CN110342630B - 一种用于预处理焦化废水的生态床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于预处理焦化废水的生态床，所述生态床呈圆筒型，圆筒型生态床设有环形入水口、第一级磁场发生器、第二级磁场发生器以及填充于第一级磁场发生器和第二级磁场发生器之间的铁碳填料，第一级磁场发生器下方均匀分布有多个进水口，水流经铁碳填料后越过第二级磁场发生器，从排水口排出生态床；其中，第一级磁场发生器和第二级磁场发生器通过导线串联后与外部电源连接。本发明生态床在铁碳填料的两侧均加了磁场发生器，在铁碳填料上加入磁场后，在交替磁场作用下使铁碳填料产生微震动，从而有效防止了材料发生板结堵塞的情况；另外，磁场能够使填料上生物膜表面的聚合物粘附性更好，同时提高酶的活性，进而提高填料的处理效率。

Description

一种用于预处理焦化废水的生态床
技术领域
本发明涉及一种用于预处理焦化废水的生态床，属于污废水处理技术领域。
背景技术
焦化废水是煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，其主要含有酚、氰、氨氮、硫化物以及许多难降解有机物，具有较大的生物毒性，对环境污染严重。同时，其悬浮物和色度也很高，高浓度、可生化性差，是一种较难处理的废水。
针对这类问题，铁碳微电解填料作为成熟的电化学工艺可改善污废水的可生化性，在难降解污废水处理中得到了广泛应用。铁碳微电解填料中以铁屑为阳极、活性炭为阴极形成“原电池”，通过放电形成电流以提高待处理水的可生化性。是电化学、氧化-还原、絮凝沉淀多种原理的复合产物。操作维护较为便捷、电力消耗少。
但是铁碳填料存在的电子传递效率不高、材料易发生板结以及形成的絮体易产生堵塞从而降低吸附效果和电解效率等问题仍是限制铁碳微电解填料处理污废水的瓶颈。此外，焦化废水中的有毒物质已对微生物产生毒害作用，故而复合生物处理的铁碳微电解填料预处理过程往往不理想。冬季低温对生物酶作用效果同样产生了限制，水流粘度等水力学性质由于低温发生消极变化，对生物处理效果明显不利。此外，水流在某些铁碳微电解装置中容易产生偏流现象，不能与废水有效接触从而导致处理效率降低。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于预处理焦化废水的生态床，该生态床在铁碳填料的内外两侧均设有磁场发生器，在铁碳填料上加入磁场后，在交替磁场作用下使铁碳填料产生微震动，从而有效防止了材料发生板结堵塞的情况；另外，磁场能够使填料上生物膜表面的聚合物粘附性更好，同时提高酶的活性，进而提高填料的处理效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段如下：
一种用于预处理焦化废水的生态床，所述生态床呈圆筒型，圆筒型生态床设有环形入水口、第一级磁场发生器、第二级磁场发生器以及填充于第一级磁场发生器和第二级磁场发生器之间的铁碳填料，第一级磁场发生器下方沿圆周均匀分布有多个进水口，水流经铁碳填料后越过第二级磁场发生器，从排水口排出生态床；其中，第一级磁场发生器和第二级磁场发生器通过导线串联后与外部供电电源连接。
其中，所述第一级磁场发生器和第二级磁场发生器呈同心圆设置，环形入水口设置在第一级磁场发生器外围，排水口设置在第二级磁场发生器内环中。
其中，磁场发生器为磁片和电磁铁形成的磁场或者磁块和电磁铁形成的磁场，磁场发生器采用交变电压供电。
其中，磁场发生器产生的磁场强度为60～90mT。
其中，铁碳填料采用活性炭与铁粉烧制而成。
本发明的工作过程为：生态床内中填充铁碳填料，并在前期先进行生物膜挂膜阶段，挂膜阶段即开启磁场发生器以筛选与复合反应区相适应的高效处理菌种。挂膜阶段约20d，生物膜挂膜完成后可进行污废水处理阶段。
焦化废水通过细格栅进入调节池，加酸使废水pH值为4-6，所得废水经泵提升至生态床最外圈进水处，待处理水跌水复氧并从复合反应区(铁碳填料和磁场复合的反应区)下方周围均布进水，经过交变磁场作用的铁碳填料区处理后，从中间顶部出水口出水进入储水池，进行下一阶段的深度处理或回流至生态床循环处理。如有需要也可将本发明生态床进行串联使用。
同现有技术相比，本发明技术方案所具有的有益效果为：
铁碳微电解的作用之一即提供电子供体以帮助生物降解作用的发生，加入磁场后能够增加生物膜通透性，加快电子结合速度，从而增加生物降解作用；另外，磁场会影响水分子的缔合和分子间的作用力，尤其是氢键，从而降低反应能的势垒和水分子的活化熵；同时，磁场使反应物分子的电子云密度发生偏转，使反应物分子轨道极化，从而降低反应速度控制步骤的激活熵；生物反应在磁场作用下表现出加速效应；磁场对生物酶有活化作用；在有机物的氧化过程中，脱氢酶是作用在代谢物上的第一个酶，为生物体提供必不可少的能量和还原当量，是微生物降解有机污染物获得能量的必须酶，能很好得反映了微生物体的活性，体现细胞对基质降解的能力强弱。而外加磁场可以增加脱氢酶活性，使生物活性增加，生物处理效率得到提升；交替磁场使铁碳填料产生微震动，对降低填料板结、钝化有较高的效果，使堵塞填料的絮体在微震动情况下脱落；外加磁场提高了材料活性，保持金属粒子活性，延长填料使用寿命；圆筒型生态床采用周边均布上向流进水方式，减少偏流现象的发生，上端出水口形成平面推流，使容器边缘水流在水平推流作用下与填料充分接触，增加待处理水与填料接触面积，提升处理效果。
附图说明
图1为本发明用于预处理焦化废水的生态床的结构示意图；
图2为本发明用于预处理焦化废水的生态床的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明所要求保护的范围并不局限于此。
如图1～2所示，本发明用于预处理焦化废水的生态床，生态床5呈圆筒型，圆筒型生态床5设有环形入水口4、第一级磁场发生器1、第二级磁场发生器2以及填充于第一级磁场发生器1和第二级磁场发生器2之间的铁碳填料3，铁碳填料3采用活性炭与铁粉烧制而成(铁碳填料3为铁粉与活性炭混合烧制的球形填料)；第一级磁场发生器1下方均匀分布有多个进水口7，水流经铁碳填料3后越过第二级磁场发生器2，从排水口6排出生态床5；其中，第一级磁场发生器1和第二级磁场发生器2串联后与外部电源连接。其中，第一级磁场发生器1和第二级磁场发生器2呈同心圆设置，入水口4设置在第一级磁场发生器1外围，排水口6设置在第二级磁场发生器2内环中；本发明生态床的磁场发生器为磁片和电磁铁形成的磁场或者磁块和电磁铁形成的磁场，磁场发生器采用交变电压供电，磁场发生器可产生的磁场强度为60～90mT。
本发明圆筒型生态床5作为连续流反应器进行处理，最外围为环形入水口4，第二层为第一级磁场发生器1，第一级磁场发生器1下端绕圆周均布进水口7，图2中，布置有16个进水口7，生态床5中心为圆柱形排水口6，排水口6与外部排水管道连通，排水口6外围设有第二级磁场发生器2。生态床5下端设置底板8承托铁碳填料3和待处理水，底板8中部留有出水排水孔，出水排水孔接出水管进行出水。本发明生态床由铁碳填料区下方进水，采用周进中出通过向上流流经铁碳填料复合磁场区后从中间出水口流出生态床。
本发明生态床的磁场发生器优选磁片和电磁铁构造的发生器或磁块和电磁铁构造的发生器，使用60～90mT交变电压供电的交变磁场。在实际运行过程中可根据运行出水状况和实际工艺需求对有关参数进行调整。
装置在具体使用过程中，在生物膜挂膜阶段即开启磁场发生器产生交变磁场，以筛选出适应耦合装置的高效菌种。正式运行过程中，污废水从集水池经过提升泵提升至生态床5外围入水区，从第一级磁场发生器1下端的圆周均布进水口7均布入水，水流进入后从下端向上流动，流经具有内外侧磁场发生器覆盖的铁碳填料(区)3进行生物、电化学、氧化-还原、絮凝沉淀、磁场加强作用的处理工艺。上侧出水从生态床5正中的排水口6出水，周边水流向中汇集，形成推流，使水在装置中与铁碳填料获得全方位接触，出水下流至出水层后由排水管排出。
絮体、水中悬浮颗粒等对铁碳填料形成堵塞时，由于交变磁场对铁碳填料的复合作用，产生的微震动使其脱落减少填料阻塞，使用方便，实用性强。装置冬季运行时，磁场通过对生物膜通透性的增加作用和对水分子缔结方式的改变，改善运行处理效果，有利于待处理水可生化性的提高。
本发明圆筒型生态床充分利用磁场-填料-微生物复合的强化系统，利用磁生物效应，提高生物活性，增加了电子传递效率，降低生物毒性抑制作用，铁碳填料中铁与磁场之间的协同作用减少填料板结问题，并改善水力条件减少偏流发生，氮磷去除效率高，焦化废水可生化性得到提高，本发明生态床可用于焦化废水的可生化性预处理阶段，也可用于二级生化处理后的深化处理难降解有机物处理阶段。
实施例1
采用本发明生态床对焦化废水进行预处理，具体为：
本发明生态床在铁碳填料3内侧和外侧均安装磁场发生装置，磁场发生装置为在电磁铁上绕有螺线圈以产生可控制的交变磁场，铁碳填料为铁炭比1∶1的球形铁炭填料，主要成分为活性炭和铁屑。在8-12℃的低温条件下向铁碳填料区接种活性污泥，污泥来自生活污水厂二沉池。驯化阶段：逐渐加大有机负荷，并使铁碳填料区处于60-90mT、100-200Hz的交变磁场中，逐渐加大培养用水中焦化废水的比例以实现快速挂膜，培养25d后，出水COD去除率达到稳定状态，驯化完成。
待处理水来自某化工厂的焦化废水。其水质情况如下：COD3200-4000mg/L，BOD5800-1000mg/L，色度200～500倍，NH3-N质量浓度250-300mg/L，酚质量浓度450-600mg/L，硫化物质量浓度100-400mg/L。
首先将水的pH调至7后由污水提升泵提升至装置外沿进行跌水进水和后续预处理。预处理过程中水从下方绕圆周的均布布水口布水进入，向上经过铁炭填料区和交变磁场区后从中间排水口出水，其后经提升泵再次循环进入生态床循环处理，处理时间为4h。也可将生态床进行串联多个联合使用。
通过上述步骤，生态床在8-12℃低温条件下运行良好，出水水质COD可达560mg/L，去除率86％；BOD5可达292mg/L；BOD5/COD为0.52；色度可达50倍，去除率90％；NH3-N质量浓度90mg/L，去除率70％；酚质量浓度100mg/L，去除率84％；硫化物质量浓度50mg/L，去除率87.5％。废水可生化性得到提高。
而COD在单纯铁炭预处理配合后续活性污泥工艺的去除率在低温条件下49％，色度去除率65％；NH3-N去除率28％；酚去除率73％；硫化物去除率68％。总体而言复合交变磁场的铁炭生态床预处理后废水可生化性得到提高，该装置的处理效果有显著提升。运行20d后对只有铁炭生态床的填料和本发明生态床中的铁碳填料进行检测，发现只有铁炭生态床填料的表面生成有一定程度上的钝化膜，有板结现象发生，而本发明生态床中的铁碳填料表面没有生成钝化膜，即没有板结现象发生，且其总孔容和比表面积都显著大于单纯铁炭生态床的填料。
本发明生态床利用磁场与铁碳微电解的耦合作用增加生物膜通透性，强化铁碳填料作为电子供体的电子传递过程，提升了生物降解污染物的去除效率；同时，交变磁场使铁碳填料产生的微震动可降低填料板结钝化问题，提高了金属粒子活性，延长了铁碳填料的使用寿命，降低传统铁碳微电解工艺的处理成本；此外，周进中出的圆筒型进出水方式解决了传统装置的偏流问题，改善了水力条件。

Claims (1)

1.一种用于预处理焦化废水的生态床，其特征在于：所述生态床呈圆筒型，圆筒型生态床设有环形入水口、第一级磁场发生器、第二级磁场发生器以及填充于第一级磁场发生器和第二级磁场发生器之间的铁碳填料，所述第一级磁场发生器和第二级磁场发生器呈同心圆设置，第一级磁场发生器设置在第二级磁场发生器外围，环形入水口设置在第一级磁场发生器外围，排水口设置在第二级磁场发生器内环中；第一级磁场发生器下方沿圆周均匀分布有多个进水口；其中，第一级磁场发生器和第二级磁场发生器通过导线串联后与外部供电电源连接；磁场发生器为在电磁铁上绕有螺线圈以产生可控制的交变磁场；铁碳填料采用活性炭与铁粉烧制而成；铁碳填料为铁炭比1：1的球形铁炭填料，在8-12℃的低温条件下向铁碳填料区接种活性污泥，污泥来自生活污水厂二沉池；使铁碳填料区处于60-90mT、100-200Hz的交变磁场中，逐渐加大有机负荷和培养用水中焦化废水的比例以实现快速挂膜，培养25d后，出水COD去除率达到稳定状态，驯化完成；正式运行过程中，通入待处理的焦化废水，首先将水的pH调至7后由污水提升泵提升至环形入水口外沿进行跌水进水和后续预处理，预处理过程中水从下方多个进水口布水进入，向上经过铁炭填料区和交变磁场区后向下从中间排水口出水，其后经提升泵再次循环进入生态床循环处理，处理时间为4h。
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