CN103523906A

CN103523906A - 一种污水处理装置及其应用与污水处理方法

Info

Publication number: CN103523906A
Application number: CN201310395366.9A
Authority: CN
Inventors: 赵翠; 杨继富; 温东辉; 唐孝炎
Original assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Current assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: CN103523906B

Abstract

本发明涉及一种污水处理装置，具体地讲涉及一种带有自动控制的序批式生物沸石反应器的污水处理装置、其应用及采用该装置进行污水处理的方法。该装置集生物沸石床与序批式生物反应器为一体，带自动控制系统。该装置结构紧凑，通过独特的设计，加入与工艺紧密联系的自控系统，适用于含氮物质浓度较高的工业污水的处理，系统具有自动按设定程序运行，耐氮化合物能力强且对于难降解有机化合物质降解充分的优点。

Description

一种污水处理装置及其应用与污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置，具体涉及一种带有自动控制的序批式生物沸石反应器的污水处理装置；本发明还涉及该处理装置在污水处理中的应用以及采用该处理装置的污水处理方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

污水处理的序批式活性污泥法是一种间歇式运行的活性污泥法，在一个序批式反应器中完成进水、反应、沉淀、排水和闲置等不同工序。具有节省空间，耐冲击负荷强，并且系统内厌氧、好氧交替状态为脱氮除磷创造了良好的环境条件。但该系统也存在着一些不足，如排水易引起污泥流失，世代周期长的脱氮菌含量低，及自动化程度要求高等。

自动控制系统可提高设备的安全操作水平，节约运行成本，解决反应器运行中可能存在的安全隐患，如加水过量溢流导致活性污泥的流失，夜间排水操作等；但目前市售的自控系统价格昂贵，不利于普及。如何提供一种有效可行、并使得设备投资和运行费用大幅降低，并且能与污水处理工艺密切联系的自动控制反应器，尤其是针对于含氮物质浓度较高的工业污水处理的自控反应器，现有技术没有明确的提示。

发明内容

本发明的目的是：为了提高序批式生物处理系统的耐含氮物质的冲击负荷能力，为世代周期较长的菌株（如硝化细菌）提供较好的生存环境，为提高处理系统运行的自动化程度，本发明提供一种带自控系统的集生物沸石床与序批式生物反应器为一体的污水处理装置，即序批式生物沸石反应器。

本发明设计的新型生物膜反应器，它将序批式的运行模式与生物膜法相结合，既保留了序批式运行方式的好处，又兼具生物膜法的优点，解决了序批式生物反应器活性污泥流失的问题，运行模式更灵活、处理效率更高。沸石作为反应器填料，既可对水中氨氮能有效吸附去除，还可提供微生物附着生长载体。因此反应器内生物活性兼有活性污泥法和生物膜法的优点，一方面有利于提高系统的抗冲击负荷能力，另一方面生物膜提供了提高反应器内生物数量和种类的有利条件，载体的承托力使得世代周期较长的微生物（如厌氧氨氧化细菌）得以积累富集；同时溶解氧从生物膜的表面到内部呈梯度分布，相应的微生物分布也以好氧、兼氧和厌氧多种类型共存。系统内丰富的微生物群落使其对污染物的去除效率更高，耐受冲击负荷能力更强。

本发明设计的带自控系统的序批式生物沸石反应器具有结构紧凑、性能可靠、维护简便的优点，系统具有自动按设定程序运行，耐氮化合物能力强且对于难降解有机化合物质降解充分。

本发明设计的序批式反应器集成生物沸石床在工艺选择、自动化程度、处理性能、安全性等方面均有所突破。

本发明的技术方案如下：

一种污水处理装置，其特征在于带自动控制系统，且集生物沸石床与序批式生物反应器为一体。

序批式生物反应器包括进水箱、出水箱、进水泵、曝气泵以及5个依次排列的反应柱1#、2#、3#、4#、5#，进水泵设置在进水箱与1#反应柱之间，分别与5个反应柱相连，将进水箱的水输送到反应柱中，曝气泵设置在5#反应柱和出水箱之间，分别与5个反应柱相连，为反应柱提供氧气。

反应柱2#－5#由以下部件组成：主体是直径为150mm的圆柱形反应室，位于反应室中心装有直径为75mm、高250mm的承托层，承托层内装有填料层，整个反应室内填充着活性污泥，活性污泥附着在填料层上形成生物沸石床；位于反应柱上部70mm处的进水口连接进水箱与反应室，较液面稍高但低于进水口的溢流口，位于反应柱中间，距反应室底部250mm处的出水口连接反应室和出水箱，位于反应室下方的气室，气室与反应室间有钛板相隔，位于气室中部的进气口连接气室和曝气泵，此外气室底部安装了排空阀，方便排空气室内积水。

反应柱1#与反应柱2#－5#的区别在于，反应柱1#内未设置生物沸石床，其余部件均相同。

反应柱2#－5#中生物沸石床的填料包括天然沸石或改性沸石，其中反应柱2#和反应柱4#生物沸石床中装填天然沸石，反应柱3#和反应柱5#生物沸石床中装填改性沸石。

自动控制系统包括自控箱，液位继电器，进水电磁阀，出水电磁阀，曝气电磁阀，自控箱通过电线依次连接液位继电器、进水电磁阀、出水电磁阀、曝气电磁阀。其中出水电磁阀和曝气电磁阀的开启是由时间继电器进行时序控制，进水电磁阀的启停除受时间继电器时序控制外还与液位继电器联动，由时间继电器控制开启，由液位继电器控制停止。具体来说，自控箱包括熔断器、总控制时间继电器、分时继电器、中间继电器、延时开关、液位控制开关组件，各组件通过电线依次连接，自控箱中还设有17个旋转按钮，可手动或自动控制连通装备。

自动控制系统共分5个子系统，可独立运行，也可同时运行，其中每个子系统由一个进水电磁阀、一个曝气电磁阀、一个出水电磁阀、一个液位继电器与若干时间继电器组成。

反应器主体中的进水泵由5个进水电磁阀控制，任何一个进水电磁阀的工作都会启动进水泵。任意一个曝气电磁阀的工作都将启动曝气泵。反应器排水由排水电磁阀控制，排水方式为重力流排放。

此外，本发明还将该污水处理器应用于焦化废水的处理中，对于去除废水中含氮类有机化合物以及硝酸盐氮，改善氨氮的冲击，取得较好的效果。

焦化废水是典型的有毒有害难降解工业废水，含有高浓度的氨氮、酚类及氮杂环类污染物。对于焦化废水中复合型污染的问题，采用复合菌剂进行生物强化治理是一种有效方法。本专利发明了一种处理焦化废水的方法，采用上述带自控系统的序批式生物沸石反应器，实现对含氮杂环类物质的有效去除。反应柱1#-3#中除活性污泥外另加入复合菌剂，反应柱4#和5#中仅含有活性污泥，具体实施步骤如下：

（1）反应器启动：序批式生物沸石反应器经历了前46d启动后，确定最优的运行方案：1）进水3.5h；2）曝气18h；3）静置3.5h；4）再曝气18h；5）沉淀4h；6）出水1h。每周期时长48h，统计非曝气与曝气的时间比为1:3。

（2）反应柱运行：连续运行140d（第47-186d），连续运行期间对1#-3#柱中投加高效复合菌剂共4次，分别在第48d，82d，122d和150d，连续运行期内，阶段性提高进水稀释比和含氮类物质浓度（包括吡啶、喹啉、NH₄ ⁺-N）增加污染负荷，约30d提高一次。

本方法中使用的复合菌剂是由4株菌组成，分别是吡啶降解菌Paracoccussp.BW001、ShinellazoogloeoidesBC026、喹啉降解菌Pseudomonassp.BW004、咔唑降解菌Pseudomonassp.BC046；四株菌的投加比例为0.5:0.5:1:1，总初始菌密度（OD602）为2。

此外，本发明还设计了一组带冲击负荷的焦化废水的试验，考察序批式生物沸石反应器的处理情况，比较生物强化和装填不同沸石填料对焦化废水处理效果的影响。

本发明的污水处理装置，结构紧凑，通过独特的设计，加入与工艺紧密联系的自控系统，适用于含氮物质浓度较高的工业污水的处理，系统具有自动按设定程序运行，耐氮化合物能力强且对于难降解有机化合物质降解充分的优点。

本发明设计的带自控系统的序批式生物沸石反应器性能可靠、维护简便，序批式反应器集成生物沸石床在工艺选择、自动化程度、处理性能、安全性等方面均有所突破。

附图说明

图1是自控式序批式生物沸石反应器示意图；

图2是反应柱结构图；

图3是自控箱电路图；

图4是序批式生物沸石反应器进水的吡啶浓度和出水的去除率效果图；

图5是序批式生物沸石反应器进水的喹啉浓度和出水的去除率效果图

图6是序批式生物沸石反应器进水的COD浓度和出水的去除率效果图；

图7是序批式生物沸石反应器进水的TOC浓度和出水的去除率效果图；

图8是序批式生物沸石反应器进水和出水的NH₄ ⁺-N浓度效果图；

图9是序批式生物沸石反应器进水和出水的NO₃ ^－-N浓度效果图；

图10是序批式生物沸石反应器进水和出水的TN浓度效果图。

图示说明：1进水箱，2反应柱，3出水箱，4进水泵，5曝气泵，6-1进水电磁阀，6-2出水电磁阀，6-3进气电磁阀，7活性污泥，8承托层，9填料层，10自控箱，11反应室，12生物沸石床，13气室，14钛板，15进水口，16出水口，17进气口，18溢流口，19排空阀

具体实施方式

通过下述实施例及附图将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。

实施例1

序批式生物沸石反应器的构建：

如图1所示，序批式生物沸石反应器，包括反应器主体和自动控制系统。反应器主体包括1个进水箱1，5个并列反应柱2（1#、2#、3#、4#、5#），出水箱3，1台进水泵4、1台曝气泵5。

曝气泵5采用几个三通接头经硅胶软管串联气体流量计（0.6-6m³/h）和曝气电磁阀6-3连接至反应柱的进气口17，为反应室的微生物群落提供氧气；

进水泵4是采用三通接头连接的硅胶软管串联上进水电磁阀6-1连通进水箱1和反应柱的进水口15。

如图2所示，反应柱2#－5#由以下部件组成：主体是直径为150mm的圆柱形反应室11，位于反应室中心装有直径为75mm、高250mm的承托层8，承托层内装有填料层9，整个反应室内填充着活性污泥7，活性污泥附着在填料层上形成生物沸石床12；位于反应柱上部70mm进水口15连接进水箱1与反应室11、较液面稍高但低于进水口15的溢流口18，位于反应柱中间，距反应室底部250mm处的出水口16连接反应室11和出水箱3，位于反应室11下方的气室13，气室13与反应室11间有钛板14相隔，位于气室13中部的进气口17连接气室13和曝气泵5，此外气室13底部安装了排空阀19，方便排空气室13内积水。

所述的1#反应柱与2#－5#反应柱的区别在于，1#反应柱内未设置生物沸石床12，其余部件均相同。

所述的2#－5#反应柱中生物沸石床12的填料包括两种，天然沸石或改性沸石；2#和4#生物沸石床中装填天然沸石，3#和5#生物沸石床中装填改性沸石。

反述的2#－5#反应柱中生物沸石床12中沸石填料粒径为4-6mm。

所述的2#－5#反应柱中，除去沸石填料所占体积，与1#反应柱中活性污泥的体积是一致的。

所述的自动控制系统包括自控箱10、时间继电器、液位继电器、进水电磁阀6-1、出水电磁阀6-2、曝气电磁阀6-3；

自控箱的电路图如图3所示，FU为熔断器；HR为红色显示灯，指示电源通断；HY为黄色显示灯，指示程序自动控制开闭；HB为蓝色显示灯，指示手动程序开闭；HG为绿色显示灯，分别指示进水水泵及曝气泵开关；KT*1为每个反应柱总控制时间继电器；KT*2为分时继电器，控制进水、曝气两阶段；KT*3为分时继电器，控制沉淀、排水两阶段；KM为中间继电器；KA为中间继电器；KT为延时开关；SBF为旋转按钮；SL为液位控制开关。

所述的自控箱是由熔断器、总控制时间继电器、分时继电器、中间继电器、延时开关、液位继电器开关等组件构成。

所述的自控箱包括17个连通装备的旋转按钮，均可手动、自动控制；

所述的自动控制系统共分5个子系统，可独立运行，也可同时运行；每个子系统由一个进水电磁阀6-1、一个出水电磁阀6-2、一个曝气电磁阀6-3，一个液位继电器与若干时间继电器组成；

所述的进水电磁阀6-1由时间继电器控制开启，液位继电器控制停止；

所述的出水电磁阀6-2的开启和停止由时间继电器控制，排水方式为重力流排放；

所述的曝气电磁阀6-3的开启和停止由时间继电器控制；

所述的反应器主体中进水泵4开停由5个进水电磁阀6-1控制，任何一个进水电磁阀的工作都会启动进水泵；曝气泵5的开停由5个曝气电磁阀6-3控制，任何一个曝气电磁阀的工作都会启动曝气泵。

所述的自动控制系统由时间继电器完成时序控制，液位继电器联动进水泵4和进水电磁阀6-1启停；

所述的2#－5#反应柱中生物沸石床2和反应室1内的悬浮态活性污泥，以及所述的1#反应柱中反应室1内的悬浮态活性污泥，形成了耐工业污水中含氮物质冲击负荷能力强，对难生物降解化合物去除效果好的污水处理系统。并且自动控制系统为实现装置的稳定运行奠定了基础，整个装置具有便捷、高效、节能的优点。

实施例2、序批式生物沸石反应器的应用

焦化废水是典型的有毒有害难降解工业废水，含有高浓度的氨氮、酚类及氮杂环类污染物。对于焦化废水中复合型污染的问题，采用复合菌剂进行生物强化治理是一种有效方法。针对焦化废水中含氮物质种类较多，浓度较高的问题，设计一组带冲击负荷的焦化废水试验，考察序批式生物沸石反应器的处理情况，比较生物强化和装填不同沸石填料对处理效果的影响。

序批式生物沸石反应器采用的是上述装置（反应装置示意图见图1），填加经焦化废水驯化的悬浮态活性污泥，除此之外，1#-3#反应柱中加入复合菌剂形成生物强化，4#和5#中不填加复合菌剂，复合菌剂是由4株菌组成，分别是吡啶降解菌Paracoccussp.BW001、ShinellazoogloeoidesBC026、喹啉降解菌Pseudomonassp.BW004、咔唑降解菌Pseudomonassp.BC046；四株菌的投加比例为0.5:0.5:1:1；总初始菌密度（OD₆₀₂）为2。具体实施步骤如下：（1）反应器启动：序批式生物沸石反应器经历了前46d启动后，确定最优的运行方案：1）进水3.5h；2）曝气18h；3）静置3.5h；4）再曝气18h；5）沉淀4h；6）出水1h。每周期时长48h，统计非曝气与曝气的时间比为1:3。

（2）反应柱运行：连续运行140d（第47-186d），连续运行期间对生物强化柱投加高效复合菌剂共4次，分别在第48d，82d，122d和150d。连续运行期内，阶段性提高进水稀释比和含氮类物质浓度（包括吡啶、喹啉、NH₄ ⁺-N）增加污染负荷，约30d提高一次。焦化废水原水的特性见表1，反应器连续运行期内污染负荷情况见表2所示。

（3）取样分析：反应柱运行过程中每48h取样一次，测定反应柱中的溶解氧和出水pH，进、出水水样经0.45μm的滤膜过滤后测定吡啶、喹啉、TOC、NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N浓度。序批式生物沸石反应器运行效果见图4-图10。

对比1#-5#反应柱对焦化废水的处理效果，生物强化的1#-3#反应柱对吡啶、喹啉的去除效果明显提高，且在一定程度上改善了其它有机物的去除，同时因复合菌剂的异养硝化与好氧反硝化能力，出水中硝氮浓度较低；未生物强化的4#-5#反应柱经过较长的适应期，可对较低浓度的吡啶、喹啉进行去除，但其受污染冲击负荷的能力却较差；装填了沸石的2#-5#反应柱，可在一定时限内对NH₄ ⁺-N的去除有促进作用，其中天然沸石（2#和4#）的吸附能力稍好于改性沸石（3#和5#），但是随着进水NH₄ ⁺-N浓度的提高，以及吡啶、喹啉等含氮有机物降解产生大量NH₄ ⁺-N，沸石吸附作用会失效，因此从长期运行角度分析，反应器对各类污染物的处理将主要依赖于微生物种群数量、结构以其降解和转化能力。

表1焦化废水水质参数表

表2连续运行期的5次冲击负荷

Claims

1.一种污水处理装置，其特征在于带自动控制系统，且集生物沸石床与序批式生物反应器为一体。

2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于所述序批式生物反应器包括进水箱、出水箱、进水泵、曝气泵以及5个依次排列的反应柱1#、2#、3#、4#、5#，进水泵设置在进水箱与1#反应柱之间，分别与5个反应柱相连，将进水箱的水输送到反应柱中，曝气泵设置在5#反应柱和出水箱之间，分别与5个反应柱相连，为反应柱提供氧气。

3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于所述的反应柱1#－5#包括反应室、通过钛板与反应室连接的气室、位于反应柱上部的进水口、位于反应柱中部的出水口、连接曝气泵和气室的进气口、较液面稍高但低于进水口的溢流口，此外，进水、出水和曝气分别由三种电磁阀控制，气室底部安装了排空阀；所述进水口设于反应柱上部70mm，出水口位于反应柱中间，距反应室底部250mm；所述反应柱2#－5#中还设有位于反应室中心的高250mm的生物沸石床。

4.根据权利要求3所述的污水处理装置，其特征在于所述反应柱2#－5#中生物沸石床的填料为天然沸石或改性沸石。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的污水处理装置，其特征在于所述自动控制系统包括自控箱、液位继电器、进水电磁阀、出水电磁阀、曝气电磁阀，自控箱通过电线依次连接液位继电器、进水电磁阀、出水电磁阀、曝气电磁阀。

6.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于所述自控箱包括熔断器、总控制时间继电器、分时继电器、中间继电器、延时开关、液位控制开关组件，各组件通过电线依次连接。

7.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于所述的出水电磁阀和曝气电磁阀受时间继电器控制启停，进水电磁阀的启停除受时间继电器时序控制外还与液位继电器联动。

8.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于所述自动控制系统共分5个独立运行或同时运行的子系统，其中每个子系统包括一个由时间继电器控制开启和由液位继电器控制停止的进水电磁阀、一个由时间继电器控制开启和停止的曝气电磁阀、一个由时间继电器控制开启和由液位及时间继电器控制停止的出水电磁阀，以及所述若干液位继电器与时间继电器。

9.权利要求1-8的任一种污水处理装置在焦化废水的处理中的应用，用于去除废水中含氮类有机化合物以及硝酸盐氮，改善氨氮的冲击。

10.一种废水处理方法，其特征在于采用上述权利要求1-8中任一权利要求所述的污水处理装置，反应柱1#-3#中加入复合菌剂，反应柱4#和5#中不填加菌剂，反应器经历了46d启动期后，确定了循环周期48h，进水3.5h，曝气18h，静置3.5h，再曝气18h，沉淀4h，出水1h，整个周期非曝气与曝气的时间比为1:3，连续运行140d内，4次投加高效复合菌剂，并且每30d提高一次进水稀释比和含氮类物质浓度，增加处理系统的污染负荷，所述含氮类物质包括吡啶、喹啉或NH₄ ⁺-N。

11.根据权利要求10所述的废水处理方法，其特征在于复合菌剂的配方是由4株菌组成，分别是吡啶降解菌Paracoccussp.BW001、ShinellazoogloeoidesBC026、喹啉降解菌Pseudomonassp.BW004、咔唑降解菌Pseudomonassp.BC046，四株菌的投加比例为0.5:0.5:1:1，总初始菌密度（OD₆₀₂）为2。