CN103613207B - 处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器 - Google Patents

处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器。该反应器淋洗液入口、吸附剂入口、出水口、透水板、反应器主体、淋洗液出口、进水口、多功能吸附剂、吸附剂出口组成；反应器主体分为两部分，上部为长方体，其下连接正倒方锥；淋洗液入口、吸附剂入口在反应器主体的顶部，且淋洗液入口有两个，镶嵌于吸附剂入口内部；透水板和多功能吸附剂在反应器主体的内部，多功能吸附剂填充于透水板下部；反应器主体的底部为吸附剂出口，淋洗液出口和进水口位于吸附剂出口上对角线两端；出水口位于反应器主体外部偏上。本发明的有益效果是，该上流吸附床反应器对氮磷缺失有机化工废水进行处理时效率高、成本低、操作简单。

Description

处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器
技术领域
本发明属于有机废水的处理技术领域，具体涉及处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器。
背景技术
有机化工废水涉及能源、矿产、化工等多个行业，目前国内处理高浓度有机废水的技术主要采用生化法，工艺路线基本遵行“物化预处理+A/O生化处理+物化深度处理”。吸附-生物降解作为一种联合水处理技术在污水的处理中占有重要作用。目前吸附有机污染物最常用的吸附材料可分为物理吸附材料，化学吸附材料和生物吸附材料。其中，物理吸附材料有活性炭、分子筛、沸石、活性白土和粘土矿石等具有高比表面积的固体，具有脱出效率高、富集功能强的优点，但也存在稳定性差、容易脱附、易受温度变化影响等不足。化学吸附材料主要包括硅胶、合成纤维、树脂、利用生物化学以及高分子合成的分子印迹聚合物等。常用的生物吸附材料有阔叶植物，真菌、土壤和水中的微生物等。
在微生物降解有机物的过程中，需要氮和磷营养元素的参与，通常情况下企业排放的废水中所含有的氮和磷等营养元素无法满足微生物的要求，然而具有缓释氮和磷功能的吸附剂可以满足这一要求。但是，目前还缺少针对氮和磷营养失衡难降解有机废水处理的吸附材料。同时，为增强吸附剂对高浓度有机废水中难降解有机物处理的效果，需要开发新型的吸附反应器。同时，将反应器的开发和与之相匹配的吸附材料制备相结合进行，使吸附材料的吸附效率得到充分发挥是目前研究的重点之一。目前，还缺少将反应器的开发和与之相匹配的吸附材料制备相结合方面的研究。
发明内容
本发明的目的是提供处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器。本发明的具体内容如下：
处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器由淋洗液入口(1)、吸附剂入口(2)、出水口(3)、透水板(4)、反应器主体(5)、淋洗液出口(6)、进水口(7)、多功能吸附剂(8)、吸附剂出口(9)组成。反应器主体分为两部分，上部为长方体，其下连接正倒方锥。淋洗液入口(1)、吸附剂入口(2)在反应器主体(5)的顶部，且淋洗液入口有两个，镶嵌于吸附剂入口(2)内部；透水板(4)和多功能吸附剂(8)在反应器主体(5)的内部，从吸附剂入口(2)边缘开始，倾斜向下与池壁相连，多功能吸附剂(8)填充于透水板(4)下部；反应器主体(5)的底部为吸附剂出口(9)，淋洗液出口(6)和进水口(7)位于吸附剂出口(9)上对角线两端；出水口(3)位于反应器主体(5)外部偏上，具体位置为透水板(4)与反应器主体(5)相交线向上15cm处。
其中，所述多功能吸附剂由如下方法制备：
(1)将100mL浓度为0.35mol／L的NH4HCO3溶液和100mL浓度为0.62mol／L的NH4H2PO4混合均匀，得到混合液A1，然后用浓度为0.01mol／L的NH4OH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液A1的pH值为9.0，得混合液A；
(2)将200mL混合液A在搅拌条件下缓慢滴加到300mL浓度为0.025mol／L的Ca(NO3)2溶液中，得到混合液B；
(3)向混合液B中逐滴加入浓HNO3至澄清，得到混合液C；
(4)用浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液C的pH值为3.5，得到混合液D；
(5)向混合液D中加入100mL浓度为1.1mol／L的NH4Cl水溶液，混合均匀后得到混合液E；
(6)向混合液E中加入50mL浓度为0.15mol／L的乙二胺四乙酸钙钾溶液，混合均匀后得到混合液F；
(7)将60mL质量分数为47％的尿素水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液G；将10mL质量分数为33％的甲醛水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液H；
(8)向混合液G中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为7.2～7.4，得到混合液I；
(9)将混合液H在1000r／min搅拌条件下加入到混合液I中，然后置于43℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液J；
(10)向混合液J中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为3.7～3.9，然后置于38℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液K；
(11)将1600mL去离子水在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液K中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液L；
(12)将200mL质量分数为11.5％的苯乙烯氯仿溶液、40mL质量分数为9.5％的二乙烯苯氯仿溶液和40mL质量分数为1.5％的偶氮二异丁腈氯仿溶液充分混合，得到混合液M；
(13)将70mL混合液L在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液M中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液N；
(14)将70mL混合液F在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液N中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液O；
(15)将420mL混合液O在1000r／min搅拌条件下滴加到210mL质量分数为5.5％的聚乙烯醇溶液中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液P；
(16)将1380mL质量分数为0.7％的聚乙烯醇溶液加入到混合液P中，在1000r／min条件下搅拌7～8h，然后在转速为6000r／min条件下进行离心分离，然后用去离子水洗涤3次，冷冻干燥得到具有氮磷缓释功能的吸附剂；
(17)将步骤(16)得到的吸附剂在石油烃降解菌培养液中培养24h，使石油烃降解菌吸附固定在吸附剂上，其中石油烃降解菌培养液的含菌量为5×1010CFU／ml，培养液的组成为：NH4NO3：2.0g·L-1，NaCl：10.5g·L-1，KH2PO4：2.5g·L-1，FeCl3：0.10g·L-1，MgSO4：3.5g·L-1，CaCl2.2H2O：0.15g·L-1；
(18)将步骤(17)得到的吸附剂取出风干，即可得到多功能吸附剂。
本发明的有益效果是，该上流吸附床反应器对氮磷缺失有机化工废水进行处理时效率高、成本低、操作简单。
附图说明
附图1是处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器的示意图。附图1中1为淋洗液入口，2为吸附剂入口，3为出水口，4为透水板，5为反应器主体，6为淋洗液出口，7为进水口，8为多功能吸附剂，9为吸附剂出口。
具体实施方式
实施例
(1)处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器的制备过程如下：
上流吸附床反应器主要由有机玻璃板和不锈钢材质构成，反应器主体为有机玻璃板，分为两部分，上部为长方体，长为40cm，宽为40cm，高为60cm，其下连接正倒方锥，上底40cm，下底10cm，腰长30cm。淋洗剂入口为塑料圆管，直径2.5cm，长度8cm，其中心线位于吸附罐盖子反应器主体上端的一条中心线上，2个入口分别位于中心点0.5cm处。吸附剂入口为边长10cm的正方形，位于反应器主体上端的正中心。出水口为塑料圆管，直径3cm。透水挡板为不锈钢材质，孔径为50目，将四块上底10cm，下底40cm，腰长30cm的梯形透水挡板组成方锥，锥顶与吸附剂入口四个边长重合。吸附剂出口为正方形，边长10cm，安装于反应器主体的底部。淋洗液出口为塑料管，直径4cm，安装于反应器主体的底部。进水口直径4cm，安装于反应器主体的底部。
(2)多功能吸附剂由如下过程制备：
将100mL浓度为0.35mol／L的NH4HCO3溶液和100mL浓度为0.62mol／L的NH4H2PO4混合均匀，得到混合液A1，然后用浓度为0.01mol／L的NH4OH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液A1的pH值为9.0，得混合液A；将200mL混合液A在搅拌条件下缓慢滴加到300mL浓度为0.025mol／L的Ca(NO3)2溶液中，得到混合液B；向混合液B中逐滴加入浓HNO3至澄清，得到混合液C；用浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液C的pH值为3.5，得到混合液D；向混合液D中加入100mL浓度为1.1mol／L的NH4Cl水溶液，混合均匀后得到混合液E；向混合液E中加入50mL浓度为0.15mol／L的乙二胺四乙酸钙钾溶液，混合均匀后得到混合液F；
将60mL质量分数为47％的尿素水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液G；将10mL质量分数为33％的甲醛水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液H；向混合液G中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为7.2～7.4，得到混合液I；将混合液H在1000r／min搅拌条件下加入到混合液I中，然后置于43℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液J；向混合液J中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为3.7～3.9，然后置于38℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液K；将1600mL去离子水在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液K中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液L；
将200mL质量分数为11.5％的苯乙烯氯仿溶液、40mL质量分数为9.5％的二乙烯苯氯仿溶液和40mL质量分数为1.5％的偶氮二异丁腈氯仿溶液充分混合，得到混合液M；
将60mL混合液L在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液M中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液N；
将60mL混合液F在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液N中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液O；
将420mL混合液O在1000r／min搅拌条件下滴加到210mL质量分数为5.5％的聚乙烯醇溶液中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液P；
将1380mL质量分数为0.7％的聚乙烯醇溶液加入到混合液P中，在1000r／min条件下搅拌7～8h，然后在转速为6000r／min条件下进行离心分离，然后用去离子水洗涤3次，冷冻干燥得到具有氮磷缓释功能的吸附剂；
将具有氮磷缓释功能的吸附剂在石油烃降解菌培养液中培养24h取出风干，即可得到多功能吸附剂。
(3)降解实验
运用本发明得到的上流吸附床反应器对氮磷缺失有机化工废水进行了处理试验，结果表明该上流吸附床反应器能够高效去除废水中的多种难降解有机化合物，当进水COD为876mg/L时，处理后出水中的COD能降低到53mg/L以下。

Claims (1)

1.一种处理氮磷缺失有机化工废水的上流吸附床反应器，其特征在于，该反应器淋洗液入口、吸附剂入口、出水口、透水板、反应器主体、淋洗液出口、进水口、多功能吸附剂、吸附剂出口组成；反应器主体分为两部分，上部为长方体，其下连接正倒方锥；淋洗液入口、吸附剂入口在反应器主体的顶部，且淋洗液入口有两个，镶嵌于吸附剂入口内部；透水板和多功能吸附剂在反应器主体的内部，从吸附剂入口边缘开始，倾斜向下与池壁相连，多功能吸附剂填充于透水板下部；反应器主体的底部为吸附剂出口，淋洗液出口和进水口位于吸附剂出口上对角线两端；出水口位于反应器主体外部偏上，具体位置为透水板与反应器主体相交线向上15cm处；其中，多功能吸附剂由如下方法制备：
(1)将100mL浓度为0.35mol／L的NH4HCO3溶液和100mL浓度为0.62mol／L的NH4H2PO4混合均匀，得到混合液A1，然后用浓度为0.01mol／L的NH4OH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液A1的pH值为9.0，得混合液A；
(2)将200mL混合液A在搅拌条件下缓慢滴加到300mL浓度为0.025mol／L的Ca(NO3)2溶液中，得到混合液B；
(3)向混合液B中逐滴加入浓HNO3至澄清，得到混合液C；
(4)用浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液C的pH值为3.5，得到混合液D；
(5)向混合液D中加入100mL浓度为1.1mol／L的NH4Cl水溶液，混合均匀后得到混合液E；
(6)向混合液E中加入50mL浓度为0.15mol／L的乙二胺四乙酸钙钾溶液，混合均匀后得到混合液F；
(7)将60mL质量分数为47％的尿素水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液G；将10mL质量分数为33％的甲醛水溶液置于43℃水浴中恒温35分钟得到混合液H；
(8)向混合液G中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为7.2～7.4，得到混合液I；
(9)将混合液H在1000r/min搅拌条件下加入到混合液I中，然后置于43℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液J；
(10)向混合液J中在1000r／min搅拌条件下滴加浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.005mol／L的HCl溶液，使溶液的pH值为3.7～3.9，然后置于38℃水浴中在1000r／min条件下搅拌90～100分钟，得到混合液K；
(11)将1600mL去离子水在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液K中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液L；
(12)将200mL质量分数为11.5％的苯乙烯氯仿溶液、40mL质量分数为9.5％的二乙烯苯氯仿溶液和40mL质量分数为1.5％的偶氮二异丁腈氯仿溶液充分混合，得到混合液M；
(13)将70mL混合液L在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液M中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液N；
(14)将70mL混合液F在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液N中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液O；
(15)将420mL混合液O在1000r／min搅拌条件下滴加到210mL质量分数为5.5％的聚乙烯醇溶液中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液P；
(16)将1380mL质量分数为0.7％的聚乙烯醇溶液加入到混合液P中，在1000r／min条件下搅拌7～8h，然后在转速为6000r／min条件下进行离心分离，然后用去离子水洗涤3次，冷冻干燥得到具有氮磷缓释功能的吸附剂；
(17)将步骤(16)得到的吸附剂在石油烃降解菌培养液中培养24h，使石油烃降解菌吸附固定在吸附剂上，其中石油烃降解菌培养液的含菌量为5×1010CFU／mL，培养液的组成为：NH4NO3：2.0g·L-1，NaCl：10.5g·L-1，KH2PO4：2.5g·L-1，FeCl3：0.10g·L-1，MgSO4：3.5g·L-1，CaCl2.2H2O：0.15g·L-1；
(18)将步骤(17)得到的吸附剂取出风干，即可得到多功能吸附剂。
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