一种高效废水处理装置及处理方法与流程

本发明涉及水处理技术领域，具体是涉及一种高效废水处理装置及处理方法。

背景技术：

废水中碳和氮的经济、高效去除是废水处理工程中的共性关键问题。移动床生物膜反应器(MBBR)是一种高效的废水生物处理工艺，能有效去除废水中的COD、氨氮等污染物，近年来受到广泛应用。然而，经过MBBR工艺处理后的出水往往含有较高浓度的硝酸盐，难以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准中对于总氮的要求，需要对出水的硝酸盐进行深度脱除，因此开发一种基于MBBR的高效废水处理装置及处理方法显得尤为重要。

中国发明专利201110188972.4公开了用于工业废水处理的一体化处理装置，该装置通过把初沉池、水解酸化池和好氧池集为一体，解决了传统处理系统占地面积大的缺点，但是该装置仍无法对废水中的硝酸盐进行深度处理。中国发明专利200510044033.7公开了一种一体化废水处理装置及处理方法，该装置通过将电化学处理和生物处理有机结合，电化学作为前处理，可对生物有害物质以及难降解物质进行去除，提高废水B/C比的同时促进了后序的膜生物处理，但是该装置应用电化学工艺，需要额外增加电能成本，同时由于产生热量，反应难以控制。

因此，本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种高效废水处理装置及处理方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有MBBR工艺出水硝酸盐含量高的现状，提供了一种高效废水处理装置及处理方法。本发明创新地集MBBR技术与反硝化滤池技术为一体进行废水处理，通过添加酒糟及丝瓜络生物固相碳源，有效补充废水中碳源，增强了异养反硝化脱氮处理效果。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种高效废水处理装置，包括MBBR反应区、固相碳源区、反硝化滤池区和缓冲区，所述MBBR反应区中设有导流装置，所述MBBR反应区内部以悬浮形式填充有机生物膜载体，所述MBBR反应区与进水口连通；所述的固相碳源区内部依次填充酒糟层和丝瓜络层，在所述酒糟层与丝瓜络层之间还设有多孔载体承托层；所述反硝化滤池区与所述固相碳源区相连接，所述的反硝化滤池区从上往下依次包括含水层、石英砂填料层、承托层和滤砖；所述缓冲区与所述反硝化滤池区相连接，所述缓冲区外连接排气口及出水口；在所述缓冲区与反硝化滤池区之间设有反冲洗泵，所述反硝化滤池区外连接有曝气泵一，所述MBBR反应区外连接有曝气泵二。

进一步地，在上述方案中，所述导流装置是中间内缩，两头外扩的平滑型类圆柱管道。

进一步地，在上述方案中，所述MBBR反应区中的悬浮载体填充比为40-60％、外径15-35mm，密度为0.94-0.98g/cm³。

进一步地，在上述方案中，所述酒糟层中高粱酒糟占40％-60％、小麦酒糟占20％-30％、外加剂占1-2.5％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维。

更进一步地，所述草浆纤维是由芦苇或甘蔗渣制成。

进一步地，在上述方案中，所述丝瓜络层是由丝瓜络切成类圆柱状，高5-10cm、外径3-7cm堆积而成。

更进一步地，所述丝瓜络是经过改性处理的丝瓜络，其改性处理方法为：将成熟的丝瓜果实去皮去核，清洗烘干后，采用质量浓度为1-1.6％的过碳酸钠溶液浸泡1-10h，控制温度为35-40℃，取出反复清洗至pH为7.0；再使用质量浓度为3-3.6％的壳聚糖溶液进行水浴处理，浴比为1∶20～1∶30，水浴处理初始温度为42-45℃，以3℃/min的升温速度升温至80-85℃，保持该温度水浴处理1-1.5h，取出冷却至室温，用水洗涤1-3次后烘干；在其上均匀地喷洒阳离子淀粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然后在60-70℃下烘干。所述乳化混合液用量为干态丝瓜络质量的0.2％～3％，所述阳离子淀粉和醋酸丁酯的混合液的制备方法为：将阳离子淀粉、醋酸丁酯和纯水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.1-0.3％的乳化油，升温至85-90℃搅拌至完全溶解，即成。

更进一步地，所述阳离子淀粉的取代度为0.28-0.32。

一种高效废水处理装置的废水处理方法，包括以下步骤：

步骤一：污水通过进水泵由进水口进入到MBBR反应区，其内部有机生物膜载体上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等好氧微生物，利用生物作用将COD等污染物去除以及将氨氮氧化为硝酸盐；

步骤二：调节曝气泵降低溶解氧浓度，经过MBBR反应区处理后的废水通过导流装置进入固相碳源区，酒糟层作为一种固体生物质缓释碳源，丝瓜络层在提供碳源的同时还能富集异养反硝化菌，在此反应区中，溶解氧进一步降低，废水中C/N比显著提高；

步骤三：经过固相碳源区的废水进入到反硝化滤池区，通过石英砂填料层，其表面生物膜上富集的异养反硝化菌进行脱氮作用；

步骤四：经过反硝化滤池区处理过程，硝酸盐还原成氮气从排气口排出，最终处理后的废水从出水口排出。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种高效废水处理装置及处理方法，通过添加酒糟及丝瓜络生物废料固相碳源，提高了废水C/N比，同时强化了异养反硝化菌的富集，进而增强了脱氮效果，以废治废，经济效益良好。

(2)本发明的一种高效废水处理装置及处理方法，创新地耦合MBBR和反硝化滤池技术，废水COD和TN去除率高，成本降低30％以上。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图中：1、进水口；2、MBBR反应区；3、导流装置；4、多孔载体承托层；5、固相碳源区；6、酒糟层；7、丝瓜络层；8、反硝化滤池区；9、含水层；10、排气口；11、石英砂填料层；12、承托层；13、滤砖；14、缓冲区；15、出水口；16、反冲洗泵；17、曝气泵一；18、曝气泵二。

具体实施方式

实施例1

本实施例是处理某3000m3/d精细化工废水，废水(厌氧出水)水质：COD：840-950mg/L、NH₄⁺-N：70-95mg/L、TN：130-165mg/L、pH值：6-8，温度22℃-28℃。

如图1所示的一种高效废水处理装置，包括MBBR反应区2、固相碳源区5、反硝化滤池区8和缓冲区14，所述MBBR反应区2中设有导流装置3，所述导流装置3是中间内缩，两头外扩的平滑型类圆柱管道，所述MBBR反应区2内部以悬浮形式填充有机生物膜载体，填充比为40％、外径15mm，密度为0.94g/cm^3，所述MBBR反应区2与进水口1连通；所述的固相碳源区5内部依次填充酒糟层6和丝瓜络层7，在所述酒糟层6与丝瓜络层7之间还设有多孔载体承托层4；所述反硝化滤池区8与所述固相碳源区5相连接，所述的反硝化滤池区8从上往下依次包括含水层9、石英砂填料层11、承托层12和滤砖13；所述缓冲区14与所述反硝化滤池区8相连接，所述缓冲区14外连接排气口10及出水口15；在所述缓冲区14与反硝化滤池区8之间设有反冲洗泵16，所述反硝化滤池区8外连接有曝气泵一17，所述MBBR反应区2外连接有曝气泵二18。

其中，所述酒糟层6中高粱酒糟占40％、小麦酒糟占20％、外加剂占1％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，是由芦苇制成。所述丝瓜络层7是由丝瓜络切成类圆柱状，高5cm、外径3cm堆积而成。所述丝瓜络是经过改性处理的丝瓜络，其改性处理方法为：将成熟的丝瓜果实去皮去核，清洗烘干后，采用质量浓度为1％的过碳酸钠溶液浸泡1h，控制温度为35℃，取出反复清洗至pH为7.0；再使用质量浓度为3％的壳聚糖溶液进行水浴处理，浴比为1∶20，水浴处理初始温度为42℃，以3℃/min的升温速度升温至80℃，保持该温度水浴处理1h，取出冷却至室温，用水洗涤1-后烘干；在其上均匀地喷洒阳离子淀粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然后在60℃下烘干。所述乳化混合液用量为干态丝瓜络质量的0.2％，所述阳离子淀粉和醋酸丁酯的混合液的制备方法为：将阳离子淀粉、醋酸丁酯和纯水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.1％的乳化油，升温至85℃搅拌至完全溶解，即成。所述阳离子淀粉的取代度为0.28。

一种高效废水处理装置的废水处理方法，包括以下步骤：

步骤一：污水通过进水泵由进水口1进入到MBBR反应区2，其内部有机生物膜载体上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等好氧微生物，利用生物作用将COD等污染物去除以及将氨氮氧化为硝酸盐；

步骤二：调节曝气泵18降低溶解氧浓度，经过MBBR反应区2处理后的废水通过导流装置3进入固相碳源区5，酒糟层6作为一种固体生物质缓释碳源，丝瓜络层7在提供碳源的同时还能富集异养反硝化菌，在此反应区中，溶解氧进一步降低，废水中C/N比显著提高；

步骤三：经过固相碳源区5的废水进入到反硝化滤池区8，通过石英砂填料层11，其表面生物膜上富集的异养反硝化菌进行脱氮作用；

步骤四：经过反硝化滤池区8处理过程，硝酸盐还原成氮气从排气口10排出，最终处理后的废水从出水口15排出。

该一体化装置经210天连续运行，出水COD浓度22-36mg/L，TN浓度8.5-11.2mg/L，稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，成本降低46％。

实施例2

本实施例是处理某2600m³/d化工园区综合废水，废水(厌氧出水)水质：COD：980-1230mg/L、NH₄⁺-N：114-135mg/L、TN：262-285mg/L、pH值：7-9，温度19℃-26℃。

如图1所示的一种高效废水处理装置，包括MBBR反应区2、固相碳源区5、反硝化滤池区8和缓冲区14，所述MBBR反应区2中设有导流装置3，所述导流装置3是中间内缩，两头外扩的平滑型类圆柱管道，所述MBBR反应区2内部以悬浮形式填充有机生物膜载体，填充比为50％、外径25mm，密度为0.96g/cm^3，所述MBBR反应区2与进水口1连通；所述的固相碳源区5内部依次填充酒糟层6和丝瓜络层7，在所述酒糟层6与丝瓜络层7之间还设有多孔载体承托层4；所述反硝化滤池区8与所述固相碳源区5相连接，所述的反硝化滤池区8从上往下依次包括含水层9、石英砂填料层11、承托层12和滤砖13；所述缓冲区14与所述反硝化滤池区8相连接，所述缓冲区14外连接排气口10及出水口15；在所述缓冲区14与反硝化滤池区8之间设有反冲洗泵16，所述反硝化滤池区8外连接有曝气泵一17，所述MBBR反应区2外连接有曝气泵二18。

其中，所述酒糟层6中高粱酒糟占50％、小麦酒糟占25％、外加剂占1.75％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，是由甘蔗渣制成。所述丝瓜络层7是由丝瓜络切成类圆柱状，高7.5cm、外径5cm堆积而成。所述丝瓜络是经过改性处理的丝瓜络，其改性处理方法为：将成熟的丝瓜果实去皮去核，清洗烘干后，采用质量浓度为1.3％的过碳酸钠溶液浸泡5.5h，控制温度为37.5℃，取出反复清洗至pH为7.0；再使用质量浓度为3.3％的壳聚糖溶液进行水浴处理，浴比为1∶25，水浴处理初始温度为43.5℃，以3℃/min的升温速度升温至82.5℃，保持该温度水浴处理1.25h，取出冷却至室温，用水洗涤2次后烘干；在其上均匀地喷洒阳离子淀粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然后在65℃下烘干。所述乳化混合液用量为干态丝瓜络质量的0.25％，所述阳离子淀粉和醋酸丁酯的混合液的制备方法为：将阳离子淀粉、醋酸丁酯和纯水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.2％的乳化油，升温至87.5℃搅拌至完全溶解，即成。所述阳离子淀粉的取代度为0.3。

一种高效废水处理装置的废水处理方法，包括以下步骤：

步骤一：污水通过进水泵由进水口1进入到MBBR反应区2，其内部有机生物膜载体上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等好氧微生物，利用生物作用将COD等污染物去除以及将氨氮氧化为硝酸盐；

步骤二：调节曝气泵18降低溶解氧浓度，经过MBBR反应区2处理后的废水通过导流装置3进入固相碳源区5，酒糟层6作为一种固体生物质缓释碳源，丝瓜络层7在提供碳源的同时还能富集异养反硝化菌，在此反应区中，溶解氧进一步降低，废水中C/N比显著提高；

步骤三：经过固相碳源区5的废水进入到反硝化滤池区8，通过石英砂填料层11，其表面生物膜上富集的异养反硝化菌进行脱氮作用；

步骤四：经过反硝化滤池区8处理过程，硝酸盐还原成氮气从排气口10排出，最终处理后的废水从出水口15排出。

该一体化装置经300天连续运行，出水COD浓度32-40mg/L，TN浓度7.8-9.5mg/L，稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，成本降低40％。

实施例3

本实施例是处理某1200m³/d制药废水，废水(厌氧出水)水质：COD：1010-1270mg/L、NH₄⁺-N：96-112mg/L、TN：185-243mg/L、pH值：6～8，温度20℃～27℃。

如图1所示的一种高效废水处理装置，包括MBBR反应区2、固相碳源区5、反硝化滤池区8和缓冲区14，所述MBBR反应区2中设有导流装置3，所述导流装置3是中间内缩，两头外扩的平滑型类圆柱管道，所述MBBR反应区2内部以悬浮形式填充有机生物膜载体，填充比为60％、外径35mm，密度为0.98g/cm^3，所述MBBR反应区2与进水口1连通；所述的固相碳源区5内部依次填充酒糟层6和丝瓜络层7，在所述酒糟层6与丝瓜络层7之间还设有多孔载体承托层4；所述反硝化滤池区8与所述固相碳源区5相连接，所述的反硝化滤池区8从上往下依次包括含水层9、石英砂填料层11、承托层12和滤砖13；所述缓冲区14与所述反硝化滤池区8相连接，所述缓冲区14外连接排气口10及出水口15；在所述缓冲区14与反硝化滤池区8之间设有反冲洗泵16，所述反硝化滤池区8外连接有曝气泵一17，所述MBBR反应区2外连接有曝气泵二18。

其中，所述酒糟层6中高粱酒糟占60％、小麦酒糟占30％、外加剂占2.5％、余量为玉米酒糟，所述外加剂为草浆纤维，是由甘蔗渣制成。所述丝瓜络层7是由丝瓜络切成类圆柱状，高10cm、外径7cm堆积而成。所述丝瓜络是经过改性处理的丝瓜络，其改性处理方法为：将成熟的丝瓜果实去皮去核，清洗烘干后，采用质量浓度为1.6％的过碳酸钠溶液浸泡10h，控制温度为40℃，取出反复清洗至pH为7.0；再使用质量浓度为3.6％的壳聚糖溶液进行水浴处理，浴比为1∶30，水浴处理初始温度为45℃，以3℃/min的升温速度升温至85℃，保持该温度水浴处理1-1.5h，取出冷却至室温，用水洗涤3次后烘干；在其上均匀地喷洒阳离子淀粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然后在70℃下烘干。所述乳化混合液用量为干态丝瓜络质量的3％，所述阳离子淀粉和醋酸丁酯的混合液的制备方法为：将阳离子淀粉、醋酸丁酯和纯水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.3％的乳化油，升温至90℃搅拌至完全溶解，即成。所述阳离子淀粉的取代度为0.32。

一种高效废水处理装置的废水处理方法，包括以下步骤：

步骤一：污水通过进水泵由进水口1进入到MBBR反应区2，其内部有机生物膜载体上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等好氧微生物，利用生物作用将COD等污染物去除以及将氨氮氧化为硝酸盐；

步骤二：调节曝气泵18降低溶解氧浓度，经过MBBR反应区2处理后的废水通过导流装置3进入固相碳源区5，酒糟层6作为一种固体生物质缓释碳源，丝瓜络层7在提供碳源的同时还能富集异养反硝化菌，在此反应区中，溶解氧进一步降低，废水中C/N比显著提高；

步骤三：经过固相碳源区5的废水进入到反硝化滤池区8，通过石英砂填料层11，其表面生物膜上富集的异养反硝化菌进行脱氮作用；

步骤四：经过反硝化滤池区8处理过程，硝酸盐还原成氮气从排气口10排出，最终处理后的废水从出水口15排出。

该一体化装置经286天连续运行，出水COD浓度25-34mg/L，TN浓度8.6-10.7mg/L，稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，成本降低34％。

值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。