CN101693580B - 一种复合型生物处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型生物处理装置，包括离心鼓风机7、进水管1、水质改善池3、混合池10、生化池17、脱气池22、沉淀池25，在所述生化池17前增设了水质改善池3和含布水板的混合池10，生化池17通过出水槽29与脱气池22相连，脱气池22通过管路24与沉淀池25相连，所述生化池17中同时具有射流器13和与离心鼓风机7相连的曝气软管30、阀门32，生化池17中有两个溢出槽，一个溢出槽即回流槽28出水进入混合池10与进水相连，一个溢出槽即出水槽29出水与脱气池22相连，脱除污泥中微气泡进入沉淀池25，沉淀池25污泥回流至混合池10与进水均质。本发明装置具有降低了能耗，提高了高浓度工业废水的处理效率，便于维修和管理等优点。

Description

一种复合型生物处理装置

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及工业水处理行业，具体地说是一种复合型生物处理装置。

背景技术

在日益成熟的水处理领域里，一般可生化性较好的废水，譬如生活污水、碱性染料废水、含油废水、食品行业、酿酒行业、畜禽废水，鉴于其良好的生化性，传统方法设计能够满足其处理要求，亦形成了较为稳定、可靠的处理方法和设备选型。

然而，实际情况中的高浓度、难降解工业废水成为目前生物水处理中棘手的问题。与城镇生活污水相比，高浓度工业废水虽然水量少，但有机物污染严重，污染总量高，这类高浓度工业废水引发的一系列水体污染、生态环境恶化、威胁人体健康、阻碍相关工业发展等问题，越来越受到社会各界和各级政府环保部门的广泛关注。此外，高浓度、难降解工业废水往往涉及国计民生的重要行业，而且具有污染严重、治理设施落后(传统设计难以满足运行要求)、污染治理投资高等特点。以垃圾渗滤液、煤化工、造纸黑液或者APMP造纸行业、石油碱渣和红霉素制造行业废水为例，阐述其高浓度、难降解的特性。

(1)垃圾渗滤液：C∶N比严重失衡，污染物总类多、废水色度高，COD约为10000～20000mg/L，微生物难以有效培养。

(2)煤化工制气废水：废水酚含量高，主要含有各种对称性酚的衍生物，废水色度高，需要设置很高的回流比满足污泥存活的需要，处理效果难以保证。芳香族化合物及可持久性有机物是主要微生物抑制物质。

(3)碱渣废水：来自于石油冶炼过程中清洗油中各种有机物产生的碱性废水，COD高达200000mg/L，含有可生化抑制的硫化物、硫醇、硫醚、酚类物质等等，废水呈红褐色，含有生物累积毒性类物质。

(4)制药废水(抗生素废水)：COD含量12000～30000mg/L主要含有生化抑制性物质，废水中的吡啶、呋喃类物质的生物累积抑制作用。此外，废水中还含有杂环、对称性芳香族化合物。

传统的生化单元采用鼓风穿孔曝气，具有氧利用效率低、混合不均匀、曝气孔容易堵塞导致风压上升等问题。在高浓度工业废水处理过程中，往往因为混合不均匀导致整体效果恶化等等，不管采用推流式还是完全混合式工艺，都存在处理死角、维修困难、微生物活性收抑制等问题。以传统的鼓风曝气为例，氧利用率仅仅为20％～30％，曝气过程中容易形成死角，一旦出现检修问题需要将水排干，并且不能够有效提高污泥负荷，对于传统高浓度、难降解制药废水，其对CODcr去除效率仅仅为60％，增加了后续处理的有机物负荷。同时，缺乏高效的混合方式，不利于活性污泥的快速降解能力，容易导致降解中间产物的生成。

当前，高浓度、难降解工业废水缺乏高效、经济合理的处理方式，缺乏稳定、可靠的运行模式。随着国家日益严格的排放标准，特别在某些敏感地区的环境“提标”政策(譬如太湖、滇池)，常规的预处理、生化工艺、物化工艺、深度处理工艺等串联使用时并不能使污水处理达标，并且业主还需要承担高昂的投资运行费用。特别是普遍采用的主要由膜处理、活性碳吸附、Fenton试剂为主的高级氧化技术，运行费用高昂、投资成本巨大、设备稳定性和针对性不强等诸多因素限制了其在高浓度、难降解废水处理工艺中的广泛应用。新兴的蒸发技术(譬如GE Berz的LZD[Liquid Zero Discharge]技术)在高浓度、难降解工业废水上也得到了一定的应用，其高投资成本(吨水投资5-10万元)、浓液的焚烧与二次污染问题、可挥发性污染物的转移问题、运行费用高昂(100～200元/t水)将限制其在工业废水领域的广泛应用。

中国专利ZL 200410091801.x发明了一种带有凸形圆环结构的自吸式气液两相喷嘴，利用喷嘴的缩放结构能够促进氧的利用和充分传质，其未能在高浓度废水处理过程进行应用。

中国专利ZL 20051011108.2提出一种混合型的生物处理系统，利用射流曝气和鼓风曝气进行高效的传质及混合过程，降低了反应器的能耗，后续利用2级气浮进行处理，一级气浮污泥回流，二级气浮深度处理，但其传质能力仍需进一步增强，气浮工艺在后续处理过程中需要消耗大量的能耗，加药处理也需要较高的处理成本，其亦没有提供工业废水领域的应用实例。

目前，现有技术没有对此类废水取得良好的处理效果，其水质的COD含量高、色度高、气味重、毒性高，成为环境产业臭名昭著的废水。现有的技术难以抗击高浓度、难降解废水的毒性和有机物负荷，系统中持久性污染物存在将影响普通生化系统长久稳定的运行。

目前，高浓度、难降解工业废水使用常规工艺处理存在如下问题：(1)高浓度工业废水对普通生化系统具有冲击负荷，破坏大系统稳定运行，导致出水水质恶化；(2)高浓度工业废水中难降解的显色基团将导致处理后出水的表观颜色；(3)高浓度废水中的持久性有机污染物长期积累，一定时期后，将影响生化系统的效能；

为提高高浓度工业废水的处理效果，为难降解工业废水提供全新的解决方案，特别是针对高浓度工业废水可生化性差、生物抑制性物质含量高等问题，提出可行、经济、高效的解决方案。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改进的复合型生物处理装置，其可为现有污水处理技术中针对复杂工业废水缺乏合理处理手段的有益补充。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种复合型生物处理装置，包括离心鼓风机、进水管、水质改善池、混合池、生化池、脱气池、沉淀池，其特点是，在所述生化池前增设了水质改善池和含布水板的混合池，生化池通过出水槽与脱气池相连，脱气池通过管路与沉淀池相连，所述生化池中同时具有射流器、和与离心鼓风机相连的曝气软管，也就是同时具有射流和鼓风曝气两种形式，极大的促进了装置中微生物的传质过程，生化池中有两个溢出槽，一个溢出槽即回流槽出水进入混合池与进水相连，一个溢出槽即出水槽出水与脱气池相连，脱除污泥中微气泡进入沉淀池，沉淀池污泥回流至混合池与进水均质。

所述水质改善池中填充40％～80％的纤维填料，纤维填料酯化率高于9％。本发明采用酸化水解作为水质改善池，能够有效削减水体的毒性、提高废水可生化性，促进难降解大分子物质小分子化，为后续高效好氧处理创造必要的水质条件，同时混合池中挂有填料，提高了系统抗击负荷的能力。

本发明在射流器产生的强大喷射水流同时，增加了鼓风软管曝气装置，形成整个高效曝气池中的湍流内循环，气体在上升的过程中因水流的夹裹作用重新回到内循环过程，提高了氧利用效率。

所述曝气软管所用的软管材质为含氟聚合物。

曝气软管的风量分别通过阀门控制。

混合池中设有进行固液混合的隔墙，隔墙长度为池宽的1/3～2/3。

所述生化池中设有套筒，套筒的主要作用是用来布水，维持生化系统中的布水均匀。

所述射流器上装有维持射流器稳定运行的套管，套管的长度为生化池池深的1/3～2/3，套管宽度为生化池的1/4～1/3。

所述回流槽和出水槽出水的水量分别通过阀门控制。

所述脱气池中设有软管，软管的出气量和气泡尺寸由阀门控制。

所述沉淀池中设有泥斗，沉淀污泥经阀门控制后回流至混合池中。

本发明装置具有如下优点：

(1)整个处理系统无需投加混凝剂和絮凝剂，减少了用户的运行和管理成本，同时也消除了抑制基团(譬如金属离子)对微生物的抑制作用。

(2)采用生化池外循环与内循环有机结合的混合方式，内循环废水处于完全混合式状态，保证污染物处于高效降解模式，外循环使用改善池出水、回流污泥和回流水相混合的处理模式，使进水迅速传质、均质与污泥吸附，提高了进水的水质和后续的处理效率。

(3)整个系统处理效率可以根据水质波动进行调整，特别适合经常转换产品的企业。通过控制两个溢出槽出水的水量，降低溢出槽出水水质的毒性和有机负荷，维持好氧系统中微生物的活性。

(4)改变了单一射流器工作的模式，射流器具有传质效率高的特点，同时能耗亦巨大。本发明使用射流水泵将废水从射流器中喷出，从而形成气、液、固三相的剧烈混合与质量传递，在射流水泵进水过程中，补充了鼓风曝气供氧，并通过菌胶团的破碎而增加活性污泥的比表面积，从而取得优质的混合效果。因无需考虑射流过程中对气的携带，极大地降低了能耗。

(5)本系统具有高效抗负荷冲击能力，在系统中具有三重水质改善措施。在生化池前增设了水质改善池和含布水板的混合池，具有改善废水水质、抗冲击负荷，最大限度的提高高效生化系统中的废水水质，同时通过控制回流比和回流污泥量，进一步提高进入生化池中的废水水质。

(7)本发明增设脱气池，通过增加软管表面孔的直径，利用生成的大气泡促进污泥中微气泡的排出，出水进入沉淀池处理后达标排放，从而避免气浮过程中导致的泥水分离较差的现象。沉淀池污泥回流至混合池中，维持生化池中的污泥浓度和硝化菌的含量。

(8)本发明装置处理灵活，如果废水可生化较好，可直接超越水质改善池直接进入高效生化曝气池，从而减少了投资费用。对于生化池，可以设计为适合客户需求的各种构造，从而便于维修、管理，亦可降低投资。

附图说明

图1为本发明复合型生物处理装置的结构示意图。

图中标号说明

1-进水管  2-布水器  3-水质改善池  4-填料  5-液下搅拌系统6-水位  7-离心鼓风机  8-水质改善池出水  9-隔墙10-混合池  11-用于控制回流槽水量的阀门  12-射流水泵  13-射流器  14-套筒  15-用于控制软管曝气左侧风量的阀门  16-用于控制软管曝气右侧风量的阀门  17-生化池  18-套管  19-用于控制沉淀污泥回流量的阀门  20-用于控制出水槽水量的阀门  21-用于控制软管出气量和气泡尺寸的阀门  22-脱气池  23-软管  24-管路25-沉淀池  26-沉淀污泥  27-出水管  28-回流槽  29-出水槽30-曝气软管  31-泥斗  32-用于控制鼓风曝气量的阀门

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的描述。

实施例1

本发明主要设备包括离心鼓风机7、进水管1、布水器2、与进水管1相连的水质改善池3，水质改善池出水进入混合池10，混合池中布有隔墙9，水质改善池出水8在混合池10与回流槽28出水、回流的沉淀污泥26混合后，由射流水泵12经射流器13喷射出，并通过阀门32控制鼓风曝气量(包含水夹气和充气两种形式)，在生化池17中充分反应，生化池中有套筒14，出水经过出水槽29进入脱气池22中，脱气后进入沉淀池25沉淀后，达标排放。水质改善池使用液下搅拌系统5进行污泥混合，混合池中挂有填料4，填充率为40％-80％，控制水位6自流至混合池10中。混合池10中采用隔墙9进行固液混合，从而实现高效的传质过程。生化池中同时具有射流器13和曝气软管30，曝气软管通过阀门15和阀门16控制风量，射流器上具有套管18，维持射流器的稳定运行。阀门11和阀门20分别用来控制回流槽28和出水槽29出水的水量，阀门21控制脱气池22中软管23的出气量和气泡尺寸。沉淀池25中具有泥斗31，沉淀污泥26经阀门19控制后回流至混合池10中与进水均质。

在实施过程中，高浓度废水由进水管1经布水器2进入水质改善池3中，布水器2可以均匀的维持进水水质，维持水质的正态分布(避免偏态分布)，水质改善池3中挂有填料4，填料表面附着牢固的生物膜，废水在水质改善池3中降低有机物负荷、削减毒性并提高可生化性，改善废水进入后续处理的水质条件。水质改善池3经水质改善池出水8排入混合池10中，与回流槽28出水充分混合后，通过4道隔墙9并与回流的沉淀污泥26混合后，经射流水泵12抽提，由射流器13喷射而出，并通过风机和阀门32控制水体中鼓风量，射流器具有收缩管的结构，通过套管18进行定位，出水在内循环套筒14喷射而出，形成图1中所示的水流循环模式，混合液上升过程中，提升力不够，依靠曝气软管30提供提升力，从而形成气、液、固的充分混合，整个混合区形成高效传质的湍流区，污泥受到剪切和破碎，形成比表面积巨大、活性增强的微小菌胶团，废水进入生化池17后，有机物由无数个微小菌胶团包裹，从而实现良好的有机物去除过程。在废水水质发生波动时，除水质改善池3和混合池10均质功能外，控制生化池17中回流槽28和出水槽29的流量比，增加进水水质稀释比例，满足整个系统的高效运行状态。射流器13喷射出气水混合物，形成巨大的冲击力导致气还没有上升至出水槽29时又再次卷入至套筒14中，实现高效的氧利用率。生化池17出水进入脱气池22，脱气池22中使用软管23提供大气泡改变菌胶团的表面张力，迫使菌胶团夹带的微气泡排出，避免污泥在沉淀池25中上浮，同时脱气池22中具有的兼氧环境，又能够促进某些在好氧阶段不能降解或者好氧代谢产物的降解，进一步降低有机物负荷。脱气池22中的泥水混合物由管路24进入沉淀池25中，高效沉淀，沉淀污泥26进入泥斗31，达标出水经出水管27达标排放，沉淀污泥26经阀门19回流至混合池中，维持污泥活性和微生物间的相互竞争，保证生化池17的处理效率。

实施例2

取某煤气化生产过程废水，废水色度为2000～2500倍，COD浓度为2500～3000mg/L，BOD/COD小于0.1，氨氮浓度为300～400mg/L，挥发酚浓度为400～500mg/L，经过本发明处理后，总停留时间为36～48h，出水COD为200～300mg/L，氨氮浓度12～15mg/L，色度小于100倍，挥发酚浓度小于4mg/L，整个系统稳定运行3个月，耐受室外温度为0～40℃，污泥几乎没有活性不受废水负荷冲击的影响。使用常规生物处理系统，微生物系统因高负荷的挥发酚浓度导致污泥系统运行不正常，回流比要做到10∶1～20∶1，才能够满足系统的稳定运行。

实施例3

取某制药废水，COD浓度为25000～30000mg/L，BOD/COD为0.2～0.3时，经过本发明系统处理后，总停留时间为48～64h时，处理出水COD为200～250mg/L，去除率达到99％，整个系统稳定运行，体现整个系统运行的高效性。常规活性污泥法很难形成稳定的污泥体系，容易受到废水毒性的抑制，出水COD超过500mg/L。

Claims (9)

1.一种复合型生物处理装置，包括离心鼓风机(7)、进水管(1)、水质改善池(3)、混合池(10)、生化池(17)、脱气池(22)、沉淀池(25)，其特征在于：在所述生化池(17)前增设了水质改善池(3)和含布水板的混合池(10)，生化池(17)通过出水槽(29)与脱气池(22)相连，脱气池(22)通过管路(24)与沉淀池(25)相连，所述生化池(17)中同时具有射流器(13)和与离心鼓风机(7)相连的曝气软管(30)，生化池(17)设有与混合池(10)相连的回流槽(28)和与脱气池(22)相连出水槽(29)；其中所述水质改善池(3)中填充40％～80％的纤维填料，纤维填料酯化率高于9％。

2.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：混合池(10)中设有进行固液混合的隔墙(9)，隔墙(9)长度为池宽的1/3～2/3。

3.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：所述生化池(17)中设有用来均匀布水的套筒(14)。

4.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：所述射流器(13)上装有维持射流器稳定运行的套管(18)，套管(18)的长度为生化池(17)池深的1/3～2/3，套管(18)宽度为生化池(17)的1/4～1/3。

5.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：所述曝气软管(30)所用的软管材质为含氟聚合物。

6.根据权利要求1或5所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：曝气软管(30)的风量分别通过阀门控制。

7.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：回流槽(28)和出水槽(29)出水的水量分别通过阀门控制。

8.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：脱气池(22)中设有软管(23)，软管(23)的出气量和气泡尺寸由阀门控制。

9.根据权利要求1所述的一种复合型生物处理装置，其特征在于：沉淀池(25)中设有泥斗(31)。

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