CN102249413A - 一种生物酶水解酸化装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污、废水的生物酶处理的装置和方法。生物酶水解酸化装置，包括缺氧区和沉淀池，还包括生物酶反应区(1)、好氧区(2)和污泥酸化池(7)，且缺氧区分为高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)三个部分；生物酶反应区(1)、好氧区(2)、高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)、低污带缺氧区(5)、沉淀池(6)和污泥酸化池(7)依次连接组成。利用该装置处理污、废水的方法，不仅能增加微生物的数量，而且能够改善微生物质量，可以提高水解酸化的效果以及提高对难降解有机物水解酸化的有效性。

Description

一种生物酶水解酸化装置和方法

技术领域

本发明涉及污、废水的生物酶处理的装置和方法，特别指城镇污水处理与污水厂提标改造、石油化工、炼油、焦化、纺织印染、合成革、制药、农药、食品、精细化工、造纸等高浓度、难降解的有机工业废水处理的生物酶水解酸化的装置和方法。

背景技术

根据微生物代谢中对氧的需求情况，微生物可以分为好氧微生物、厌氧微生物和介于两者之间的兼性微生物，相应的废水处理工艺可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。多年来的研究和工程实践表明，厌氧生物处理比好氧生物处理在难生物降解有机物的处理上有更大的优越性。一些结构复杂、通常在好氧条件下难以被降解的有机物，在厌氧环境下能够改善其可生化性、被一些厌氧微生物分解代谢，且厌氧消化是一些难生物降解的有机物被生物分解的唯一途径。有机物在微生物的作用下的厌氧分解过程十分复杂，有机物的厌氧分解分为四个阶段：第一阶段为水解阶段。第二阶段为酸化阶段。第三阶段为产乙酸阶段。第四阶段为产甲烷阶段。从有机物厌氧水解的四个阶段来看，厌氧生物处理工艺对难生物降解的有机物处理的优越性主要在于水解和酸化阶段。我们可以把水解酸化阶段从整个厌氧过程中分离出来，利用其水解能力强，同时能将某些大分子难降解的有机物转化为较易降解的小分子有机物，改善废水可生化性的特点，为后续好氧生物处理创造有利条件。在水解酸化阶段的控制上，可以利用产甲烷菌与水解菌、产酸菌生长速度不同的特点，控制系统的水力停留时间，利用水不断流动的淘洗作用，造成产甲烷菌在反应器中难以繁殖的条件。通过接触酶活性与产甲烷菌活性检验证实，此系统中主要是兼性微生物，同时也有少量产甲烷菌参与了反应。

水解酸化工艺放弃了厌氧反应中反应时间长、控制条件要求高的产甲烷发酵阶段，水解酸化由于能够将一些难降解的有机物转化为易降解有机物，提高废水的可生化性，已广泛应用于污、废水处理中。水解酸化池的水解酸化效果与污、废水中底物性质有密切关系，对某些污、废水有明显效果，可使废水B/C值(废水可生化性的一个重要指标)提高，有利于后续好氧生物处理，但不是对所有的难降解有机物都有效。目前，难降解的有机物多为木质素、腐殖质、醚类、多环芳茎、联苯胺、卤代甲烷、甲基蓝活性物质(MBAS)、除草剂和杀虫剂等，对这些物质的去除，至今尚无比较成熟的处理技术。如何提高水解酸化池对这些有机物的水解酸化效果，提高其对难降解有机物水解酸化的有效性将是今后水解酸化工艺的研究重点。

要提高水解酸化的效果以及提高对难降解有机物水解酸化的有效性要满足二个重要条件：一是提高微生物的数量；二是改善微生物的质量。以往，水处理工作者在提高微生物的数量方面想了很多办法，如在各反应器中放置各种填料、固定并富集微生物。在提高微生物的质量方面，则需要培养、改性、调节、变异等手段，培养能分解难生物降解的有机物的微生物细菌。我国目前在这方面的研究进展不大。

目前已有的处理污、废水所用的水解酸化装置有很多种，如专利申请号：200720111909公开了一种水解酸化池，主要由厌氧区(2)、沉淀区(3)组成，其特征在于：厌氧区(2)和沉淀区(3)设置为上、下两层，上层为沉淀区(3)，下层为厌氧区(2)，厌氧区(2)和沉淀区(3)之间为配水区(4)，厌氧区(2)为一环形推流池，池内采用隔板(11)隔开，在池的底部设有推流器(6)，沉淀区(3)为三相分离区，设在环形推流池的上面。

如专利申请号：200710062869公开了一种升流式复合厌氧水解酸化处理装置及其方法，属于污水处理技术领域，解决了现有工艺水解酸化效率低、易堵塞、构造复杂的问题。其装置底部设有进水管(1)，顶部设有集水装置(5)，集水装置(5)连接出水管(8)，特征在于还包括：自下至上依次为悬浮污泥区(2)、泥水分离区(3)、生物膜强化区(4)；悬浮污泥区(2)设有循环泵(6)，循环泵(6)分别与悬浮污泥区(2)和进水管(1)连接，形成一个循环回路；悬浮污泥区(2)设有排泥口(7)，泥水分离区(3)与悬浮污泥区(2)通过变径接头(9)连接，生物膜强化区(4)填充生物载体。

因此研究一种即能提高微生物的数量又能改善微生物的质量的水解酸化装置和方法是提高水解酸化的效果以及提高对难降解有机物水解酸化的有效性途径，已经成为目前研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种污水处理中，不仅能增加微生物的数量而且能够改善微生物质量的生物酶水解酸化装置和方法。该装置和方法可以提高水解酸化的效果以及提高对难降解有机物水解酸化的有效性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种生物酶水解酸化装置，包括缺氧区和沉淀池，还包括生物酶反应区(1)、好氧区(2)和污泥酸化池(7)，且缺氧区分为高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)三个部分；生物酶反应区(1)、好氧区(2)、高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)、低污带缺氧区(5)、沉淀池(6)和污泥酸化池(7)依次连接组成；

所述的生物酶反应区(1)包括进水渠(12)和进水整流板(13)，其中进水渠(12)设置在生物酶反应区(1)的进水口处，进水整流板(13)安装在生物酶反应区(1)的中央，靠近进水渠(12)的一端与生物酶反应区(1)的侧壁连接；

所述的好氧区(2)包括曝气系统(8)和好氧区填料(14)，其中曝气系统(8)设在池内底部，好氧区填料(14)设在曝气系统(8)上方；

所述的高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)内设置相同，即包括曝气系统(8)和缺氧区填料(15)，其中曝气系统(8)设在池内底部，缺氧区填料(15)设在曝气系统(8)上方；

所述的污泥酸化池(7)底部设有曝气系统(8)；

所述污泥酸化池(7)通过回流管(11)与生物酶反应区(1)和低污带缺氧区(5)连接。

其中曝气系统可以从市场上购买，填料为常规填料。

一种生物酶水解酸化的方法，以上述装置为基础，包括以下步骤：

a、污、废水通过进水渠(12)经进水整流板(13)底部进入生物酶反应区(1)，导入生物酶调试；生物酶用量为每立方米原污、废水0.01kg～0.02kg生物酶，分三阶段减半投加，每阶段为8-10天；

b、污、废水与生物酶混合反应后进入好氧区(2)氧化；

c、然后依次通过高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)进行水解酸化；

d、经水解酸化后的混合液进入沉淀池(6)进行固液分离；

e、固液分离后的液体，进入下一道工序的好氧生物处理；沉淀污泥排入污泥酸化池(7)，各生物反应器的剩余底泥也分别进入污泥酸化池(7)，在污泥酸化池(7)底部设有曝气系统(8)，每隔3.5小时-4.5小时对污泥进行一次弱曝气，每次15-25分钟，对沉淀污泥进行再生、酸化和活化；

f、经再生、酸化和活化后的浓度为3000mg/L-10000mg/L的活性菌液通过回流管(11)回流至生物酶反应区(1)和低污带缺氧区(5)再利用。

对本发明做进一步的解释和说明：

本发明所提供的一种生物酶水解酸化装置，其作用主要在于可以将一些难降解有机物转化为易于降解的有机物，提高污、废水的可生化性。水解酸化反应器的水解酸化效果与底物性质有密切关系，通过长期的工程实践证明，某些特殊结构的难降解有机物，目前并不能通过以往常规的水解酸化装置转化为易降解有机物。但本装置在调试初期导入如水解酶、淀粉酶、加氧酶、双加氧酶及其菌酶复合剂等(只需在调试初期一次性导入生物酶，不需要补加)，通过生物酶和固定在缺氧填料载体上的混合菌的双重作用，大大增加了缺氧池的微生物的量和生长活性。经过对专性高效优质微生物菌种的培养、驯化，利用不同细菌间生命活动特点的不同，形成专门的生长环境条件，使仅适应于该条件的微生物菌落旺盛生长。当系统启动成功后，在缺氧池通过生物酶建立起专性高效优质微生物菌种的微生态系统，这不仅增加了微生物的数量，而且改善了微生物的质量。

上述微生物包括：Achromobacter nitriloclastes(无苞杆菌属)、Achromobacter paraffinoclastus(无苞杆菌属)、Acinetobacter bavmannii(不动杆菌属)、Acinetobacter  calcoacet  (不动杆菌属)、Alcaligenesfaecalis(产碱杆菌属)、Alcaligenes eutrophus(产碱杆菌属)、Arthrobacter paraffineus(节杆菌属)、Azotobacter agilis(固氮菌属)、Bacillus amyloliquefaciens(芽孢杆菌属)、Bacillus brevis(芽孢杆菌属)、Bacillus licheniformis(芽孢杆菌属)、Bacillus polymyxa(芽孢杆菌属)、Bacillus radicicola(芽孢杆菌属)、Cellulomonas biazotea、Cellulomonas fimi、Cellulomonas pusilla、Clostridium thermocellum、Comamonas acidovorans(丛毛单苞菌属)、Corynebacteriumhydrocarboclastus(棒状杆菌属)、Corynebacterium nitrilopgilus(棒状杆菌属)、Flavobacterium lutescens(黄杆菌属)、Lactobacillusacidophilus(乳杆菌属)、Lactobacillus bulgaricus(乳杆菌属)、Lactobacillus casei(乳杆菌属)、Micrococcus denitrificans(微球菌属)、Nimbospora effusa、Nitrobacter agilis(硝化杆菌属)、Nitrobactereuropaea  (硝化杆菌属)、Nitromonas europaea、Nitrosomonas monocella(亚硝化杆菌属)、Nitrosobivrio tenuis、Nitrospina gracilis  (硝化刺菌属)、Paracoccus denitrificans、Phanerochaete chrysosporium、Phanerochaetesordida、Pseudomonas aeruginosa(假单苞菌属)、Pseudomonas alliicola(假单苞菌属)、Pseudomonas cepacia(假单苞菌属)、Pseudomonasdacunhae(假单苞菌属)、Pseudomonas fluorescens(假单苞菌属)、Pseudomonas nautical(假单苞菌属)、Pseudomonas polycolor(假单苞菌属)、Pseudomonas stutzeri(假单苞菌属)、Pseudomonas testoteroni(假单苞菌属)、Pyrodictium occultum、Rhodococcus australis、Rhodotorulaglutinis、Streptomyces celluosae(链霉菌属)、Streptomyces diastaticus(链霉菌属)、Streptomyces griseus(链霉菌属)、Thiobacillusferrooxidans(铁硫杆菌属)、Thiosphaera pantotrpha、Xanthomonas citri(黄单苞菌属)、Xanthomonas maltophilia  (黄单苞菌属)。

微生物的数量：

微生物制剂的参数为：每毫升菌落数为2×109个；

废水中的投加比例为：1‰-3‰(每1000ml废水中投加微生物1-3g)；

微生物制剂培养成熟后的污泥浓度为：3000-10000mg/l。

微生物培养环境：

PH：6-9；温度：25-35℃；

DO浓度：厌氧微生物≤0.5mg/l；好氧微生物2-6mg/l。

本发明提供的一种生物酶水解酸化装置，采用一段好氧，二段缺氧，三段沉淀污泥酸化的模式，好氧区利用好氧菌生物氧化功能消耗原污、废水中的溶解氧，为缺氧环境创造稳定的低溶解氧条件，缺氧区利用经填料富集的专性高效优质水解酸化菌对难降解有机物进行生物裂解，提高污、废水的可生化性，为后续好氧工艺的进一步生物氧化创造条件。

本发明提供的一种生物酶水解酸化装置，将缺氧池分为高污带缺氧区、中污带缺氧区和低污带缺氧区三个部分，采用梯度差别化完全混合和推流相结合的方式，使污、废水在池中通过旋流孔进行水流上、下翻腾折绕。池的进口和出口负荷变化呈现出高→中→低负荷，其流态介于厌氧接触和厌氧滤池之间，保证了污、废水与池内生物膜充分混合接触，提高了处理效果，不需要回收沼气。由于微生物处于亚厌氧状态，所以对温度、PH值的要求也不及传统厌氧池严格。更重要的是缺氧池分为三个区域能使各菌群自然分开，其环境有利于专性高效优质菌种的生长。

所述污泥酸化池通过回流管与生物酶反应区和低污带缺氧区连接。经再生、酸化和活化后的高浓度活性菌液经回流泵和回流管回流至生物酶反应区和低污带缺氧区，以增加微生物的数量和种类，增强微生物的活性。

本发明所提供的一种生物酶水解酸化装置适用于高浓度、难降解、有毒有害工业废水的前处理，也可用于改善城市污水处理。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明所提供的一种生物酶水解酸化装置可以将一些难降解有机物转化为易于降解的有机物，提高污、废水的可生化性；利用该装置处理污水的方法可以提高水解酸化的效果以及提高对难降解有机物水解酸化的有效性。

2、工艺流程简洁，操作难度较小；

3、污水中有毒有害物质去除率高，抗冲击能力强；

4、污泥产量小，无须污泥处理设施；

5、运行成本低廉、市场应用前景广；

6、出水COD_cr浓度低，可合理有效回用等。

附图说明

图1是本发明提供的一种生物酶水解酸化装置的平面结构图。

图2是图1的A-A剖面图。

其中，1-生物酶反应区、 2-好氧区、       3-高污带缺氧区、

      4-中污带缺氧区、 5-低污带缺氧区、 6-沉淀池、

      7-污泥酸化池、   8-曝气系统、

      9-排泥管     10-回流泵、     11-回流管、

      12-水渠、      13-进水整流板、   14-好氧区填料、

      15-缺氧区填料、16-锥形污泥斗、   17-静压排泥管、

      18-排泥渠、19-排水渠、20、21、22、23、24-旋流孔、

      25-沉淀池出水堰。

具体实施方式

实施例1：

如图1至图2所示，本发明提供的一种生物酶水解酸化装置，包括缺氧区和沉淀池，还包括生物酶反应区1、好氧区2和污泥酸化池7，且缺氧区分为高污带缺氧区3、中污带缺氧区4和低污带缺氧区5三个部分；该装置由生物酶反应区1、好氧区2、高污带缺氧区3、中污带缺氧区4、低污带缺氧区5、沉淀池6和污泥酸化池7依次连接组成；

所述的生物酶反应区1包括进水渠12和进水整流板13；所述的好氧区2包括曝气系统8和好氧区填料14，其中曝气系统8设在池内底部，好氧区填料设在曝气系统8上方；所述的高污带缺氧区3，中污带缺氧区4，低污带缺氧区5内设置均相同，即包括曝气系统8和缺氧区填料15，其中ABS下弯式穿孔管曝气系统8设在池内底部，缺氧区填料15设在曝气系统8上方；缺氧区后设置沉淀池6，沉淀池6底部设有锥形污泥斗16，静压排泥管17；沉淀池6横向旁边设有排泥渠18；排泥渠上方设置有排水渠19。污泥酸化池7紧靠沉淀池6纵向设置，污泥酸化池7底部设有曝气系统8。

实施例2：

利用该装置处理污水的过程：

原污、废水通过进水渠12经进水整流板13底部进入生物酶反应区1，并在此导入生物酶，在调试初期，生物酶用量为0.01～0.02kg/m³污、废水，分三阶段减半投加，每阶段为10天。30天当系统启动成功后，污、废水与生物酶混合反应后经旋流孔20进入好氧区2，以便生物酶和微生物进一步充分接触，增强微生物的活性。好氧区2的出水由右隔墙底部旋流孔21进入高污带缺氧区3，然后经右隔墙顶部旋流孔22进入中污带缺氧区4，再由右隔墙底部旋流孔23进入低污带缺氧区5。经水解酸化后的混合液经旋流孔24进入沉淀池6进行固液分离。上清液经沉淀池出水堰25排入排水渠19，然后再经排水渠19排出，进入下一道工序的好氧生物处理。沉淀污泥由静压排泥管17排至排泥渠18，然后排入污泥酸化池7，在污泥酸化池7底部设有曝气系统8，每隔4小时对污泥进行一次弱曝气，每次20分钟，以形成缺氧条件(DO≤0.5mg/L)对沉淀污泥进行再生、酸化和活化。因老化生物膜吸附了一部分难降解有机物，在污泥酸化池可进一步对这部分有机物降解。经再生、酸化和活化后的浓度为3000mg/L-10000mg/L活性菌液经回流泵10和回流管11回流至生物酶反应区1和低污带缺氧区5，以增加微生物的数量和种类，增强微生物的活性。对菌种进行筛选和富集，维持菌种的专一性和高效性，达到最佳的处理效果。

实施例3：

H.S.B.(high solution bacteria，即高分解微生物)处理苯胺、硝基苯生产废水的实例：

该工程设计处理规模为800m³/d，设计进水COD_cr浓度为1500-2000mg/L，进水苯胺≤500mg/L，进水硝基苯≤150mg/L，设计出水达到国家一级排放标准。

用实施例2所述的方法来处理此污水，得出数据和结论如下：

本系统自2005年12月份开始连续进出水并记录数据至2006年12月份以来，生物酶反应区13个月平均进水量为542.4m³/d，平均进水COD_cr为1055.36mg/L，平均进水NB为100.86mg/L；经过缺氧区处理后，出水平均COD_cr为465.50mg/L，NB为21.98mg/L；经好氧区处理后，系统出水平均COD_cr为56.44mg/L，NB为0.76mg/L，AN为0.29mg/L；生物酶反应区进水色度为4000倍，经过缺氧区处理后出水小于2000倍，经过好氧区处理后总出水小于50倍，均达到了国家一级排放标准。本工程充分体现了利用本发明的装置和方法处理苯胺、硝基苯生产废水的如下特点：①工艺流程简洁，操作难度较小；②硝基苯去除率高，抗冲击能力强；③污泥产量小，无须污泥处理设施；④运行成本低廉(2.09元/吨)，市场应用前景广；⑤出水COD_cr浓度低，可合理有效回用等。

Claims (2)

1.一种生物酶水解酸化装置，包括缺氧区和沉淀池，其特征在于，还包括生物酶反应区(1)、好氧区(2)和污泥酸化池(7)，且缺氧区分为高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)三个部分；生物酶反应区(1)、好氧区(2)、高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)、低污带缺氧区(5)、沉淀池(6)和污泥酸化池(7)依次连接组成；

所述的生物酶反应区(1)包括进水渠(12)和进水整流板(13)，其中进水渠(12)设置在生物酶反应区(1)的进水口处，进水整流板(13)安装在生物酶反应区(1)的中央，靠近进水渠(12)的一端与生物酶反应区(1)的侧壁连接；

所述的好氧区(2)包括曝气系统(8)和好氧区填料(14)，其中曝气系统(8)设在池内底部，好氧区填料(14)设在曝气系统(8)上方；

所述的高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)内设置相同，即包括曝气系统(8)和缺氧区填料(15)，其中曝气系统(8)设在池内底部，缺氧区填料(15)设在曝气系统(8)上方；

所述的污泥酸化池(7)底部设有曝气系统(8)；

所述污泥酸化池(7)通过回流管(11)与生物酶反应区(1)和低污带缺氧区(5)连接。

2.一种生物酶水解酸化的方法，其特征在于，以权利要求1所述装置为基础，包括以下步骤：

a、污、废水通过进水渠(12)经进水整流板(13)底部进入生物酶反应区(1)，导入生物酶调试；生物酶用量为每立方米原污、废水0.01kg～0.02kg生物酶，分三阶段减半投加，每阶段为8-10天；

b、污、废水与生物酶混合反应后进入好氧区(2)氧化；

c、然后依次通过高污带缺氧区(3)、中污带缺氧区(4)和低污带缺氧区(5)进行水解酸化；

d、经水解酸化后的混合液进入沉淀池(6)进行固液分离；

e、固液分离后的液体，进入下一道工序的好氧生物处理；沉淀污泥排入污泥酸化池(7)，各生物反应器的剩余底泥也分别进入污泥酸化池(7)，在污泥酸化池(7)底部设有曝气系统(8)，每隔3.5小时-4.5小时对污泥进行一次弱曝气，每次15-25分钟，对沉淀污泥进行再生、酸化和活化；

f、经再生、酸化和活化后的浓度为3000mg/L-10000mg/L的活性菌液通过回流管(11)回流至生物酶反应区(1)和低污带缺氧区(5)再利用。

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