CN105036487B

CN105036487B - 重金属废水深度处理与再生利用的装置和方法

Info

Publication number: CN105036487B
Application number: CN201510508124.5A
Authority: CN
Inventors: 游建军; 钟儒波; 胡志鑫; 唐传祥
Original assignee: HUNAN AIRBLUER ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hunan Aibulu environmental Polytron Technologies Inc
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: CN105036487A

Abstract

本发明公开了一种重金属废水深度处理与再生利用的装置和方法。该装置包括依次连通的粗处理单元、联合生物反应器单元以及再生水处理单元。该方法先经粗处理单元去除部分重金属离子；再经联合生物反应单元去除低浓度的重金属离子；最后以再生澄清池和生物质再生滤池作为再生水处理单元做进一步的进化处理，具有处理效果好，适应性强，操作控制简单，运行稳定，安全可靠的优点，出水满足《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T 19923‑2005标准。

Description

重金属废水深度处理与再生利用的装置和方法

技术领域

本发明属于重金属废水处理领域，进一步是指一种重金属废水深度处理与再生利用的装置和方法。

背景技术

依据重金属污染物的产生量和排放量，确定重金属污染防控的重点行业是：有色金属矿(含伴生矿)采选业(铜矿采选、铅锌矿采选、镍钴矿采选、锡矿采选、锑矿采选和汞矿采选业等)、有色金属冶炼业(铜冶炼、铅锌冶炼、镍钴冶炼、锡冶炼、锑冶炼和汞冶炼等)、铅蓄电池制造业、皮革及其制品业(皮革鞣制加工等)、化学原料及化学制品制造业(基础化学原料制造和涂料、油墨、颜料及类似产品制造等)。

重金属污染防控重点企业是指具有潜在环境危害风险的重金属排放企业。

国家重点防控的重金属污染物是铅(Pb)、汞(Hg)，镉(Cd)、铬(Cr)和类金属砷(As)等，兼顾镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、钒(V)、锰(Mn)、钴(Co)、铊(Ti)、锑(Sb)等其他重金属污染。

多元重金属废水除它们都不同程度地具有毒性外，有些还含有有机物COD_Cr。

重金属废水给人体健康和生态环境带来了巨大威胁。常用的方法包括化学沉淀法、活性炭吸附法、离子交换法、电化学法、膜分离法等。但这些方法都存在设备费用高，易造成二次污染，尤其存在处理水难以达到国家规定的排放标准，更谈不上再生利用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种重金属废水深度处理与再生利用的装置和方法。本发明是以二级反应和二级沉淀作为粗处理单元；以联合生物反应器作为深度处理单元；以再生澄清池和生物质再生滤池作为再生水处理单元的三段式处理装置和方法。具有处理效果好，适应性强，操作控制简单，运行稳定，安全可靠的优点，出水满足国家《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005标准，可以用作循环冷却水用水、锅炉补水、工艺与产品用水、冷却用水、洗涤用水的水源。

本发明所采用的技术方案是：

重金属废水深度处理与再生利用的装置，包括依次连通的粗处理单元、联合生物反应器单元以及再生水处理单元；

所述粗处理单元包括至少一组反应池和沉淀池，所述沉淀池连接在所述反应池的出水端；

所述联合生物反应器单元包括依次连通的兼性厌氧池和好氧生物接触氧化池；所述兼性厌氧池还分别与菌藻培养池和碳源供给池连通；所述兼性厌氧池内设有搅拌装置，所述兼性厌氧池池中设有悬浮填料，所述兼性厌氧池的出水端底部设置有筛网；所述好氧生物接触氧化池底部设有曝气系统，所述曝气系统的上方设有组合填料，所述组合填料的顶面与水面齐平；

所述再生水处理单元包括依次连通的再生澄清池、生物质再生滤池；所述生物质再生滤池从池底往上依次设有滤板滤头组合配水系统、承托层和生物质滤料层。

优选方案，所述粗处理单元之前设有重金属废水集水池。

优选方案，所述反应池底部设有空气搅拌管，所述反应池顶部设有加药管；所述沉淀池包括旋流沉淀池和斜管沉淀池。

优选方案，该装置还包括底泥回收池，所述底泥回收池与所述沉淀池连通。

进一步优选方案，所述粗处理单元包括依次连通的一级反应池、一级沉淀池、二级反应池和二级沉淀池。

优选方案，该装置还包括污泥回流系统，所述再生澄清池与所述兼性厌氧池通过污泥回流系统连通。

优选方案，该装置还包括供气设备，所述供气设备分别与所述反应池和所述好氧生物接触氧化池连通。

优选方案，所述悬浮填料为IFAS悬浮填料，所述悬浮填料的直径为25mm-30mm，长度为10-15mm，悬浮填料的填充率≥50％。

优选方案，所述筛网筛网高度为400-500mm，筛网网眼孔径为3mm-5mm。

优选方案，还包括改性硅藻土投加设备，所述改性硅藻土投加设备与所述再生澄清池连接。

优选方案，所述再生澄清池中的圆筒内设置有搅拌叶轮，圆筒外至池壁设置有乙丙共聚斜板，池底设置有污泥回流泵，侧壁设置有污泥回流管，所述污泥回流管与所述兼性厌氧池连通。

优选方案，该装置还包括消毒池和再生水集水池，所述消毒池和再生水集水池依次连接在所述生物质再生滤池的出水端。

重金属废水深度处理与再生利用的方法，利用上述装置，该方法包括联合生物反应器单元以及再生水处理单元的调试与系统的运行；

所述联合生物反应器单元以及再生水处理单元的调试包括以下步骤：

(1)选取某重金属污泥堆场进行样品采集，经实验室分离筛选得到能降解重金属离子的优势菌株为脱硫弧菌属；选取某沼泽地对重金属离子具有很强富集能力的优势菌株为螺旋藻属，在实验室进行驯化，并制成菌藻液待用；

(2)在菌藻培养池内置入沼泽污泥、重金属污泥、加水配制污泥浓度至6000～8000mg/L，并加入营养物质，待污泥升至池容60％-70％时，按污泥量的1/20-1/10导入步骤(1)所述菌藻液，间歇式搅拌，每天搅拌6～8次，控制温度20℃～30℃，pH值6～9，溶解氧DO≤1.0mg/L，经过5～6天的培养，液体成粉红色状，得到优势菌藻种；

(3)在兼性厌氧池内投加城市污水处理厂的厌氧污泥；再将碳源供给池内的碳源输入兼性厌氧池内，形成混合污泥，待混合污泥浓度为6000～8000mg/L时，按泥量的1/20-1/10将菌藻培养池内的优势菌藻种导入兼性厌氧池内，搅拌，每天搅拌5～6小时，控制温度20℃～30℃，pH值6～11，溶解氧DO≤0.5mg/L，经过7～8天的时间，直至悬浮填料表面呈黑色胶粘状，表明悬浮填料上挂膜成功；所述悬浮填料富集有优势菌藻群；

(4)在好氧生物接触氧化池内投加城市污水处理厂的好氧污泥；再将兼性厌氧池内的混合污泥，按好氧污泥的1/6-1/5引入好氧生物接触氧化池并加水，待污泥浓度为4000～6000mg/L时，取样分析COD、BOD、氨氮、磷的含量，在按BOD:N:P＝100:(5-6):(1-2)的比例加入氮源、磷源，曝气充氧，控制温度20℃～30℃，pH值6～9，溶解氧DO值4～6mg/L，闷曝2-4天后改为连续进水6～8天，当组合填料表面呈粉红色胶粘状，表明组合填料上挂膜成功；

(5)好氧生物接触氧化池末端出水进入再生澄清池，在再生澄清池内投加改性硅藻土溶液，投加浓度为30～40mg/L，搅拌，使絮体形成一个稳定的、致密的悬浮污泥层；

所述系统的运行包括以下步骤：

均质调匀后的重金属废水经过粗处理单元，在反应池内反应后再经沉淀池沉淀，去除一部分重金属离子；沉淀池的上清液进入联合生物反应器单元，经兼性厌氧池在悬浮填料上进行兼性厌氧生物反应；兼性厌氧池出水进入好氧生物接触氧化池，对好氧生物接触氧化池进行曝气充氧，废水与吸附在好氧生物接触氧化池组合填料上的优势菌藻群进行好氧生物反应，深度去除低浓度的重金属离子；最后进入再生水处理单元，经再生澄清池和生物质再生滤池进一步净化，经消毒池消毒后进入再生水集水池收集。

所述优势菌藻群中包括下属微生物和原生动物：

脱硫肠菌属(Desulfotomaculum)、脱硫叶菌属(Desulfobacteria)、脱硫杆菌属(Desulfobacterim)、脱硫细菌属(Desulfobacter)、脱硫球菌-脱硫线菌脱硫八叠菌属(Desulfococcus-Desulfonem Desulfosarcina)、脱硫弧菌脱硫微菌层(Desulfovibrio-Desulfomicrobium)等。

螺旋藻属(Spirulina)、微囊藻(Microcystis)、平裂藻属(Merismopedia)、束球藻属(Gomphosphaeria)、蓝纤维藻属(Dactylococcopsis)、含珠藻属(Nostoc)、席藻属(Phormidium)、棒条藻属(Rhabdoderma)、单歧藻属(Tolypothrix)、真桂藻属(Stigonema)、微毛藻属(Microchaete)、柱孔藻属(Cylindrospermum)、红胞藻属(Rhodomonas)、黄群藻属(Cynura)、胞鞭藻属(Monas)、单边念藻属(Chromulina)等。

原生动物有钟虫、有柄钟虫、无柄钟虫、钟虫游泳体、盖纤虫、豆形虫、线虫、尖毛虫、贤形虫、柔形膜虫、滴虫、鞭毛虫、漫游虫等。

上述优势菌藻种群共生体可很好的吸附重金属废水中的低浓度镉、铅、锌、铬、镍、铜和类金属砷等。

微生物优势菌藻种群共生体处理低浓度重金属废水最大的优点是在运行过程中微生物能不断地增殖，生物质去除重金属离子的量随生物质量的增加而增加，综合处理能力强。

微生物优势菌藻种群共生体处理低浓度重金属废水的机理是依据获得的高效优势菌藻种群共生体对重金属离子有静电吸附作用，酶的催化转化作用、络合作用，絮凝作用和共沉作用，以及对PH值的缓冲作用，使得重金属离子被吸附富集、沉集，经固液分离，废水被深度净化。

优选方案：所述粗处理单元包括依次连通的一级反应池、一级沉淀池、二级反应池和二级沉淀池，在一级反应池内投加氢氧化钠溶液，在二级反应池内投加NaOH和Na₂S溶液，系统运行时具体的控制参数包括：

(1)一级反应池

反应时间：15～20min

NaOH溶液投加浓度：10％～12％

pH值：8～9；

(2)一级沉淀池

停留时间：4h；

(3)二级反应池

反应时间：20～30min

NaOH和Na₂S溶液投加浓度：12％～15％

pH值：10～11；

(4)二级沉淀池

停留时间：2h-3h。

优选方案：所述联合生物反应器单元系统运行时的控制参数包括：

(1)兼性厌氧池

水力停留时间：6h-7h

容积负荷：4～6kgCOD/m³·d

温度：20～30℃

溶解氧DO：≤0.5mg/L

污泥浓度：6000～8000mg/L

pH值：6～11；

(2)好氧生物接触氧化池

水力停留时间：16-20h

容积负荷：2～4kgCOD/m³·d

温度：20～30℃

溶解氧DO：4～6mg/L

污泥浓度：4000～6000mg/L

pH值：6～9。

优选方案：所述再生水处理单元系统运行时的控制参数包括：

(1)再生澄清池

水力停留时间：2.5～3.0h

改性硅藻土投加量：30～40mg/L

污泥回流比：40～50％

溶解氧DO：≤0.5mg/L；

(2)生物质再生滤池

滤速：≤5m/h

过滤周期：12～24h

反冲洗强度：10～15L/s·㎡。

优选方案：所述改性硅藻土的制备方法是：将硅藻土用表面活性剂处理后，搅拌2h-3h，抽滤，在450℃-500℃下焙烧2h-3h，经过研磨，过筛，即得改性硅藻土。

改性硅藻土的巨大比表面，强大吸附性一级表面电性，使得在废水处理过程中，不但能去除颗粒态和胶体态的污染物质，还能有效地去除色度和以溶解态存在的磷以及低浓度的重金属离子等。

进一步优选方案：所述表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺。

优选方案：所述生物质再生滤池中的生物质滤料的制备方法是：在稻壳中加入2％-9％质量的造孔剂，在700℃-800℃高温燃烧，得二氧化硅颗粒，经造粒后使得颗粒粒径为0.9～1.5mm的生物质滤料。

生物质滤料的处理过程包含了物理、生物化学和水力学等诸多过程。这种处理技术是利用生物质滤料巨大的比表面积和大量的微孔的吸附截留作用，以及滤料表面形成的一层生物膜的生物降解作用来完成去除污染物的功能。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.采用多元组合技术，对综合重金属废水进行深度和再生处理，处理效果好，出水可回用。

2.对于采用化学沉淀法处理效率十分低下的1～5mg/L低浓度重金属废水，采用联合生物反应器进行处理，利用微生物对重金属离子的吸附和转化作用，可以有效地降低废水中重金属离子浓度，绿色环保，无二次污染。

3、本发明是以二级反应二级沉淀作为粗处理单元；以联合生物反应器作为深度处理单元；以再生澄清池和生物质再生滤池作为再生水处理单元的三段式处理装置和方法。具有处理效果好，适应性强，操作控制简单，运行稳定，安全可靠的优点，出水满足《城市污水再利用工业用水水质》GB/T19923-2005标准，可以用作循环冷却水用水、锅炉补充水、工业与产品用水、冷却水用水、洗涤用水的水源。应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明的平面结构图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是本发明的工艺流程图；

在图中：

1-重金属废水集水池，1a-进水管；

2-一级反应池，2a-第一加药管，2b-第一空气搅拌管；

3-一级沉淀池，3c-第一排泥管；

4-二级反应池，4a-第二加药管，4b-第二空气搅拌管

5-二级沉淀池，5a-乙丙共聚斜管，5c-第二排泥管；

6-菌藻培养池，6a-第一低速搅拌机；

7-兼性厌氧池，7a-第一碳源供给管，7b-第二低速搅拌机，7c-悬浮填料，7d-筛网；

8-好氧生物接触氧化池，8a-组合填料，8b-曝气系统；

9-碳源供给池，9a-进水管，9b-第二碳源供给管；

10-再生澄清池，10a-改性硅藻土投加管，10b—第一污泥回流管，10c—第二污泥回流管，10d-搅拌叶轮，10f-乙丙共聚斜板，10g-污泥回流泵；

11-生物质再生滤池，11a-滤板滤头组合配水系统，11b-承托层，11c-生物质滤料层；

12-消毒池，12a-消毒设施；

13-再生水集水池，13a-再生利用水泵；

14-重金属底泥回收池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做更进一步的说明

实施例1

如图1、图2、图3所示，包括依次连通的粗处理单元、联合生物反应器单元以及再生水处理单元；

所述联合生物反应器单元包括依次连通的兼性厌氧池7和好氧生物接触氧化池8；所述兼性厌氧池7还分别与菌藻培养池6和碳源供给池9连通；所述兼性厌氧池7内设有搅拌装置，所述兼性厌氧池7池中设有悬浮填料7c，所述兼性厌氧池7的出水端底部设置有筛网7d；所述好氧生物接触氧化池8底部设有曝气系统8b，所述曝气系统8b的上方设有组合填料8a，所述组合填料8a的顶面与水面齐平；

所述再生水处理单元包括依次连通的再生澄清池10、生物质再生滤池11；所述生物质再生滤池11从池底往上依次设有滤板滤头组合配水系统11a、承托层11b和生物质滤料层11c。

还包括污泥回流系统，所述再生澄清池10与所述兼性厌氧池7通过污泥回流系统连通。

还包括供气设备，所述供气设备分别与所述反应池和所述好氧生物接触氧化池8连通。

还包括改性硅藻土投加设备，所述改性硅藻土投加设备与所述再生澄清池10连接。

还包括消毒池12和再生水集水池13，所述消毒池12和再生水集水池13依次连接在所述生物质再生滤池11的出水端。

本实施例中具体优选的连接关系如下：

本发明的一种重金属废水深度处理与再生利用的装置，包括重金属废水集水池1、一级反应池2、一级沉淀池3、二级反应池4、二级沉淀池5；菌藻培养池6、兼性厌氧池7、好氧生物接触氧化池8、碳源供给池9、再生澄清池10、生物质再生滤池11、消毒池12、再生水集水池13。

所述的重金属底泥回收池14和再生澄清池10毗邻。

所述的重金属废水集水池的进口端设置有进水管1a。

所述的一级反应池2顶部设置有第一加药管2a，底部设置有第一空气搅拌管2b。

所述的一级沉淀池3的池型为旋流沉淀池，池底设置有排泥管3c。

所述的一级反应池和一级沉淀池联合使用，运行时通过设置在一级反应池2顶部的加药搅拌管2a，向一级反应池投加NaOH溶液；NaOH的配制浓度为10～12％，控制PH值8～9左右。其功能为去除综合重金属废水中较高浓度的铬、镍、铜、锌等重金属离子。

所述的二级反应池4顶部设置有第二加药管4a，底部设置有第二空气搅拌管4b。

所述的二级沉淀池5池型为斜管沉淀池，池上部设置有乙丙共聚斜管5a，斜管孔径为80mm，安装倾角为60°，水流上升速度为3.5mm/s；底部设置有排泥管5c。

所述的二级反应池和二级沉淀池联合使用，运行时通过设置在二级反应池4顶部的加药管4a，向二级反应池投加NaOH和Na₂S混合溶液；NaOH和Na₂S的配制浓度为12～15％，控制PH值10～11左右。其功能主要为去除综合重金属废水中的30～100mg/L左右较高浓度的镉等重金属离子。

所述的上述装置组成粗处理单元，因为综合重金属废水中各重金属离子进水浓度在30～100mg/L范围内，无论采用何种化学沉淀法其出水都很难达到镉≤0.01mg/L，铅≤0.1mg/L，锌≤5.0mg/L，铬(6+)≤0.1mg/L，汞≤0.01mg/L，砷≤0.05mg/L的国家《地下水环境质量标准》(GB/T14848-1993)的标准。采用化学沉淀法处理1～5mg/L低浓度重金属废水时效率十分低下，所以利用微生物对低浓度重金属离子的吸附和转化作用，可以有效的降低废水中重金属离子的浓度。

所述的菌藻培养池6(菌藻培养池和兼性厌氧池毗邻)中设置有第一低速搅拌机6a，电机转速为60r/min。

所述的兼性厌氧池7侧壁设置有碳源供给管7a，池中设置有低速搅拌机7b，电机转速为90r/min；池内设置有IFAS悬浮填料，悬浮填料的直径为25mm，长度为12mm，悬浮填料的填充率为50％；出水端底部设置有筛网7d，筛网高度为500mm，筛网网眼孔径为5mm。

所述的好氧生物接触氧化池8底部设置有中微孔曝气系统，曝气系统的上方设置有组合填料8a，组合填料的顶面与水面齐平，以利于阳光的照射，适合藻类的增殖。

所述的碳源供给池9(碳源供给池和重金属废水集水池毗邻)的前端设置有进水管9a，侧壁设置有第一碳源供给管9b。

所述的菌藻培养池6、兼性厌氧池7、好氧生物接触氧化池8、碳源供给池9组成联合生物反应器单元，作为深度处理。

所述的再生澄清池10顶部设置有改性硅藻土投加管10a，池中的圆筒内设置有搅拌叶轮10d，圆筒外至池壁设置有乙丙共聚斜板10f，池底设置有污泥回流泵10g，侧壁设置有第一污泥回流管10b、第二污泥回流管10c。

所述的生物质再生滤池11从池底往上依次设置有滤板滤头组合配水系统11a、承托层11b、生物质滤料层11c。

所述的消毒池12内设置有消毒设施12a。

所述的再生集水池13内设置有再生利用水泵13a。

所述再生澄清池10，生物质再生滤池11，消毒池12，再生水集水池13组成再生水处理单元，对最后出水达标利用起把关和保障作用。

所述的重金属底泥回收池14和再生澄清池10毗邻。

所述的一级沉淀池3、二级沉淀池5底部的剩余污泥分别通过第一排泥管3c、第二排泥管5c排入重金属底泥回收池14，由有资质的单位进行危废处置或资源回收。

本发明的工艺流程图见图3，其工作过程简述如下：

①综合重金属废水进入含重金属废水收集池1进行调节均和后，进入一级反应池2，通过设置在一级反应池2的顶部的第一加药管2a投加配制浓度为10～12％的NaOH，控制PH值8～9左右，开启设置在池底部的第一空气搅拌管2b，用以搅拌混合反应，混合反应后的废水进入一级沉淀池3进行沉淀，一级反应池和一级沉淀池主要是为了去除综合重金属废水中较高浓度的铬、镍、铜、锌等；一级沉淀池上清液进入二级反应池4，通过设置在二级反应池顶部的第二加药管4a投加配制浓度为12～15％的NaOH和Na₂S，控制PH值10～11左右，开启第二空气搅拌管4b，用以搅拌混合反应，混合反映后的废水进入二级沉淀池5进行沉淀，二级反应池和二级沉淀池主要是为了去除综合重金属废水中较高浓度的镉等。

上述二级反应池二级沉淀池联合使用功能主要是为了去除综合重金属废水中较高浓度的重金属离子，即粗处理。

②二级沉淀池5的上清液进入兼性厌氧池7，并从菌藻培养池6内导入优势菌藻种，从碳源供给池9内引入碳源(生活污泥)，培养优势菌藻种群成功后，控制温度20～30℃，溶解氧DO≤0.5mg/L，污泥浓度6000～8000mg/L，PH值6～11，废水与附着在IFAS悬浮填料7c进行兼性厌氧生物反应；兼性厌氧池出水进入好氧生物接触氧化池8，开启池内中微孔曝气系统8b进行曝气充氧，控制温度20～30℃，溶解氧DO值4～6mg/L，污泥浓度4000～6000mg/L，PH值6～9。，废水与吸附在组合填料8a的优势菌藻种群进行好氧生物反应。

上述菌藻培养池、兼性厌氧池、好氧生物接触氧化池、碳源供给池组成联合生物反应器，其功能是对综合重金属废水中较低浓度的重金属离子进行深度处理。

③好氧生物接触氧化池8的出水进入再生澄清池10，通过改性硅藻土投加管10a投加改性硅藻土溶液，投加浓度为30～40mg/L，开启搅拌叶轮10d进行搅拌混合反应，池底剩余污泥以40～50％的回流比回流至兼性厌氧池7；上清液进入生物质再生滤池11的底部。经过滤板滤头组合系统11a、承托层11b、生物质滤料层11c进行反向过滤，滤速控制在5mg/h以下；生物质再生滤池出水进入消毒池12，经过消毒设施12a消毒后进入再生水集水池13，由再生利用水泵13a加压送到各用水点。

上述的再生澄清池和生物质再生滤池其主要功能为达到国家标准起最后的把关作用。

④一级沉淀池3、二级沉淀池5底部的剩余污泥分别通过排泥管排入重金属底泥回收池14，由有资质的单位进行危废处理或资源回收。

实施例2

基于实施例1所述的联合生物反应器单元和再生水处理单元的调试和运行方法：

(1)选取某重金属污泥堆场进行样品采集，经实验室分离筛选得到能降解重金属离子的优势菌株为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)；选取某沼泽地对重金属离子具有很强富集能力的优势菌株为螺旋藻属(Spiralina)，在实验室进行驯化，并配制成菌藻液待用。

(2)在菌藻培养池6内置入沼泽污泥、重金属污泥、加水配制污泥浓度至8000mg/L，并加入少许麦麸、酒糟等营养物质，待污泥升至池容2/3处时，按泥量的1/20导入在实验室配制好的菌藻液，间歇式开启第一低速搅拌机6a(即开1小时，停1小时)，每天搅拌6～8次，控制温度20～30℃，PH值6～9，溶解氧DO≤1.0mg/L，经过5～6天的培养，液体成粉红色状，优势菌藻种配制成功。

(3)在兼性厌氧池7内按池容的1/3投加含水率为80％的城市污水处理厂的厌氧污泥；再将碳源供给池9内的碳源(生活污水，按厌氧污泥的1/6)通过碳源供给管输入到兼性厌氧池内，待液位升至池容2/3处，污泥浓度为6000～8000mg/L时，按泥量的1/10将菌藻培养池内的优势菌藻种导入兼性厌氧池内，开启低速搅拌机7b，每天搅拌5～6小时，控制温度20～30℃，PH值6～11，溶解氧DO≤0.5mg/L，经过7～8天的时间，IFAS悬浮填料表面呈黑色胶粘状，表明填料上挂膜成功。此时，丰富的微生物就吸附固定在悬浮填料上。由于是采用优势菌藻种挂膜，即引入的优势菌藻种和在调试过程中悬浮填料上生长的经过载体环境筛选、变异和富集的优势菌藻种混合，形成优势菌藻群，这些优势菌藻群协同共生形成菌藻共生体，对重金属离子具有很强的富集能力，尤其适用于低浓度及一般方法不易去除的重金属。

(4)在好氧生物接触氧化池8内按池容的1/3投加含水率为80％的城市污水处理厂的好氧污泥；再将兼性厌氧池7内的混合污泥(按好氧污泥的1/6)通过自流引入好氧生物接触氧化池并加入自来水，待液位升至池容的2/3处，污泥浓度为4000～6000mg/L时，取样分析COD、BOD、氨氮、磷等的含量，在按BOD:N:P＝100:6:1的比例加入尿素、磷酸三钠等营养剂，开启中微孔曝气系统8b，PH值6～9，溶解氧DO值4～6mg/L，闷曝2天后改为连续进水6～8天，当组合填料8a表面呈粉红色胶粘状，表明填料上挂膜成功，即可投入日常运行。

联合生物反应器单元的功能主要为对经过二级反应二级沉淀后仍不达标的低浓度重金属废水进行深度处理。

所述的联合生物反应器的优势菌藻群中主要包括下属微生物：

(5)好氧生物接触氧化池8末端出水进入再生澄清池10，通过改性硅藻土投加管10a投加改性硅藻土溶液，投加浓度为30～40mg/L，开启搅拌叶轮10d，电机转速为60r/min，使絮体能形成一个稳定的、致密的悬浮污泥层，废水经过系统内自我形成的致密的悬浮层过滤之后能得到进一步净化。

池底的剩余污泥以40％～50％的回流比通过污泥回流泵10g回流至兼性厌氧池7。

改性硅藻土的制备：在硅藻土加入质量分数为10％的溴化十六烷基三甲胺溶液，在常温下以100r/min的速度搅拌2h，抽滤后，置于马沸炉中450℃下焙烧2h，经过研磨，过100目筛，即得改性硅藻土。

(6)再生澄清池10出水进入生物质再生滤池11底部，经滤板滤头组合配水系统11a、承托层11b、生物质滤料层11c进行反向过滤，这样可以提高滤层的纳污能力，延长过滤的运行周期。滤速控制在5m/h以下。

生物质滤料主要原料为稻壳，再加2～9％的造孔剂。将稻壳放入熔炉、利用800℃高温燃烧，最后剩下高纯度的二氧化硅颗粒，经造粒后颗粒粒径为0.95～1.35mm。

生物质滤料的处理过程包含了物理、生物化学和水力学等诸多过程。这种处理技术是利用生物质滤料巨大的比表面积和大量的微孔的吸附截留作用，以及滤料表面形成的一层生物膜的生物降解作用来完成去除污染物的功能。生物膜上的微生物主要包括柄杆菌属(Caulobacter)、生丝微菌属(Hyhomicrobium)、无色(杆)菌属(Achromobacter)、弧菌属(Vibrio)、螺菌属(Spirillum)、假单胞菌属(Pseudomonas)和不动细菌属(Acinetobacter)等，这些细菌的特点是利用各种化合物，产生对代谢产物具有很高亲和力的转移酶，其比表面积高、呼吸速率低，能在有机物浓度和重金属离子浓度在极低的环境下快速繁殖。重金属废水在与生物膜接触时，通过微生物的新陈代谢活动和生物絮凝、吸附等综合作用，使重金属废水中的有机物、镉、铅、锌、铬、镍、铜和类金属砷等逐渐被氧化和转化，同时去除其他杂质和悬浮物，达到深度净化水质的目的。

再生澄清池10和生物质再生滤池11的主要功能为对综合重金属废水达到国家《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005标准起最后的把关作用。

(7)生物质再生滤池11出水进入消毒池12，经过消毒设施12a消毒。

(8)消毒池出水进入再生水集水池13，由再生利用水泵13a加压送到各用水点。

实施例3

用实施例1所述的一种重金属废水深度处理与再生利用的装置和实施例2所述方法对某综合重金属离子废水的处理及再生利用，其主要设计运行参数如下：

1.进水水量：600m³/d

2.进水水质：铅≤120mg/L，锌≤100mg/L，镉≤110mg/L，铬≤80mg/L，砷≤50mg/L，铜≤90mg/L，镍≤70mg/L；COD≤600mg/L，悬浮物SS≤200mg/L。

3.工艺设计及运行参数

(1)一级反应池

①反应时间：15～20min

②起端孔口流速：1.0～2.2m/s

③末端孔口流速：0.2～0.6m/s

④GT值：10⁴～10⁵(T的单位为秒)

⑤NaOH溶液投加浓度：10～12％

⑥PH值：8～9

(2)一级沉淀池(旋流沉淀池)

①停留时间：4h

②上升流速：0.25～0.30mm/s

③表面负荷：1.0m³/㎡·h

(3)二级反应池

①反应时间：20～30min

②起端孔口流速：1.5～2.5m/s

③末端孔口流速：0.5～0.8m/s

④GT值：10⁴～10⁵(T的单位为秒)

⑤NaOH和Na2S混合溶液投加浓度：12～15％

⑥PH值：10～11

(4)二级沉淀池(斜管沉淀池)

①停留时间：2h

②液面上升流速V＝3.5mm/s

③颗粒沉降速度u＝0.4mm/s

④斜管材质为乙丙共聚，内径80mm，斜长1m，水平倾角60°

⑤配水区高度0.7～1.4m，斜管区高度0.87m，集水区高度0.6～1.0m

(5)菌藻培养池

①水力停留时间：8h

②温度：20～30℃

③溶解氧DO：≤1.0mg/L

④PH值：6～9

(6)兼性厌氧池

①水力停留时间：6h

②容积负荷：4～6kgCOD/m³·d

③折流区上升流速v1＝0.42m/s

④折流区下降流速：v2＝1.25m/s

⑤温度：20～30℃

⑥溶解氧DO：≤0.5mg/L

⑦污泥浓度：6000～8000mg/L(包括污泥和填料附着的微生物)

⑧PH值：6～11

(7)好氧生物接触氧化池

①水力停留时间：18h

②容积负荷：2～4kgCOD/m³·d

③温度：20～30℃

④溶解氧DO：4～6mg/L

⑤污泥浓度：4000～6000mg/L(包括污泥和填料附着的微生物)

⑥PH值：6～9

(8)再生澄清池

①水力负荷：1.5m³/(㎡·h)

②水力停留时间：2.5～3.0h

③改性硅藻土投加量：30～40mg/L

④污泥回流比：40～50％

⑤溶解氧DO：≤0.5mg/L

(9)生物质再生滤池

①滤速：≤5m/h

②过滤周期：12～24h

③反冲洗强度：10～15L/s·㎡

4.处理后的出水水质：铅≤0.1mg/L，锌≤4.0mg/L，镉≤0.01mg/L，铬≤0.1mg/L，砷≤0.05mg/L，铜≤0.5mg/L，镍≤0.5mg/L，COD≤40mg/L，悬浮物SS≤4mg/L，达到或优于国家《地下水环境质量标准》GB/T 14848-1993的标准和《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T 19923-2005的标准。经处理后的出水用作工艺与产品用水和锅炉补水。

Claims

1.重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，包括依次连通的粗处理单元、联合生物反应器单元以及再生水处理单元；所述粗处理单元包括至少一组反应池和沉淀池，所述沉淀池连接在所述反应池的出水端；所述联合生物反应器单元包括依次连通的兼性厌氧池(7)和好氧生物接触氧化池(8)；所述兼性厌氧池(7)还分别与菌藻培养池(6)和碳源供给池(9)连通；所述兼性厌氧池(7)内设有搅拌装置，所述兼性厌氧池(7)池中设有悬浮填料(7c)，所述兼性厌氧池(7)的出水端底部设置有筛网(7d)；所述好氧生物接触氧化池(8)底部设有曝气系统(8b)，所述曝气系统(8b)的上方设有组合填料(8a)，所述组合填料(8a)的顶面与水面齐平；所述再生水处理单元包括依次连通的再生澄清池(10)、生物质再生滤池(11)；所述生物质再生滤池(11)从池底往上依次设有滤板滤头组合配水系统(11a)、承托层(11b)和生物质滤料层(11c)。

2.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述粗处理单元之前设有重金属废水集水池(1)。

3.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述反应池底部设有空气搅拌管，所述反应池顶部设有加药管；所述沉淀池包括旋流沉淀池和斜管沉淀池。

4.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，还包括底泥回收池(14)，所述底泥回收池(14)与所述沉淀池连通。

5.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述粗处理单元包括依次连通的一级反应池(2)、一级沉淀池(3)、二级反应池(4)和二级沉淀池(5)。

6.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，还包括污泥回流系统，所述再生澄清池(10)与所述兼性厌氧池(7)通过污泥回流系统连通。

7.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，还包括供气设备，所述供气设备分别与所述反应池和所述好氧生物接触氧化池(8)连通。

8.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述悬浮填料(7c)为IFAS悬浮填料，所述悬浮填料的直径为25mm-30mm，长度为10-15mm，悬浮填料的填充率≥50％。

9.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述筛网(7d)的高度为400-500mm，筛网网眼孔径为3mm-5mm。

10.根据权利要求1所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，还包括改性硅藻土投加设备，所述改性硅藻土投加设备与所述再生澄清池(10)连接。

11.根据权利要求1-10之一所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，所述再生澄清池(10)中的圆筒内设置有搅拌叶轮(10d)，圆筒外至池壁设置有乙丙共聚斜板(10f)，池底设置有污泥回流泵(10g)，侧壁设置有污泥回流管(10b)，所述污泥回流管(10b)与所述兼性厌氧池(7)连通。

12.根据权利要求1-10之一所述重金属废水深度处理与再生利用的装置，其特征是，还包括消毒池(12)和再生水集水池(13)，所述消毒池(12)和再生水集水池(13)依次连接在所述生物质再生滤池(11)的出水端。

13.重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，利用权利要求1-12之一所述装置，该方法包括联合生物反应器单元以及再生水处理单元的调试与系统的运行；所述联合生物反应器单元以及再生水处理单元的调试包括以下步骤：

(4)在好氧生物接触氧化池内投加城市污水处理厂的好氧污泥；再将兼性厌氧池内的混合污泥，按好氧污泥的1/6-1/5引入好氧生物接触氧化池并加水，待污泥浓度为4000～6000mg/L时，取样分析COD、BOD、氨氮、磷的含量，在按BOD∶N∶P＝100∶(5-6)∶(1-2)的比例加入氮源、磷源，曝气充氧，控制温度20℃～30℃，pH值6～9，溶解氧DO值4～6mg/L，闷曝2-4天后改为连续进水6～8天，当组合填料表面呈粉红色胶粘状，表明组合填料上挂膜成功；

(5)好氧生物接触氧化池末端出水进入再生澄清池，在再生澄清池内投加改性硅藻土溶液，投加浓度为30～40mg/L，搅拌，使絮体形成一个稳定的、致密的悬浮污泥层；所述系统的运行包括以下步骤：均质调匀后的重金属废水经过粗处理单元，在反应池内反应后再经沉淀池沉淀，去除一部分重金属离子；沉淀池的上清液进入联合生物反应器单元，经兼性厌氧池在悬浮填料上进行兼性厌氧生物反应；兼性厌氧池出水进入好氧生物接触氧化池，对好氧生物接触氧化池进行曝气充氧，废水与吸附在好氧生物接触氧化池组合填料上的优势菌藻群进行好氧生物反应，深度去除低浓度的重金属离子；最后进入再生水处理单元，经再生澄清池和生物质再生滤池进一步净化，经消毒池消毒后进入再生水集水池收集。

14.根据权利要求13所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述粗处理单元包括依次连通的一级反应池(2)、一级沉淀池(3)、二级反应池(4)和二级沉淀池(5)，在一级反应池(2)内投加氢氧化钠溶液，在二级反应池(4)内投加NaOH和Na₂S溶液，系统运行时具体的控制参数包括：

(1)一级反应池

反应时间：15～20min

NaOH溶液投加浓度：10％～12％

pH值：8～9；

(2)一级沉淀池

停留时间：4h；

(3)二级反应池

反应时间：20～30min

NaOH和Na₂S溶液投加浓度：12％～15％

pH值：10～11；

(4)二级沉淀池

停留时间：2h-3h。

15.根据权利要求13所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述联合生物反应器单元系统运行时的控制参数包括：

(1)兼性厌氧池

水力停留时间：6h-7h

容积负荷：4～6kgCOD/m³·d

温度：20～30℃

溶解氧DO：≤0.5mg/L

污泥浓度：6000～8000mg/L

pH值：6～11；

(2)好氧生物接触氧化池

水力停留时间：16-20h

容积负荷：2～4kgCOD/m³·d

温度：20～30℃

溶解氧DO：4～6mg/L

污泥浓度：4000～6000mg/L

pH值：6～9。

16.根据权利要求13所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述再生水处理单元系统运行时的控制参数包括：

(1)再生澄清池

水力停留时间：2.5～3.0h

改性硅藻土投加量：30～40mg/L

污泥回流比：40～50％

溶解氧DO：≤0.5mg/L；

(2)生物质再生滤池

滤速：≤5m/h

过滤周期：12～24h

反冲洗强度：10～15L/(s·m²)。

17.根据权利要求13所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述改性硅藻土的制备方法是：将硅藻土用表面活性剂处理后，搅拌2h-3h，抽滤，在450℃-500℃下焙烧2h-3h，经过研磨，过筛，即得改性硅藻土。

18.根据权利要求17所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述表面活性剂为溴化十六烷基三甲胺。

19.根据权利要求13所述重金属废水深度处理与再生利用的方法，其特征是，所述生物质再生滤池中的生物质滤料的制备方法是：在稻壳中加入2％-9％质量的造孔剂，在700℃-800℃高温燃烧，得二氧化硅颗粒，经造粒后使得颗粒粒径为0.9～1.5mm的生物质滤料。