m。

b.机械絮凝池：①絮凝时间一般选择15～20min；②池内设3～4挡搅拌机；③搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；④池内设防止水体短流的设施。

c.折板絮凝池：①絮凝时间一般选择12～20min；②絮凝过程中的速度逐段降低，分段数3～8段，各段的流速可分别为：第一段，0.25～0.35m/s。第二段，0.15～0.25m/s。第三段，0.10～0.15m/s。后面各段流速逐渐减慢。③折板夹角采用90°～120°。④第三段采用直板。

d.网格絮凝池：①絮凝池设计成多格竖流式；②絮凝时间一般为12～20min；③絮凝池竖井流速、过栅(过网)和过孔流速应逐段递减，分三段，流速分别为：竖井平均流速：前段和中段0.14～0.12m/s，末段0.14～0.10m/s；过栅(过网)流速：前段0.30～0.25m/s，中段0.25～0.22m/s；竖井之间孔洞流速：前段0.30～0.20m/s，中段0.20～0.15m/s，末段0.14～0.10m/s。④絮凝池布置成2组或多组并联形式。⑤絮凝池内应有排泥设施。

(2)悬浮物沉渣快速过滤：当废水中悬浮物浓度不高，无需强化去除时，为了减少药剂和电耗，节约运行成本启动此单元。本发明此单元重点可以实现悬浮物自动过滤，在线反冲洗。

a.过滤方式：废水自上而下，流经滤料，层层过滤，悬浮物过滤截留在表层及中上层，滤后水底部流出。

b.滤料选择：本发明一般选择碎石、河砂作为滤料，滤料直径一般为0.5～4cm，不同粒径分布不同的床层，达到层层过滤的目的，一般由上之下，粒径逐渐变小。表层粒径2～4cm，中上层粒径1～2cm，下层0.5～1cm。

c.在线反冲洗：系统运行1个月，即开始在线反清洗，滤池底部铺有穿孔布水管，孔径0.5～1cm，间距20～50cm，反冲洗时，停止进废水，清水由底部喷出，对滤料进行反向冲洗，冲洗的悬浮物由顶部溢流排走，恢复滤料的表面清洁度后重新启动。

(3)pH值调节：针对生物菌胶团中微生物对PH的选择性，在PH值8～10区间段生物活性较强的特点，对废水进行碱度调节预处理。本发明采用的碱度调节剂为石灰渣、碳酸钙渣、煤灰渣，进入生物滤床系统前，将废水PH值调节至7.5～10.5。废水在PH值调节单元停留8～16h，碱度调节剂2个月更换一次。

(4)水解酸化：PH值调节后进入配水单元，两个单元联通。配水单元内布置生物挂膜填料，目的为了强化废水的厌氧水解酸化作用，降低后续单元负荷。本发明选用的挂膜填料包括组合型PVC填料、软性填料、球形填料、弹性填料、丝状填料；放置方式包括固定悬挂，漂浮；其中悬挂采用槽钢、角钢、螺纹钢焊接或者预埋锚杆、膨胀螺丝、钢丝。

(5)生物滤床处理：本发明的重点工艺单元，通过微生物菌胶团强大的有机物降解能力、脱氮能力实现废水直接深度处理。生物滤床墙体高一般选择2.0～3.5m，分为2～4级。如果COD浓度超过了3000mg/l，一般采用厌氧预处理、化学强氧化、电化学强氧化方式降低COD浓度。

本发明生物滤床由上至下一般分为5～10层，最优选择6～8层。主要功能区包括布水层，布气层、气水反洗层、集水层、盲沟排污层。

①床层高度2.0～3.5米，一般优选2.5～3.2米，超高0.2米，最优选2.8～3.0米，超高0.2米；

②顶部布水层，架空布置，横向布置，纵向间距1～2m，横向间距1～2m开孔，内丝接头安装雾化喷嘴，喷嘴压力0.2～0.5公斤，一般优选0.3～0.4公斤。整体布局呈格栅状，多点雾化配水，尽量确保布水均匀性。

③次布水层，距离滤床顶部15～25cm，管径是顶部布水管的1/2，穿孔布水管，孔径Φ6～10mm，间距0.5～1m，与主布水层用球阀控制流量和开关，当顶部进行除污作业时，可以通过次布水层实现营养补给性进水，确保滤床内部微生物的存活。正常布水时，也可以实现进较高浓度废水实现碳源补充的作用，促进反硝化反应。

④间歇布水层，距离滤床顶部1.0～1.5m，管径是顶部布水管的1/2，穿孔布水管，孔径Φ6～10mm，间距0.5～1m，与主布水层用球阀控制流量和开关。

⑤气水反冲洗层，共计5层，每层0.1m，内部交错布置反冲洗水管和反冲洗气管，上下用中粗砂作为隔层，在空床清洗期间，每天8～12个周期，每个周期2～3h，高压压缩空气冲洗20～40min，冲洗压力1～2公斤，利用空气剪切力对填料表层的老化生物膜进行切割，实现生物膜的更新，置换孔隙率。气洗延时10分钟后，进行水洗，每天8～12个周期，每个周期2～3h，清水冲洗20～40min，冲洗压力0.05～0.1公斤。气水联洗，气洗和水洗的8～12周期进行到最后一个周期，进行气、水同步冲洗1～2h。最后空床12～24h，排空清洗水后，逐步恢复原来的进水流程。

⑥底部集水层，采用塑料盲沟、穿孔PVC水管，穿孔PE水管，枝状布置，孔间距0.2～0.6m，孔径0.5～1.5cm。

大多数微生物处理系统由于机理限制，微生物的生物活性受温度影响较大，当外界气温有明显波动时，外界气温骤降5～15℃，或者温度持续下降至10℃以下，污水处理系统的处理效果将急剧恶化，甚至整个系统出现崩溃。本发明的重点是通过通风系统的外加热源，填料热传递效率的衰减，滤床结构性保温的方式确保滤床内部温度一直保持在5～10℃以上。

①外加热源：通过加热系统与风机出风口管道连接，对风进行加热形式，向滤床内部通入热风。加热系统包括保温铝皮，保温棉，钢管，加热管，温控调节系统。

a.保温铝皮：一般选择厚度0.5～0.7mm；

b.保温棉：一般选择矿物棉、岩棉、玻璃丝棉、橡塑、聚苯、聚氯酯；

c.钢管：镀锌钢管；

d.加热管：采用远红外线辐射加热灯管和PTC陶瓷发热元件联合加热，单组功率1.0～1.5kw，共计2～4组。

e.温控调节：包括温度传感器，将信号传输至PLC根据温度情况，控制加热管的开停，5～10℃，开一组，0～5℃，开二组，-5～0℃，开三组。依次增加。

②填料热传递效率衰减

根据介质的热传递效率不同，改变生物滤床的填料形态，传统滤床内部主要介质是水，本发明采用疏松有机质作为内部介质，大大减少了热量的传递，也有效的减少了热量的损失。

③滤床墙体保温

通过添加有效的热源，为了保证热量不外散，本发明将滤床的墙体内部进行物理性保温。保温材料选择矿物棉，聚苯乙烯泡沫塑料板，聚苯颗粒保温料浆。

(6)中间水暂存单元：生物滤床是间歇运行，中间产水需要暂存后，积蓄一定水量后，再进入下一级滤床。蓄水时间一般选择6～12h。同时中间暂存水也可作为反冲洗用水。反冲洗管路和下一级滤床进水管路通过阀门进行功能性切换，同一台水泵向其供水。

(7)水质强化单元：废水经过滤床处理后，COD和氨氮主要污染物去除率可以达到90％以上，基本实现达标排放。本发明重点为了降低前段生物滤床能耗，同时解决高浓度有机废水处理的通病，即反硝化阶段的碳源不足问题，硝酸盐和亚硝酸盐累积。本单元一般采用水平潜流人工湿地，垂直流人工湿地，表面流人工湿地，向上流滤池、向下流滤池，本发明重点是上述不同工艺单元填料与外加碳源进行配伍，达到反硝化还原硝酸盐及亚硝酸盐的目的。配伍方式：

a.填料选择：一般选择0.5～4cm碎石、中粗砂

b.碳源选择：谷壳、秸秆末、锯木屑、淀粉灰、葡萄糖、甲醇，优选谷壳、秸秆末、锯木屑。