CN101708924B - 一种臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，一种臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器及其使用方法。所述反应器：横隔板(3)将反应器分隔成上部循环流水区和下部生物反应区，在生物反应区中，由下方的反应器底板和上方的横隔板(3)交叉向对方伸出垂直的折流板(8)，形成呈横S的流道；循环水泵(5)的入水口(6)连接反应器下部的生物反应区，循环水泵的输出口(4)接入反应器上部的循环水流区；循环水流通道口的下方设置臭氧发生器(11)，内循环管(10)管内是臭氧氧化区；所述反应器的操作方法，包括生物膜挂膜和废水处理两个过程；废水处理过程为或者间歇式或者连续式，或者两者前后结合进行废水处理；本发明将臭氧氧化与生物膜两者结合为一个整体，使难降解废水的处理效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及生化反应工程、环境生物技术和水处理技术领域，具体涉及一种将臭氧氧化与生物膜组合为一体式的反应器及其处理难降解有机废水的方法。
背景技术
随着工农业生产的不断发展和人们生活水平的不断提高，许多难以生物降解的化合物排入到了天然水体，从而导致了严重的水环境的污染。
人们对含有这些难以生物降解有机化合物的水体大多采用生物处理方法，也有采用高级氧化与生物相结合的方法进行处理，例如采用臭氧氧化与生物结合的方法，但通常的做法是：先对废水进行臭氧氧化，使难降解的有机污染物的结构被破坏，有利于后续的生物降解的进行。
但在现有如上工艺处理中均是将这两个步骤分别在两个单元独立进行操作，在先完成一个工艺过程后再进行下一工艺过程。这样的处理方法不仅工作效率较低而且处理的水质也不是很好。如果在臭氧氧化单元里长时间地进行臭氧氧化，虽然有利于破坏有机物的结构，但能耗增加，效率下降；而如果臭氧氧化时间不够则难以使有机物的结构被破坏，从而使得后续的生物降解难以顺利进行，在实际操作过程中，最佳的臭氧氧化时间难以控制。
发明内容
本发明的目的针对已有技术存在的不足，提供一种在臭氧氧化与生物膜一体式的反应器内处理难降解废水的装置，以及使用所述装置处理废水的方法，提高废水处理的速度和效率。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种臭氧氧化与生物膜处理废水的一体式反应器，其特征在于：
所述反应器呈横卧式，横隔板将反应器分隔成上部循环流水区和下部生物反应区，横隔板的一端抵住反应器一侧的侧壁，横隔板的另一端与反应器另一侧壁保留一段距离，形成循环水流通道口；
在生物反应区中，由下方的反应器底板和上方的横隔板分别交叉向对方伸出垂直的折流板，形成呈横S的流道；
在横隔板抵住反应器一侧的外部设置循环水泵，循环水泵的入水口连接反应器下部的生物反应区，循环水泵的输出口接入反应器上部的循环水流区；
在生物反应区的一侧，循环水流通道口的下方设置臭氧发生器，在臭氧发生器与循环水流通道口之间配置内循环管，内循环管管内是臭氧氧化区；
在反应器的壁部开设进水口，在上部循环流水区开设出水口，在生物反应区的中间位置开设取样口，在底部开设排水口。
所述装置提供了一种横卧式反应器的结构，由横隔板的配置方式，以及折流板、臭氧发生器的特殊配置，构成了反应器内部的循环流水区、生物反应区和臭氧氧化区，由循环水泵的作用，使得废水依次经过三个区域进行处理，最终完成难降解有机废水的处理。
进一步，所述出水口位于循环流水区的循环水流通道口一侧的侧壁。
进一步，所述进水口位于反应器下部，近循环水泵一侧的壁部。
进一步，所述折流板由多孔陶瓷或多孔塑料材料制成。
一种如臭氧氧化与生物膜处理废水的一体式反应器的操作方法，其特征在于所述方法包括生物膜挂膜和废水处理两个过程；
所述生物膜挂膜过程：将驯化好的微生物溶液浸没反应器中的折流板，经2～10小时吸附，微生物在折流板表面初步形成生物膜，排出剩余溶液，加入废水，其液位至循环水流区，关闭进水口和出水口，启动循环水泵，让废水在反应器内循环，逐步培养成熟生物膜，培养过程中，每天更换一次废水，即排空前一次的废水后加入新的废水，经过2～10天，在溶解氧2～6mg/L和10～30℃条件下，当包括废水COD、TOC监测指标的去除率达到60～90％和/或使用者特定的指标值，在折流板表面形成成熟的高活性的生物膜；
所述废水处理过程为：或者间歇式废水处理，或者连续式废水处理，或者先间歇式后连续式废水处理，或者先连续式后间歇式废水处理；
所述间歇式废水处理方法：关闭出水口，将待处理的废水加满反应器，关闭进水口，同时开启臭氧发生器和循环水泵，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器所产生的臭氧分子和折流板表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从取样口取样，当包括废水COD、TOC和/或使用者特定的监测指标达到使用者要求后，从排水口放出处理完的水，重复以上操作步骤进入下一批次的操作；
所述连续式废水处理方法：打开进水口，通过水泵或高位差，使待处理废水进入反应器，待水位高于循环水流区，开启臭氧发生器和循环水泵，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器所产生的臭氧分子和折流板(8)表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从出水口取样，根据废水COD、TOC和/或使用者特定的指标达到的程度调节进水口的流量，控制废水在反应器内的停留时间，使出水达到要求。
在进行废水处理时，首先进行生物膜挂膜处理，在折流板上挂膜成功后，按照使用者处理废水的要求，可以分别采用间歇式废水处理或连续式废水处理。
进一步，在所述连续式废水处理方法中，待处理废水在反应器内的停留时间为2～360小时。
进一步，在所述连续式或间歇式废水处理方法中，依据废水在反应器内的循环程度调节循环水泵流量。
在进行难降解有机废水处理时，废水在臭氧氧化区被臭氧氧化之后，其分子结构被破坏，成为易生物降解的成分，在流经生物氧化区时，被生物膜进一步降解，若还有部分不能被降解的成分在循环流过臭氧氧化区时被进一步氧化，这样周而复始的循环，从而使难降解有机废水的处理效率大大提高。
本发明的优越性和有益效果是，采用本发明所提出的臭氧氧化与生物膜一体式的反应器和相应的操作工艺方法，将这两者有机地结合为一个整体，从而可以使难降解废水的处理效率大大提高。本发明针对难降解有机废水进行臭氧氧化和生物组合工艺的技术和方法对治理难降解的工业废水，提出的一种一体式的装置，一种高效快速的处理方法，对保护环境具有十分重要的意义。
附图说明
图1是本发明一种废水处理一体式反应器的结构示意图。
图中：1是出水口，2是壳体，3是横隔板，4是输出口，5是循环水泵，6是输入口，7是进水口，8是折流板，9是取样口，10是内循环管，11是臭氧发生器，12是通道口，13是排水口。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作详细说明：
下面结合附图及实施例进一步说明本发明是如何实现的：
一种臭氧氧化与生物膜处理废水的一体式反应器，所述反应器呈横卧式，横隔板3将反应器分隔成上部循环流水区和下部生物反应区，横隔板3的一端抵住反应器一侧的侧壁，横隔板3的另一端与反应器另一侧壁保留一段距离，形成循环水流通道口12；在生物反应区中，由下方的反应器底板和上方的横隔板3分别交叉向对方伸出垂直的折流板8，形成呈横S的流道；在横隔板3抵住反应器一侧的外部设置循环水泵5，循环水泵5的入水口6连接反应器下部的生物反应区，循环水泵的输出口4接入反应器上部的循环水流区；在生物反应区的一侧，循环水流通道口的下方设置臭氧发生器11，在臭氧发生器11与循环水流通道口12之间配置内循环管10，内循环管10管内是臭氧氧化区；在反应器的壁部开设进水口7，在上部循环流水区开设出水口1，在生物反应区的中间位置开设取样口9，在底部开设排水口13。
出水口1位于循环流水区的循环水流通道口12一侧的侧壁。
进水口7位于反应器下部，近循环水泵5一侧的壁部。
折流板8由多孔陶瓷或多孔塑料材料制成，所述折流板8亦是生物膜的载体，多孔陶瓷或多孔塑料材料便于生物膜的挂膜。
一种如臭氧氧化与生物膜处理废水的一体式反应器的操作方法，所述方法包括生物膜挂膜和废水处理两个过程；
所述生物膜挂膜过程：将驯化好的微生物溶液浸没反应器中的折流板8，经2～10小时吸附，微生物在折流板8表面初步形成生物膜，排出剩余溶液，加入废水，其液位至循环水流区，关闭进水口7和出水口1，启动循环水泵5，让废水在反应器内循环，逐步培养成熟生物膜，培养过程中，每天更换一次废水，即排空前一次的废水后加入新的废水，经过2～10天，在溶解氧2～6mg/L和10～30℃条件下，当包括废水COD、TOC监测指标的去除率达到60～90％和/或使用者特定的指标值，在折流板8表面形成成熟的高活性的生物膜；
所述废水处理过程根据需要，可以采用：或者间歇式废水处理，或者连续式废水处理，或者先间歇式后连续式废水处理，或者先连续式后间歇式废水处理。
所述间歇式废水处理方法：关闭出水口1，将待处理的废水加满反应器，关闭进水口7，同时开启臭氧发生器11和循环水泵5，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器11所产生的臭氧分子和折流板8表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从取样口9取样，当包括废水COD、TOC和/或使用者特定的监测指标达到使用者要求后，从排水口13放出处理完的水，重复以上操作步骤进入下一批次的操作；
所述连续式废水处理方法：打开进水口7，通过水泵或高位差，使待处理废水进入反应器，待水位高于循环水流区，开启臭氧发生器11和循环水泵5，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器11所产生的臭氧分子和折流板8表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从出水口1取样，根据废水COD、TOC和/或使用者特定的指标达到的程度调节进水口7的流量，控制废水在反应器内的停留时间，使出水达到要求。
在所述连续式废水处理方法中，待处理废水在反应器内的停留时间为2～360小时。
在所述连续式或间歇式废水处理方法中，依据废水在反应器内的循环程度调节循环水泵5流量，调节循环水泵5的流量以使废水在反应器内的循环接近或达到完全混合型的流态。
实施例1：用臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理含有对硫磷(1605)农药废水。
对于一个臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理含有对硫磷(1605)农药废水进行处理时其运行步骤为：
生物膜的形成：将针对含有对硫磷(1605)农药废水驯化好的活性污泥溶液加入反应器中并浸没反应器的折流板8，关闭进出水口，启动循环水泵5，通过吸附接种10小时后，排出剩余溶液，再加入含有对硫磷(1605)农药废水，进行生物膜培养，每天更新一次废水，考查废水COD的去除率，当COD的去除率达到稳定之后，认为挂膜成功。
间歇运行：在生物膜形成初期，采用间歇的方法处理废水。每批次将剩余废水排空，水力停留时间12～48小时，废水的初始COD浓度为1000mg/L左右，温度在10～25℃，此时COD的去除率为50～70％。
连续运行：当间歇运行至一定时间，废水COD的去除率达到稳定之后，将进水改为连续进水的运行方式。在连续运行过程中，臭氧发生量为：400mg/h·L(毫克/小时·升)水力停留时间为12～48小时，在上述条件下，COD的去除率达到75％以上。
实施例2：用臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理竹制品加工废水。
对于一个臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理竹制品加工废水时其运行步骤为：
生物膜的形成：将针对竹制品加工废水驯化好的活性污泥溶液加入反应器中并浸没反应器的折流板8，关闭进出水口，启动循环水泵5，通过吸附接种10小时后，排出剩余溶液后再加入竹制品加工废水，进行生物膜培养，每天更新一次废水，连续培养5～7天，当废水的COD的去除率达到稳定之后，认为挂膜成功。
竹制品加工废水的处理采用连续式方法进行，在连续运行过程中，臭氧发生量为：300mg/h·L，水力停留时间为24～72小时，在上述条件下，竹制品色度达到澄清，COD的去除率达到80％以上。
实施例3：用臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理生活垃圾渗滤液。
对于一个臭氧氧化与生物膜组合一体式反应器处理生活垃圾渗滤液时其运行步骤为：
生物膜的形成：将针对生活垃圾渗滤液所驯化好的活性污泥溶液加入反应器中并浸没反应器的折流板8，关闭进出水口，启动循环水泵5，通过吸附接种10小时后，排出剩余溶液后再加入新的生活垃圾渗滤液，进行生物膜培养，每天更新一次废水，连续培养5～15天，当废水的COD的去除率达到稳定之后，认为挂膜成功。
生活垃圾渗滤液处理采用连续式方法进行，在连续运行过程中，臭氧发生量为：300～500mg/h·L，水力停留时间为48～100小时，在上述条件下，生活垃圾渗滤液的色度达到澄清，COD的去除率达到50～80％。
Claims (7)
1.一种臭氧氧化与生物膜处理废水的一体式反应器，其特征在于：
所述反应器呈横卧式，横隔板(3)将反应器分隔成上部循环流水区和下部生物反应区，横隔板(3)的一端抵住反应器一侧的侧壁，横隔板(3)的另一端与反应器另一侧壁保留一段距离，形成循环水流通道口(12)；
在生物反应区中，由下方的反应器底板和上方的横隔板(3)分别交叉向对方伸出垂直的折流板(8)，形成呈横S形的流道；
在横隔板(3)抵住反应器一侧的外部设置循环水泵(5)，循环水泵(5)的入水口(6)连接反应器下部的生物反应区，循环水泵的输出口(4)接入反应器上部的循环水流区；
在生物反应区的一侧，循环水流通道口的下方设置臭氧发生器(11)，在臭氧发生器(11)与循环水流通道口(12)之间配置内循环管(10)，内循环管(10)管内是臭氧氧化区；
在反应器的壁部开设进水口(7)，在上部循环流水区开设出水口(1)，在生物反应区的中间位置开设取样口(9)，在底部开设排水口(13)。
2.根据权利要求1所述臭氧氧化与生物处理废水的一体式反应器，其特征在于所述出水口(1)位于循环流水区的循环水流通道口(12)一侧的侧壁。
3.根据权利要求1所述臭氧氧化与生物处理废水的一体式反应器，其特征在于所述进水口(7)位于反应器下部，近循环水泵(5)一侧的壁部。
4.根据权利要求1所述的臭氧氧化与生物处理废水的一体式反应器，其特征在于所述折流板(8)由多孔陶瓷或多孔塑料材料制成。
5.一种如权利要求1所述反应器的操作方法，其特征在于所述方法包括生物膜挂膜和废水处理两个过程；
所述生物膜挂膜过程：将驯化好的微生物溶液浸没反应器中的折流板(8)，经2～10小时吸附，微生物在折流板(8)表面初步形成生物膜，排出剩余溶液，加入废水，其液位至循环水流区，关闭进水口(7)和出水口(1)，启动循环水泵(5)，让废水在反应器内循环，逐步培养成熟生物膜，培养过程中，每天更换一次废水，即排空前一次的废水后加入新的废水，经过2～10天，在溶解氧2～6mg/L和10～30℃条件下，当包括废水COD、TOC监测指标的去除率达到60～90％和/或使用者特定的指标值，在折流板(8)表面形成成熟的高活性的生物膜；
所述废水处理过程为：或者间歇式废水处理，或者连续式废水处理，或者先间歇式后连续式废水处理，或者先连续式后间歇式废水处理；
所述间歇式废水处理方法：关闭出水口(1)，将待处理的废水加满反应器，关闭进水口(7)，同时开启臭氧发生器(11)和循环水泵(5)，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器(11)所产生的臭氧分子和折流板(8)表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从取样口(9)取样，当包括废水COD、TOC和/或使用者特定的监测指标达到使用者要求后，从排水口(13)放出处理完的水，重复以上操作步骤进入下一批次的操作；
所述连续式废水处理方法：打开进水口(7)，通过水泵或高位差，使待处理废水进入反应器，待水位高于循环水流区，开启臭氧发生器(11)和循环水泵(5)，待处理废水在反应器内循环反复接触臭氧发生器(11)所产生的臭氧分子和折流板(8)表面的生物膜，废水中有机化合物的复杂结构依次被臭氧氧化成简单的小分子结构后被生物膜降解，从出水口(1)取样，根据废水COD、TOC和/或使用者特定的指标达到的程度调节进水口(7)的流量，控制废水在反应器内的停留时间，使出水达到要求。
6.根据权利要求5所述反应器的操作方法，其特征在于在所述连续式废水处理方法中，待处理废水在反应器内的停留时间为12～100小时。
7.根据权利要求5所述反应器的操作方法，其特征在于在所述连续式或间歇式废水处理方法中，依据废水在反应器内的循环程度调节循环水泵(5)流量。
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