CN105819617B - 高盐有机化工废水的生物增浓处理方法及生物增浓装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境工程领域，特别涉及一种高盐有机化工废水的生物增浓处理方法及生物增浓装置。该装置依次包括调质池、水解酸化池、生化池、和沉淀池，调质池与水解酸化池之间的管路上设有废水提升泵，废水提升泵的进水口之前的管路上安装有引水器，水解酸化池为密封结构，水解酸化池顶部设有脉冲布水器以及废气收集口，脉冲布水器的一端深入水解酸化池底部并连接有呈伞形的布水管，废水提升泵的出水口与脉冲布水器管路连接，该段管路上设有电磁流量计，生化池内安装有旋混曝气器和条带式生物载体，沉淀池外连接有污泥泵，污泥泵的进口与沉淀池底部相连通。采用本装置进行废水处理，可以完成对含高盐有机化工废水处理达标排放的目的。

Description

高盐有机化工废水的生物增浓处理方法及生物增浓装置

技术领域

本发明涉及环境工程领域，特别涉及一种高盐有机化工废水的生物增浓处理方法及生物增浓装置。

背景技术

化学工业在我国国民经济中占有重要地位，是我国的支柱产业。化工行业产生的化工废水在我国工业废水排放量中占有很大的比重。随着化学工业的迅速发展和规模的扩大，对环境造成的危害也在逐渐加深。据国家统计局最新环境统计数据，2011年我国各地区废水排放总量为659.2亿吨，而工业废水排放量为212.9亿吨，其中化工行业(包括化学原料和化学制品制造、医药制造及化学纤维制造业等)废水排放总量为37.8亿吨，占全国工业废水排放量的17.8％，仅比造纸及纸制品行业废水排放量38.2亿吨少0.4亿吨，而成为工业废水排放量第二大的行业。

在各类化工废水中，特别是高盐、高氨氮、生物难降解化工废水，是目前国内外污水处理界公认的难题。该类废水具有排放量大、面广、水质复杂、污染物结构稳定、毒性强(如苯胺类、杂环类等)、处理达标率低等特点。由于这类废水处理难度大，投资及运行费用较高，并且高效成熟的处理技术更加难以寻求，很多企业没有采取有效的处理措施，使大量未经有效处理的难降解有机物进入水体环境后极大地影响了水生态环境功能，威胁人体健康。鉴于此，国家环保部科技标准司不断地对化工行业废水排放标准进行重新制订及修订，各省市加紧制订整治提升方案，排放标准越来越严格，生物难降解化工废水的处理也因此成为现阶段环境保护技术领域亟待解决的一个难题。

化工废水特别是高盐、高氨氮、生物难降解化工废水具有四个典型污染特征：①长期残留性，一旦排放到环境中，它们难于被分解，因此可以在水体、土壤和底泥等环境介质中存留数年或更长的时间，如全氟辛酸(PFOA)和氯苯；②生物积累性，难降解有机物一般具有低水平性、高脂溶的特性，所以能够在生物体内的溶解度不断增大；③半挥发性，有的难降解性有机物具有半挥发性，可以在大气环境中远距离迁移，在大气圈、水圈、生物圈之间循环转化，可控性差；④高毒性，难降解有机物一般具有致癌、致突变、致畸的“三致”作用或毒性，如致癌芳香胺、硝基苯、二氯乙烷和氯苯，还有公认具有生殖毒性的全氟辛酸(PFOA)和塑化剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。对微生物有较强抑制作用，对人体健康和生态环境构成潜在威胁。正因为如此，化工废水表现出了典型的行业特点而成为公认的难题。

高盐废水往往含有较高的盐分，致使常规二级生化处理菌种难以培养，生化效果不稳定，给达标排放增加了难度。微生物一般不能在高含盐的环境中正常生长，较高的盐浓度会对废水生物处理产生毒害作用，使处理效果大幅下降。不同的盐度采用不同的处理工艺，但高盐化工废水处理难以采用常规的生化工艺无法实现污染物的稳定去除。如典型的抗生素废水，其硫酸盐含量一般均在2000mg/L以上，有的甚至高达15000mg/L，这要求采取的生化工艺具有较强的盐耐受能力和适应微生物生长的环境。此外，即使采用专用耐盐菌处理高盐类废水，也存在由于菌种单一导致的处理污染物范围窄、培养驯化困难、耐冲击能力差等缺陷。

发明内容

本发明旨在提供一种能提高微生物活性和数量的处理高盐有机化工废水的生物增浓装置，以解决高盐有机化工废水用普通生化方法及装置处理难的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种生物增浓装置，该装置依次包括调质池、水解酸化池、生化池、和沉淀池，调质池与水解酸化池之间的管路上设有废水提升泵，废水提升泵的进水口之前的管路上安装有引水器，水解酸化池为密封结构，水解酸化池顶部设有脉冲布水器以及废气收集口，脉冲布水器的一端深入水解酸化池底部并连接有呈伞形的布水管，废水提升泵的出水口与脉冲布水器管路连接，该段管路上设有电磁流量计，生化池内安装有旋混曝气器和条带式生物载体，沉淀池外连接有污泥泵，污泥泵的进口与沉淀池底部相连通。本装置采用一体化结构设计，具有集约化程度高、适应性强、运行稳定、操作简便等特点。本发明装置及方法通过特定手段增加生化池内微生物的丰度及数量(即污泥浓度)来加强高盐废水处理效果。该脉冲布水器采用虹吸原理，可进行脉冲布水，布水压力可达10公斤，能使水解酸化池厌氧泥充分混匀。采用内部十字型外加伞形的布水管，能够有效均匀布水。所述的呈伞形的布水管的结构是：主管道水平设置，主管道下方平行的设置一根支撑管，主管道与支撑管之间在竖直方向上设有多个分支管道，分支管道中部设有两个带有出水口的弯管，两个弯管位于分支管道的两侧，弯管外套置一伞形罩体，伞形罩体用于缓冲水流的上升流速，支撑管用于对布水管的固定、避免布水管被水流冲断。

作为优选，所述生化池由脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池组成，所述脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池和沉淀池为一体式结构，分别由一个长方形池体依次分隔而成，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的中间层设置条带式生物载体，条带式生物载体的上下两端由格网限位，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的底部分别安装有旋混曝气器，脱氮池和脱碳池之间、第一硝化池和第二硝化池之间的隔板底部开透水口，脱碳池和第一硝化池之间、第二硝化池和沉淀池之间的隔板顶部开透水口，各透水口处安装钢丝网。

作为优选，脱碳池和第一硝化池之间、第二硝化池和沉淀池之间的隔板位于透水口两侧处设有L形存水槽。

作为优选，条带式生物载体为亲水性高聚物，属于多相聚合物缩醛海绵体，条带式生物载体表面含有大量亲水性基团以及氨基、羧基等活性基团，可与微生物胞外的蛋白质肽链亲密结合，厚度0.5～3cm，宽5～30cm，长宽比10～25，采用上下固定模式，整个载体在曝气和水流流动作用下呈摇摆状态。

一种高盐有机化工废水的生物增浓处理方法，该方法包括如下步骤：

a、经过预处理后的污水进入调质池，补充适当的C、N、P进行营养配置，以满足活性污泥生长的最佳C/N/P配比100～300:5:1，调质后的混合废水由废水提升泵并经由脉冲布水器进入水解酸化池底部，水解出水重力流入脱氮池，在脱氮池中反硝化细菌将硝化池回流过来的硝酸盐、亚硝酸盐反硝化生成氮气，而后废水流入脱碳池，利用好氧菌的生物降解作用，废水中的有机物一部分转化成细胞物质，另一部分通过新陈代谢转化成二氧化碳和水；经过脱碳的废水由脱碳池自流依次进入第一硝化池和第二硝化池中，在第一硝化池和第二硝化池中硝化细菌则将废水中的氨氮硝化生成硝酸盐、亚硝酸盐，废水经生化处理后自流进入二沉池完成泥水分离，沉淀污泥大部分经污泥泵回流入脱碳池补充生化前段的需要，少部分进入污泥浓缩池，出水经标准化排放口实现达标排放。作为优选，所处理的高盐化工废水盐度为8000～15000mg/L。

作为优选，水解酸化池内，水力停留时间为2～4d；脉冲布水器的布水水力压力为5～10公斤，水解酸化池内厌氧污泥浓度为10～20g/L，二沉池停留时间为3～8h。

作为优选，脱氮池内的条带式生物载体填充比30～55％，水力停留时间8～16h，污泥停留时间5～10d，回流比2:1～5:1，溶解氧0.5～1.5mg/L，pH 7～8.5。

作为优选，脱碳池内水力停留时间为4～18h，污泥停留时间3～7d，脱碳池内含条带式生物载体，溶解氧2～6mg/L，pH7～8.5，脱碳池内投加好氧菌种MKNC-002，投加量为每方水投加0.05～0.2kg。

作为优选，第一硝化池和第二硝化池内水力停留时间为1.5-4小时，投加硝化菌种MKNC-001，MKNC-001含有高效的硝化细菌和亚硝化细菌，能有效脱除水中氨氮，该复合菌种适应性强，投加比为每方水投加0.03～0.1kg。

调质池里的进水应为经过预处理后的出水，水质为对生化系统没有太大毒害和抑制作用，系统中所选用的泵及管道阀门等全部为耐腐蚀型。

水解酸化池主要通过厌氧细菌将废水中高分子有机物转化成低分子有机物，如醇、酸等，易于好氧生物降解，部分直接转化成二氧化碳和水，进水采用脉冲布水器。水解酸化池后设置脱氮池，一方面是为了降低废水中部分有机物，另一方面可以发生反硝化将硝化池回流过来的硝化液中的硝酸根、亚硝酸根转化为氮气降低废水中的总氮，脱氮池后设置脱碳池，大幅度降低废水中的有机物，脱碳池后是硝化池功能是将废水中的氨氮硝化生成硝酸根、亚硝酸根完成对废水的硝化。生化池内各出水均采用重力自流方式，节省动力消耗。

水解酸化池、脱碳池、脱氮池中填充条带式生物载体，该载体流化动力低、流化载体固着微生物量大、传质快、反应效率更高。该条带式生物载体配合MKNC-001高效菌种可以培养不同特效优势菌种，微生物能较快适应高盐环境而得到迅速、大量繁殖，达到生物增浓，强化微生物活性与菌群数量的目的，提高单位体积的COD及氨氮的去除效率，提高目标污染物的降解效果。

沉淀池中的污泥大部分回流到脱氮池反硝化去除总氮、补充生化池前部分流失的污泥，维持系统的高效稳定运行，小部分剩余污泥排入污泥浓缩池。

水解酸化池后的生化池内均含条带式生物载体，内部竖状的条带式生物载体能有效吸附活性污泥中的微生物，在条带式生物载体的内表面和外表面分别形成生物膜，在曝气情况下，较厚的生物膜将由外至内形成好氧区、缺氧区和厌氧区，多种类型微生物并存，利用不同的代谢途径分解去除有机污染物(COD)。条带式生物载体挂膜饱和后，生化池内的悬浮态微生物也同时存在，总的污泥浓度可达15～25g/L，处理效果优异，能耐受2000～3000mg/L COD、80～300mg/L NH₃-N的难降解化工废水水质。在生化池上出水口都设置有钢丝网，防止系统运行时间很久后条带式生物载体磨损掉落堵塞出水口。在生化池下出水口有针对性的布置曝气管，为防止有曝气死角产生池底设置大于45度倒角。在系统中容易产生臭气的位置都做了加盖处理并预留废气收集口。

本发明的高盐有机化工废水的生物增浓处理方法及生物增浓装置，可以完成对含高盐有机化工废水处理达标排放的目的，具有下列优点：

(1)装置采用一体化结构设计，占地面积小，管理方便，集约化程度高。

(2)采用新型条带式生物载体，流化动力低、流化载体固着微生物量大、传质快、反应效率更高，运行过程中每个都存在着良好的好氧、缺氧、厌氧环境，并具有同步脱氮的效果。

(3)系统运行过程中投加MKNC-001高效菌种可以培养不同特效优势菌种，微生物能较快适应高盐环境而得到迅速、大量繁殖，达到生物增浓，强化微生物活性与菌群数量。

(4)生化系统采用条带式载体，载体上下均固定，整个载体做左右摇摆运动，减少高盐废水对条带式生物载体金属支架的腐蚀。在生化池下出水口有针对性的多布置曝气管并设置大于45度倒角，防止有曝气死角产生、污泥沉淀后堵塞出水口。

(5)生化系统采用充氧效率高的旋混曝气器。

(6)在处理废水的同时考虑到了废气的处理，为以后的污染治理打下良好的基础。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1－调质池，2－引水器，3－废水提升泵，4－电磁流量计，5－开孔布水管，6－水解酸化池，7－脉冲布水器，8－废气收集口，9－脱氮池，10－旋混曝气器，11－脱碳池，12－钢丝网，13－第一硝化池，14－第二硝化池，15－条带式生物载体，16－沉淀池，17－污泥泵，18—布水管。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

硝化菌种MKNC-001，购自煤科集团杭州环保研究院有限公司；

好氧菌种MKNC-002，购自煤科集团杭州环保研究院有限公司；

条带式生物载体为亲水性高聚物，型号NC-50ppi，购自煤科集团杭州环保研究院有限公司。

如图1所示的一种生物增浓装置，该装置依次由调质池1、水解酸化池6、生化池、和沉淀池16组成，调质池与水解酸化池之间的管路上设有废水提升泵2，废水提升泵的进水口之前的管路上安装有引水器2，水解酸化池为密封结构，水解酸化池顶部设有脉冲布水器7以及废气收集口8，脉冲布水器7的一端深入水解酸化池底部并连接有呈伞形的布水管18，废水提升泵的出水口与脉冲布水器7管路连接，该段管路上设有电磁流量计4。

所述的呈伞形的布水管的结构是：主管道水平设置，主管道下方平行的设置一根支撑管，主管道与支撑管之间在竖直方向上设有多个分支管道，分支管道中部设有两个带有出水口的弯管，两个弯管位于分支管道的两侧，弯管外套置一伞形罩体，伞形罩体用于缓冲水流的上升流速，支撑管用于对布水管的固定、避免布水管被水流冲断。采用内部十字型外加伞形的布水管，能够有效均匀布水。

生化池由脱氮池9、脱碳池11、第一硝化池13、第二硝化池14组成，所述脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池和沉淀池为一体式结构，分别由一个长方形池体依次分隔而成，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的中间层设置条带式生物载体15，条带式生物载体的上下两端由格网限位，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的底部安装有旋混曝气器10，脱氮池和脱碳池之间、第一硝化池和第二硝化池之间的隔板底部开透水口，脱碳池和第一硝化池之间、第二硝化池和沉淀池之间的隔板顶部开透水口，各透水口处安装钢丝网12。沉淀池外连接有污泥泵17，污泥泵的进口与沉淀池底部相连通。

条带式生物载体填料为海绵状，空隙率90％以上，在本实施例中设置成螺旋条带式，因此微生物附着度高，高氨氮废水使用该填料硝化效率最高可达96％。

一种高盐有机化工废水的生物增浓处理方法，该方法是：经过预处理后的污水进入调质池1，补充适当的C、N、P进行营养配置，以满足活性污泥生长的最佳C/N/P配比100～300:5:1。调质后的混合废水由废水提升泵3打入生化池，通过脉冲布水器7进入水解酸化池6，利用厌氧菌开环断键，将废水中有机物进一步转化成小分子有机物，如乙酸、丙酸、丁酸和醇类，大部分有机物得以去除。水解出水重力流入脱氮池9，在脱氮池9中反硝化细菌将第一硝化池、第二硝化池回流过来的硝酸盐、亚硝酸盐反硝化生成氮气，而后废水流入脱碳池11，在脱碳池11中利用好氧菌的生物降解作用，废水中的有机物一部分转化成细胞物质，另一部分通过新陈代谢转化成二氧化碳和水；经过脱碳的废水由脱碳池11自流进入第一硝化池13和第二硝化池14中，在第一硝化池13和第二硝化池14中硝化细菌则将废水中的氨氮硝化生成硝酸盐、亚硝酸盐。

水解酸化池内，水力停留时间为2d；脉冲布水器的布水水力压力为7公斤，水解酸化池内厌氧污泥浓度为12.5g/L，二沉池停留时间为4h。脱氮池内的条带式生物载体填充比45％，水力停留时间10h，污泥停留时间10d，回流比4:1，溶解氧1.2mg/L，pH7.5。脱碳池内水力停留时间为10h，污泥停留时间6d，脱碳池内含条带式生物载体，溶解氧3.8mg/L，pH8.0，脱碳池内投加好氧菌种，投加量为每方水投加0.16kg。第一硝化池和第二硝化池内水力停留时间为3小时，投加硝化菌种，投加比为每方水投加0.07kg。

为保证生化段的降解效率，必须满足一定的生物数量(污泥浓度至少大于6g/L)，通过不同的生境培养不同适应能力的优势菌种，由于高密度生物反应装置中配置有条带式生物载体，为细菌提供了良好的附着载体条件，极大地丰富了微生物种类和浓度；可同时为微生物提供三种不同的生长环境，即条带式生物载体外部的好氧区、中部的兼氧区及内部微厌氧区，不同区域和位置中固定有不同的优势菌种，分别完成各自的功能，稳定性较好。废水经生化处理后自流进入二沉池16完成泥水分离，沉淀污泥大部分经污泥泵17回流入脱碳池11中补充生化前段的需要，少部分进入污泥浓缩池，出水经标准化排放口实现达标排放。

为证明效果，取某化工制药废水进行生物增浓处理，进水的某化工制药废水(高盐化工废水)盐度约为13000mg/L。具体进出水情况见表1。

表1.某化工制药废水经该系统处理前后的水质变化

结论：本发明的工艺出水满足COD≤300mg/L，NH₃-N≤15mg/L。整套装置包含脱氮和脱碳系统，专门应对高盐高氨氮的难降解有机废水的处理，利用专用菌种MKNC001和MKNC002进行COD和氨氮的去除，COD去除率达91％。。其他系统及菌种再高盐废水中的氨氮耐受度一般不超过100mg/L，本发明装置的氨氮处理浓度可高达300mg/L，且出水氨氮稳定在15mg/L以内。同时，在高氨氮条件下，脱碳池的污泥浓度可达17.5g/L，远远高于普通活性污泥法中的污泥浓度，丰富的微生物菌落能更好的通过多种途径实现对有机污染物的分解，同时在高盐高氨氮条件下去除一些难降解污染物。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种生物增浓装置，其特征在于：该装置依次包括调质池、水解酸化池、生化池、和沉淀池，调质池与水解酸化池之间的管路上设有废水提升泵，废水提升泵的进水口之前的管路上安装有引水器，水解酸化池为密封结构，水解酸化池顶部设有脉冲布水器以及废气收集口，脉冲布水器的一端深入水解酸化池底部并连接有呈伞形的布水管，废水提升泵的出水口与脉冲布水器管路连接，该段管路上设有电磁流量计，生化池内安装有旋混曝气器和条带式生物载体，沉淀池外连接有污泥泵，污泥泵的进口与沉淀池底部相连通；所述的呈伞形的布水管的结构是：主管道水平设置，主管道下方平行的设置一根支撑管，主管道与支撑管之间在竖直方向上设有多个分支管道，分支管道中部设有两个带有出水口的弯管，两个弯管位于分支管道的两侧，弯管外套置一伞形罩体。

2.根据权利要求1所述的生物增浓装置，其特征在于：所述生化池由脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池组成，所述脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池和沉淀池为一体式结构，分别由一个长方形池体依次分隔而成，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的中间层设置条带式生物载体，条带式生物载体的上下两端由格网限位，脱氮池、脱碳池、第一硝化池、第二硝化池内的底部分别安装有旋混曝气器，脱氮池和脱碳池之间、第一硝化池和第二硝化池之间的隔板底部开透水口，脱碳池和第一硝化池之间、第二硝化池和沉淀池之间的隔板顶部开透水口， 各透水口处安装钢丝网。

3.根据权利要求2所述的生物增浓装置，其特征在于：脱碳池和第一硝化池之间、第二硝化池和沉淀池之间的隔板位于透水口两侧处设有L形存水槽。

4.根据权利要求1所述的生物增浓装置，其特征在于：条带式生物载体为亲水性高聚物，厚度0.5~3cm，宽5~30cm，长宽比10~25，采用上下固定模式，整个载体在曝气和水流流动作用下呈摇摆状态。

5.一种高盐有机化工废水的生物增浓处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

a、经过预处理后的污水进入调质池，补充适当的C、N、P进行营养配置，以满足活性污泥生长的最佳C/N/P配比100~300:5:1，调质后的混合废水由废水提升泵并经由脉冲布水器进入水解酸化池底部，水解出水重力流入脱氮池，在脱氮池中反硝化细菌将硝化池回流过来的硝酸盐、亚硝酸盐反硝化生成氮气，而后废水流入脱碳池，利用好氧菌的生物降解作用，废水中的有机物一部分转化成细胞物质，另一部分通过新陈代谢转化成二氧化碳和水；经过脱碳的废水由脱碳池自流依次进入第一硝化池和第二硝化池中，在第一硝化池和第二硝化池中硝化细菌则将废水中的氨氮硝化生成硝酸盐、亚硝酸盐，废水经生化处理后自流进入二沉池完成泥水分离，沉淀污泥大部分经污泥泵回流入脱碳池补充生化前段的需要，少部分进入污泥浓缩池，出水经标准化排放口实现达标排放。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所处理的高盐化工废水盐度为8000~15000mg/L。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：水解酸化池内，水力停留时间为2~4d；脉冲布水器的布水水力压力为5~10公斤，水解酸化池内厌氧污泥浓度为10~20g/L，二沉池停留时间为3~8h。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：脱氮池内的条带式生物载体填充比30~55%，水力停留时间8~16h，污泥停留时间5~10d，回流比2:1~5:1，溶解氧0.5~1.5mg/L，pH 7~8.5。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：脱碳池内水力停留时间为4~18h，污泥停留时间3~7d，脱碳池内含条带式生物载体，溶解氧2~6mg/L，pH7~8.5，脱碳池内投加好氧菌种，投加量为每方水投加0.05~0.2kg。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：第一硝化池和第二硝化池内水力停留时间为1.5-4小时，投加硝化菌种，投加比为每方水投加0.03~0.1kg。