CN101402489A - 固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定化微生物－人工湿地处理化工尾水工艺，即化工园区综合废水经活性污泥法处理后的尾水进入本工艺装置达到进一步脱除其中的COD、N、P及各种有机氯污染物的目的。利用固定化微生物技术将优势菌种固定在微胶囊中，用于降解化工尾水中的有机氯污染物，以改善人工湿地对有机氯污染物的处理效果，增强人工湿地系统对耐有机氯污染物的冲击负荷能力，减少有机氯污染物对人工湿地微生态环境系统的影响。本发明利用了固定化和人工湿地技术的联合作用，强化了污水处理效果，处理后的废水不仅能达标排放，同时减少有机氯污染物对环境带来的污染。

Description

固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺

技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及化学工业尾水的人工湿地处理工艺。

背景技术

化工尾水是指在化学工业集中区企业或单独化工企业生产过程中所产生的废水经污水处理设施的物化、生化工艺集中处理后已经达标或基本达标的准备向外环境排放的废水。由于技术与经济的原因，化工废水中的微量有机氯污染物实际上并没有得到有效去除，这些物质排放到环境中后因为会在生物体中形成积累而对环境造成较大危害。随着国家对污染物排放的控制要求越来越高，研究化工企业尾水治理技术显得尤为重要。

人工湿地作为一种污水生态处理技术，具有运行费用低、维护管理简单、对周边影响小、可分散化、小型化建设的优点。人工湿地能够利用基质-微生物-植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化。20世纪80、90年代，人工湿地在发达国家和发展中国家的城市生活污水处理中得到了广泛的应用。国内外许多学者或工程技术人员经过工艺改进或者与其他系统进行组合后用于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染的治理。美国、德国等的一些技术人员还将其推广应用于处理小城镇、行政事业单位和垃圾场渗滤液处理。近年来，一些研究开始涉及人工湿地处理工业废水，并认为人工湿地独特而复杂的净化机理能够使其在含重金属工业废水和难降解有机废水的处理中发挥重要作用。

自70年代中期采用固定化细胞技术处理含氰废水以来，国内外学者在固定化微生物处理各类废水方面作了大量的研究。固定化技术是指将酶、微生物细胞、动植物细胞、细胞器等生物催化剂用物理或化学方法限制或定位在某一特定空间，保留其部分催化活性，能被重复和连续使用的一种方法^[12]。固定化生物与固定化生物催化剂的技术在我国的研究始于20世纪70年代，中国科学院微生物所和上海生物化学研究所开始了固定化酶的研究工作。1973年，中国科学院微生物所固定化酶研究小组首先成功地将黑曲霉葡萄糖淀粉酶进行了固定。70年代后期，许多研究机构相继开展了固定化酶和固定化细胞的应用研究。

发明内容

本发明针对化学工业尾水中的有机氯污染物直接排放可能带来的环境风险问题，提供一种固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺技术，利用该工艺，可有效降底化工尾水中有机氯污染物的排放，处理后的污水有机氯化物等特征污染物能达标排放并实现废水的资源化利用。

本发明的目的可以通过以下措放达到：

一种强化人工湿地污水处理化工尾水的方法，其处理工艺步骤为：

化工尾水→固定化微生物床→人工湿地→固定化微生物床→出水

一种固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺，该工艺过程包括进水区、出水区、固定化微生物床和人工湿地污水处理区。进水区和出水区设有多孔砖，实现均匀布水，污水处理区底层为防渗层，防渗层上设有砾石层，砾石层上设有土壤层。土壤层内设有植物。

其中废水为含有难降解的有机氯污染物的化学工业尾水，其COD浓度为150mg/以下，有机氯污染物的总含量在50mg/L以下。人工湿地水生植物采用的是芦苇，污水处理区为复合垂直流，垂直流的坡度为2％-4％。芦苇是一种具有较强耐污能力的水生植物，其根际较为发达，微生物种类多、数量大，能有效降解废水中的各种有机污染物。

用于固定化微生物所采用的胶囊为含有活性炭等强吸附性能的材料，确保对废水中有机氯污染物的吸附能力。固定的微生物为经过驯化的对有机氯污染物具有较强耐受能力和分解能力的优势菌群。通过在人工湿地中引入具有特定污染物降解功能的固定化微生物床，可以明显提高污染物质的降解效果。固定化微生物床采用微胶囊装载筛选优势微生物，吸附降解有机氯化物，以改善现有人工湿地污水处理系统处理有机氯化物的状况，提高有机氯化物吸附和降解能力。

本发明产生的有益效果为：人工湿地是针对污水处理而人为建造的生态系统，其大部分基质常年处于污水淹没状态，污水中污染物浓度较高，底部缺氧，降解有机物效率不高。本发明在人工湿地污水处理系统中引入固定化微生物床，通过筛选优势菌群，加以固定化，以创造良好的生化环境，强化对特征污染物质的去除效果。

已有人工湿地系统普遍处于严重缺氧及厌氧状态，而污水中大部分含氮污染物需通过微生物硝化、反硝化作用降解去除，其中起硝化作用的硝化细菌属好氧微生物。由于人工湿地的溶解氧浓度较低，严重抑制了氨氮的硝化反应过程，使得溶解氧成为湿地脱氮效果欠佳的限制因素。在固定化微生物强化人工湿地系统中，外加床体与大气接触，位于表面，能促进硝化细菌的硝化反应顺利进行，有利于提高湿地脱氮效果。

目前的研究认为，基质吸附是人工湿地的主要除磷方式，植物及微生物对磷的吸收转化作用都非常小，这就导致在基质吸附饱和后人工湿地除磷效果大大下降。在人工湿地中引入外加床体，控制湿地运行，间歇曝气，可增强除磷微生物的活性，提高得除磷效果，从而减轻了介质吸附磷的负担，延长了湿地填料的更换周期。

由于固定化微生物对特征污染物降解的强化作用，对于处理化工尾水而言，在湿地设计时可增大人工湿地的水力负荷，减小湿地的占地面积。

综上所述，加入固定化微生物床体强化人工湿地，控制运行不仅可以改善人工湿地溶解氧分布，提高污水处理的效果，尤其是脱氮除磷效果得以改善，保障冬季处理效果，同时还能延长填料更换周期，减小湿地面积，节省投资和运行成本。

具体实施方式

下面详细的说明仅仅是阐述本发明的普遍原理，并非限制性的，实际应用过程中可能由于尾水的不同性质和处理要求进行合理的调整和修改。

从化工园区企业产生的各种废水经厂内预处理后达到集中污水处理厂的接管标准，即COD浓度达到500mg/L以下，NH₃-N浓度达到50mg/L以下，TP浓度达到3mg/L以下，且有机氯污染物的浓度在50mg/L以下。进入化工集中区污水处理厂的综合废水采用混凝沉淀-ABR生物反应器-好氧生物流化床-沉淀分离工艺进行处理，COD浓度达到150mg/L以下，NH₃-N浓度达到15mg/L以下，TP浓度达到1mg/L以下，有机氯污染物的总浓度在25mg/L以下，此即为化工尾水。

化工尾水排入本专利所述固定化微生物-人工湿地处理工艺。尾水首先进入固定化微生物床A，微胶囊密度为10-20粒/cm³，水力停留时间为3-5小时后可以脱除水中30％以上的COD和NH₃-N，40％以上的总有机氯污染物。

经固定化微生物床处理后的废水进入人工湿地进一步处理，废水在人工湿地中的水力停留时间为3-5天，水温应不低于10℃，COD与NH₃-N去除率为70％以上，有机氯污染物的去除率在90％以上。

废水经人工湿地处理后，进入固定化微生物床B，B床的微胶囊密度为5-10粒/cm³，水力停留时间为1-2小时，COD与NH₃-N去除率为20％以上，有机氯污染物的去除率在30％以上。

化工尾水经上述工艺处理后，废水中的COD与NH₃-N总去除率为90％以上，有机氯污染物的去除率在99％以上，从而可以有效控制化工尾水中有机氯污染物对外环境的影响。

Claims (8)

1、一种采用固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺，其特征在于先将化工园区综合废水经活性污泥法处理，处理后的尾水先进入固定化微生物床1进行初步处理，再进入潜流型人工湿地进行深度处理，出水再经固定化微生物床2处理，从而达到有效控制化学工业尾水中有机氯污染物及COD、N、P的排放。

2、如权利要求1所述的废水处理工艺，其特征在于所述的废水为含有有机氯污染物的化学工业尾水。

3、如权利要求2所述的化学工业尾水，其特征在于其化学需氧量小于150mg/L，总有机氯污染物含量小于50mg/L。

4、如权利要求1所述的固定化微生物技术，其特征是采用海藻酸钠、壳聚糖、活性炭等为材料制备的微胶囊对优势生物群进行固定的。

5、如权利要求4所述的固定化微生物床技术，其特征在于通过水力条件控制使得微胶囊在水中处于悬浮状态。

6、如权利要求1所述的人工湿地，其特征在于所述人工湿地污水处理区为垂直复合流人工湿地，垂直流的坡度为2％-4％。

7、如权利要求5所述的人工湿地处理技术，其特征在于所述人工湿地采用砾石、粘土为填料，以芦苇为植物床。

8、、如权利要求1所述的固定化微生物-人工湿地处理化工尾水工艺，其特征在于该工艺装置包括进水区、出水区、固定化微生物床和人工湿地污水处理区。