CN111470626A - 水解酸化污水处理方法及反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了水解酸化污水处理方法及反应装置，涉及污水处理技术领域。水解酸化污水处理方法包括：将污水在水解酸化微生物存在的条件下进行水解酸化反应；将水解酸化反应过程中产生的代谢气体引入反应器底部进行循环。该反应装置用于实施上述水解酸化污水处理方法，其通过循环输气管路将反应器主体顶部产生的气体引入反应器主体的底部循环利用，以该循环气体为动力强化水解酸化微生物与有机底物的传质作用，增加装置内微生物与有机基质的接触机率，显著提高污水水解酸化效率。

Description

水解酸化污水处理方法及反应装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，且特别涉及水解酸化污水处理方法及反应装置。
背景技术
近年来，随着工业的发展，产生了大量的难降解有机废水，此类废水有机物浓度高，可生化性差，不宜直接用于好氧生化处理，水解酸化污水处理工艺能够通过水解酸化菌的代谢，将废水中难降解的大分子物质转化为可生物降解的小分子物质，同时产生部分N2、CO2等气体，从而达到提高废水的可生物降解性能及降低废水COD、总氮的效果，减轻后续生化处理的负荷，因此该工艺常作为废水预处理单元应用于污水处理系统中。
但是，目前运行的水解酸化工艺大多存在效率低、停留时间(HRT)长等问题。鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水解酸化污水处理方法，旨在强化传质过程，提升水解酸化工艺的效率。
本发明的另一目的在于提供一种反应装置，其能够用于实施污水的水解酸化过程，能够通过强化传质过程提高水解酸化效率。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种水解酸化污水处理方法，包括：将污水在水解酸化微生物存在的条件下进行水解酸化反应；
将水解酸化反应过程中产生的代谢气体引入反应器底部进行循环。
本发明还提出一种用于实施上述水解酸化污水处理方法的反应装置，包括反应器主体和循环输气管路，循环输气管路的进气端与反应器主体的顶部连通，循环输气管路的出气端与反应器主体的底部连通。
本发明实施例提供一种水解酸化污水处理方法的有益效果是：其通过将水解酸化过程产生的代谢气体(如氮气、二氧化碳等)，引入反应器底部循环利用，以该循环气体为动力强化水解酸化微生物与有机底物的传质作用，增加装置内微生物与有机基质的接触机率，显著提高污水水解酸化效率。
本发明实施例还提供一种用于实施上述水解酸化污水处理方法的反应装置，其通过循环输气管路将反应器主体顶部产生的气体引入反应器主体的底部循环利用，为强化传质提供动力，相对于搅拌器加强传质的传统方式能够进一步提升水解酸化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的反应装置的工作状态图。
图标：100-反应装置；110-反应器主体；120-盖体；131-出气管段；132-进气管段；133-调节阀；134-曝气风机；135-调节阀；10-气体；20-生物载体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的水解酸化污水处理方法及反应装置进行具体说明。
本发明实施例提供了一种水解酸化污水处理方法，包括：将污水在水解酸化微生物存在的条件下进行水解酸化反应；将水解酸化反应过程中产生的代谢气体引入反应器底部进行循环。
发明人发现，采用将水解酸化过程产生的代谢气体从反应器底部循环的方式能够显著提升水解酸化效率，而且相对于传统的搅拌器搅拌来增强传质效果的方式，本发明实施例所提供的强化传质的方法效果更为显著。
需要说明的是，将水解酸化过程产生的代谢气体从反应器底部循环，使得气体分子与污水中有机液相分子融为一体，最大程度的保证了污水的缺氧环境，提升了缺氧功能微生物的性能，同时加速了有机质到达微生物膜表面的速度，强化水解酸化微生物与有机底物的传质作用，加速了废水中的有机氮及有机碳等污染物的分解。
在一些优选的实施例中，在水解酸化反应启动阶段，从反应器底部通入外部气源；外部气源的引入时长为4-6h，优选为4.8-5.2h。由于反应初期代谢气体的产生量不足以产生很好的强化传质效果，在反应初期通过引入外部气源的方式加强传质。具体地，外部气源选自氮气、二氧化碳和甲烷中的至少一种，优选为氮气，氮气廉价易得，且不会引发副反应。
一般而言，代谢气体包括氮气和二氧化碳，将代谢气体的一部分引入反应器底部进行循环，剩余部分进行废气处理，循环部分的气体体积与进入废气处理阶段的气体体积之比为3-6:1，优选为4.5-5.5:1。将大部分代谢气体进行循环即可满足工艺要求，多余气体进入废气处理阶段。
水解酸化微生物是负载于生物载体上与污水进行水解酸化反应，以提升微生物与污水的接触面积。在一些优选的实施例中，通过生物载体负载微生物，强化功能菌种富集，能够进一步提升水解酸化效率。水解酸化反应过程所采用的生物载体为拉西环；优选地，拉西环的填充体积与反应器体积之比为0.1-0.3:1；更优选为0.15-0.25:1，在此填充密度下能够进一步保证功能菌种的富集效果。
本发明实施例所提供的处理方法可以适用以下条件的污水处理：污水的COD值为3000-4000mg/L，B/C值(BOD与COD比值的缩写)为0.1-0.4，悬浮物含量(SS)为1000-1500mg/L。
为了进一步提升水解酸化效果，反应过程中的温度、pH值、污水中溶解氧均需要控制。水解酸化反应的反应温度为20-40℃；优选为30-35℃；水解酸化反应的pH值为4-8；更优选为6-7。污水中溶解氧(DO)为0.1-0.5mg/L；优选为0.3-0.4mg/L；水解酸化反应的水力停留时间(HRT)为3-8h，更优选为4-6h。在反应温度超过40℃、pH值为弱酸性、溶解氧低于0.5mg/L的反应条件下，能够在强化传质的基础上进一步提升水解酸化效率。此外，反应条件还可以控制SV30为30-50％，优选为30-40％。
在一些实施例中，可以采用接种污泥的方式提供水解酸化微生物；优选地，接种的污泥采自污水处理厂的厌氧池、水解酸化池或好氧池；更优选为水解酸化池。这样，在反应器中能够形成一个气液固三相的高效传质区，使得气体分子与污水中有机液相分子融为一体，最大程度保证了污水的缺氧环境，提升了缺氧功能微生物的性能，同时加速了有机质到达微生物膜表面的速度，强化水解酸化污泥与有机底物的传质作用。
请参照图1，本发明实施例还提供了一种用于实施上述水解酸化污水处理方法的反应装置100，包括反应器主体110和循环输气管路，循环输气管路的进气端与反应器主体110的顶部连通，循环输气管路的出气端与反应器主体110的底部连通。
在一些实施例中，反应器主体110的顶部设置盖体120，在盖体120上设置出气口与循环气管路相连。
在优选的实施例中，循环输气管路包括出气管段131和进气管段132，出气管段131的顶端与反应器主体110的顶部连通，出气管段131的底端通过进气管段132与反应器主体110的底部连通，进气管段132呈开口向下的U形。U形的进气管段132能够防止装置出现故障时污水倒流至曝气风机134，损坏设备。具体地，循环输气管路上安装有曝气风机134，曝气风机134的进气口与出气管段131的底端相连，曝气风机134的出气口与进气管段132的进气端连通；
在优选的实施例中，反应器的底部设置有曝气盘111，以提升气体分布的均匀性。
下面对反应装置100的工作原理进行简要说明，废水通入反应器主体110中和生物载体20和气体10充分接触，反应初期采用调节阀135的开关引入外部气体，通过曝气风机134后进入进气管段132进而进入反应器主体110内。反应产生的二氧化碳和氮气等气体从盖体120上的出气口输出进入出气管段131(部分进入废气处理系统)，通过调节阀133调节流速，通过曝气风机134后进入进气管段132进而进入反应器主体110内。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，其采用图1中所示的装置，包括如下步骤：
将煤制乙二醇污水(COD为3500mg/L，B/C为0.2，SS为1200mg/L)通入反应器中，反应器中填充的拉西环上接种有采自水解酸化池的污泥，拉西环的填充体积与反应器体积之比为0.2:1。反应初期从反应器底部引入氮气，引入时长为5h，反应过程中将产生的氮气、二氧化碳等气体循环至反应器底部提供强化传质的动力。水解酸化反应条件为：温度34℃，pH为6.8，HRT为8h，DO为0.3mg/L，SV30为30％。
经分析，水解酸化后的B/C提高了19％，COD去除率为15％，SS去除率为70％。
实施例2
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，与实施例1不同之处仅在于：反应温度34℃，pH为6.8，HRT为6h，DO为0.3mg/L，SV30为30％。
经分析水解酸化后的B/C提高了23％，COD去除率为17％，SS去除率为68％。
实施例3
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，与实施例1不同之处仅在于：反应温度34℃，pH为6.8，HRT为4h，DO为0.3mg/L，SV30为30％。
经分析水解酸化后的B/C提高了17％，COD去除率为13％，SS去除率为63％。
实施例4
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，与实施例1不同之处仅在于：反应温度34℃，pH为6.8，HRT为4h，DO为0.3mg/L，SV为40％。
经分析水解酸化后的B/C提高了20％，COD去除率为20％，SS去除率为86％。
实施例5
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，与实施例1不同之处仅在于：反应温度34℃，pH为6.8，HRT为4h，DO为0.3mg/L，SV为50％。
经分析水解酸化后的B/C提高了23％，COD去除率为18％，SS去除率为92％。
实施例6
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，其采用图1中所示的装置，包括如下步骤：
将煤制乙二醇污水(COD为3000mg/L，B/C为0.1，SS为1000mg/L)通入反应器中，反应器中填充的拉西环上接种有采自水解酸化池的污泥，拉西环的填充体积与反应器体积之比为0.1:1。反应初期从反应器底部引入氮气，引入时长为3h，反应过程中将产生的氮气、二氧化碳等气体循环至反应器底部提供强化传质的动力。水解酸化反应条件为：温度20℃，pH为4，HRT为3h，DO为0.1mg/L，SV30为30％。
经分析水解酸化后的B/C提高了10％，COD去除率为14％，SS去除率为65％。
实施例7
本实施例提供一种水解酸化污水处理方法，其采用图1中所示的装置，包括如下步骤：
将煤制乙二醇污水(COD为4000mg/L，B/C为0.4，SS为1500mg/L)通入反应器中，反应器中填充的拉西环上接种有采自水解酸化池的污泥，拉西环的填充体积与反应器体积之比为0.3:1。反应初期从反应器底部引入氮气，引入时长为8h，反应过程中将产生的氮气、二氧化碳等气体循环至反应器底部提供强化传质的动力。水解酸化反应条件为：温度40℃，pH为8，HRT为8h，DO为0.5mg/L，SV30为30％。
经分析水解酸化后的B/C提高了16％，COD去除率为20％，SS去除率为59％。
对比例1
本对比例提供一种水解酸化污水处理方法，原料同实施例5，撤去气体内循环，利用搅拌器进行均质，反应条件为：反应温度34℃，pH为6.8，HRT为4h，DO为0.3mg/L，SV30为50％。
经分析水解酸化后的B/C提高了8％，COD去除率为16％，SS去除率为89％。
通过对比实施例5和对比例1可知，本发明实施例中所提供的强化传质的方法相对于一般的搅拌方法具有显著的优越性，污水水解酸化效率能够有明显的提升。
综上所述，本发明提供的一种水解酸化污水处理方法，其通过将水解酸化过程产生的代谢气体(如氮气、二氧化碳等)，引入反应器底部循环利用，以该循环气体为动力强化水解酸化微生物与有机底物的传质作用，增加装置内微生物与有机基质的接触机率，显著提高污水水解酸化效率。
本发明还提供的一种用于实施上述水解酸化污水处理方法的反应装置，其通过循环输气管路将反应器主体顶部产生的气体引入反应器主体的底部循环利用，为强化传质提供动力，能够显著提升水解酸化效率。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种水解酸化污水处理方法，其特征在于，包括：将污水在水解酸化微生物存在的条件下进行水解酸化反应；
将水解酸化反应过程中产生的代谢气体引入反应器底部进行循环。
2.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，在水解酸化反应启动阶段，从反应器底部通入外部气源；
优选地，所述外部气源的引入时长为4-6h，更优选为4.8-5.2h；
优选地，所述外部气源选自氮气、二氧化碳和甲烷中的至少一种，更优选为氮气。
3.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，将所述代谢气体的一部分引入反应器底部进行循环，剩余部分进行废气处理，循环部分的气体体积与进入废气处理阶段的气体体积之比为3-6:1，更优选为4.5-5.5:1。
4.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，所述水解酸化反应的反应温度为20-40℃；优选为30-35℃；
优选地，所述水解酸化反应的pH值为4-8；更优选为6-7。
5.根据权利要求4所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，所述污水中溶解氧为0.1-0.5mg/L；优选为0.3-0.4mg/L；
优选地，所述水解酸化反应的水力停留时间为3-8h，更优选为4-6h。
6.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，所述水解酸化微生物是负载于生物载体上与污水进行水解酸化反应；
优选地，所述生物载体为拉西环；
优选地，所述拉西环的填充体积与反应器体积之比为0.1-0.3:1；更优选为0.15-0.25:1。
7.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，采用接种污泥的方式提供所述水解酸化微生物；
优选地，接种的污泥采自污水处理厂的厌氧池、水解酸化池或好氧池；更优选为水解酸化池。
8.根据权利要求1所述的水解酸化污水处理方法，其特征在于，所述污水的COD值为3000-4000mg/L，B/C值为0.1-0.4，悬浮物含量为1000-1500mg/L。
9.一种用于实施权利要求1-8中任一项所述水解酸化污水处理方法的反应装置，其特征在于，包括反应器主体和循环输气管路，所述循环输气管路的进气端与所述反应器主体的顶部连通，所述循环输气管路的出气端与所述反应器主体的底部连通。
10.根据权利要求9所述的反应装置，其特征在于，所述循环输气管路包括出气管段和进气管段，所述出气管段的顶端与所述反应器主体的顶部连通，所述出气管段的底端通过所述进气管段与所述反应器主体的底部连通，所述进气管段呈开口向下的U形；
优选地，所述循环输气管路上安装有曝气风机，所述曝气风机的进气口与所述出气管段的底端相连，所述曝气风机的出气口与所述进气管段的进气端连通；
优选地，所述反应器的底部设置有曝气盘。
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