CN111039523A - 一种隔离循环曝气生物滤池和水处理系统以及水处理方法 - Google Patents

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CN111039523A CN202010019476.5A CN202010019476A CN111039523A CN 111039523 A CN111039523 A CN 111039523A CN 202010019476 A CN202010019476 A CN 202010019476A CN 111039523 A CN111039523 A CN 111039523A
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Abstract

本申请公开了一种隔离循环曝气生物滤池和水处理系统以及水处理方法，涉及水处理技术领域。其中所述隔离循环曝气生物滤池中设有竖直放置在滤池底部的导流筒，所述导流筒与隔离循环曝气生物滤池底部之间设有流水通道，隔离循环曝气生物滤池内的废水可通过流水通道进入导流筒内；所述导流筒内设有曝气管；所述导流筒的上端筒壁上设有溢水孔。本申请解决了现有技术不能有效处理印染废水的问题，实现了印染废水的达标排放。

Description

一种隔离循环曝气生物滤池和水处理系统以及水处理方法
技术领域
本申请涉及水处理技术领域，具体涉及一种隔离循环曝气生物滤池和水处理系统以及水处理方法。
背景技术
近年来，印染行业的快速发展使其在工业废水的排放比重逐渐增大，且成为环保行业主要污染源之一。随着纺织印染行业的科技进步与不断创新，化学合成有机原料的(染料、助剂及表面活性剂)使用量大大增加，造成印染废水水质呈现高COD、高色度、高碱性、可生化性低的特点，加大了废水处理难度。
目前印染废水主要通过生化法来进行处理，所采用的装置可为曝气生物滤池，该装置具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX(有害物质)的作用。曝气生物滤池是集生物氧化和截留悬浮固体一体的新工艺。
而传统曝气生物滤池在曝气过程中对生物床层内微生物进行冲刷，不利于微生物的繁殖，使得废水的处理效果较差，影响了其在工业废水领域的广泛应用。
发明内容
本申请实施例通过提供一种隔离循环曝气生物滤池和水处理系统以及水处理方法，解决了现有技术不能有效处理印染废水的问题，实现了印染废水的达标排放。
为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：
一方面，本申请实施例提供了一种隔离循环曝气生物滤池，所述隔离循环曝气生物滤池中设有竖直放置在滤池底部的导流筒，所述导流筒与隔离循环曝气生物滤池底部之间设有流水通道，隔离循环曝气生物滤池内的废水可通过流水通道进入导流筒内；所述导流筒内设有曝气管；所述导流筒的上端筒壁上设有溢水孔。
作为优选，所述曝气管包括曝气主管和多根曝气支管，所述曝气主管能与鼓风机连通，所述曝气支管从导流筒顶部延伸至导流筒底部，所述曝气支管外壁上装有磨砂曝气头。
作为优选，所述隔离循环曝气生物滤池内位于导流筒外的最下方区域为填料区，所述隔离循环曝气生物滤池设有进水管，废水能通过进水管进入隔离循环曝气生物滤池的填料区；导流筒外且位于溢水孔与导流筒顶部之间的区域为清水区，所述清水区设有出水管，处理好后的出水，能经出水管输送至后续的水处理单元。
作为优选，所述填料区从下至上依次为鹅卵石层和火山岩层，所述鹅卵石的粒径为2-25mm，鹅卵石层的高度为50-100mm，所述火山岩的粒径为2-10mm，火山岩层的高度为400-800mm。
本申请实施例还提供了一种水处理系统，包括：中间水箱、上述的隔离循环曝气生物滤池、产水箱和芬顿反应水池；
所述中间水箱用于储存废水，中间水箱内的废水通过供水泵进入隔离循环曝气生物滤池内，所述隔离循环曝气生物滤池内的出水进入产水箱内；产水箱内的废水通过蠕动泵进入芬顿反应水池内。
本申请实施例还提供了一种水处理方法，所述水处理方法包括以下步骤：
(1)废水通过供水泵先注入到中间水箱内并停留30min以上；
(2)中间水箱中的废水通过供水泵进入权利要求1-4任一项所述的隔离循环曝气生物滤池中进行曝气处理；
(3)隔离循环曝气生物滤池出水进入产水箱，产水箱中的水再经过蠕动泵进入芬顿反应水池内进行芬顿氧化反应；
(4)芬顿氧化反应完成后，调节芬顿反应水池出水的pH值，即可直接回用或达标排放。
作为优选，所述隔离循环曝气生物滤池采用接种挂膜和自然挂膜相结合的方法进行挂膜启动，包括以下阶段：
第一阶段闷曝阶段：先连续闷曝至少5天，每天给予24h曝气，曝气量为10m3/h，同时每天添加营养物质，包括葡萄糖和磷酸盐，待到填料表面有大量菌胶团，附着微生物膜后，开始低流量进水；
第二阶段低流量运行阶段：进水流速为0.5-1m3/h，曝气量为10m3/h，运行至少4d，每天需补充葡萄糖；
第三阶段高流量运行阶段：进水流量为1-2m3/h，曝气量为10m3/h，期间不再补充营养物质。
作为优选，所述隔离循环曝气生物滤池的氨氮容积负荷最高为0.05kgNH4 +-N/(m3·d)。
作为优选，所述隔离循环曝气生物滤池中的投泥量为至少5％有效容积的活性污泥，活性污泥浓度不小于10g/L。
作为优选，隔离循环曝气生物滤池在曝气处理过程中，水温保持在25-30℃，pH保持在6.5～8。
作为优选，所述芬顿氧化反应处理工艺为：用复合酸调pH为3-4.5，水温为25-55℃，聚丙烯酰胺投加量为1ppm，H2O2投加量为1000-2500mg/L，FeSO4 7H2O投加量为800-1500mg/L，反应时间为1.5-2h。
作为优选，芬顿反应水池出水的pH值用碱调至8。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本申请针对传统曝气生物滤池存在的缺陷，采用隔离循环曝气生物滤池技术，即在滤池中的导流装置内进行曝气，该方式不仅满足滤池内微生物对氧气的需求，而且可以借助曝气对水位的提升作用促使滤池内混合液的循环流动，为混合液在导流装置外部的填料区域提供自上而下或自下而上的动力。与传统的曝气生物滤池底部直接曝气相比，该隔离循环曝气生物滤池技术能有效避免直接曝气对生物床层内微生物的冲刷，其相对温和的水力条件更有利于床层内微生物膜的形成，也有利于世代时间较长、对环境较为敏感菌落如硝化菌、反硝化菌等的繁殖。
2.本申请通过曝气生物滤池和芬顿氧化深度处理的组合工艺，对经隔离循环曝气生物滤池处理后的废水进行深度处理，进一步去除废水中剩余的COD，处理后的出水可达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)一级A排放要求，其中废水中COD去除率可达65％，SS去除率达到50％，氨氮去除率达到60％，有效降低了废水中的COD、氨氮、SS和色度。
附图说明
图1为本申请实施例的隔离循环曝气生物滤池的装置图；
图2为本申请实施例的水处理系统的装置图；
图3为本申请实施例的隔离循环曝气生物滤池进出水COD运行效果图；
图4为本申请实施例的隔离循环曝气生物滤池进出水氨氮运行效果图。
具体实施方式
传统曝气生物滤池(BAF)在曝气过程中对生物床层内微生物进行冲刷，不利于微生物的繁殖，使得废水的处理效果较差，影响了其在工业废水领域的广泛应用。
针对传统曝气生物滤池存在的缺陷，本申请的隔离循环曝气生物滤池在滤池中设置导流装置，在导流装置内进行曝气，该方式不仅满足滤池内微生物对氧气的需求，而且可以借助曝气对水位的提升作用促使滤池内混合液的循环流动，为混合液在导流装置外部的填料区域提供自上而下或自下而上的动力。与传统的曝气生物滤池底部直接曝气相比，该隔离循环曝气生物滤池能有效避免直接曝气对生物床层内微生物的冲刷，其相对温和的水力条件更有利于床层内微生物膜的形成，也有利于世代时间较长、对环境较为敏感菌落如硝化菌、反硝化菌等的繁殖。
本申请通过曝气生物滤池和芬顿氧化深度处理的组合工艺，对经隔离循环曝气生物滤池处理后的废水进行深度处理，进一步去除废水中剩余的COD，处理后的出水可达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)一级A排放要求，其中废水中COD去除率可达65％，SS去除率达到50％，氨氮去除率达到60％，色度去除率达到70％，有效降低了废水中的COD、氨氮、SS和色度。
本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
本申请实施例提供了一种隔离循环曝气生物滤池，如图1所示，隔离循环曝气生物滤池中设有竖直放置在滤池底部的导流筒2，导流筒与隔离循环曝气生物滤池底部之间设有流水通道3，隔离循环曝气生物滤池内的废水可通过流水通道进入导流筒内；导流筒内设有曝气管，导流筒的上端筒壁上设有溢水孔5。导流筒与隔离循环曝气生物滤池底部之间的流水通道可为导流筒下端筒壁上的凹槽或导流筒下方放置的环形带孔支架等。曝气管可对进入导流筒的废水进行曝气，曝气产生的气泡是至下而上翻滚，在曝气的作用下，导流筒内的水位不断提升，最后经溢水孔流至导流筒外，与外界进水进行混合，为混合液在导流筒外部区域提供自上而下或自下而上的动力，也实现了导流筒内外废水的循环流动，同时满足了滤池内微生物对氧气的需求。
上述曝气管包括曝气主管41和多根曝气支管42，曝气主管能与鼓风机连通，曝气支管从导流筒顶部延伸至导流筒底部，曝气支管外壁上装有磨砂曝气头43。曝气支管的数量可根据实际需要设置。
上述隔离循环曝气生物滤池内位于导流筒外的最下方区域为填料区，隔离循环曝气生物滤池设有进水管6，废水能通过进水管进入隔离循环曝气生物滤池的填料区；导流筒外且位于溢水孔与导流筒顶部之间的区域为清水区，清水区设有出水管7，处理好后的出水，能经出水管输送至后续的水处理单元。在实施例中的水处理单元为产水箱。本申请隔离循环曝气生物滤池的填料区与曝气区通过导流筒隔开，有效避免直接曝气对生物床层内微生物的冲刷，其相对温和的水力条件更有利于床层内微生物膜的形成，也有利于世代时间较长、对环境较为敏感菌落如硝化菌、反硝化菌等的繁殖。
上述填料区从下至上依次为鹅卵石层8和火山岩层9，鹅卵石的粒径为2-25mm，鹅卵石层的高度为50-100mm，火山岩的粒径为2-10mm，火山岩层的高度为400-800mm。
上述隔离循环曝气生物滤池的底部还设有反洗进水装置10，其采用独立的供水和出水管道对滤池的填料区进行冲洗。上述隔离循环曝气生物滤池的底部还设有承托层11，填料层和导流筒均置于承托层之上。
本申请实施例提供了一种水处理系统，如图2所示，包括：中间水箱12、上述隔离循环曝气生物滤池1、产水箱13和芬顿反应水池14；该中间水箱、隔离循环曝气生物滤池、产水箱和芬顿反应水池依次通过管道连接；上述中间水箱用于储存废水，中间水箱内的废水通过供水泵15进入隔离循环曝气生物滤池内，隔离循环曝气生物滤池内的出水进入产水箱内；产水箱内的废水通过蠕动泵16进入芬顿反应水池内进行芬顿氧化反应。上述水处理系统还包括与曝气主管连通的鼓风机17。
本申请实施例还提供了一种水处理方法，包括以下步骤：
(1)废水通过供水泵先注入到中间水箱内并停留30min以上；
(2)中间水箱中的废水通过供水泵进入上述隔离循环曝气生物滤池中进行曝气处理；
(3)隔离循环曝气生物滤池出水进入产水箱，产水箱中的水再经过蠕动泵进入芬顿反应水池内进行芬顿氧化反应；
(4)芬顿氧化反应完成后，调节芬顿反应水池出水的pH值，即可直接回用或达标排放。
作为优选，隔离循环曝气生物滤池采用接种挂膜和自然挂膜相结合的方法进行挂膜启动，包括以下阶段：
第一阶段闷曝阶段：先连续闷曝至少5天，每天给予24h曝气，曝气量为10m3/h，同时每天添加营养物质，包括葡萄糖和磷酸盐，待到填料表面有大量菌胶团，附着微生物膜后，开始低流量进水；
第二阶段低流量运行阶段：进水流速为0.5-1m3/h，曝气量为10m3/h，运行至少4d，每天需补充葡萄糖；
第三阶段高流量运行阶段：进水流量为1-2m3/h，曝气量为10m3/h，期间不再补充营养物质。
作为优选，隔离循环曝气生物滤池的氨氮容积负荷最高为0.05kgNH4 +-N/(m3·d)。
作为优选，隔离循环曝气生物滤池中的投泥量为至少5％有效容积的活性污泥，活性污泥浓度不小于10g/L。
作为优选，隔离循环曝气生物滤池在曝气处理过程中，水温保持在25-30℃，pH保持在6.5～8。
作为优选，芬顿氧化反应处理工艺为：用复合酸调pH为3-4.5，水温为25-55℃，聚丙烯酰胺投加量为1ppm，H2O2投加量为1000-2500mg/L，FeSO4 7H2O投加量为800-1500mg/L，反应时间为1.5-2h。
作为优选，芬顿反应水池出水的pH值用碱调至8。
本申请实施例中废水在中间水箱内停留的目的是为了去除废水中的残余臭氧。废水一般为来自污水处理厂经过处理后的臭氧池出水，其残余臭氧浓度高达5.6mg/L，如直接进入隔离循环曝气生物滤池装置，会抑制微生物的生长，进而影响COD的去除效果。优选废水在中间水箱停留时间为1h，废水中残余臭氧浓度会衰减为0mg/L(臭氧衰减时间为30min)。
本申请的隔离循环曝气生物滤池装置在污泥接种与训话期间，每天需向曝气生物滤池内投加定量的碳源、氮源，保证池内微生物正常的生长环境与营养共给。到第三阶段大流量进水后，水中本身含有COD，其也是微生物的营养物质，不需要再向曝气生物滤池内额外添加营养物质。
本申请的隔离循环曝气生物滤池装置在挂膜启动的三个阶段中，隔离循环曝气生物滤池内气水比的控制与内循环所需的风量平衡是关键，通过在滤池中的导流装置内进行曝气，保证足够又不多余的溶解氧，同时又保证系统循环曝气均匀，是隔离循环曝气生物滤池运行效果的关键因素。
废水经隔离循环曝气生物滤池处理后，氨氮与总氮大部分被去除，但废水中COD含量较高，仍需对COD进一步进行深度处理，经芬顿氧化反应处理后的出水可达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)一级A排放要求，其中废水中COD去除率可达65％，SS去除率达到50％，氨氮去除率达到60％，色度去除率达到70％。
采用芬顿氧化反应处理隔离循环曝气生物滤池出水，溶液的pH、Fe2+、H2O2的投加量、反应时间等因素对芬顿反应中羟基自由基形成条件产生重要影响，从而影响芬顿反应体系的氧化效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，但不作为对本申请的限定。
实施例
本实施例采用上述水处理系统和水处理方法进行印染废水处理。
本实施例所采用的隔离循环曝气生物滤池的有效容积为6000L，投泥量为300L含水率≤99％的接种污泥，所采用的填料由上至下依次为火山岩吸附层和鹅卵石垫层，其中火山岩及鹅卵石的装填高度从上往下如下表1所示，填料上方用废水注至溢水孔以下。
表1 隔离循环曝气生物滤池火山岩及鹅卵石的装填高度表
填料 粒径(mm) 高度(mm)
火山岩 2～4 400
火山岩 4～6 600
火山岩 6～10 800
鹅卵石 2～4 50
鹅卵石 4～8 50
鹅卵石 8～16 100
鹅卵石 16～25 100
来自污水处理厂经过处理后的臭氧池出水先在中间水箱中停留1h；再通过供水泵进入隔离循环曝气生物滤池装置中进行曝气处理；隔离循环曝气生物滤池采用接种挂膜和自然挂膜相结合的方法进行挂膜启动，包括以下阶段：
第一阶段闷曝阶段：先连续闷曝5天，每天给予24h曝气，曝气量为10m3/h，同时每天添加营养物质，包括1kg的葡萄糖及500g的磷酸盐，待到填料表面(火山岩表面)有大量菌胶团，附着微生物膜后，开始低流量进水；
第二阶段低流量运行阶段：进水流速为0.5m3/h，曝气量为10m3/h，运行4d，每天需补充0.5kg葡萄糖；
第三阶段高流量运行阶段：进水流量为2m3/h，曝气量为10m3/h，运行7d，期间不再补充营养物质，氨氮容积负荷最高为0.05kgNH4 +-N/(m3·d)；
隔离循环曝气生物滤池在运行过程中，水温保持在25-30℃，pH保持在6.5～8，水中溶解氧稳定在2～4mg/L。
在进入第三阶段后，待进水COD、出水COD、氨氮值达到稳定后，开始进行数据测量，具体试验结果如图3和图4所示。
(3)隔离循环曝气生物滤池装置出水进入产水箱，产水箱中的废水再经过蠕动泵进入芬顿反应水池进行芬顿氧化反应；芬顿氧化反应处理工艺为：用复合酸调pH为3.5、水温为55℃、PAM(聚丙烯酰胺)投加量为1ppm、H2O2投加量为2000mg/L、FeSO4 7H2O投加量为1200mg/L，反应时间为2h。
(4)待芬顿氧化反应完成之后用碱将芬顿反应水池出水的pH调至8左右。
由图3的隔离循环曝气生物滤池进出口COD运行效果图可以看出，隔离循环曝气生物滤池的进水水质中COD、氨氮波动较大，进水COD在140～200mg/L，出水COD比较稳定，维持在120mg/L左右；COD平均去除率在35％，且进水COD值越大，COD去除率越高；由于本实施例所采用的原水B/C为0.05，可生化性差，通过在污泥训化与培养阶段每天定期添加葡萄糖或磷酸盐，同时低流量进水，并保持水中溶解氧稳定在2～4mg/L，水温在25～35℃，通过镜检发现大量菌胶团及大量钟虫，且钟虫处于活跃状态，表明污泥培养良好。之后以高流量(2m3/h)进水运行，取消营养物质的添加，会发现出水COD较稳定，降低至120mg/L。上述结果表明隔离循环曝气生物滤池内的好氧微生物经过长时间的驯化培养后，对印染废水中的染料中间体有一定的耐受性，之后再缓慢中流量进水，对COD有明显的去除效果。
由图4的隔离循环曝气生物滤池进出水氨氮运行效果图可以看出，隔离循环曝气生物滤池进水水质中氨氮较稳定，维持在3～7mg/L，出水氨氮在1.5～3mg/L，进水氨氮负荷最高可达0.05kgNH4 +-N/(m3·d)，在此状态下运行时，氨氮去除率可以达到60％，为后续深度处理降低负荷。
经检测，芬顿反应水池出水的COD值为50mg/L，氨氮为2mg/L，芬顿反应水池出水达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-2012)一级A排放要求，可直接回用或达标排放。
本申请的隔离循环曝气生物滤池+芬顿氧化深度处理工艺，可将废水COD值从180mg/L降至50mg/L，COD去除率达到65％，SS去除率达到50％，氨氮去除率达到60％，色度去除率达到70％，有效降低了印染废水中的COD、氨氮、SS和色度，实现了印染废水的有效处理。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种隔离循环曝气生物滤池，其特征在于，所述隔离循环曝气生物滤池中设有竖直放置在滤池底部的导流筒，所述导流筒与隔离循环曝气生物滤池底部之间设有流水通道，隔离循环曝气生物滤池内的废水可通过流水通道进入导流筒内；所述导流筒内设有曝气管；所述导流筒的上端筒壁上设有溢水孔。
2.根据权利要求1所述的隔离循环曝气生物滤池，其特征在于，所述曝气管包括曝气主管和多根曝气支管，所述曝气主管能与鼓风机连通，所述曝气支管从导流筒顶部延伸至导流筒底部，所述曝气支管外壁上装有磨砂曝气头。
3.根据权利要求1所述的隔离循环曝气生物滤池，其特征在于，所述隔离循环曝气生物滤池内位于导流筒外的最下方区域为填料区，所述隔离循环曝气生物滤池设有进水管，废水能通过进水管进入隔离循环曝气生物滤池的填料区；导流筒外且位于溢水孔与导流筒顶部之间的区域为清水区，所述清水区设有出水管，处理好后的出水，能经出水管输送至后续的水处理单元。
4.根据权利要求3所述的隔离循环曝气生物滤池，其特征在于，所述填料区从下至上依次为鹅卵石层和火山岩层，所述鹅卵石的粒径为2-25mm，鹅卵石层的高度为50-100mm，所述火山岩的粒径为2-10mm，火山岩层的高度为400-800mm。
5.一种水处理系统，其特征在于，包括：中间水箱、权利要求1-4任一项所述的隔离循环曝气生物滤池、产水箱和芬顿反应水池；
所述中间水箱用于储存废水，中间水箱内的废水通过供水泵进入隔离循环曝气生物滤池内，所述隔离循环曝气生物滤池内的出水进入产水箱内；产水箱内的废水通过蠕动泵进入芬顿反应水池内。
6.一种水处理方法，其特征在于，所述水处理方法包括以下步骤：
(1)废水通过供水泵先注入到中间水箱内并停留30min以上；
(2)中间水箱中的废水通过供水泵进入权利要求1-4任一项所述的隔离循环曝气生物滤池中进行曝气处理；
(3)隔离循环曝气生物滤池出水进入产水箱，产水箱中的水再经过蠕动泵进入芬顿反应水池内进行芬顿氧化反应；
(4)芬顿氧化反应完成后，调节芬顿反应水池出水的pH值，即可直接回用或达标排放。
7.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述隔离循环曝气生物滤池采用接种挂膜和自然挂膜相结合的方法进行挂膜启动，包括以下阶段：
第一阶段闷曝阶段：先连续闷曝至少5天，每天给予24h曝气，曝气量为10m3/h，同时每天添加营养物质，包括葡萄糖和磷酸盐，待到填料表面有大量菌胶团，附着微生物膜后，开始低流量进水；
第二阶段低流量运行阶段：进水流速为0.5-1m3/h，曝气量为10m3/h，运行至少4d，每天需补充葡萄糖；
第三阶段高流量运行阶段：进水流量为1-2m3/h，曝气量为10m3/h，期间不再补充营养物质。
8.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述隔离循环曝气生物滤池的氨氮容积负荷最高为0.05kgNH4 +-N/(m3·d)。
9.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述隔离循环曝气生物滤池中的投泥量为至少5％有效容积的活性污泥，活性污泥浓度不小于10g/L。
10.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，隔离循环曝气生物滤池在曝气处理过程中，水温保持在25-30℃，pH保持在6.5～8。
11.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，所述芬顿氧化反应处理工艺为：用复合酸调pH为3-4.5，水温为25-55℃，聚丙烯酰胺投加量为1ppm，H2O2投加量为1000-2500mg/L，FeSO4 7H2O投加量为800-1500mg/L，反应时间为1.5-2h。
12.根据权利要求6所述的水处理方法，其特征在于，芬顿反应水池出水的pH值用碱调至8。
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CN111548973A (zh) * 2020-06-04 2020-08-18 江西康乾环保科技有限公司 一种菌种的培育方法及其在水处理上的应用

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