一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法与流程

本发明涉及污水处理，具体涉及一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。

背景技术：

1、煤热解废水属于典型的难降解工业废水，其主要污染物成分为高浓度的酚类与氨氮。煤热解废水处理工艺常规流程为物化预处理—生物降解—深度处理，预处理主要通过萃取、蒸发分别回收废水中的大量酚、氨物质。生物降解是煤热解废水处理的核心环节，主要通过活性污泥中异养与自养微生物的碳氮循环转化去除废水中酚、氨污染物，通常需要经过厌氧生物预处理，而后进入缺氧-好氧生物处理单元，经二沉池泥水分离后出水进入深度处理。深度处理通常联合使用曝气生物滤池、臭氧氧化以及膜过滤等方式深度脱除生化出水中的酚、氨污染物，过程复杂并且需要能耗较高。吸附-生物降解法兼具吸附法的高效和生物法的成本优势，适宜同步脱除生物降解工艺中厌氧处理出水的酚氨污染物。

2、沸石是一类具有架状结构的多孔性含水硅酸盐矿物，我国沸石储量丰富，可达40亿t，工业应用中以斜发沸石为主。沸石的结构水和一般结构水(oh)不同，由于其作为水分子存在，故沸石水在特定温度下加热、脱水后结构不被破坏，原水分子的位置仍留有孔隙，形成类似海绵晶格的结构，具有将水分子或气体再吸附空隙的特性，因此沸石的物质交换性和吸附再生性良好，并且具备选择吸附性能，易于吸附铵根离子和游离氨，并可在水中缓释氨氮。煤热解过程产生的半焦属于廉价副产物，常规利用途径为电厂燃料，经低温活化后可作为吸附剂，由于含有大量的介孔和含氧官能团，其能够选择性吸附甲基酚等难降解的疏水性酚类物质、多环芳烃等，并减轻出水色度。活性焦常用作吸附剂在废水深度处理过程中单独使用，但再生成本较高，近年来颗粒活性焦应用于生物载体可同步发挥吸附污染物和富集功能微生物的作用。同时，负载氧化铁的活性焦能够进一步富集电活性菌，促进电活性生物膜形成，依靠异化铁还原作用可在微氧、厌氧环境中加速酚类等环状有机物的降解。

3、目前，传统的煤热解废水生物降解工艺存在以下问题：

4、(1)当前煤热解废水生物降解工艺中用于去除酚氨污染物的缺氧-好氧单元操作复杂，性能稳定性低，并且能耗很高；

5、(2)活性焦单独作为吸附剂用于煤热解废水的处理时不易再生，且再生成本高于活性焦的生产成本；

6、(3)煤热解废水的传统生化流程末端一般是好氧池，受废水毒性影响污泥产率较低，造成二沉池利用率低。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决传统的煤热解废水生物降解工艺中存在的上述技术问题，而提供一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。

2、一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，位于地面以下，为半地下式组合结构，所述处理装置包括a池、吸附-生物降解池(b池)和c池，所述的a池由a池进水管、沸石滤料、承托层和a池出水管组成，所述的吸附-生物降解池由承托层、不锈钢栅格钢斜板、nano-fe3o4负载活性焦颗粒、b池溢流堰和污泥管组成，所述的c池由斜板填料、c池出水管、污泥斗和排泥管组成；

3、所述的a池的底部设置有承托层，a池的上部设置有a池进水管，a池内填充有沸石滤料，a池的下部设置有a池出水管，a池通过a池出水管与吸附-生物降解池连通；所述的吸附-生物降解池的底部设置有承托层，吸附-生物降解池内倾斜设置有不锈钢栅格钢斜板，所述的不锈钢栅格钢斜板的一端抵在临近a池一侧的吸附-生物降解池的顶部，不锈钢栅格钢斜板的另一端抵在临近c池一侧的承托层的顶部，不锈钢栅格钢斜板上均布有nano-fe3o4负载活性焦颗粒，吸附-生物降解池的上部设置有b池溢流堰，吸附-生物降解池的下部设置有污泥管；所述的a池和吸附-生物降解池的底部设置有反冲洗管，所述的反冲洗管通过管路与动力装置连通，a池与吸附-生物降解池之间的反冲洗管上设有阀门；所述的c池的上部设置有c池出水管，c池内设置有斜板填料，所述的斜板填料上设有活性焦，c池的底部设置有污泥斗，吸附-生物降解池通过污泥管与污泥斗连通，污泥斗的下部设置有排泥管，所述的排泥管通向c池的外部。

4、利用吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，按以下步骤进行：

5、将煤热解废水厌氧单元出水经a池进水管加入到a池中，经过沸石滤料的吸附后，得到一级出水；一级出水经a池出水管进入到吸附-生物降解池中，透过不锈钢栅格钢斜板经过nano-fe3o4负载活性焦颗粒的吸附后，得到二级出水；二级出水经b池溢流堰进入到c池，经过斜板填料的分离后，通过c池出水管排出，完成处理煤热解废水中酚氨污染物；吸附-生物降解池内的污泥和从不锈钢栅格钢斜板上脱落的nano-fe3o4负载活性焦颗粒经污泥管流入污泥斗内，c池内的污泥和斜板填料上脱落的失效活性焦落入污泥斗内，定期将污泥斗内的所有内容物经排泥管排向c池的外部。

6、本发明的有益效果：

7、(1)本发明利用吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，煤热解废水厌氧单元出水经沸石吸附、生物膜降解去除氨氮，经nano-fe3o4负载活性焦颗粒吸附、生物膜降解去除酚类，实现煤热解废水酚氨的同步、深度脱除，大幅减轻后续膜处理、高级氧化压力，甚至取代高级氧化工艺，进而大幅度削减废水处理成本，提升物料、能源利用效率。

8、(2)本发明中斜发沸石能够高效吸附废水中的铵根离子与游离氨，降低氨氮对酚氧化降解过程的氧分子竞争。同时，沸石具有较强的交换性，吸附饱和后易于再生。此外，当沸石截留厌氧单元出水中的污泥并形成生物膜后，沸石吸附的氨氮可缓释到水中，由生物膜上自养微生物硝化，异养微生物反硝化，最终脱氮。并且斜发沸石来源广泛，成本低廉。

9、(3)本发明中nano-fe3o4负载活性焦颗粒一方面能够选择性吸附废水中难以生物降解的疏水性酚类、多环芳烃类物质，另一方面可以选择性富集电活性微生物，促进微生物异化铁还原过程，加速难降解物质的开环、断链并最终矿化。此吸附-生物降解过程氧气消耗量较低，无须曝气，相比于传统的好氧生物单元能够大幅削减能耗与成本。随反应过程中fe的消耗，失效的活性焦颗粒便于回收，继续用作廉价燃料等，提高资源利用率。

10、nano-fe3o4负载活性焦颗粒的原料半焦来自于煤热解过程，由煤料热解释放酚类、氨气、焦油等产物后形成，存在大量的适合吸附酚类的活性位点，能够选择性吸附难生物降解的酚类和多环芳烃等。另外，负载fe3o4后活性焦的电化学性能改善，易于富集电活性菌，能够形成电活性微生物膜，其优良的导电性能加速生物膜上微生物的电子传递。活性焦颗粒还能够吸附废水中的显色物质，减低出水色度。

11、(4)本发明中厌氧单元出水携带的活性较高的污泥可附着于沸石或活性焦表面形成生物膜，进一步提升污泥利用效率，斜板沉淀作用能够有效地截留随水流出的活性较低的污泥，降低出水浊度，取代传统生化处理单元的二沉池，减少了基建成本。

12、本发明中的沸石滤料和nano-fe3o4负载活性焦颗粒能够截留厌氧单元出水中携带的活性较高的活性污泥，形成生物膜，促进酚、氨污染物的生物转化和降解，提升污泥利用效率。

13、本发明可获得一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。