CN109020049A - 实验室综合废水处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实验室综合废水处理系统，包括依次贯通的预处理单元、中和调节池、水解酸化池、好氧MBBR池、沉淀池以及消毒池，所述好氧MBBR池内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，其中预处理单元包括4个处理通道，分别是高浓度有机废液通道、一般实验室废水通道、重金属离子废水通道以及厕所废水通道。本发明得到的实验室综合废水处理系统及方法，采用“分类收集+水解酸化+好氧MBBR+二氧化氯消毒处理工艺”。本方法可以大大提高实验室废水的处理效果，并降污水处理设施建设和运行成本，是一种值得推广的实验室废水处理新工艺。

Description

实验室综合废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术领域，特别是实验室综合废水处理系统及方法。
背景技术
近年来随着高校的不断新建和扩招，学生人数也不断增涨，生物化学实验室数量随之增加，实验室排放的废水量日益增多。实验室排放的废水成分相当复杂，含有有机物、无机盐、病原体(寄生虫卵、病原菌、病毒等)、漂浮及悬浮物、酸碱、重金属离子等。该类废水具有水量较小、排放周期不定、水质成分复杂的特点，这些废水不经过处理直接排入地表水域，势必造成周边水体的严重污染，危害周围人民群众的身体健康。根据国家环境保护总局环办(2004)15号文“关于加强实验室类污染环境监管的通知”，我国已将实验室、化验室、试验场的污染纳入环境监管范围，实验室废水需治理达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级标准后，方可纳入城市污水管网。
实验室废水处理系统必须具备灵活多样的处理工艺，而且对系统的处理效率和次生污染要求极为严格，目前行业内用于该类废水处理的方法还比较原始、技术手段单一，次生污染多，结构复杂且占地面积大，环境友好性差，尚无专门应对此类废水处理需求的行之有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种经济、高效、节能、环保，适用于生物化学实验室废水的实验室综合废水处理系统及方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的实验室综合废水处理系统，包括依次贯通的预处理单元、中和调节池、水解酸化池、好氧MBBR池、沉淀池以及消毒池，所述沉淀池与好氧MBBR池之间设有污泥回流管，其中预处理单元包括4个处理单元，分别是高浓度有机废液处理单元、一般实验室废水处理单元、重金属离子废水处理单元以及厕所废水处理单元，所述一般实验室废水处理单元包括第一格栅井、集水井，所述重金属离子废水处理单元包括去重反应池、污泥池和污泥压滤机，所述厕所废水处理单元包括第二格栅井和化粪池；
所述中和调节池外部设置有酸、碱投加装置以及pH在线监测仪；
所述水解酸化池底部安装有穿孔布水管，内部设置有潜水搅拌机；
所述好氧MBBR池内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，所述球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70％，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5％。
为了处理污泥，所述水解酸化池、好氧MBBR池以及沉淀池同时与化粪池连接。
为了循环处理废水，所述污泥压滤机与集水井相连接。
所述第一格栅井的格栅栅距为5毫米，材质为塑钢；所述第二格栅井的格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。
其中MBBR池内的球形悬浮生物填料，包括呈球形的壳体，所述壳体内还套接有一个可纵向旋转的圆球体，在圆球体内套接有可横向旋转的椭圆体；所述壳体上分布有镂空的孔洞，所述圆球体上分布有镂空的小孔，所述椭圆体上分布有鳍片，每个鳍片之间分布有通槽。所述壳体、圆球体和椭圆体的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。
所述改性聚丙烯是通过在聚丙烯的表面涂覆上亲水剂制得，所述亲水剂按重量份包括纳米二氧化硅5-10份、烷基酚聚氧乙烯醚10-15份、碳纳米管1-5份、聚氯乙烯10-15份、乙醇50-60份、异丙醇10-15份、水30-40份。所述亲水剂的制备方法是按重量份将纳米二氧化硅5-10份、烷基酚聚氧乙烯醚10-15份、碳纳米管1-5份、聚氯乙烯10-15份、乙醇50-60份、异丙醇10-15份、水30-40份混合搅拌均匀后，静置24小时即可。
所述改性聚乙烯按重量份包括95份聚乙烯和5份改性剂，所述改性剂按重量份包括聚丙烯酸酯50-60份、聚乙二醇20-30份、聚偏氟乙烯10-15份、聚氨酯5-8份、磷酸锆2-3份、稀土1-3份。所述改性剂的制备方法是按重量份将聚丙烯酸酯50-60份、聚乙二醇20-30份、聚偏氟乙烯10-15份、聚氨酯5-8份、磷酸锆2-3份、稀土1-3份放入200-240℃的高温反应炉中，氮气保护下加热1-2h，待冷却后研磨成粉即得。所述改性聚乙烯的制备方法是按重量份将95份聚乙烯和5份改性剂于挤出机中加热熔融挤出，温度为200-220℃。
该球形悬浮生物填料由外至内包括壳体、圆球体和椭圆体，其中圆球体可纵向旋转，椭圆体可横向旋转。通过设置三个球体从而增加填料内部的水体流动性。填料内部水体流动性增加后能有两个有效的作用。第一，增加污水与填料上的生物膜的接触机会，从而增强污水处理效果；第二，使填料内部不容易堵塞，老化的生物膜脱膜容易，延长填料的使用和更换周期。通过设置多个内部结构体，尤其是椭圆体的鳍片，更是提高了填料球的比表面积。
所述壳体、圆球体和椭圆体的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。这是由于聚丙烯和聚乙烯本体是相对疏水的，不利于污水中的微生物附着在上面形成生物膜，因此需要对其进行改性。
所述改性聚丙烯是通过在聚丙烯的表面涂覆上亲水剂制得，所述亲水剂中的烷基酚聚氧乙烯醚作为主要亲水成分，是一种非离子表面活性剂，它具有性质稳定、耐酸碱和成本低等特征。纳米二氧化硅和碳纳米管可以提高强度，聚氯乙烯作为助剂，提高亲水性。乙醇、异丙醇和水作为溶剂。
所述改性聚乙烯将重量份将95份聚乙烯和5份改性剂于挤出机中加热熔融挤出而得，所述改性剂中的聚丙烯酸酯、聚乙二醇和聚氨酯都可以提高聚乙烯的亲水性，聚丙烯酸酯的分子链上含有许多酯基、酯基，具有亲水性。聚乙二醇的链端羟基亲水，链中的醚键也亲水。聚偏氟乙烯可以提高防腐性，磷酸锆则提高强度，稀土作为催化剂，提高改性剂的亲水性。
本发明还公开了一种实验室综合废水处理方法，包括以下步骤：
a)高浓度有机废液处理单元：对实验室产生的有机废液单独收集，对于简单易生化处理的有机废液进行收集储存，后续通过计量泵提升进入中和调节池，提高废水的COD值，使废水中的碳、氮、磷比例更加适合生化处理。高浓度难生化降解的有机废液交由学校危废处置中心集中处置。
b)一般实验室废水处理单元：一般实验室废水经过下水管道收集后进入第一格栅井，隔除大颗粒悬浮物，然后进入集水井，集水井中废水经过提升泵提升进入中和调节池。此处格栅栅距为5毫米，材质为塑钢。
c)重金属离子废水处理单元：将重金属离子废水单独收集，然后进入去重反应池，投加适量的捕重剂，快速搅拌，然后缓慢投加适量的PAM溶液，再慢速搅拌，废水经沉淀后，上清液进入集水井，含重金属的污泥进入污泥池。污泥在浓缩池内浓缩处理，上清液排放至集水井内。浓缩污泥通过污泥泵打入污泥压滤机进行脱水处理，污泥压滤机产生的滤液进入集水井。泥饼干化后交由学校危废处理中心安全处置。
d)厕所废水处理单元：对实验楼的厕所废水进行收集，先经过第二格栅井，隔除大块悬浮物，然后进入化粪池进行厌氧预处理。化粪池处理出水进入集水井。集水井内废水通过提升泵提升进入中和调节池。集水井内设置超声波液位器控制提升泵的启停。此处格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。中和调节池设置酸、碱投加装置、pH在线监测仪。由于试验室排放的废水时而是酸性，时而是碱性，因此需要对废水进行中和调节后方可进入后续生化处理。中和调节池内设置超声波液位器控制提升泵的启停。中和调节池内设置预曝气系统，对废水进行预曝气调节，使废水水质均匀。
e)水解酸化池：中和调节池对高浓度有机废液、重金属离子废水、一般实验室废水及厕所废水进行水质调节、pH值调节。中和调节池内废水通过提升泵提升进入水解酸化池。提升泵流量根据设计进水量确定。水解酸化池底部安装穿孔布水管，使系统进水均匀，并起到一定的水力搅拌作用。水解酸化池内设置潜水搅拌机，对池内的废水进行搅拌，增加水力流动性，提高生化处理效果。废水经过水解酸化池的处理，废水中的大分子有机物水解成小分子易生化降解的有机物，提高废水的可生化性。
f)好氧MBBR池：好氧MBBR池是废水中的污染物去除最主要的场所，废水中的污染物在富氧的条件下，被好氧微生物高效降解。MBBR工艺原理是通过向反应池中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。本系统MBBR池内投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭。球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70％，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5％。好氧MBBR池过水孔设置格栅网防止球形悬浮生物填料流入后面沉淀池。好氧MBBR池内设置曝气装置，另要在池子外部安装鼓风曝气设备。
g)沉淀池：好氧MBBR池出水进入沉淀池。废水在沉淀池内进行泥水分离，上清液进入消毒池，污泥沉淀下来。本系统污泥回流比设置为20-50％。
h)消毒池：沉淀池出水进入消毒池。本系统消毒采用二氧化氯消毒。消毒时间为30分钟。二氧化氯发生器安装在单独的设备间内，设备间需设置通风装置。消毒池出水达标排放或者回用。回用水可用于灌溉学校绿化，或者冲厕所。所述水解酸化池、好氧MBBR池以及沉淀池产生的剩余污泥都进入化粪池第一格。定期用吸粪车抽吸化粪池内的沉渣。
本发明得到的实验室综合废水处理系统及方法，采用“分类收集+水解酸化+好氧MBBR+二氧化氯消毒处理工艺”。本方法可以大大提高实验室废水的处理效果，并降污水处理设施建设和运行成本，是一种值得推广的实验室废水处理新工艺，其有益效果如下：
1、本系统采用一体化集成设计，占地面积小，运行管理方便。
2、将易生化的有机废液加入处理系统处理，节省危废处置费用，降低运行成本。
3、将重金属离子废水单独预处理，节省后续重金属离子污泥处置费，降低运行成本。
4、引入生活污水的重要作用是增加废水的可生化性，同时生活污水中含有大量的氮、磷等营养盐，可以节省后续生化处理单元营养盐的投加量，降低运行成本。
5、采用好氧MBBR池代替传统的好氧池，提高处理效率。MBBR工艺在相同的负荷条件下能比普通工艺节省20-30％的反应容积，因此节省占地面积。
附图说明
图1是实施例1的实验室综合废水处理系统的流程图；
图2是实施例1的球形悬浮生物填料的结构示意图；
图3是实施例1的球形悬浮生物填料中椭圆体的结构示意图。
图中：第一格栅井1、集水井2、中和调节池3、水解酸化池4、好氧MBBR池5、沉淀池6、消毒池7、去重反应池8、污泥池9、污泥压滤机10、第二格栅井11、化粪池12、污泥回流管13、壳体51、圆球体52、椭圆体53、孔洞54、小孔55、鳍片56、通槽57。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的一种实验室综合废水处理系统，包括依次贯通的预处理单元、中和调节池3、水解酸化池4、好氧MBBR池5、沉淀池6以及消毒池7，所述沉淀池6与好氧MBBR池5之间设有污泥回流管13，其中预处理单元包括4个处理单元，分别是高浓度有机废液处理单元、一般实验室废水处理单元、重金属离子废水处理单元以及厕所废水处理单元，所述一般实验室废水通道包括第一格栅井1和集水井2，所述重金属离子废水处理单元包括去重反应池8、污泥池9和污泥压滤机10，所述厕所废水处理单元包括第二格栅井11和化粪池12；
所述中和调节池3外部设置有酸、碱投加装置以及pH在线监测仪；
所述水解酸化池4底部安装有穿孔布水管，内部设置有潜水搅拌机；
所述好氧MBBR池5内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，所述球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70％，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5％。
所述水解酸化池4、好氧MBBR池5以及沉淀池6同时与化粪池12连接。
所述污泥压滤机10与集水井2相连接。
如图2-3所示，所述好氧MBBR池5内部的球形悬浮生物填料，包括呈球形的壳体51，所述壳体51内还套接有一个可纵向旋转的圆球体52，在圆球体52内套接有可横向旋转的椭圆体53；所述壳体51上分布有镂空的孔洞54，所述圆球体52上分布有镂空的小孔55，所述椭圆体53上分布有鳍片56，每个鳍片56之间分布有通槽57；所述壳体51、圆球体52和椭圆体53的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。
所述第一格栅井的格栅栅距为5毫米，材质为塑钢；所述第二格栅井的格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。
一种实验室综合废水处理方法，包括以下步骤：
a)高浓度有机废液处理单元：对实验室产生的高浓度有机废液单独收集，后续通过计量泵提升进入中和调节池3，针对于难生化降解的有机废液交由学校危废处置中心集中处置；
b)一般实验室废水处理单元：一般实验室废水经过下水管道收集后进入第一格栅井1，隔除大颗粒悬浮物，然后进入集水井2，集水井2中废水经过提升泵提升进入中和调节池3；
c)重金属离子废水处理单元：将重金属离子废水单独收集，然后进入去重反应池8，投加捕重剂后快速搅拌，然后缓慢投加PAM溶液，再慢速搅拌，废水经沉淀后，上清液进入集水井2，含重金属的污泥进入污泥池9，污泥在污泥池9内浓缩处理，上清液排放至集水井2内，浓缩污泥通过污泥泵打入污泥压滤机10进行脱水处理，污泥压滤机10产生的滤液进入集水井2，泥饼干化后交由学校危废处理中心安全处置；
d)厕所废水处理单元：对实验楼的厕所废水进行收集，先经过第二格栅井11，隔除大块悬浮物，然后进入化粪池12进行厌氧预处理，化粪池12处理出水进入集水井2，集水井2内废水通过提升泵提升进入中和调节池3；
e)水解酸化池：中和调节池3对高浓度有机废液、重金属离子废水、一般实验室废水及厕所废水进行水质调节、pH值调节，废水经过水解酸化池4的处理，废水中的大分子有机物水解成小分子易生化降解的有机物；
f)好氧MBBR池：废水进入好氧MBBR池5来继续降解未能彻底去除的污染物，其中废水中的污染物在富氧的条件下，被好氧微生物高效降解；
g)沉淀池：好氧MBBR池5出水进入沉淀池6，废水在沉淀池6内进行泥水分离，上清液进入消毒池7，污泥沉淀下来，污泥回流比设置为20-50％；
h)消毒池：沉淀池6出水进入消毒池7，消毒池7采用二氧化氯消毒，消毒时间为30分钟，消毒池出水达标排放或者回用。
所述水解酸化池4、好氧MBBR池5以及沉淀池6产生的剩余污泥都进入化粪池12第一格，然后定期用吸粪车抽吸化粪池12的沉渣。
本废水处理系统已经在宁波某学院实验室废水处理工程项目中顺利实施，目前系统出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准。该系统进出水水质情况见下表：
废水进出水指标变化表单位：mg/L

Claims (7)

1.一种实验室综合废水处理系统，其特征在于：包括依次贯通的预处理单元、中和调节池（3）、水解酸化池（4）、好氧MBBR池（5）、沉淀池（6）以及消毒池（7），所述沉淀池（6）与好氧MBBR池（5）之间设有污泥回流管（13），其中预处理单元包括4个处理单元，分别是高浓度有机废液处理单元、一般实验室废水处理单元、重金属离子废水处理单元以及厕所废水处理单元，所述一般实验室废水处理单元包括第一格栅井（1）和集水井（2），所述重金属离子废水处理单元包括去重反应池（8）、污泥池（9）和污泥压滤机（10），所述厕所废水处理单元包括第二格栅井（11）和化粪池（12）；
所述中和调节池（3）外部设置有酸、碱投加装置以及pH在线监测仪；
所述水解酸化池（4）底部安装有穿孔布水管，内部设置有潜水搅拌机；
所述好氧MBBR池（5）内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，所述球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70%，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5%。
2.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述水解酸化池（4）、好氧MBBR池（5）以及沉淀池（6）同时与化粪池（12）连接。
3.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述污泥压滤机（10）与集水井（2）相连接。
4.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述好氧MBBR池（5）内部的球形悬浮生物填料，包括呈球形的壳体（51），所述壳体（51）内还套接有一个可纵向旋转的圆球体（52），在圆球体（52）内套接有可横向旋转的椭圆体（53）；所述壳体（51）上分布有镂空的孔洞（54），所述圆球体（52）上分布有镂空的小孔（55），所述椭圆体（53）上分布有鳍片（56），每个鳍片（56）之间分布有通槽（57）；所述壳体（51）、圆球体（52）和椭圆体（53）的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述第一格栅井的格栅栅距为5毫米，材质为塑钢；所述第二格栅井的格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。
6.一种如权利要求1-5所述的实验室综合废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
高浓度有机废液处理单元：对实验室产生的高浓度有机废液单独收集，后续通过计量泵提升进入中和调节池（3），针对于难生化降解的有机废液交由学校危废处置中心集中处置；
一般实验室废水处理单元：一般实验室废水经过下水管道收集后进入第一格栅井（1），隔除大颗粒悬浮物，然后进入集水井（2），集水井（2）中废水经过提升泵提升进入中和调节池（3）；
重金属离子废水处理单元：将重金属离子废水单独收集，然后进入去重反应池（8），投加捕重剂后快速搅拌，然后缓慢投加PAM溶液，再慢速搅拌，废水经沉淀后，上清液进入集水井（2），含重金属的污泥进入污泥池（9），污泥在污泥池（9）内浓缩处理，上清液排放至集水井（2）内，浓缩污泥通过污泥泵打入污泥压滤机（10）进行脱水处理，污泥压滤机（10）产生的滤液进入集水井（2），泥饼干化后交由学校危废处理中心安全处置；
厕所废水处理单元：对实验楼的厕所废水进行收集，先经过第二格栅井（11），隔除大块悬浮物，然后进入化粪池（12）进行厌氧预处理，化粪池（12）处理出水进入集水井（2），集水井（2）内废水通过提升泵提升进入中和调节池（3）；
水解酸化池：中和调节池（3）对高浓度有机废液、重金属离子废水、一般实验室废水及厕所废水进行水质调节、pH值调节，废水经过水解酸化池（4）的处理，废水中的大分子有机物水解成小分子易生化降解的有机物；
好氧MBBR池：废水进入好氧MBBR池（5）来继续降解未能彻底去除的污染物，其中废水中的污染物在富氧的条件下，被好氧微生物高效降解；
沉淀池：好氧MBBR池（5）出水进入沉淀池（6），废水在沉淀池（6）内进行泥水分离，上清液进入消毒池（7），污泥沉淀下来，污泥回流比设置为20-50%；
消毒池：沉淀池（6）出水进入消毒池（7），消毒池（7）采用二氧化氯消毒，消毒时间为30分钟，消毒池出水达标排放或者回用。
7.根据权利要求6所述的实验室综合废水处理方法，其特征在于：所述水解酸化池（4）、好氧MBBR池（5）以及沉淀池（6）产生的剩余污泥都进入化粪池（12）第一格，然后定期用吸粪车抽吸化粪池（12）的沉渣。
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