CN112225405A - 一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工废水处理技术领域，特别涉及一种微纳米气泡‑零价铁耦合生物法废水处理系统，其中，所述微纳米气泡‑零价铁耦合生物法废水处理系统，包括依次设置的微纳米气泡‑零价铁单元和生物膜处理单元，所述微纳米气泡‑零价铁单元包括零价铁反应器；所述生物膜处理单元包括依次设置的厌氧生物滤池、兼氧生物滤池和曝气生物滤池。本发明提供的微纳米气泡‑零价铁耦合生物法废水处理系统可有效的将大分子、高分子难生物降解有机物转化为小分子可生物降解有机物、或完全矿化，将氰化物、硫氰化物完全矿化，同时快速的去除废水中COD、酚类、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮、微量磷、氰化物、硫氰化物，具有极为广泛的市场应用前景。

Description

一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统

技术领域

本发明涉及化工废水处理技术领域，特别涉及一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统。

背景技术

工业污染催生了环境科学的发展，环境保护正从常规大气污染物(如：粉尘、SO₂等)、水体常规污染物(如：COD、BOD、氨氮、磷等)治理和重金属污染控制，向难生物降解有机污染物发展。

我国能源的基本特点是“富煤、贫油、少气”，发展新型煤化工产业是我国的能源战略需要，对于缓解我国石油、天然气等优质资源的供求矛盾，促进化工、钢铁、轻工和农业的发展，具有非常重要的作用。

煤焦化、煤气化、煤液化，以及煤制甲醇、烯烃等煤化工过程需要大量生产用水，但我国煤化工项目开发重点在煤炭资源丰富的西北及华北地区，这些区域水资源匮乏，占有量不到全国总量的20％，富煤少水的地理空间分布，成为我国煤化工发展的瓶颈，寻求投资省、产水水质好、工艺稳定、运行费用低的煤化工废水处理工艺，最大限度地实现节水和回用，已经成为煤制气产业发展的迫切需求。

煤化工产生大量的废水，废水中含有高浓度的污染物，水质成分复杂、波动频繁，通常情况下，CODcr约为2500-88000mg/L；酚类约为500-14000mg/L(苯酚类约为300-6800mg/L)；氨氮约为1800-14000mg/L；微量硝态氮约为0.2-2mg/L；有机氮约为4-140mg/L；微量磷约为0.5-29mg/L；氰化物约为0.1-110mg/L；硫氰化物约为8-1500mg/L；硫化物(S^2-)约为60-29000mg/L；油类约为50-110000mg/L，TDS约为2000-32000mg/L，PH约为7.5-9.5，并含有一定浓度的悬浮物、胶体、钙镁锶钡等致垢离子、重金属离子、氟化物，以及数百度的色度。高浓度氨氮导致C/N比极不均衡；大量的长链烷烃类、芳香烃类萘、蒽等、杂环类化合物吡啶等、油类等生物难降解有机物，以及高浓度酚类/氰化物/硫氰化物，严重危害微生物的新陈代谢，BOD/COD约为0.18-0.25或更低，有毒和有害物浓度高，具有很强的微生物抑制性，水质可生化性差，是一种典型高浓度难生物降解的工业废水。

我国煤化工废水的处理工艺一般由四部分组成，即：预处理、生化处理、深度处理、零排放；

预处理工艺主要完成除油、脱酚、脱氨，主要除油工艺为隔油池、气浮法；主要脱酚工艺为溶剂萃取法；主要脱氨工艺为蒸汽汽提-蒸氨法。

生化处理是利用微生物新陈代谢对预处理产水中有机物进行分解和无机化，常用的生化处理工艺主要有A/O及A²/O工艺、流动床生物膜反应器、PACT法、厌氧生物处理法、曝气生物滤池等。

例如申请号为202010372989.4的《一种物化生化联合处理焦化废水的方法》公开了一种物化生化联合处理焦化废水的方法，公开日为2020年8月25日，其通过对初步除氯的焦化废水进行微纳米臭氧催化氧化反应，完成预处理后得到的焦化废水进行A²O生化反应，得到生化出水，进行混凝沉淀后，进行一级反渗透处理，得到的清液即为达到排放标准的废水，该方法对焦化废水的处理效果好，处理效率高；

但是，由于煤化工废水水质成分复杂多变，波动频繁，缺乏针对特征污染物及其治理的理论基础和工程设计规范，常规的处理工艺存在严重局限性，工艺无法获得满意的出水水质，工艺复杂、工程造价和运维费用高，研发高效低成本的煤化工废水深度处理技术，实现煤化工废水中污染物的大幅削减和水资源的重复利用，已经成为煤化工企业可持续发展的自身需求和外在环保要求。

发明内容

为解决上述背景技术中提及的煤化工废水有毒和有害物浓度高、可生化性差，而现有常规工艺处理效果不佳的问题，本发明提供一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，包括依次设置的微纳米气泡-零价铁单元和生物膜处理单元，所述微纳米气泡-零价铁单元包括零价铁反应器；

所述生物膜处理单元包括依次设置的厌氧生物滤池、兼氧生物滤池和曝气生物滤池。

在上述结构的基础上，进一步地，所述厌氧生物滤池、兼氧生物滤池和曝气生物滤池内设有用于填充固定化微生物的载体。

在上述结构的基础上，进一步地，所述曝气生物滤池后端设有回流装置，所述回流装置用于将曝气生物滤池处理后的出水回流至厌氧生物滤池和/或兼氧生物滤池。

在上述结构的基础上，进一步地，所述微纳米气泡-零价铁单元还包括将进入的废水与通入的空气和/或氧气两相混合并使废水中氧气达到超饱和溶解度的预处理装置。

在上述结构的基础上，进一步地，所述预处理装置包括微纳米气泡发生器。

在上述结构的基础上，进一步地，所述微纳米气泡-零价铁单元还包括用于截留大分子、高分子有机物、未反应的零价铁中的一种或多种物质的过滤装置。

在上述结构的基础上，进一步地，所述过滤装置上还设有用于将被截留的浓水输送回零价铁反应器的循环处理装置。

在上述结构的基础上，进一步地，所述过滤装置为管式超滤膜组。

在上述结构的基础上，进一步地，所述微纳米气泡-零价铁单元还包括用于将零价铁反应器降解后废水中铁离子去除的分离装置。

在上述结构的基础上，进一步地，所述微纳米气泡-零价铁单元还包括用于收集分离装置处理后得到的可生化性处理废水的产水收集池。

本发明提供的一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，与现有技术相比，具有以下优点：

通过零价铁反应器对有机污染物进行氧化降解处理，同时配合内部设置有生物滤池反应器的厌氧生物滤池、兼氧生物滤池和曝气生物滤池，有效去除废水中COD、酚类、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮、微量磷、氰化物、硫氰化物；

为了进一步提升降解处理效果，通过预处理装置将空气和/或氧气破碎为500nm-1μm的微纳米气泡，在铁的催化作用下激发产生大量羟基自由基，羟基自由基具有超高的氧化还原电位(EOP＝2.8V)，反应速度非常快，其产生的超强氧化作用可将大分子、高分子难生物降解有机物转化为小分子可生物降解有机物、或完全矿化，将氰化物、硫氰化物完全矿化；

不仅如此，还通过固定化技术有效结合了生物滤池和生物强化两种工艺，可同时去除煤化工废水中有机物和氮等污染，同时还可脱色、除臭；由于采用了固定化技术，使反应器内微生物快速繁殖、优势菌种显著，生物量大，生物种类丰富，且有大量菌胶团，世代时间长的硝化菌、反硝化菌等可有效固定在载体上，避免了传统方法中菌的流失；承受进水污染物负荷变化、抵抗系统冲击能力强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统的结构框图；

图2为本发明提供的一种生物膜处理单元的结构框图；

图3为本发明提供的一种带有回流装置的生物膜处理单元的结构框图；

图4为本发明提供的一种微纳米气泡-零价铁单元的结构框图；

图5为本发明提供的鄂一中设有循环处理装置的微纳米气泡-零价铁单元的结构框图；

图6为本发明提供的鄂一中带有产水收集池的微纳米气泡-零价铁单元的结构框图。

附图标记：

10微纳米气泡-零价铁 11零价铁反应器 12预处理装置单元

13过滤装置 14循环处理装置 15分离装置

16产水收集池 20生物膜处理单元 21厌氧生物滤池

22兼氧生物滤池 23曝气生物滤池 24回流装置

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，包括依次设置的微纳米气泡-零价铁单元10和生物膜处理单元20，所述微纳米气泡-零价铁单元10包括零价铁反应器11；所述生物膜处理单元20包括依次设置的厌氧生物滤池21、兼氧生物滤池22和曝气生物滤池23。

具体实施时，如图1-2所示，所述微纳米气泡-零价铁单元10包括零价铁反应器11,将废水先通过零价铁反应器11进行氧化降解处理后,再将经零价铁反应器11处理后的废水依次通入厌氧生物滤池21、兼氧生物滤池22和曝气生物滤池23，所述设置的厌氧生物滤池21、兼氧生物滤池22和曝气生物滤池23内均设有生物滤池反应器，其内部填充有微生物载体，在生物滤池生物膜驯化培养过程中，投加高效复合微生物，其中：曝气生物滤池23可视水质设置1-3级。厌氧生物滤池21、兼氧生物滤池22、曝气生物滤池23的数量和容积比根据所处理的废水水质、水量及相应技术规范设计制作,有效去除煤化工废水中COD、酚类、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮、微量磷、氰化物、硫氰化物。

优选地，所述厌氧生物滤池21、兼氧生物滤池22和曝气生物滤池23内设有用于填充固定化微生物的载体。

具体实施时，所述厌氧生物滤池21中投加的生物载体其湿密度接近水，视水质填充率约30％-70％，生物载体悬浮在反应器内，且呈流化态，载体间不易结膜堵塞，反应器无需反冲洗，同时，在厌氧生物滤池21生物膜驯化培养过程中，投加高效复合厌氧菌，所投加高效复合厌氧菌为市售产品，投加的高效复合厌氧菌自固定于生物载体上，固定化微生物不易流失、微生物负载量高，反应器内生物量大，生物种类丰富，且有大量菌胶团，世代时间长反硝化菌种被有效固定在载体上，避免菌种的流失，具有较强的承受进水污染物负荷变化能力和抵抗系统冲击能力；

所述兼氧生物滤池22中投加的生物载体其湿密度接近水，视水质填充率约30％-70％，生物载体悬浮在反应器内，且呈流化态，载体间不易结膜堵塞，反应器无需反冲洗，在兼氧生物滤池22生物膜驯化培养过程中，投加高效复合兼氧菌，所投加高效复合兼氧菌为市售产品，投加的高效复合兼氧菌自固定于生物载体上，固定化微生物不易流失、微生物负载量高，反应器内生物量大，生物种类丰富，且有大量菌胶团，世代时间长硝化、反硝化菌种被有效固定在载体上，避免菌种的流失，具有较强的承受进水污染物负荷变化能力和抵抗系统冲击能力；

而废水中的大部分可降解有机物和毒性物质在厌氧、兼氧生物滤池得以降解，并将有机氮降解为氨氮，同时通过反硝化去除回流水中的氮氧化物。

所述曝气生物滤池23中投加的生物载体其湿密度接近水，视水质填充率约30％-70％，生物载体悬浮在反应器内，且呈流化态，载体间不易结膜堵塞，反应器无需反冲洗。在曝气生物滤池23生物膜驯化培养过程中，投加高效复合好氧菌，所投加高效复合好氧菌为市售产品，投加的高效复合好氧菌自固定于生物载体上，固定化微生物不易流失、微生物负载量高，反应器内生物量大，生物种类丰富，且有大量菌胶团，世代时间长硝化菌种被有效固定在载体上，避免菌种的流失，具有较强的承受进水污染物负荷变化能力和抵抗系统冲击能力。且在反应器中，由于曝气生物滤池23中生物载体与高效复合好氧菌的固定化，使生物载体内部同时形成厌氧-缺氧-好氧的微环境，发生同步硝化反硝化，在完全硝化的同时去除一部分总氮。

通过固定化技术有效结合了生物滤池和生物强化两种工艺，可同时去除煤化工废水中有机物和氮等污染，同时还可脱色、除臭；脱氮效率高，无需外加有机碳源；高效菌固定生长在载体上，减轻了高氨氮对生物的抑制作用；由于采用了固定化技术，使反应器内微生物快速繁殖、优势菌种显著，生物量大，生物种类丰富，且有大量菌胶团，世代时间长的硝化菌、反硝化菌等可有效固定在载体上，避免了传统方法中菌的流失；承受进水污染物负荷变化、抵抗系统冲击能力强。

优选地，所述曝气生物滤池23后端设有回流装置24，所述回流装置24用于将曝气生物滤池23处理后的出水回流至厌氧生物滤池21和/或兼氧生物滤池22。

具体实施时，如图3所示，所述曝气生物滤池23后端设有回流装置24，在所述曝气生物滤池23进行彻底的硝化反应后，去除氨氮，同时去除一部分总氮和剩余的可降解有机物，出水可以回流到厌氧滤池或缺氧滤池中，回流路线及回流比例视水质而定，当进水氨氮浓度大于1500mg/L时，出水回流到厌氧生物滤池21，与进水混合进入反应器，以降低进水氨氮浓度，减轻对微生物的抑制作用；进水氨氮浓度小于1500mg/L时，出水回流到兼氧生物滤池22，以去除曝气生物滤池23产生的剩余氮氧化物。

可以看出的是，废水进入所述生物膜处理装置，首先在厌氧反应器和兼氧反应器中通过反硝化、水解酸化和厌氧产甲烷反应去除大部分可生物降解有机物和亚硝态氮、硝态氮，并将有机氮转化为氨氮。兼氧反应器出水中高浓度氨氮和残余有机物在曝气生物滤池23中得到进一步的降解，发生完全硝化反应，去除高氨氮，同时去除一部分总氮和余下的可生物降解有机物，出水回流到厌氧滤反应器或兼氧反应器(回流路线和回流比例视水质而定)，去除曝气生物滤池23段产生的剩余可生物降解有机物、亚硝态氮、硝态氮。厌氧/兼氧/好氧生物膜反应器通过加湿密度接近水的生物载体、分别投加高效复合厌氧/兼氧/好氧菌，通过固定化微生物技术，高效菌固定生长在载体上，尤其是世代时间长的硝化菌、反硝化菌等有效固定在生物载体上，避免了高效菌的流失，减轻了高氨氮、有毒物对生物的抑制作用，反应器内优势菌种繁殖快速、生物量大、生物种类丰富，并有大量菌胶团，承受进水污染物负荷变化和抵抗系统冲击的能力很强，可高效去除煤化工废水的可生物降解有机物、氮和微量的磷，同时还可脱色、除臭。

强化煤化工废水生物处理，有效去除煤化工废水中COD、酚类、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮、微量磷、氰化物、硫氰化物，产水水质优于《GB8978-1996污水综合排放标准》的要求，进一步处理回用或直接排放。

优选地，所述微纳米气泡-零价铁单元10还包括将进入的废水与通入的空气和/或氧气两相混合并使废水中氧气达到超饱和溶解度的预处理装置12。

具体实施时，如图4所示，所述预处理装置12用于将将进入的废水与通入的空气和/或氧气两相混合并使废水中氧气达到超饱和溶解度，经预处理的高煤化工废水，首先进入预处理装置12，所述预处理装置12优选但不限于微纳米气泡发生器，通过将废水与微纳米气泡发生器产生的500nm～1μm空气和/或氧气高效混合，废水中的氧气达到超饱和溶解度，而这种500nm～1μm微纳米气泡具有自增压溶解效应，微纳米气泡在废水中的溶解是一个气泡逐渐缩小的过程，压力的上升会增加气体的溶解速度，伴随着比表面积的增加，气泡缩小的速度会变的越来越快，并最终溶于水中，理论上气泡即将消失时的所受压力为无穷大，这种巨大压力使微气泡爆裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈改变，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来，可激发产生大量羟基自由基；

接着，将富含500nm～1μm微纳米气泡的废水送入零价铁反应器11中，零价铁(ZVI)降解有毒有害有机物具有反应条件温和、安全、无二次污染等优点，不仅可以直接还原降解卤代型污有机污染物(式1)，还可以通过活化空气中的分子氧形成类Fenton体系来氧化降解有机物(式2～5)；

Fe⁰+RX+H⁺→Fe²⁺+RH+X^- (1)

Fe⁰+O₂+2H⁺→Fe²⁺+H₂O₂ (2)

Fe²⁺+O₂→Fe³⁺+·O^2- (3)

Fe²⁺+·O^2-+2H⁺→Fe³⁺+H₂O₂ (4)

Fe²⁺+H₂O₂+H⁺→Fe³⁺+H₂O+·OH (5)；

但是，普通ZVI在实际水处理过程中活性不高((Fe²⁺/Fe)＝-0.44V)，对难降解有机物降解效果不佳。为提高零价铁的活性，本专利主要利用微纳米尺度气泡的O₂更容易被ZVI活化的性质，形成类Fenton体系，进行有机物的氧化降解。因为500nm～1μm的微纳米气泡在废水中具有极高的溶解度，且在气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚化学能瞬间释放，在铁的催化作用下生成大量羟基自由基等强氧化性物质，实现对废水中难降解有机物的氧化降解；

羟基自由基具有超高的氧化还原电位(EOP＝2.8V)，属于游离基反应，反应速度非常快，其产生的超强氧化作用可将大分子、高分子难生物降解有机物转化为小分子可生物降解有机物、或完全矿化，将氰化物、硫氰化物完全矿化。

优选地，所述预处理装置12包括微纳米气泡发生器。

具体实施时，所述预处理装置12包括微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器可以采用天津鼎玖科技有限公司产DJ-TM/NBG型微纳米气泡发生器。

优选地，所述微纳米气泡-零价铁单元10还包括用于截留大分子、高分子有机物、未反应的零价铁中的一种或多种物质的过滤装置13。

具体实施时，如图4所示，所述过滤装置13用于截留各种大分子、高分子有机物，以及废水中细微悬浮物、胶体，使其进入浓水循环处理，保证了产水不含有大分子、高分子难降解有机物和细微悬浮物、胶体；

不仅如此，当废水在依次通过预处理装置12、零价铁反应器11进行氧化降解处理后，再通过过滤装置13时，所述过滤装置13还可以将部分未反应的零价铁和纳米微气泡截留下来。

优选地，所述过滤装置13上还设有用于将被截留的浓水输送回零价铁反应器11的循环处理装置14。

具体实施时，如图5所示，所述过滤装置13上设有一循环处理装置14，所述循环处理装置14用于将被截留的浓水输送回零价铁反应器11，所述浓水为包含各种大分子和高分子有机物、未反应的零价铁和微纳米气泡，以及废水中细微悬浮物、胶体等构成的废水，通过循环利用、处理可以更好的对各种物质进行回收处理以及再利用。

优选地，所述过滤装置13为管式超滤膜组。

具体实施时，废水经零价铁反应器11氧化降解处理后，送入过滤装置13，所述过滤装置13优选为过滤精度为20nm的管式超滤膜组，所述管式超滤膜组可以采用美国Porex公司、美国Duraflow公司或苏州凯虹高分子科技有限公司产TMF型管式超滤膜组。

优选地，所述微纳米气泡-零价铁单元10还包括用于将零价铁反应器11降解后废水中铁离子去除的分离装置15。

具体实施时，如图4所示，废水经零价铁反应器11氧化降解处理后，送入分离装置15，所述分离装置15可以通过投加碱液调节废水pH呈中性，Fe³⁺在中性环境下成为Fe(OH)₃絮体沉淀，沉淀物污泥处置，从而可以分离出可生化性处理的废水；

此外，在所述分离装置15上设置有相适配的投料设备和pH计进行碱液的添加、pH值的测量等机械设备或可自动化的设备进行相应操作，亦或者根据实际情况，还可以通过人工进行添加并监控其pH值以保证调节的废水pH值稳定；

同时，为了使得废水在分离装置15内充分进行反应并适时地可以进行有效的分离，同时避免被腐蚀，所述分离装置15为带有机械搅拌器的耐腐蚀型容器，当反应完全后，关闭所述搅拌器并将沉淀物与废水进行分离。

优选地，所述微纳米气泡-零价铁单元10还包括用于收集分离装置15处理后得到的可生化性处理废水的产水收集池16。

具体实施时，如图6所示，所述分离装置15之后还设有对处理后废水进行存储的产水收集池16，所述产水收集池16用于长期或者临时对处理后的废水进行收纳，以便于对该可生化处理废水进行有效分配进入后续处理的工段。

可以理解的是，所述产水收集池16可以为带有机械搅拌器的耐腐蚀型容器。

为此，还提供如下具体实施例：

预处理水首先进入微纳米气泡发生器中，废水与微纳米气泡发生器产生的500nm-1μm气泡高效混合，500nm-1μm微纳米气泡最终溶于水中，微气泡爆裂瞬间，在铁的催化作用下可激发产生大量羟基自由基。羟基自由基反应速度非常快，其产生的超强氧化作用可将大分子、高分子难生物降解有机物转化为小分子可生物降解有机物、或完全矿化，将氰化物、硫氰化物完全矿化。

富含500nm-1μm微纳米气泡的废水送入零价铁反应器11，投加酸液，如：醋酸、硫酸和/或盐酸，调节pH为2-4；视水质，按0.5～100g/L投加零价铁，如：微米级铁粉和/或铁刨花；在搅拌转速为30-100rpm下，持续反应20min～12h；

零价铁反应器11出水泵送至过滤精度为20nm的管式超滤膜组，可有效截留各种大分子和高分子有机物、未反应的零价铁和微纳米气泡，以及废水中细微悬浮物、胶体等，并返回到工艺系统零价铁反应器11中循环处理。使其产水中不含有大分子、高分子有机物和细微悬浮物、胶体。

管式超滤膜组产水送入澄清池，投加氢氧化钠和/或氢氧化钾碱液，调节废水PH至6.8-7.5之间，Fe³⁺在中性环境下成为Fe(OH)₃絮体沉淀，沉淀物污泥处置；澄清池上清液自溢流至产水箱，以利生物膜反应器进一步处理。

接着，系统将产水箱的产水进行投运时，视水质向厌氧/兼氧/好氧生物膜反应器投加30％-70％的生物载体。

生物驯化期间，采用微纳米气泡-零价铁单元10产水，人工配水，逐步加大实际废水的比例，直至完全进微纳米气泡-零价铁单元10产水原水。在厌氧/兼氧/好氧生物膜反应器驯化培养过程中分别投加高效复合厌氧/兼氧/好氧菌，使其固定在载体表面及内部。

厌氧/兼氧/好氧生物膜反应器正式启动后，微纳米气泡-零价铁单元10产水送入厌氧反应器和兼氧反应器。在厌氧反应器和兼氧反应器中去除大部分可生物降解有机物和亚硝态氮、硝态氮，并将有机氮转化为氨氮。厌氧/兼氧生物膜反应器温度保持在30-35℃之间，水力停留时间为12-48h，COD容积负荷可达20kg/(m³·d)，去除率为70％-90％，兼氧生物膜反应器出水中亚硝态氮、硝态氮浓度显著降低。

兼氧生物膜反应器出水进入曝气生物滤池23，彻底硝化去除氨氮，同时去除一部分总氮和余下的可生化有机物。曝气生物滤池23中由于高效复合微生物的固定化作用，可以使载体内部形成厌氧-缺氧-好氧的微环境，硝化菌固定在载体表层，反硝化菌固定在载体内部，为同步硝化反硝化反应的发生创造了环境，有利于总氮的去除。曝气生物滤池23温度保持在20-30℃之间，停留时间为12-36h，溶解氧浓度为2-6mg/L；COD容积负荷可达10kg/(m³·d)，去除率为65％-98％；氨氮容积负荷可达0.5-2.0kg/(m³·d)，去除率高达99％；曝气生物滤池23部分总氮去除率可达50％-70％，出水部分回流至厌氧生物膜反应器或兼氧生物膜反应器中，进行剩余氮氧化物的进一步去除。

强化煤化工废水生物处理，有效去除煤化工废水中COD、酚类、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮、微量磷、氰化物、硫氰化物，产水水质优于《GB8978-1996污水综合排放标准》的要求，进一步处理回用或直接排放。

例如某煤化工废水，经预处理后，预处理水含油量8.5mg/L；酚类586mg/L；氨氮为1265mg/L；CODcr为12000mg/L；BOD5为2200mg/L；氰化物约为0.2mg/L；硫氰化物约为26mg/L；PH为8.6。

预处理水首先进入微纳米气泡发生器中，废水与微纳米气泡发生器产生的500nm-1μm气泡高效混合，富含500nm-1μm微纳米气泡的废水送入零价铁反应器11，投加醋酸调节pH为3；按60g/L投加微米级铁粉零价铁；在搅拌转速为60rpm下，持续反应2h；零价铁反应器11出水泵送至过滤精度为20nm的管式超滤膜组，管式超滤膜组浓水返回到工艺系统零价铁反应器11中循环处理，管式超滤膜组产水送入澄清池，投加氢氧化钠调节废水PH至7，澄清池沉淀物污泥处置；澄清池上清液自溢流至产水箱，以利生物膜反应器进一步处理。

生物膜处理单元20由厌氧/兼氧/好氧生物滤池组成。

厌氧/兼氧/好氧生物滤池生物载体填充率50％，在厌氧/兼氧/好氧生物膜反应器膜驯化培养过程中分别投加高效复合厌氧/兼氧/好氧菌，厌氧/兼氧生物膜反应器温度保持在33℃左右，水力停留时间为36h，COD容积负荷20kg/(m³·d)；曝气生物滤池23温度保持在25℃左右，停留时间为24h，溶解氧浓度为6mg/L；COD容积负荷10kg/(m³·d)，氨氮容积负荷1.25kg/(m³·d)。

产水主要水质指标达到：CODcr≤24mg/L；BOD5≤3.1mg/L；酚类≤0.35mg/L；氨氮≤2.6mg/L；氰化物、硫氰化物、油类均未检出，PH约为6.84。

尽管本文中较多的使用了诸如微纳米气泡-零价铁单元、零价铁反应器、预处理装置、过滤装置、循环处理装置、分离装置、产水收集池、生物膜处理单元、厌氧生物滤池、兼氧生物滤池、曝气生物滤池、回流装置等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，包括依次设置的微纳米气泡-零价铁单元(10)和生物膜处理单元(20)，其特征在于：

所述微纳米气泡-零价铁单元(10)包括零价铁反应器(11)；

所述生物膜处理单元(20)包括依次设置的厌氧生物滤池(21)、兼氧生物滤池(22)和曝气生物滤池(23)。

2.根据权利要求1所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述厌氧生物滤池(21)、兼氧生物滤池(22)和曝气生物滤池(23)内设有用于填充固定化微生物的载体。

3.根据权利要求1所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述曝气生物滤池(23)后端设有回流装置(24)，所述回流装置(24)用于将曝气生物滤池(23)处理后的出水回流至厌氧生物滤池(21)和/或兼氧生物滤池(22)。

4.根据权利要求1所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述微纳米气泡-零价铁单元(10)还包括将进入的废水与通入的空气和/或氧气两相混合并使废水中氧气达到超饱和溶解度的预处理装置(12)。

5.根据权利要求4所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述预处理装置(12)包括微纳米气泡发生器。

6.根据权利要求1所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述微纳米气泡-零价铁单元(10)还包括用于截留大分子、高分子有机物、未反应的零价铁中的一种或多种物质的过滤装置(13)。

7.根据权利要求6所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述过滤装置(13)上还设有用于将被截留的浓水输送回零价铁反应器(11)的循环处理装置(14)。

8.根据权利要求6所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述过滤装置(13)为管式超滤膜组。

9.根据权利要求1所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述微纳米气泡-零价铁单元(10)还包括用于将零价铁反应器(11)降解后废水中铁离子去除的分离装置(15)。

10.根据权利要求9所述的微纳米气泡-零价铁耦合生物法废水处理系统，其特征在于：所述微纳米气泡-零价铁单元(10)还包括用于收集分离装置(15)处理后得到的可生化性处理废水的产水收集池(16)。

Images