CN105948412B

CN105948412B - Fbr-uasb-a/obr处理工业废水的组合工艺

Info

Publication number: CN105948412B
Application number: CN201610485596.8A
Authority: CN
Inventors: 金建祥; 李朝霞; 丁成; 张文杰; 甘永航; 周佳玮
Original assignee: Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Jiangsu xindingfeng Environmental Protection Technology Co., Ltd
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2019-03-29
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: CN105948412A

Abstract

本发明提供了FBR‑UASB‑A/OBR处理工业废水的组合工艺，该组合工艺包括调节池、芬顿流化床、脱气中和池、混凝沉淀池、上流式厌氧污泥床和厌氧/好氧折流板反应器；各单元经水管依次连接，对工业废水进行处理。本发明工艺优化，路线清晰简洁；整体COD去除率≥95％，有机特征污染物的去除率≥95％，运行管理方便，工艺稳定，投资运行费用低。

Description

FBR-UASB-A/OBR处理工业废水的组合工艺

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法，具体涉及工业废水处理的工艺方法，属于废水处理技术领域。

背景技术

一般工业废水具有水量水质变化大、可生化性差、难以降解的特征以及污染物复杂多样等特点，一般根据实际废水的水质采取适当的预处理方法，如絮凝、微电解、吸附、光催化等工艺，破坏废水中难降解有机物、改善废水的可生化性，再联用生物方法，如ABR、SBR、A/O工艺等，对工业废水进行处理。目前国内外对处理工业废水工艺的研究也趋向于采用多种方法的组合工艺。

从现有的专利资料来看，中国专利“好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺（CN200310121766.7）”虽然效果很好，但在一定程度上会提高装置的成本，且好氧-厌氧反复耦合不利于微生物的绝对厌氧环境，生物处理效率不高。专利“一种折流板反应器及其处理污水的方法（CN200610012070）”和专利“一体式高浓度有机废水处理装置（CN200310100513.1）”涉及厌氧过程和好氧过程的多次耦合，增加了设备的复杂程度和运行管理的难度，而且没有高级氧化过程。

目前，现有的工业废水的处理工艺存在处理成本高，难降解有机污染物去除效率不高，工艺运行不稳定，处理效果不理想，不能满足环保要求等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种工艺流程优化合理、难降解有机污染物处理效率高、处理效果稳定且经济合理的工业废水处理的工艺方法。

技术方案：为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：FBR-UASB-A/OBR处理工业废水的组合工艺，该组合工艺是联合使用芬顿流化床（FBR）、上流式厌氧污泥床（UASB）和厌氧/好氧折流板反应器（A/OBR）对工业废水进行处理；组合工艺包括调节池、芬顿流化床、脱气中和池、混凝沉淀池、上流式厌氧污泥床和厌氧/好氧折流板反应器，经水管依次连接。

该工艺包括以下操作步骤：

（1）工业废水经预处理后，进入调节池；

（2）经调节后废水由进水泵输送入芬顿流化床，通过加药系统向芬顿流化床中分别加入H₂SO₄溶液、FeSO₄溶液和H₂O₂溶液，通过回流泵将部分出水回流进芬顿流化床内，使芬顿流化床内呈现流化态；

芬顿流化床的氧化塔为圆筒形，两块筛板把氧化塔自下而上分为进水布水区、芬顿氧化区和出水区；芬顿氧化区加有填料；循环装置连接了出水区和氧化塔的进水口；通过芬顿氧化区的芬顿反应，去除废水中部分COD及大部分的难降解有机污染物；

（3）芬顿流化床出水进入脱气中和池，通过搅拌脱去少量气体，加入NaOH溶液，调节废水的pH值；

（4）脱气中和池出水进入混凝沉淀池，通过混凝剂加药系统加入混凝剂，并控制搅拌速度形成大的絮体；再进入沉淀部分，形成的大的絮体在沉淀区中实现沉淀分离，沉淀污泥经污泥处理系统处理；

（5）混凝沉淀池出水经泵注入上流式厌氧污泥床，废水由反应器下部进入后，向上经过污泥床区、悬浮污泥区、三相分离器，然后出水，沼气通过气室排出；通过厌氧微生物的作用去除废水中部分COD及难降解有机污染物，进一步降低废水的SS；控制水力停留时间为12～36 h；污泥床区颗粒污泥由厌氧污泥驯化而来；

（6）上流式厌氧污泥床出水进入厌氧/好氧折流板反应器，首先在厌氧段（ABR）利用厌氧微生物进行厌氧生物处理，厌氧段采用的是箱笼式ABR反应器；随后废水折流进入好氧段（OBR），利用好氧微生物进行好氧生物处理，好氧段采用折流型式，在具体反应区域设置曝气装置，使得其中的溶解氧大于2.0 mg/L；

（7）厌氧/好氧折流板反应器处理后的废水经二沉池沉淀后出水。

进一步地，调节池的下部设有微孔曝气装置，调节废水的水质水量；经调节后的工业废水水质指标：COD为5000~6000 mg/L、SS 为150～300mg/L，氯苯类为60~80 mg/L。

进一步地，芬顿流化床的填料采用石英砂，石英砂的粒径在0.5~1.5 mm。

进一步地，芬顿流化床处理过程中，H₂O₂与COD以mg/L计比值为2~4：1，H₂O₂与 Fe²⁺的摩尔比为 3~5:1，废水在芬顿氧化区的平均停留时间控制在0.5~1.5小时，通过加药系统和在线pH计调节芬顿流化床中废水的pH值，使其维持在3.0~4.0之间。

进一步地，上流式厌氧污泥床，其设计容积负荷为10~12 kgCOD/（m³·d）。

进一步地，厌氧/好氧折流板反应器，其厌氧段（ABR）采用的是箱笼式ABR反应器，由3～6个隔室组成，每个隔室包括上向流格室和下向流格室，上向流格室和下向流格室的容积比为3～5：1，在上向流格室中设有箱笼，在箱笼中装填填料，在隔室顶部设有传动装置，传动装置通过钢索与箱笼相连；通过传动装置改变箱笼在上向流格室中的上下位置。

进一步地，箱笼式ABR反应器，其箱笼由不锈钢栅条制成，为长方体形状；箱笼的长度和宽度均小于上向流格室的长度和宽度，高度为上向流格室有效高度的35～50%，箱笼与上向流格室的壁面相距小于5mm；不锈钢栅条之间的网格尺寸小于填料的最小尺寸；填料为悬浮填料，密度在0.90～0.96 g/cm³，填料直径10～25mm，材质为聚丙烯或聚乙烯。

进一步地，箱笼式ABR反应器，其启动方法是将接种污泥接种至上述箱笼式ABR反应器中，泵入已加热至35℃的待处理污水，使污泥的浓度为10～15 g/L，再将箱笼装满填料，调节反应器中的水力停留时间为6～24h；启动初期，将箱笼置于上向流格室的下部，待上向流格室下部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入中期；启动中期，将箱笼置于上向流格室的中部，待上向流格室中部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入后期；启动后期，将箱笼置于上向流格室的上部，直至启动完成；启动初期、启动中期和启动后期的时间分配以天计，比值为3：4：5、3：5：4、5：4：4或5：4：3。

基本原理简述如下。

1、芬顿流化床（FBR）工作原理

（1）废水进入芬顿流化床的芬顿氧化区，同时通过加药系统向芬顿流化床中分别加入H₂SO₄溶液、FeSO₄溶液和H₂O₂溶液，通过回流泵将出水部分地回流进芬顿流化床内，使芬顿流化床内呈现流化态，通过芬顿反应去除废水的部分COD和大部分的难降解的有机污染物（即难以生物降解的有机污染物，又称特征污染物或特征有机污染物）。

芬顿流化床法的原理：利用载体作为结晶核种，待处理的废水及添加药剂是由芬顿流化床底部进入并向上流动。外接有出水回流管路，用以调整进流水过饱和度及达到载体上流速度使载体表面形成稳态结晶体，当晶体粒径达2.5 mm~3 mm后，排出槽外进行回收再利用。芬顿流化床法利用流化床的模式使Fenton法所产生的三价铁大部份得以结晶或沉淀，披覆在流体床的载体表面上，是一项结合了同相化学氧化（Fenton法）、异相化学氧化（H₂O₂/FeOOH）、流化床结晶等功能的新技术。这项技术将传统的Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可减少采用传统Fenton法而产生大量的化学污泥，同时在载体表面形成的铁氧化物具有异相催化的效果，而流化床的模式亦促进了化学氧化反应及传质效率，使COD去除率提升。其反应后的出流水经pH值调整后会产生含铁污泥。含铁污泥比传统芬顿氧化减少70%，也减少H₂O₂用药的浪费，同时可利用双氧水加药量调整，调整COD去除量，实现有效控制废水的COD的降低，是废水处理达标排放的保障。同时芬顿法作为高级氧化的一种，本发明主要利用芬顿法来除废水的大部分的难以生物降解的有机污染物，高效地使得难降解有机污染物断链、开环、分解成小分子有机物，提高废水的可生化性，易于在后续的生物处理单元进行进一步处理。

2、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）工作原理

上流式厌氧污泥床反应器（UASB）厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物—沼气、水等无机物。UASB由污泥床区、悬浮污泥区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室几部分组成。污水自下而上通过，反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。这个厌氧过程是严格意义上的绝对厌氧过程，生物作用过程没有氧气参与，培养的厌氧菌占优势。厌氧菌形成颗粒污泥对废水中COD和难降解的有机污染物起主要去除作用，且去除效率高。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。

UASB 负荷能力很大，适用于高浓度有机废水，例如化工废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。UASB反应器的基本特征是不用吸附载体，就能形成沉降性能良好的颗粒污泥，保持反应器内高浓度的微物，因而可以承受较高的COD负荷，COD去除率可达90%以上。与其他厌氧生物反应器相比，UASB的特点：（1）构造简单巧妙，反应器内可培养出厌氧颗粒污泥，实现了污泥泥龄（SRT）与水力停留时间（HRT）的分离，因而污泥床内生物量多，折合浓度计算可达20~30g/L；（2）容积负荷率高，在中温发酵条件下，一般可达10kgCOD/（m³·d）左右，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。（3）UASB反应器对各类废水有很大的适应性，能耗低，产泥量少。不足之处是不能去除废水中的氮和磷。

3、厌氧/好氧折流板反应器（A/OBR）工作原理

厌氧/好氧折流板反应器由厌氧段（ABR，箱笼式ABR反应器）与好氧段（OBR，好氧折流式反应区）组成。

在箱笼式ABR反应器的上向流格室中设置箱笼，在箱笼中装填填料，在格室旁边设置传动装置，向上或向下移动箱笼，形成有填料层的移动床，待处理废水由进水口进入反应器，依次经过隔室，经处理后由出水口出水。在传统ABR反应器的基础之上，结合移动床生物膜技术，而且为了使移动床的位置和运行可控，增加了箱笼和隔室顶上的传动装置。在反应器的上向流格室中加入填料，目的就是要在填料上挂生物膜，形成厌氧悬浮污泥与生物膜联合作用，总体上增加反应器内污泥浓度，使反应器能承受更高的COD处理负荷，提高生物处理效率。箱笼的设置与控制，使得整个启动培养过程中，填料与 ABR中接种污泥充分接触，这样就起到了加速ABR的启动过程的作用，实现缩短启动时间的效果。箱笼顶部的栅条网格起到截留填料的作用，不让填料流失到下一隔室；同时箱笼填料层居于上向流格室上部的时候，也对悬浮厌氧污泥有截留作用，减少流失量，维持高的悬浮污泥浓度，提高生物处理效率。好氧折流式反应区设置有悬挂的挂膜填料，采用生物工程技术，筛选、驯化并构建出能降解工业废水中常见的有机特征污染物的优势菌群，并将优势菌群固定在好氧区。保持好氧折流式反应区的高的生物量，因而提高生物处理效率。

ABR与OBR中厌氧、好氧过程的交替可以实现脱氮除磷。OBR中的好氧过程可以大幅去除废水中COD及氨氮、总磷，废水经沉淀后能实现达标排放。

本发明的工艺方法适合于化工废水等含有难降解的有机特征污染物的工业废水的处理，废水中COD和难降解的有机污染物的总去除率大于95%，出水水质能满足环保上的要求。

有益效果：与现有的工艺相比本发明具有以下有益效果。

1、本发明提供了一种不同构思的组合工艺。

2、工艺优化，路线清晰简洁；生化出水经物化处理（芬顿流化床IFBR），再进行生化处理（绝对厌氧的UASB反应器+箱笼式ABR反应器+OBR好氧生物处理），最后经沉淀后出水，工艺组成合理，将生化处理和物化处理有序有机地结合，三个主体处理单元FBR、UASB和A/OBR相互支持。

3、本发明提供的工艺能够对一般工业废水进行有效的处理，能取得很好的处理效果，满足环保上的要求。本发明提供的工艺，整体COD去除率≥95％，有机特征污染物去除率≥95％，运行管理方便，工艺稳定，投资运行费用低。克服了处理成本高，难降解有机污染物效率不高，工艺运行不稳定，处理效果不理想，不能满足环保要求等不足。

4、本发明提供的工艺，其中芬顿流化床的同相及异相的催化反应，产生的含铁污泥比传统芬顿氧化减少70%，也减少H₂O₂用药的浪费，同时可利用双氧水加药量调整，调整COD去除量，实现有效控制废水的COD的降低，保障出水水质。芬顿流化床的由芬顿氧化与微电解反应有机结合，尤其是高效地使得难降解有机污染物断链、开环、分解成小分子有机物。与同容积和处理量的普通芬顿流化床相比，在进水各项指标和所加药剂量相同的情况下，可对难生物降解的有机污染物的去除率提高10%，进一步提高废水的可生化性。

5、本发明提供的工艺，其中箱笼式ABR反应器的采用，加快了厌氧的启动时间，提高了对有机物的去除效率。与传统ABR反应器相比，本发明中填料与接种污泥充分接触，在填料上挂生物膜，并及时升高箱笼的高度，在反应器中部和上部也形成生物膜，大大缩短了ABR的启动时间，一般可缩短10%左右的启动时间。

附图说明

图1为本发明提供的FBR-UASB-A/OBR处理工业废水的组合工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：

某化工企业产生的综合废水需要进行处理，处理前的进水浓度COD≤6000mg/L,pH 6.5～8.5，SS≤300mg/L，NH₃-N≤100mg/L, TP≤2.5mg/L，特征污染物浓度氯苯类≤80mg/L。出水要求达到《江苏省化学工业主要水污染物排放标准》（DB32/939-2006）二级标准。出水指标要求COD≤120mg/L, pH 6.5～8.5，SS≤150mg/L，NH₃-N≤25mg/L, TP≤1.0mg/L，特征污染物浓度氯苯类≤1.0 mg/L。

采用附图1中的组合工艺，联合使用芬顿流化床（FBR）、上流式厌氧污泥床（UASB）和厌氧/好氧折流板反应器（A/OBR）对化工废水进行处理；包括调节池、芬顿流化床、脱气中和池、混凝沉淀池、上流式厌氧污泥床、厌氧/好氧折流板反应器，经水管依次连接。

该工艺包括以下操作步骤：

（1）化工废水经预处理后，进入调节池；

（2）经调节后废水由进水泵输送入芬顿流化床，通过加药系统向芬顿流化床中分别加入H₂SO₄溶液、FeSO₄溶液和H₂O₂溶液，通过回流泵将部分出水回流进芬顿流化床内，使芬顿流化床内呈现流化态；芬顿流化床的氧化塔为圆筒形，两块筛板把氧化塔自下而上分为进水布水区、芬顿氧化区和出水区；芬顿氧化区加有填料；循环装置连接了出水区和氧化塔进水口；通过芬顿氧化区的芬顿反应和去除废水中部分COD及大部分的难降解有机污染物；

（5）混凝沉淀池出水经泵注入上流式厌氧污泥床，废水由反应器下部进入后，向上经过污泥床区、悬浮污泥区、三相分离器，然后出水，通过厌氧微生物的作用去除废水中部分COD及难降解有机污染物，进一步降低废水的SS；控制水力停留时间为24 h；污泥床区颗粒污泥由厌氧污泥驯化而来；

（6）上流式厌氧污泥床出水进入厌氧/好氧折流板反应器，首先在厌氧段利用厌氧微生物进行厌氧生物处理，厌氧段采用的是箱笼式ABR反应器；随后废水折流进入好氧段（OBR），利用好氧微生物进行好氧生物处理，好氧段采用折流型式，在具体反应区域设置曝气装置，使得其中的溶解氧大于2.0 mg/L；

废水经过进水泵输送入芬顿流化床进水区，通过底层筛板布水；废水进入芬顿流化床芬顿氧化区，同时通过加药系统向芬顿流化床中分别加入H₂SO₄溶液、FeSO₄溶液和H₂O₂溶液，通过回流泵将出水槽中的水部分地回流进芬顿流化床内，使芬顿流化床内呈现流化态，通过芬顿反应去除废水中部分COD和大部分氯苯类有机污染物。芬顿流化床处理过程中，H₂O₂与COD的浓度比（mg/L）为2.5：1，H₂O₂与 Fe²⁺的摩尔比为 4:1，废水在芬顿氧化区的平均停留时间控制在1小时，通过加药系统和在线pH计调节芬顿流化床中废水的pH值，使pH值维持在3.0～4.0之间。

上流式厌氧污泥床的设计容积负荷为11 kgCOD/（m³·d）。

箱笼式移动床改进型ABR反应器，由4个隔室组成，每个隔室又分为上向流格室和下向流格室，上向流格室和下向流格室的容积之比为3：1，其中，在上向流格室中设置箱笼，在箱笼中装填填料，在上向流格室顶部设有传动装置，传动装置通过钢索与箱笼相连，可控制箱笼向上或向下移动，形成有填料层的移动床。上向流格室底部设有回流反冲管，依次经过4个隔室，经处理后出水。箱笼由不锈钢栅条制成，呈长方体形状，箱笼的长度和宽度略小于上向流格室的长度和宽度，高度为上向流格室4的有效高度的35%。箱笼内填满填料，填料采用Kaldnes悬浮填料，密度为0.95 g/cm³，填料直径为10mm，材质为聚乙烯。

箱笼式ABR反应器的启动方法是将接种污泥接种至上述箱笼式ABR反应器中，泵入已加热至35℃的待处理污水，使污泥的浓度为15 g/L，再将箱笼装满填料，启动初期，将箱笼置于上向流格室下部，待上向流格室下部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入中期；启动中期，将箱笼置于上向流格室中部，待上向流格室中部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入后期；启动后期，将箱笼置于上向流格室上部，直至启动完成；启动初期、启动中期和启动后期的时间分配以天计，比值为5：4：4。控制反应器中的水力停留时间为12～18h；进水COD逐步升为1000mg/L，控制反应器中的水力停留时间为18h，逐步减少水力停留时间到12h。经组合工艺处理后，出水指标COD≤80mg/L, pH 6.5～8.5，SS≤50mg/L，NH₃-N≤20mg/L, TP≤1.0mg/L，特征污染物浓度氯苯类≤0.8mg/L。主要指标各单元处理效果见下表。

表1 主要指标各单元处理效果一览表

Claims

1.FBR-UASB-A/OBR处理工业废水的组合工艺，其特征在于：该组合工艺是联合使用芬顿流化床、上流式厌氧污泥床和厌氧/好氧折流板反应器对工业废水进行处理；所述的组合工艺包括调节池、芬顿流化床、脱气中和池、混凝沉淀池、上流式厌氧污泥床和厌氧/好氧折流板反应器，经水管依次连接；

该工艺包括以下操作步骤：

（1）工业废水经预处理后，进入调节池；

所述的芬顿流化床的氧化塔为圆筒形，两块筛板把氧化塔自下而上分为进水布水区、芬顿氧化区和出水区；芬顿氧化区加有填料；循环装置连接了出水区和氧化塔的进水口；通过芬顿氧化区的芬顿反应，去除废水中部分COD及大部分的难降解有机污染物；

（6）上流式厌氧污泥床出水进入厌氧/好氧折流板反应器，首先在厌氧段利用厌氧微生物进行厌氧生物处理，厌氧段采用的是箱笼式ABR反应器；所述的箱笼式ABR反应器由3～6个隔室组成，每个隔室包括上向流格室和下向流格室，上向流格室和下向流格室的容积比为3～5：1，在上向流格室中设有箱笼，在箱笼中装填填料，在隔室顶部设有传动装置，传动装置通过钢索与箱笼相连；通过传动装置改变箱笼在上向流格室中的上下位置；

所述的箱笼由不锈钢栅条制成，为长方体形状；箱笼的长度和宽度均小于上向流格室的长度和宽度，高度为上向流格室有效高度的35～50%，箱笼与上向流格室的壁面相距小于5mm；不锈钢栅条之间的网格尺寸小于填料的最小尺寸；所述填料为悬浮填料，密度在0.90～0.96 g/cm³，填料直径10～25mm，材质为聚丙烯或聚乙烯；

所述的箱笼式ABR反应器的启动方法是将接种污泥接种至上述ABR反应器中，泵入已加热至35℃的待处理污水，使污泥的浓度为10～15 g/L，再将箱笼装满填料，调节反应器中的水力停留时间为6～24h；启动初期，将箱笼置于上向流格室的下部，待上向流格室下部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入中期；启动中期，将箱笼置于上向流格室的中部，待上向流格室中部悬浮厌氧污泥和生物膜的量增加后，进入后期；启动后期，将箱笼置于上向流格室的上部，直至启动完成；启动初期、启动中期和启动后期的时间分配以天计，比值为3：4：5、3：5：4、5：4：4或5：4：3；

随后废水折流进入好氧段，利用好氧微生物进行好氧生物处理，好氧段采用折流型式，在具体反应区域设置曝气装置，使得其中的溶解氧大于2.0 mg/L；

2.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：所述的调节池的下部设有微孔曝气装置，调节废水的水质水量；经调节后的工业废水水质指标：COD为5000~6000 mg/L、SS 为150～300mg/L，氯苯类为60~80 mg/L。

3.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：芬顿流化床的芬顿氧化区的填料采用石英砂，所述的石英砂的粒径在0.5~1.5 mm。

4.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：芬顿流化床在其处理过程中，H₂O₂与COD以mg/L计比值为2~4：1，H₂O₂与 Fe²⁺的摩尔比为 3~5:1，废水在芬顿氧化区的平均停留时间控制在0.5~1.5小时，通过加药系统和在线pH计调节芬顿流化床中废水的pH值，使其维持在3.0~4.0之间。

5.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：上流式厌氧污泥床的设计容积负荷为10~12 kgCOD/（m³·d）。