CN104609639B

CN104609639B - 废水处理设备以及废水处理方法

Info

Publication number: CN104609639B
Application number: CN201310535814.0A
Authority: CN
Inventors: 川岸朋树; 刘锐
Original assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang; Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang; Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: CN104609639A

Abstract

本发明提供一种废水处理设备以及废水处理方法，具有：在厌氧性条件下对废水进行厌氧生物处理的厌氧槽；以及在好氧性条件下对所述厌氧槽的处理水进行氧生物处理并进行膜过滤处理的好氧膜生物反应器，在所述厌氧槽中，设置有丙烯酸制无纺布构成的载体。能够提高厌氧性微生物在载体上的附着性，使厌氧生物处理稳定且充分地进行。

Description

废水处理设备以及废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种能够对印染废水或者煤炭废水等含难降解性物质的难降解废水进行处理的废水处理设备以及废水处理方法。

背景技术

在现有技术中，已知利用厌氧生物处理能够有效地分解印染废水所含有的含氮色素物质或煤炭废水所含有的石炭酸类物质。在对这些印染废水或者煤炭废水进行生物处理时，通常是先厌氧后好氧：先利用厌氧生物处理，使含氮色素物质或石炭酸类物质变为易降解物质或低毒物质，再利用好氧生物处理，使厌氧生物处理的出水中的有机物得到去除。

在专利文献1中，记载有利用厌氧活性污泥来去除色素成分的方法。在厌氧槽中通常填装微生物附着用的载体。该载体可以是固定床或流动床等，但是由于在厌氧生物处理中不进行曝气，所以多使用固定床。

在专利文献2中，记载有以下方法：将含有含氮染料的印染废水在厌氧条件下分解脱色后，在好氧条件下对从含氮染料还原成的芳香族胺类物质进行分解处理。

现有技术文献

专利文献1：日本专利特愿平10-132210

专利文献2：日本专利特愿2009-106506

但是，在上述专利文献1记载的方法中，厌氧性微生物对于载体的附着性低。特别是在处理印染废水、煤炭废水等有机物浓度低、且含有金属的废水时，微生物的附着性更低。因此，厌氧生物处理难以稳定且充分地进行。

在上述专利文献2记载的方法中，没有使用使厌氧性微生物附着的载体。因此，微生物不能够充分地对废水进行作用，厌氧生物处理难以稳定且充分地进行。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明提供了一种废水处理设备以及废水处理方法，能够提高厌氧性微生物对于载体的附着性，使厌氧生物处理稳定且充分地进行。

本发明的技术方案1是，一种难降解废水的废水处理设备，包括：在厌氧性条件下对废水进行生物处理的厌氧单元；以及在好氧性条件下对所述厌氧单元的处理水进行生物处理并进行膜过滤处理的好氧膜生物反应器单元，在所述厌氧单元中，设置有丙烯酸制无纺布构成的载体，所述废水处理设备还具有生物膜单元，该生物膜单元对所述好氧膜生物反应器单元的出水进行进一步处理，在所述生物膜单元中使用活性炭作为填料，所述生物膜单元中使用的活性炭为煤质颗粒活性炭，所述煤质颗粒活性炭的特征参数为碘值大于1000mg/g，甲基蓝值大于250mg/g，单宁酸值大于30mg/g。

采用本发明的技术方案1能够发挥以下作用：厌氧性微生物能够容易地附着于丙烯酸制无纺布构成的载体，使厌氧生物处理稳定且充分地进行；使厌氧单元的出水中含有的可生化性有机物在以悬浮式活性污泥法为特征的好氧膜生物反应器单元中得以高效去除，好氧膜生物反应器处理单元的出水中无悬浮物质，可防止生物膜堵塞，有机物含量大幅度降低，可防止生物膜过度增厚，有利于保持生物膜法的稳定运行，对好氧膜生物反应器单元的出水中的残存有机物进一步进行生物膜法处理，利用生物膜法对低浓度、难降解废水有效的特点，使难降解性物质充分氧化分解；由于活性炭具有很高的色素成分的吸附能力，所以能够有效去除废水中的色素成分；由于煤质颗粒活性炭比重高、物理强度高，所以能够减少活性炭因破损流出而造成的损耗；此外，选择中孔结构丰富即碘值大于1000mg/g，甲基蓝值大于250mg/g，单宁酸值大于30mg/g的煤质活性炭，更有利于微生物的生长附着，以及中分子和大分子污染物的吸附。

本发明的技术方案2是，如技术方案1所述的废水处理设备，还具有：对所述生物膜单元的出水进一步进行膜过滤处理的微滤、超滤或者纳滤膜分离单元；以及对所述微滤、超滤或者纳滤膜分离单元的过滤水进行脱盐处理的反浸透膜分离单元。

本发明的技术方案3是，如技术方案1或2所述的废水处理设备，所述好氧膜生物反应器单元中使用的膜的孔径为0.05μm～1μm。

采用本发明的技术方案3，不会导致频繁的膜清洗，且能够把处理水同微生物、大分子有机物进行高效分离。

本发明的技术方案4是，一种废水处理方法，使用如技术方案1-3中任一所述的废水处理设备，将要流入所述生物膜单元的、所述好氧膜生物反应器单元的出水中PO4-P的浓度调整为0.3mg/L～1mg/L。

本发明的技术方案5是，如技术方案4所述的废水处理方法，将要流入所述生物膜单元的、所述好氧膜生物反应器单元的出水中TOC调整为100mg/L以下，BOD5/TOC调整为0.2以下。

采用本发明的技术方案4和技术方案5，能够控制后置生物膜单元中微生物的繁殖速度，防止因微生物过度繁殖而使生物膜肥厚甚至堵塞，减少生物膜脱落随处理水的流出。并且，有利于促进难降解性物质的分解菌的生长，提高其在生物膜中的比例和优势。

本发明的技术方案6是，如技术方案4或者5所述的废水处理方法，所述废水是含难降解性物质的废水。

发明的效果

采用本发明的上述技术方案，能够提高厌氧性微生物对于载体的附着性，使厌氧生物处理稳定且充分地进行。并且能够提高废水处理容量，提升出水水质并进行有效脱色。

附图说明

图1是本发明的废水处理设备的概要图。

符号说明

1 厌氧槽

2 好氧膜生物反应器单元

3 生物膜单元

4 微滤、超滤或者纳滤膜分离单元

5 反浸透膜分离单元

11 载体

21 好氧槽

22 曝气管

23 膜组件

31 生物膜处理槽

32 活性炭

具体实施方式

参考图1，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明的废水处理装置主要包括：作为厌氧单元的厌氧槽1，好氧膜生物反应器单元2，生物膜单元3，微滤、超滤或者纳滤膜分离单元4以及反浸透膜分离单元5。

原水为印染废水或者煤炭废水等含难降解性物质的废水，含有含氮色素或石炭酸类物质等。

原水首先被导入到厌氧槽1中，在厌氧性条件下被厌氧生物处理。

在厌氧槽1中，原水中的大分子有机物经过厌氧性微生物的作用，先在水解阶段，被转化为低分子物质，再在酸化阶段，被转化为以低级脂肪酸为主的物质，最后在甲烷阶段，被转化为甲烷、二氧化碳。另外，经过厌氧性微生物的作用，原水中的含氮色素被还原成芳香族胺类物质，而原水中的石炭酸类物质被分解。

厌氧槽1中设置有丙烯酸制无纺布构成的载体11，使微生物附着在无纺布上。丙烯酸制无纺布与其它材料相比，微生物附着性优异，故适合作为微生物附着用载体的材料。

其中，丙烯酸制无纺布最理想的是由具有50质量％以上的丙烯腈单位的丙烯酸系聚合物的纤维构成的无纺布。由这种丙烯酸系聚合物的纤维(丙烯腈系纤维)构成的无纺布与其他的丙烯酸制无纺布相比，微生物附着性更为优异。

另外，所谓“具有50质量％以上的丙烯腈单位”，是指制造丙烯酸系聚合物的单体中的丙烯腈的比例为50质量％以上。

丙烯酸系聚合物具有50质量％以上的丙烯腈单位，并且可具有50质量％以下范围的由可与丙烯腈共聚合的不饱和单体构成的单位。

丙烯酸系聚合物的聚合法不特别限定，但例如可采用通常的悬浊聚合法或溶液聚合法。

无纺布的每单位面积的重量和厚度，与作为微生物附着用载体浸渍时的微生物的附着量、强度和耐久性等有关，可根据厌氧槽内的废水的水质、处理条件等来调节，但每单位面积的重量最好是每1m²为60g以上。每单位面积的重量若是60g以上，则即使作为微生物附着用载体浸渍在厌氧槽内受到物理性负荷时，也能发挥足够的强度、耐久性，同时能充分附着微生物。

另一方面，由于微生物往往附着在无纺布的表面上并容易被保持，因此，若每单位面积的重量过高，则无纺布内部的纤维的对于微生物的附着就未被充分利用。另外，若每单位面积的重量过高，则无纺布的重量因附着在无纺布上的污泥和水分而增加。从这种观点看，每1m²的每单位面积的重量最好是1000g以下，此外，考虑到无纺布的加工性、微生物的附着效率性的观点等，更好的是300g以下。

无纺布的厚度若过薄，则强度、耐久性变弱，且有微生物的附着量不充分的情况。另外，若过厚，则加工性下降，有时制造载体单元时等的加工变得困难。于是，无纺布的厚度最好是0.5mm以上、30mm以下，从加工性的观点看，20mm以下更好。

最好的无纺布，其每1m²的重量是100～500g/m²，厚度是1～10mm。若是这种无纺布，则能充分附着微生物，强度、耐久性和加工性也优异。

好氧膜生物反应器单元2对厌氧槽1的处理出水再进行好氧生物处理和膜过滤处理。好氧膜生物反应器单元2包括：好氧槽21，曝气管22以及膜组件23。膜组件23浸渍在好氧槽21中，曝气管22设置在膜组件23的下方。

经过厌氧槽1处理后的处理水被导入到好氧槽21中。使用鼓风机B1，将空气导入到曝气管22后，通过曝气管22进行曝气，利用好氧槽21中需氧性微生物，对水中的有机物进行分解。之后，利用膜组件23对处理水进行固液分离。膜组件23的过滤膜可以是平膜，管状膜，中空纤维膜等的任意一种。上述过滤膜的孔径为0.05μm～1μm。过滤膜的孔径若小于0.05μm，则会因膜孔过小而容易堵塞，从而导致频繁的膜清洗；过滤膜的孔径若大于1μm，则膜孔过大，无法把处理水同微生物、大分子有机物进行高效分离。

并且，好氧槽21中的膜生物反应器中，含有高浓度的悬浮活性污泥，主要用于最大程度地去除厌氧槽出水中的可生化性有机物。由于可生化性有机物浓度较高，因此活性污泥中的微生物主要是易降解性物质的分解菌，难降解性物质的分解菌在大量易降解性物质的分解菌共存下存在较为困难。因此，即使进行好氧生物处理以及膜过滤处理后，也只能够优先分解过滤易降解性物质，难降解性物质得不到充分处理。

但是，利用膜分离单元23，能够去除膜生物反应器中的易降解性物质的分解菌，使流入后续工序的处理水中基本不存在易降解性物质的分解菌。由此，可以使好氧槽21与后续工序中的处理槽的污泥中维持不同的分解菌群。后续工序中的处理槽的污泥中如果难降解性物质的分解菌占据优势，则难降解性物质能够得到有效分解。

作为能够有效地分解处理水中难降解性物质的后续工序，可以另外增设一套生物膜单元。如果设置生物膜单元3的话，则占地面积减小，成本较低。因此，最为理想的是，利用生物膜单元3对好氧膜生物反应器单元2的过滤水进行生物膜法处理。

生物膜单元3包括：生物膜处理槽31，以及浸渍设置在生物膜处理槽31中的活性炭32。当然，也可以用海绵或者聚乙烯醇(PVA)构成的胶体作为载体，来替代活性炭32。但是，活性炭具有很高的色素成分的吸附能力，能够有效去除废水中的色素成分，所以使用活性炭最为理想。活性炭32可以是椰壳活性炭，木质活性炭以及煤质颗粒活性炭等。其中煤质颗粒活性炭的物理强度高，破损度小，且中孔丰富，对微生物附着能力及对大分子色素、难降解性物质的吸附能力强，所以使用煤质颗粒活性炭最为理想。

另外，可以通过注入药品或者投入作为絮凝剂的聚合氯化铝(PAC)，将要流入生物膜单元3的好氧膜生物反应器单元2的过滤水中的PO4-P的浓度调整为0.3mg/L～2mg/L。由此，可以抑制生物膜处理槽31中的过剩的生物繁殖，防止生物膜处理槽31的堵塞以及过剩的菌体向生物膜单元3的处理水的流出。

可以通过控制好氧槽21的水力停留时间，将好氧膜生物反应器单元2的出水的TOC控制在100mg/L以下，BOD5/TOC控制在0.2以下。其中，BOD5是指五日生化需氧量，TOC是指总有机碳量。由此，能够控制后置生物膜单元中微生物的繁殖速度，防止因微生物过度繁殖而使生物膜肥厚甚至堵塞，减少生物膜脱落随处理水的流出。并且，有利于促进难降解性物质分解菌的生长，提高其在生物膜中的比例和优势。

生物膜单元3的处理水还可以被导入微滤、超滤或者纳滤膜分离单元4中，被进一步进行膜过滤处理。微滤、超滤或者纳滤膜分离单元4的过滤水还可以被导入反浸透膜分离单元5中，被进行脱盐处理。微滤、超滤或者纳滤膜分离单元4中的微滤膜(MF膜)、超滤膜或者纳滤膜(NF膜)，以及反浸透膜分离单元5中的反渗透膜(RO膜)可以是平膜，管状膜，中空纤维膜、螺旋型等的任意一种。

实施例

在本实施例中，废水处理装置包括：上述厌氧槽，上述好氧膜生物反应器单元，以及上述生物膜单元。

关于厌氧槽，L×W×H为700mm×2000mm×1800mm，有效容积2.1m³，内部填充的亚克力纤维填料为18×0.54＝9.72m²。

关于好氧膜生物反应器单元的好氧槽，L×W×H为1000mm×600mm×2300mm，有效容积为1.32m³。内部填充PVDF中空纤维板式微滤膜，膜孔径0.4μm，膜面积18m²。

关于生物膜处理单元，L×W×H为350mm×450mm×1100mm，有效容积为0.16m³，生物膜处理槽的承托层为0.1m厚度鹅卵石，煤质活性炭的碘值为1100mg/g，甲基蓝值大于330mg/g，单宁酸值为41mg/g，填充率为80％，孔隙率为30％，厚度为1m。

关于总水力停留时间(HRT)，厌氧槽的HRT为16小时，好氧膜生物反应器单元的HRT为8小时，生物膜单元的HRT为1.5小时。

比较例

在本比较例中，废水处理装置包括：厌氧槽以及CASS处理装置。

该废水处理装置的总占地面积与上述实施例的废水处理装置的总占地面积相同。

关于总水力停留时间(HRT)，厌氧槽的HRT为4.3～8.4小时，CASS处理装置的HRT为24小时。

试验测试指标分析方法如表1所示。

表1

指标	测试方法
		化学需氧量(COD)含量	重铬酸钾氧化法
氨氮含量	纳氏试剂分光光度法
		色度	铂钴比色法

经过四个月的测试后，试验的结果如表2所示。

表2

	出水COD含量	出水色度	出水氨氮含量
				实施例	19～29mg/L	12～20倍	0.10～0.26mg/L
比较例	50～90mg/L	60～120倍	0.10～2.00mg/L

由此可知，经过实施例的废水处理装置处理后的处理水与经过比较例的废水处理装置处理后的处理水相比，在出水COD浓度、出水色度以及出水氨氮含量方面都得到了大幅度降低，出水水质得到了明显提高。

上述实施方式只是为了说明本发明的具体实施方式，本发明并仅仅不限于上述的实施方式。可以对上述实施方式进行适当的改变或者对上述各实施方式的特征进行任意的组合，只要不脱离权利要求书所记载的宗旨的范围，都属于本发明所要保护范围。

例如，在上述实施方式中，废水处理装置包括了厌氧槽1，好氧膜生物反应器单元2，生物膜单元3，微滤、超滤或者纳滤膜分离单元4以及反浸透膜分离单元5等。但是，本发明不限于此，废水处理装置只要包含了设置有丙烯酸制无纺布构成的载体11的厌氧槽1、以及好氧膜生物反应器单元2即可实现本发明的主要目的。

Claims

1.一种难降解废水的废水处理设备，包括：

在厌氧性条件下对废水进行生物处理的厌氧单元；以及

在好氧性条件下对所述厌氧单元的处理水进行生物处理并进行膜过滤处理的好氧膜生物反应器单元，

该废水处理设备的特征在于，

在所述厌氧单元中，设置有丙烯酸制无纺布构成的载体，

所述废水处理设备还具有生物膜单元，该生物膜单元对所述好氧膜生物反应器单元的出水进行进一步处理，

在所述生物膜单元中使用活性炭作为填料，

所述生物膜单元中使用的活性炭为煤质颗粒活性炭，

所述煤质颗粒活性炭的特征参数为碘值大于1000mg/g，甲基蓝值大于250mg/g，单宁酸值大于30mg/g，

所述好氧膜生物反应器单元包括能够去除易降解性物质的分解菌的膜组件。

2.如权利要求1所述的废水处理设备，其特征在于，还具有：对所述生物膜单元的出水进一步进行膜过滤处理的微滤、超滤或者纳滤膜分离单元；以及对所述微滤、超滤或者纳滤膜分离单元的过滤水进行脱盐处理的反浸透膜分离单元。

3.如权利要求1或者2所述的废水处理设备，其特征在于，所述好氧膜生物反应器单元中使用的膜的孔径为0.05μm～1μm。

4.一种废水处理方法，使用如权利要求1-3中任一项所述的废水处理设备，该废水处理方法的特征在于，

将要流入所述生物膜单元的、所述好氧膜生物反应器单元的出水中PO₄-P的浓度调整为0.3mg/L～1mg/L。

5.如权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，将要流入所述生物膜单元的、所述好氧膜生物反应器单元的出水中TOC调整为100mg/L以下，BOD₅/TOC调整为0.2以下。

6.如权利要求4或者5所述的废水处理方法，其特征在于，所述废水是含难降解性物质的废水。