CN101357805A

CN101357805A - 一种处理高浓度苯胺或含胺(氨)有机废水的生物处理方法

Info

Publication number: CN101357805A
Application number: CNA2008101669313A
Authority: CN
Inventors: 陈�胜; 孙德智; 郑钟植
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2009-02-04

Abstract

本发明涉及一种以悬浮填料生物膜为主体工艺的厌氧－好氧两段串联工艺来处理高浓度苯胺或含胺(氨)有机废水的生物处理方法。采用直接回流后段好氧反应器的硝化液到前段厌氧反应器中，原水和硝化液在厌氧反应器中混合并在共栖微生物作用下发生产甲烷和反硝化反应以及污泥消化作用，达到同时去除废水中COD和N以及污泥减量的目的，从而实现该类废水的达标排放。该方法与传统厌氧－缺氧－好氧处理工艺相比，节省了缺氧反应器和反硝化所需要的外加碳源，减少了污泥产量，极大地降低了处理成本；同时由于引入生物膜工艺，增加反应器内的生物量和丰富生物相，因此还具有运行负荷高、抗毒性能力强、处理效率高、运行稳定等优点。可广泛用于需要同时去除废水中含高浓度COD和N的各类有机废水。

Description

一种处理高浓度苯胺或含胺(氨)有机废水的生物处理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及到一种采用生物处理方法同时去除高浓度苯胺或含胺(氨)有机废水中的COD和氮。

技术背景

苯胺或胺类有机物是一种重要的化工原料和中间体，广泛应用于国防、印染、塑料、农药和医药工业等，苯胺是一种“三致”物质，已经被列入“中国环境优先污染物黑名单”，该类废水是一种毒性大，生物降解性差的高浓度有机废水，同时由于含有高浓度的氮素引起水体富营养化，因此，含苯胺或胺类有机物的工业废水要严格控制排放。目前，对苯胺或胺类有机物工业废水的处理方法主要有物理法、化学法和生物法，其中物理法主要有吸附法和萃取法；化学处理方法通常有光催化氧化法、光芬顿法、超临界氧化法、超声波降解法、电化学降解法以及臭氧和光催化联合氧化法等；由于苯胺废水的毒性强，生物降解性差，生物法一般很难成功，更多的是采用物化-生物方法，即先采用物理化学的方法，降低废水的毒性，改善废水的可生化性，然后再用生物法处理。但是物理和化学处理方法普遍存在处理成本高、操作条件苛刻和产生二次污染等问题，物化-生物方法也存在流程长，处理成本高，难以控制等问题。同时，苯胺或胺类有机物废水的综合处理不仅要求COD达标排放，而且要求氮元素的排放也要达标，因而需要进行脱氮处理。生物处理方法由于具有处理量大、处理成本低以及有效脱氮等优势，依然是处理苯胺或胺类有机物废水的主流工艺。

生物处理方法根据反应器中微生物呼吸类型一般分为厌氧、缺氧和好氧三类，根据反应器中微生物存在的状态分为活性污泥法和生物膜法两种。由于苯胺废水的浓度高、毒性大以及可生化性差，不宜直接使用好氧和活性污泥法，一般采用传统厌氧-缺氧-好氧的活性污泥处理工艺，即先采用厌氧处理降低废水的毒性和浓度，同时废水中的有机氮(胺)经过氨化作用后转化为无机氮(氨)；然后再使用好氧处理，进一步降低废水的COD，并进行硝化反应将氨氮转化为硝态氮；最后再使用反硝化工艺在缺氧的条件下将硝态氮还原成氮气，彻底实现氮营养元素的去除。这种传统的工艺中需要在厌氧、缺氧以及好氧三个不同的反应器中进行，因此存在流程长，反应器体积大、反硝化需要外加碳源等缺点。同时由于活性污泥法抵抗苯胺废水毒性的能力较弱，实际运行中难以成功。由于生物膜具有特殊的微孔结构和胞外聚合物的保护功能，使得生物膜工艺在处理毒性较高的废水比活性污泥法更具有更强的抵抗能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种以悬浮填料生物膜工艺为主体工艺，用于同时去除高浓度苯胺或含胺(氨)有机废水中的COD和氮的生物处理方法。工艺由厌氧和好氧生物膜反应器两段组成，前端厌氧反应器经过产甲烷反应去除废水中绝大部分COD和氨化释放氨氮，再经好氧生物膜反应器以进一步降低COD和进行硝化反应，硝化液直接回流到厌氧反应器中，原水与回流的硝化液在厌氧反应器内直接混合，产甲烷反应、氨化反应、反硝化反应以及污泥消化同时在厌氧反应器中发生。通过这种回流后段好氧反应器的硝化液至前端厌氧反应器的操作方式，可以到达同时去除COD和氮以及污泥减量的目的。

本发明的技术要点是利用悬浮填料固定微生物，形成生物膜反应器，增加反应器中微生物量和丰富生物相，创造有利于不同类型微生物共存的微环境，是完全利用微生物的生物降解作用来去除苯胺或含胺(氨)有机废水中的COD和氮的全生化处理方法。

本发明的构思是通过引入生物膜创造适宜的反应条件将传统的厌氧-缺氧-好氧处理工艺中厌氧和缺氧反应器整合在一个反应器内。原本厌氧产甲烷反应是在绝对无氧的条件下进行的，而缺氧反硝化反应则需要低溶解氧浓度下(一般在0.5mg/L)下进行，因此这两种不同类型的微生物是很难在一个体系中共存的，通常需要两个不同反应器中独立运行。由于引入生物膜到厌氧反应器，污泥床和生物膜的分工以及生物膜上微孔结构创造了有利于产甲烷细菌和反硝化细菌各自生存的微环境，从而使厌氧产甲烷反应和缺氧反硝化反应在同一个反应器中发生成为可能。

本发明的处理工艺流程主要是由厌氧和好氧生物膜反应器以及具有辅助功能的构筑物组成，前端厌氧反应器经过产甲烷反应去除废水中绝大部分COD和氨化释放氨氮，再经好氧生物膜反应器以进一步降低COD和进行硝化反应，硝化液直接回流到厌氧反应器中，原水与回流的硝化液在厌氧反应器内直接混合，产甲烷反应、氨化反应、反硝化反应以及污泥消化同时在厌氧反应器中发生。

本发明中回流操作方式指的是好氧反应器中的硝化液不经沉淀直接回流到厌氧反应器底部，回流比指的是回流的硝化液流量与进入厌氧反应器原水的流量之比。这种方式可以将好氧反应器出水中悬浮污泥(SS)带到厌氧反应器中进行厌氧消化，可以实现污泥减量的目的。

本发明中的厌氧反应器由底部传统的污泥床和上部生物膜组成的复合式厌氧反应器，温度控制在30-35℃，上部生物膜由密度略小于水的悬浮填料构成，填料填充比为20～70％(填充比指的是填料的堆积体积占反应器体积的比例)，搅拌方式为采用间隔15min搅拌15min的半连续模式，搅拌速度控制在污泥不会大量被水流带出的程度。搅拌时，上部生物膜可以看作是流化床或者是移动床，静止时，可以认为时填充床。除了填料自身对污泥的分离和阻遏作用之外，无需污泥回流设备。

本发明中的好氧反应器是由密度略小于水的悬浮填料组成，填料填充比为20～80％，微生物固定在填料表面形成生物膜，在曝气的作用下均匀流化，形成移动床生物膜反应器或者生物流化床反应器。反应器在常温下进行，溶解氧控制在2mg/L以上，pH控制在7.5～8之间，无需污泥回流。由于填料密度小，流化需要的动力消耗小，有利于降低运行成本。

本发明中厌氧反应器水力停留时间为30～60h，好氧反应器停留时间为30～72h，处理COD为8000～10000mg/L，氨氮为20～40mg/L，总氮为900～1200mg/L的苯胺废水，回流比控制在1～10，COD去除率可达96％以上，氨氮和总氮去除率均随着回流比增加而增加。如回流比在8时，COD去除率高达98％，好氧反应器氨氮去除率高达90％，总氮去除率高达90％；同时，好氧反应器出水SS由950mg/L下降到60mg/L，很好地实现污泥减量。

本发明主要用于处理性质类似苯胺废水的各种有机废水，主要针对同时去除废水中的COD和N。因此，也可以用于处理高浓度含胺有机废水，还可以普遍用于处理含有高氨氮浓度有机废水以及混合废水。

采用本发明的优点有：(1)这种工艺不仅有效地去除了苯胺废水中的COD，还可以去除废水中的氮元素，比传统的厌氧-缺氧-好氧工艺节省了一个缺氧反应器，缩短了工艺流程；同时利用厌氧反应器中的水解产物作为反硝化反应的碳源，节省了大量的外加碳源，这样可以减少处理成本。(2)引入生物膜反应器，增加了反应器中的生物量和丰富生物相，创造了有利于各种微生物生物的微环境，因此，系统具有运行负荷高、抗毒性能力强、处理效率高、运行稳定等优点；(3)厌氧反应器不仅可以反硝化去除氮元素，还可以消化好氧污泥以实现污泥减量；(4)可以减少外加磷源的消耗，内部消化循环使用。(5)反硝化反应过程中产生的碱度可以中和厌氧反应器中产生的酸度，既有利于防止反应器的酸化，又有利于减少调节酸度的药剂消耗。

附图说明

图1为苯胺或含胺(氨)有机废水的生物处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1和应用实例进一步说明本发明。

含有2-甲基-6-乙基苯胺、2，6-二乙基苯胺、N-甲基二乙醇胺等胺类物质混合废水，初始COD为8000～10000mg/L，氨氮为20～40mg/L，总氮为900～1200mg/L，pH为10.5-11.4。废水由收集池进入调节池调节水质水量，添加少量的磷以及微生物生长所需的微量元素；同时将pH调至9-9.5，这主要是因为在厌氧反应器中由于酸化会使pH下降至7左右，这样可以节省药剂费。调节池废水经恒流泵泵入厌氧反应器的底部，与从好氧反应器回流的硝化液在反应器底部混合，产甲烷反应、氨化反应、反硝化反应以及好氧污泥消化同时在厌氧反应器中进行。厌氧反应器的出水从反应器上端出水口流出，COD从原进水的8000～10000mg/L降至2000～340mg/L(回流比越大，由于稀释作用，厌氧出水COD越低)，氨氮含量从原进水的20～40mg/L上升到700～100mg/L(回流比越大，由于稀释作用，厌氧出水氨氮越低)，总氮由900～1200mg/L下降至100～1200mg/L(回流比越大，反硝化作用越强，厌氧出水总氮越低)。同时，含苯环物质被开环成小分子中间产物，苯胺等有毒物质浓度降至1mg/L以下，对后续好氧微生物的毒性大大降低，厌氧出水经沉淀池固液分离后，上清夜直接进入好氧移动床生物膜反应器，沉淀池污泥视情况回流至厌氧反应器或排放。在好氧反应器内，废水中COD进一步氧化降解，同时，氨氮实现硝化反应生成硝态氮。好氧反应器的部分硝化液不经沉淀直接将泥水混合物回流至厌氧反应器，另一部分硝化液经过沉淀后排放，水质可以达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中要求。

废水从调节池到厌氧反应器采用泵泵入，随后在厌氧反应器、沉淀池、好氧反应器中采用重力自流进行，厌氧污泥回流和硝化液回流均采用回流泵。

厌氧反应器中采用机械搅拌，搅拌方式为采用间隔15min搅拌15min的半连续模式，搅拌速度控制在污泥不会大量被水流带出的程度。好氧移动床生物膜反应器采用鼓风曝气，曝气方式为微孔曝气，保证反应器内填料流化均匀。

本发明采用的全程生物处理方法，可以同时去除苯胺或含胺(氨)有机废水中的COD和氮，还可以实现污泥减量。在回流比控制在8时，COD去除率在98％以上，TN去除率在90％，污泥减量80％以上，可以实现这类废水的综合治理，到达国家排放标准。

Claims

1、一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法。其特征在于以悬浮填料生物膜工艺为主体的厌氧-好氧两段处理方法。

2、根据权利要求1所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于直接回流后段好氧硝化液至前段厌氧反应器，在厌氧反应器内同时发生产甲烷反应和反硝化反应，以实现同步去除废水中的COD和氮元素。

3、根据权利要求1所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于前段厌氧反应器由污泥床和生物膜组成的复合反应器，采用底部进水，上部出水的上流式进行，反应器采用半连续式的机械或者生物气搅拌，反应器上部悬浮的生物膜起到气固液三相分离器作用，不需专门设置三相分离器。

4、根据权利要求1所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于后段好氧反应器的形式为移动床生物膜反应器或者生物流化床反应器，悬浮填料在曝气的作用下在反应器中均匀流化，不需要污泥回流。好氧反应器可根据需要分成单级或者多级串联运行。

5、根据权利要求1所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于生物膜的载体为无机有机高分子复合填料，其密度0.92～0.99g/cm³，孔隙率高，即使在填充比高达80％时对反应器的水力损失不到10％，具有很高的比表面积和很好的生物亲和性，有利于固定微生物形成生物膜，可以提高反应器中的生物量和丰富生物相。

6、根据权利要求2所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于直接回流好氧硝化液至厌氧反应器的操作方式中回流比可以是0～10。

7、根据权利要求2所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于回流硝化液中的好氧悬浮污泥不经沉淀直接进入到厌氧反应器中进行厌氧消化，可以实现污泥减量。

8、根据权利要求1所述的一种高浓度苯胺或者含胺(氨)有机废水的生物处理方法，其特征在于可以处理类似苯胺废水各类废水及混合废水，比如含胺化工废水、垃圾渗滤液、养殖废水等含有高浓度COD和N特征的废水。