CN102942284A

CN102942284A - 一种生物流化床载体及处理废水的方法

Info

Publication number: CN102942284A
Application number: CN201210408162XA
Authority: CN
Inventors: 潘志彦; 方辉; 胡方明
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102942284B

Abstract

本发明公开了一种利用废弃焦末制备新型生物流化床载体及处理废水方法：在生物流化床主体中接种活性污泥，并投加生物流化床载体，挂膜培养后将废水通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水泵入生物流化床，监测沉淀池上出水口处出水的水质，当出水COD浓度低于100mg/L、氨氮浓度低于10mg/L时达标排放，若不达标则通过三通阀门进入回流槽继续处理；本发明载体在流化床中紊流效果较好，效率更高，能提供足够的比表面积，易挂膜，无毒害作用，载体在水中易流化，且不易流失；本发明载体以废弃焦末原料，易取材，来源广，价格低廉，利用废弃焦末进行资源化利用，变废为宝。

Description

一种生物流化床载体及处理废水的方法

（一）技术领域

本发明涉及一种利用废弃焦末制备新型生物流化床载体及处理废水方法。

（二）背景技术

焦末，即焦炭粉末，粉粒范围一般在0-10mm，是半焦在生产、筛分、运输和使用过程中产生的副产物。根据2009年统计，我国是世界上最大的半焦生产国与消费国，年产量近2亿吨。然而半焦在实际中利用率只有70%左右，因此，我国每年产生焦末量巨大，大约为4000-6000万吨/年。这些焦末除少数作为蜂窝煤和冶金工业配煤使用外，绝大部分作为固体废弃物被闲置，不仅给环境带来污染，而且占用了大量的场地，浪费了宝贵的资源。目前，对废弃焦末进行资源化利用成为急需解决的问题。

目前，流化床中使用的载体按成分不同有无机载体，有机载体和复合载体。无机载体中主要有火山岩，砂砾，天然沸石，珍珠岩等，无机材料载体表面粗糙，多孔，可提供较大的比表面积供微生物生长，同时来源广泛，廉价易得等优点，Fahid K J Rabah等（Fahid KJ Rabah, Mohamed F Dahab. Nitrate removal characteristics of high performance fluidized-bed biofilm reactors [J]. Water Research, 2004,38:3719-3728.）研究以砂砾为载体的高效流化床反应器的脱氮和生物膜特性。结果表明此FBBR系统能够很好地处理氮质量浓度为1000 mg/L的高浓度硝酸盐废水。在低负荷(6-3 kg/m³·d)时几乎能完全脱硝，氮去除率达到99.8％。N Ferna ndez等（N Ferna ndez, S Montalvo,R Borja, et al.Performance evaluation of an anaerobic fluidized bedreactor with natural zeolite as support material when treating high-strength distillery wastewater[J]. Renewable Energy ,2008,33:2458-2466.）研究以天然沸石为载体的厌氧流化床反应器处理高浓度酿酒废水的性能。研究表明，该反应器对COD的去除效率高于80％，且有机负荷和流化速度的变化对COD的去除率几乎没有影响，而对产氢率影响很大。使用效果较好且使用较普遍的无机颗粒载体是活性炭，但因其前处理耗能较大，后处理难回收利用、成本高等（罗雪梅，丁桑岚. 流化床生物反应器载体的研究[J]. 水处理技术，2010，36（7）：20-23.）缺点限制其广泛应用，使用废弃焦末在生物流化床中当做载体，还鲜有研究，这将为合理利用废弃焦末提供一条较好的思路。

（三）发明内容

本发明目的是提供一种利用废弃焦末制备新型生物流化床载体及处理废水方法。

本发明利用焦末为原料，进行筛分、浸渍等简单工艺，制备得到新型焦末载体，作为生物流化床载体，用于废水处理，该载体颗粒有着不规则的外形、粗糙的表面、巨大的比表面积、适当的比重和孔隙率等特性，极其适合微生物的生长，在载体表明形成的生物膜与流化床中升流的废水充分接触，加快了废水中有机物质的降解，同时载体比重比水大，易沉降，大大提高了系统的传质性能，处理废水研究表明处理效果良好。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种生物流化床载体，所述流化床载体按如下方法制备：（1）将粒径0.6~2.5mm、比重为1.06~2.09的焦末用水清洗后，烘干至恒重，获得预处理后的焦末；（2）将预处理后的焦末于质量浓度15%的氢氧化钾水溶液中浸渍6小时，再用质量浓度5%的盐酸水溶液清洗至pH值为7，然后烘干至恒重，获得所述生物流化床载体。

进一步，所述步骤（1）和步骤（2）烘干温度均为150℃。

本发明还涉及一种利用所述生物流化床载体处理废水的方法，所述废水利用生物流化床系统进行处理，所述生物流化床系统包括生物流化床、沉淀池、废水槽、出水池和回流槽，所述生物流化床由生物流化床主体和置于生物流化床主体上方的三相分离器构成，所述生物流化床主体为中空的柱体，所述三相分离器为倒置的中空锥台，所述柱体与锥台一体成型，所述三相分离器顶部设置有空气进口、废水进口，所述三相分离器侧面设置有废水出口，所述空气进口与鼓风机连通并通过管路伸入生物流化床主体底部；所述沉淀池两端设置有进水口和出水口，所述沉淀池底部设置有污泥回收装置，所述出水口设置有三通阀门；所述生物流化床上的废水出口与沉淀池上的进水口连通，所述沉淀池出水口通过三通阀门分别连通出水池和回流槽，所述回流槽分别通过管路与废水槽和进水泵连通，所述进水泵与生物流化床的废水进口连通；

所述废水处理方法为：在生物流化床主体中接种活性污泥（接种量按照常规操作即可，通常为生物流化床主体有效容积的12~25%），并投加生物流化床载体，开启鼓风机闷曝24h后关闭鼓风机静置12h，排出悬浮污泥和污水，从废水进口以2.5~5.0L/h的速度连续加入培养液，从废水出口处出水，曝气培养5~7天后，每天以10%的体积比向培养液中递加COD浓度500~1200mg/L、氨氮浓度为10~170mg/L的废水a，曝气培养至载体上生物膜的厚度为30~80μm，停止加入培养液，用所述废水a代替培养液并通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水b泵入生物流化床，废水b进水流量为0.52~1.52mL/s，曝气强度为40~60m³/(m²·h)，回流量为50~230mL/s，水力停留时间为2~7h，监测沉淀池上出水口处出水的水质，当出水COD浓度低于100mg/L、氨氮浓度低于10mg/L时达标排放，若不达标则通过三通阀门进入回流槽继续处理；所述培养液终浓度组成为葡萄糖800~1200mg/L、氯化铵250~310 mg/L、磷酸二氢钾80~130mg/L、碳酸氢钠500~775 mg/L、硫酸镁100~310 mg/L、三氯化铁20~60 mg/L、硫酸钙10~30 mg/L、溶剂为水，自然pH值。

进一步，所述载体体积投加量为生物流化床有效容积的20~50%。

进一步，所述活性污泥体积接种量为生物流化床主体有效容积的12~25%。本发明所用活性污泥中生物量通常为3.6~4.2 mg/L。

进一步，所述培养液终浓度组成为葡萄糖1200mg/L、氯化铵310 mg/L、磷酸二氢钾130 mg/L、碳酸氢钠775 mg/L、硫酸镁310 mg/L、三氯化铁60 mg/L、硫酸钙30 mg/L、溶剂为水，自然pH值。

进一步，所述废水进水COD值为1200 mg/L、氨氮浓度为80 mg/L时，废水进水流量为0.93mL/s，曝气强度为45.9m³/(m²·h)，水力停留时间为2.5~3h，废水达标排放。

进一步，所述废水进水COD值为300 mg/L、氨氮浓度为10mg/L时，废水进水流量为0.52mL/s，曝气强度为45.9m³/(m²·h)，水力停留时间为3~6h，废水达标排放。

进一步，所述废水进水COD值为836 mg/L、氨氮浓度为163mg/L时，废水进水流量为0.69mL/s，曝气强度为50m³/(m²·h)，水力停留时间为6.3h，废水达标排放。

本发明利用的废弃焦末是指粒径范围在0~10mm，孔径范围在0-15nm之间，比重为1.06~2.09，是半焦在生产、筛分、运输和使用过程中产生的副产物，原材料取自陕西神木三江煤化工有限公司。

本发明所述废水a和废水b均为废水，为便于区分不同浓度废水而命名，字母本身没有含义。

本发明与现有载体相比具有以下优点：

1、本发明的新型焦末真密度为1.6g/cm³，孔径范围在0-15nm之间，BJH吸附平均孔径为6.8653nm，属于高低密度孔径，克服了低密度孔径在流化床中流化性能和传质性能不足的缺点，使得颗粒在流化床中紊流效果较好，效率更高，载体能提供足够的比表面积，易挂膜，无毒害作用，载体在水中易流化，且不易流失，比重为1.0-2.0。

2、本发明载体以废弃焦末原料，易取材，来源广，价格低廉，利用废弃焦末进行资源化利用，变废为宝，同时有足够的机械强度，能很好的抵抗水流剪切力与载体之间的摩擦，载体化学性质稳定，不易受废水性质的影响，对有毒有害废水有较强的抵抗作用。

（四）附图说明

图1本发明生物流化床系统示意图：1-生物流化床，11-生物流化床主体，12-三相分离器，13-空气进口，14-废水进口，15-废水出口，2-沉淀池，21-污泥回收装置，3-废水槽，4-回流槽，5-出水池，6-进水泵，7-三通阀门。

（五）具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1

（1）生物流化床载体：将取自陕西神木三江煤化工有限公司的焦末使用8-30目筛子筛选出尺寸在0.6-2.5mm内的焦末颗粒，约10kg，将筛选出的颗粒倒入水中，从中再次筛选比重比水重（比重范围在1.06-2.09之间）的颗粒，用水冲洗焦末中杂质后，150℃下烘干至恒重，将烘干后载体投入质量浓度为15%KOH水溶液中浸渍6小时，之后用质量浓度5%的HCl水溶液洗涤数次后在150℃下烘干制得所述生物流化床载体，所述载体真密度为1.6g/cm³，孔径范围在0-15nm之间，BJH吸附平均孔径为6.8653nm，备用，约8kg。

（2）利用生物流化床载体处理废水的方法：

所述废水利用生物流化床系统进行处理，所述生物流化床系统包括生物流化床1、沉淀池2、废水槽3、出水池5和回流槽4，所述生物流化床由生物流化床主体11和置于生物流化床主体上方的三相分离器12构成，所述生物流化床主体11为中空的柱体，所述三相分离器12为倒置的中空锥台，所述柱体与锥台一体成型，所述三相分离器12顶部设置有空气进口13、废水进口14，所述三相分离器12侧面设置有废水出口15，所述空气进口13与鼓风机连通并通过管路伸入生物流化床主体11底部；所述沉淀池2两端设置有进水口和出水口，所述沉淀池底部设置有污泥回收装置21，所述出水口设置有三通阀门7；所述生物流化床上的废水出口与沉淀池上的进水口连通，所述沉淀池出水口通过三通阀门7分别连通出水池5和回流槽4，所述回流槽分别通过管路与废水槽和进水泵6连通，所述进水泵与生物流化床的废水进口连通。

废水处理方法：在生物流化床主体（有效容积15.7L）底部接种活性污泥，活性污泥的体积接种量为2 L，再投加25%（载体体积V/流化床体积V）的步骤（1）制备的载体，约6kg，开启鼓风机闷曝24h后关闭鼓风机静置12h，排出悬浮污泥和污水，从废水进口以2.5-5.0L/h的速度连续加入培养液，从废水出口处出水，曝气培养5~7天后，每天以10%的体积比向培养液中递加COD浓度1200mg/L、氨氮浓度为80mg/L的废水，曝气培养至载体上生物膜的厚度为30-60μm，停止加入培养液，用上述废水代替培养液并通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水泵入生物流化床，曝气强度为45.9m³/(m²·h)、回流量为194ml/s、pH7-8、废水进水流量为0.93ml/s、水力停留时间为2.5-3.0h，监测沉淀池上出水口水质，运行30天后，系统出水COD浓度低于100 mg/L，COD去除率达90%以上，氨氮出水浓度为10 mg/L，氨氮去除率达87.5%，出水水质达到《污水综合排放标准》中的一级标准。

所述培养液终浓度组成为葡萄糖1200mg/L、氯化铵310 mg/L、磷酸二氢钾130 mg/L、碳酸氢钠775 mg/L、硫酸镁310 mg/L、三氯化铁60 mg/L、硫酸钙30 mg/L、溶剂为水，自然pH值。

实施例2

生物流化床载体的制备、生物流化床系统及培养液，废水处理方法同实施例1。

在生物流化床主体底部接种活性污泥，活性污泥的体积接种量为3 L，投加10kg的生物流化床载体（投加量为45%），开启鼓风机闷曝24h后关闭鼓风机静置12h，排出悬浮污泥和污水，从废水进口以2.5-5L/h的速度连续加入培养液，从废水出口处出水，曝气培养5~7天后，每天以10%的体积比向培养液中递加COD浓度300mg/L、氨氮浓度为5mg/L的2,4,6-三氯苯酚模拟废水，曝气培养（3个星期）至载体上生物膜的厚度为45-70μm，停止加入培养液，用上述废水代替培养液并通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水泵入生物流化床，曝气强度为45.9m³/(m²·h)、液体回流量为171-218ml/s、pH7-8、废水进水流量为0.52ml/s、水力停留时间为3.0-6.0h条件下处理2,4,6-三氯苯酚（TCP）的废水12小时后， TCP的去除率达到90%以上，其中原始废水组成主要为COD浓度300mg/L，氨氮浓度10mg/L，TCP浓度45 mg/L 。进水中初始TCP浓度为45 mg/L时，TCP的去除率达到最大，三小时停留时间去除率达62.1%，六小时停留时间去除率达75.8%。

实施例3

在生物流化床主体底部接种活性污泥，活性污泥的体积接种量为3 L，投加10kg的生物流化床载体（投加量为45%）约9kg，开启鼓风机闷曝24h后关闭鼓风机静置12h，排出悬浮污泥和污水，从废水进口以2.5-5L/h的速度连续加入培养液，从废水出水口处出水，曝气培养5~7天后，每天以10%的体积比向培养液中递加COD浓度836mg/L、氨氮浓度为163mg/L的市政污水，曝气培养（15天）至载体上生物膜的厚度为20-45μm，停止加入培养液，用上述废水代替培养液并通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水泵入生物流化床，曝气强度为50m³/(m²·h)、液体回流量为50-60 ml/s、pH7-8、废水进水流量为0.69ml/s、水力停留时间为6.3h条件下，处理市政污水，市政污水水质COD836mg/L，氨氮163 mg/L，SS 199mg/L，TP40 mg/L，BOD500 mg/L，pH7-8，监测出水水质，运行20天后，出水水质稳定，COD浓度为80-110mg/L，COD去除率达90%，氨氮浓度小于30 mg/L，氨氮去除率达80%，TP浓度小于10 mg/L，TP去除率达50%。

Claims

1.一种生物流化床载体，其特征在于所述流化床载体按如下方法制备：（1）将粒径0.6~2.5mm、比重为1.06~2.09的焦末用水清洗后，烘干至恒重，获得预处理后的焦末；（2）将预处理后的焦末于质量浓度15%的氢氧化钾水溶液中浸渍6小时，再用质量浓度5%的盐酸水溶液清洗至pH值为7，然后烘干至恒重，获得所述生物流化床载体。

2.如权利要求1所述生物流化床载体，其特征在于所述步骤（1）和步骤（2）烘干温度均为150℃。

3.一种利用权利要求1所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述废水利用生物流化床系统进行处理，所述生物流化床系统包括生物流化床、沉淀池、废水槽、出水池和回流槽，所述生物流化床由生物流化床主体和置于生物流化床主体上方的三相分离器构成，所述生物流化床主体为中空的柱体，所述三相分离器为倒置的中空锥台，所述柱体与锥台一体成型，所述三相分离器顶部设置有空气进口、废水进口，所述三相分离器侧面设置有废水出口，所述空气进口与鼓风机连通并通过管路伸入生物流化床主体底部；所述沉淀池两端设置有进水口和出水口，所述沉淀池底部设置有污泥回收装置，所述出水口设置有三通阀门；所述生物流化床上的废水出口与沉淀池上的进水口连通，所述沉淀池出水口通过三通阀门分别连通出水池和回流槽，所述回流槽分别通过管路与废水槽和进水泵连通，所述进水泵与生物流化床的废水进口连通；

所述废水处理方法为：在生物流化床主体中接种活性污泥，并投加生物流化床载体，开启鼓风机闷曝24h后关闭鼓风机静置12h，排出悬浮污泥和污水，从废水进口以2.5~5.0L/h的速度连续加入培养液，从废水出口处出水，曝气培养5~7天后，每天以10%的体积比向培养液中递加COD浓度500~1200mg/L、氨氮浓度为10~170mg/L的废水a，曝气培养至载体上生物膜的厚度为30~80μm，停止加入培养液，用所述废水a代替培养液并通过水泵进入回流槽，同时将沉淀槽部分出水回流入回流槽，再通过进水泵将回流槽内的废水b泵入生物流化床，废水b进水流量为0.50~1.25mL/s，曝气强度为40~60m³/(m²·h)，回流量为50~230mL/s，水力停留时间为2~7h，监测沉淀池上出水口处出水的水质，当出水COD浓度低于100mg/L、氨氮浓度低于10mg/L时达标排放，若不达标则通过三通阀门进入回流槽继续处理；所述培养液终浓度组成为葡萄糖800~1200mg/L、氯化铵250~310 mg/L、磷酸二氢钾80~130 mg/L、碳酸氢钠500~775mg/L、硫酸镁100~310 mg/L、三氯化铁20~60 mg/L、硫酸钙10~30mg/L、溶剂为水，自然pH值。

4.如权利要求3所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述载体体积投加量为生物流化床有效容积的20~50%。

5.如权利要求3所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述活性污泥体积接种量为生物流化床主体有效容积的12~25%。

6.如权利要求3所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述培养液终浓度组成为葡萄糖1200mg/L、氯化铵310 mg/L、磷酸二氢钾130 mg/L、碳酸氢钠775 mg/L、硫酸镁310 mg/L、三氯化铁60 mg/L、硫酸钙30 mg/L、溶剂为水，自然pH值。

7.如权利要求4所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述废水进水COD值为1200 mg/L、氨氮浓度为80 mg/L时，废水进水流量为0.93mL/s，曝气强度为45.9m³/(m²·h)，水力停留时间为2.5~3h，废水达标排放。

8.如权利要求4所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述废水进水COD值为300 mg/L、氨氮浓度为10mg/L时，废水进水流量为0.52mL/s，曝气强度为45.9m³/(m²·h)，水力停留时间为3~6h，废水达标排放。

9.如权利要求4所述生物流化床载体处理废水的方法，其特征在于所述废水进水COD值为836 mg/L、氨氮浓度为163mg/L时，废水进水流量为0.69mL/s，曝气强度为50m³/(m²·h)，水力停留时间为6.3h，废水达标排放。