申請日2015.09.16
公開(公告)日2015.11.18
IPC分類號C02F9/14; C02F3/12
摘要
本發(fā)明公開了一種高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器及采用該裝置進行廢水處理的方法，裝置包括雙層筒狀分離器(4)，將所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器分隔為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)(1)，所述反應(yīng)區(qū)和所述沉淀區(qū)(1)之間通過污泥回流縫(8)連接，循環(huán)隔離筒(7)，豎直設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，曝氣頭(6)，設(shè)置在所述循環(huán)隔離筒(7)的底部。所述方法包括廢水的混合、廢水的預(yù)處理、進行厭氧產(chǎn)甲烷處理以及好氧生物處理。采用本發(fā)明的裝置及方法處理含丙烯酸廢水和含丙烯酸鹽廢水，其優(yōu)點在于啟動速度快、處理負荷高、運行穩(wěn)定、處理成本低。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其特征在于：所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器為懸 浮生長反應(yīng)器或投加懸浮生物載體的復(fù)合生長反應(yīng)器，包括：
雙層筒狀分離器(4)，將所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器分隔為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)(1)，所 述反應(yīng)區(qū)和所述沉淀區(qū)(1)之間通過污泥回流縫(8)連接，且所述沉淀區(qū)(1)位于所述反 應(yīng)區(qū)的上部，在所述雙層筒狀分離器(4)的下端連接有污泥抽吸擋板(9)，在所述雙層筒狀 分離器(4)上設(shè)置有氣泡分離夾層(5);
循環(huán)隔離筒(7)，豎直設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，將所述反應(yīng)區(qū)分隔為所述循環(huán)隔離筒(7) 內(nèi)部的氣流攪拌循環(huán)稀釋快速混合區(qū)(2)和外部的高負荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū)(3);
曝氣頭(6)，設(shè)置在所述循環(huán)隔離筒(7)的底部;
在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的頂部設(shè)置有反應(yīng)器密封蓋(16)，底部設(shè)置有進水口 及放空口(14)，在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部設(shè)置有出水口(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其特征在于：在所述反應(yīng)器密封 蓋(16)的頂部設(shè)置有單向閥排氣口(15)，所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器還包括低氧尾氣 循環(huán)回曝氣系統(tǒng)，包括：
反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口(18)，設(shè)置在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部;
曝氣鼓風(fēng)機(10)，通過第一管道(101)與所述曝氣頭(6)相連，通過第二管道(102) 連接新鮮空氣進口(11)，在靠近所述新鮮空氣進口(11)處的所述第二管道(102)上設(shè)置 有新鮮空氣氣量調(diào)節(jié)閥(13);
所述反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口(18)通過第三管道(103)與所述第二管道(102)相連 通，在所述第三管道(103)上設(shè)置有反應(yīng)器低氧循環(huán)氣氣量調(diào)節(jié)閥(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其特征在于：所述氣流攪拌循環(huán) 稀釋快速混合區(qū)(2)和所述高負荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū)(3)的體積比為1:2～1:10。
4.采用權(quán)利要求1～3中任意一項所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進行廢水處理的方 法，其特征在于：包括如下步驟：
(A)含高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽廢水與采用反應(yīng)器處理后的處理出水按照1:0～1:10的 比例混合后，加入氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，再經(jīng)酸或堿調(diào)節(jié)pH值至中性;
(B)步驟A出水采用高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進行預(yù)處理，使廢水厭氧產(chǎn)甲烷抑制 率以丙酸為底物降至10%以下，而BOD5去除率在20%以下;
(C)步驟B出水補充鐵、鈷、鎳微量元素后進行厭氧產(chǎn)甲烷處理;
(D)步驟C出水進行好氧生物處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述步驟(A)中混合后的廢 水中丙烯酸及鹽濃度以丙烯酸計為20000mg/L以下;所述堿為工業(yè)用無機堿或無機堿濃度高 且中和后毒性低的廢水;所述酸為工業(yè)用無機酸或無機酸濃度高且中和后毒性低的廢水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述無機堿包括氫氧化鈉、氫 氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉或其混合物;所述無機酸為鹽酸、硫酸或其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的測定 以丙酸鈉為產(chǎn)甲烷底物;丙酸鈉培養(yǎng)液組成如下：丙酸鈉3.43g/L、刃天青0.9mg/L、 (NH4)2HPO472.1mg/L、CaCl2·2H2O225mg/L、NH4Cl359mg/L、MgCl2·4H2O1620mg/L、KCl 1170mg/L、MnCl2·4H2O18.0mg/L、CoCl2·6H2O27mg/L、H3BO35.13mg/L、CuCl2·2H2O2.43 mg/L、Na2MoO4·2H2O2.30mg/L、ZnCl21.89mg/L、FeCl2·4H2O333mg/L、Na2S·9H2O 450mg/L、維生素H0.018mg/L、葉酸0.018mg/L、維生素B60.09mg/L、維生素B20.045mg/L、 維生素B10.045mg/L、煙酸0.045mg/L、泛酸鈣0.045mg/L、維生素B120.0009mg/L、對氨 基苯甲酸0.045mg/L、α-硫辛酸0.045mg/L;
測定含有所述廢水條件下的甲烷產(chǎn)生速率：按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲 烷顆粒污泥和所述中和至pH值為6.5～7.5的預(yù)處理后的廢水混合，35℃條件下測定混合液 產(chǎn)甲烷量，計算甲烷產(chǎn)生速率V3;
測定無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn)生速率：按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲烷 顆粒污泥和所述去離子水混合，35℃條件下測定產(chǎn)甲烷量并計算無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn) 生速率V4;
計算所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的方法為：厭氧產(chǎn)甲烷抑制率=(1-V3/V4)×100%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng) 器運行期間控制反應(yīng)區(qū)混合液pH值為6～9，溫度為20～40℃，啟動最初階段接種好氧活性 污泥，接種濃度為2000～6000mg/LMLSS，控制曝氣量使反應(yīng)區(qū)頂部混合液氧化還原電位 -50～100mV，當所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器COD去除率穩(wěn)定達80%以上時，使所述高 負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器混合液氧化還原電位低于-200mV，溶解氧低于0.5mg/L運行，所述 高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器在30d內(nèi)完成啟動。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng) 器中的反應(yīng)區(qū)水力停留時間控制在1h～12h，丙烯酸鹽處理負荷以丙烯酸計最高可達 160kg/m3.d。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的廢水處理的方法，其特征在于：所述步驟(C)中廢水所進 行的厭氧產(chǎn)甲烷處理為單級或多級升流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池或厭氧顆粒污泥膨脹床; 步驟(D)中廢水所進行的好氧生物處理為活性污泥法或生物膜法。
說明書
一種高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器及廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種廢水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器及采用該反 應(yīng)器進行廢水處理的方法。
背景技術(shù)
丙烯酸生產(chǎn)過程中以及以丙烯酸為原料的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含較高濃度丙烯酸或丙 烯酸鹽的廢水。由于丙烯酸及其鹽對微生物具有很高的毒性，直接進行生化處理，常出現(xiàn)污 泥馴化速度慢、污泥易流失、處理出水水質(zhì)不穩(wěn)定等問題。
目前含丙烯酸廢水多采用熱力焚燒法等工藝進行處理。熱力焚燒工藝即將含高濃度丙烯 酸的廢水經(jīng)過氣提塔濃縮后，在助燃壓縮空氣的幫助下呈霧狀噴入廢水焚燒爐，同時燃料氣 或燃料油也進入燃燒爐燃燒，燃燒氣溫度可達950℃，在950℃的高溫下，廢水中的有機物 完全反應(yīng)成為二氧化碳和水，處理效率很高。盡管如此，熱力焚燒工藝基建投資大，消耗大 量燃料氣或燃料油，能耗及運行成本高，且當采用該工藝處理含丙烯酸鹽的廢水時，容易造 成爐體腐蝕、管道堵塞，爐磚等需定期更換，進一步增加了運行成本。丙烯酸為可生物降解 有機物，但由于丙烯酸(鹽)的毒性很高，生物處理工藝通常需要將含丙烯酸(鹽)廢水用 生活污水、冷卻水等進行大量稀釋后或處理出水大比率回流稀釋后再進行處理，其缺點在于 廢水稀釋浪費大量的冷卻水，出水回流能耗高。而且由于丙烯酸(鹽)對水處理微生物特別 是產(chǎn)甲烷菌毒性很高，污泥馴化困難，反應(yīng)器啟動常常需要半年甚至一年以上，且易受到?jīng)_ 擊負荷的沖擊，嚴重影響生產(chǎn)裝置的正常運行等。
因此含丙烯酸(鹽)廢水的處理一直是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的難題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種處理含高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽廢水的裝置和方法， 采用本發(fā)明的裝置及方法處理含丙烯酸廢水和含丙烯酸鹽廢水，其優(yōu)點在于啟動速度快、處 理負荷高、運行穩(wěn)定、處理成本低。
一種高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器為懸浮生長反應(yīng)器或投 加懸浮生物載體的復(fù)合生長反應(yīng)器，包括：
雙層筒狀分離器，將所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器分隔為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，所述反應(yīng)區(qū) 和所述沉淀區(qū)之間通過污泥回流縫連接，且所述沉淀區(qū)位于所述反應(yīng)區(qū)的上部，在所述雙層 筒狀分離器的下端連接有污泥抽吸擋板，在所述雙層筒狀分離器上設(shè)置有氣泡分離夾層;
循環(huán)隔離筒，豎直設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，將所述反應(yīng)區(qū)分隔為所述循環(huán)隔離筒內(nèi)部的氣流 攪拌循環(huán)稀釋快速混合區(qū)和外部的高負荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū);
曝氣頭，設(shè)置在所述循環(huán)隔離筒的底部;
在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的頂部設(shè)置有反應(yīng)器密封蓋，底部設(shè)置有進水口及放空 口，在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部設(shè)置有出水口。
本發(fā)明所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其中，在所述反應(yīng)器密封蓋的頂部設(shè)置有單 向閥排氣口，所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器還包括低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)，包括：
反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口，設(shè)置在所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部;
曝氣鼓風(fēng)機，通過第一管道與所述曝氣頭相連，通過第二管道連接新鮮空氣進口，在靠 近所述新鮮空氣進口處的所述第二管道上設(shè)置有新鮮空氣氣量調(diào)節(jié)閥;
所述反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口通過第三管道與所述第二管道相連通，在所述第三管道上 設(shè)置有反應(yīng)器低氧循環(huán)氣氣量調(diào)節(jié)閥。
所述低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)可將反應(yīng)器排出的低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)。調(diào)節(jié)兩個系 統(tǒng)的曝氣量可在保證反應(yīng)器內(nèi)混合條件的情況下，將反應(yīng)器混合液氧化還原條件和污染物濃 度控制在需要的范圍，從而實現(xiàn)對微生物種群和代謝過程的調(diào)控，實現(xiàn)有毒污染物的選擇性 代謝轉(zhuǎn)化;根據(jù)反應(yīng)器進水丙烯酸鹽濃度，反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)水力停留時間控制在1h～12h，丙 烯酸鹽處理負荷最高可達160kg/m3.d(以丙烯酸計)。
本發(fā)明所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其中，所述氣流攪拌循環(huán)稀釋快速混合區(qū)和 所述高負荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū)的體積比為1:2～1:10。
一種采用本發(fā)明所述的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進行廢水處理的方法，包括如下步驟：
(A)含高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽廢水與采用反應(yīng)器處理后的處理出水按照1:0～1:10的 比例混合后，加入氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，再經(jīng)酸或堿調(diào)節(jié)pH值至中性;
(B)步驟A出水采用高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進行預(yù)處理，使廢水厭氧產(chǎn)甲烷抑制 率以丙酸為底物降至10%以下，而BOD5去除率在20%以下;
(C)步驟B出水補充鐵、鈷、鎳微量元素后進行厭氧產(chǎn)甲烷處理;
(D)步驟C出水進行好氧生物處理。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述步驟(A)中混合后的廢水中丙烯酸及鹽濃 度以丙烯酸計為20000mg/L以上;所述堿為工業(yè)用無機堿或無機堿濃度高且中和后毒性低的 廢水;所述酸為工業(yè)用無機酸或無機酸濃度高且中和后毒性低的廢水。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述無機堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、 碳酸鈉、碳酸氫鈉或其混合物;所述無機酸為鹽酸、硫酸或其混合物。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的測定以丙酸鈉為產(chǎn)甲烷 底物;丙酸鈉培養(yǎng)液組成如下：丙酸鈉3.43g/L、刃天青0.9mg/L、(NH4)2HPO472.1mg/L、 CaCl2·2H2O225mg/L、NH4Cl359mg/L、MgCl2·4H2O1620mg/L、KCl1170mg/L、MnCl2·4H2O 18.0mg/L、CoCl2·6H2O27mg/L、H3BO35.13mg/L、CuCl2·2H2O2.43mg/L、Na2MoO4·2H2O 2.30mg/L、ZnCl21.89mg/L、FeCl2·4H2O333mg/L、Na2S·9H2O450mg/L、維生素H0.018 mg/L、葉酸0.018mg/L、維生素B60.09mg/L、維生素B20.045mg/L、維生素B10.045mg/L、 煙酸0.045mg/L、泛酸鈣0.045mg/L、維生素B120.0009mg/L、對氨基苯甲酸0.045mg/L、 α-硫辛酸0.045mg/L;
測定含有所述廢水條件下的甲烷產(chǎn)生速率：按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲 烷顆粒污泥和所述中和至pH值為6.5～7.5的預(yù)處理后的廢水混合，35℃條件下測定混合液 產(chǎn)甲烷量，計算甲烷產(chǎn)生速率V3;
測定無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn)生速率：按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲烷 顆粒污泥和所述去離子水混合，35℃條件下測定產(chǎn)甲烷量并計算無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn) 生速率V4;
計算所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的方法為：厭氧產(chǎn)甲烷抑制率=(1-V3/V4)×100%。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器運行期間控制反 應(yīng)區(qū)混合液pH值為6～9，溫度為20～40℃，啟動最初階段接種好氧活性污泥，接種濃度為 2000～6000mg/LMLSS，控制曝氣量使反應(yīng)區(qū)頂部混合液氧化還原電位-50～100mV，當所述 高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器COD去除率穩(wěn)定達80%以上時，使所述高負荷代謝調(diào)控生物反 應(yīng)器混合液氧化還原電位低于-200mV，溶解氧低于0.5mg/L運行，所述高負荷代謝調(diào)控生物 反應(yīng)器在30d內(nèi)完成啟動。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器中的反應(yīng)區(qū)水力 停留時間控制在1h～12h，丙烯酸鹽處理負荷以丙烯酸計最高可達160kg/m3.d。
本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述步驟(C)中廢水所進行的厭氧產(chǎn)甲烷處理 為單級或多級升流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池或厭氧顆粒污泥膨脹床;步驟(D)中廢水 所進行的好氧生物處理為活性污泥法或生物膜法。
本發(fā)明的裝置和方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：
1)本發(fā)明的高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器啟動速度快，啟動成本低：本發(fā)明所述用于廢水 預(yù)處理的生物反應(yīng)器，可采用普通市政污水處理廠活性污泥進行接種，啟動初始階段采用高 ORP運行，污泥增殖速度較快，可在1個月左右的時間內(nèi)完成啟動。后續(xù)厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器 可采用沼氣池污泥或顆粒污泥進行接種，由于經(jīng)過預(yù)處理，廢水的厭氧產(chǎn)甲烷毒性顯著下降， 該反應(yīng)器可隨預(yù)處理反應(yīng)器進行同步啟動。工藝末端的好氧處理以普通市政污水處理廠活性 污泥為接種，可隨其他反應(yīng)器進行同步啟動。工藝啟動周期顯著低于現(xiàn)有生物處理工藝所需 要的半年甚至一年以上的啟動周期，可節(jié)約啟動成本，不需投加共代謝物(如生活污水、發(fā) 酵行業(yè)廢水等)，有利于新建化工生產(chǎn)裝置按時或提前開工。
2)工藝處理負荷高：由于廢水的厭氧產(chǎn)甲烷毒性在預(yù)處理單元有效削減，產(chǎn)甲烷單元可 達到很高的處理負荷，整套工藝也可達到很高的處理負荷，丙烯酸等可生物降解污染物去除 率達95%以上。本發(fā)明所述廢水處理方法，進水丙烯酸及鹽濃度(以丙烯酸計)可達20000mg/L 以上;高負荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器單元的處理負荷達可達160kg/m3.d(以丙烯酸計)以上; 厭氧產(chǎn)甲烷單元處理負荷達12～25kgCOD/(m3.d)以上;整個工藝的處理負荷達6～ 15kgCOD/(m3.d)以上。而現(xiàn)有工程應(yīng)用的高濃度丙烯酸廢水厭氧產(chǎn)甲烷單元的處理負荷僅為 1～3kgCOD/(m3.d)。
3)工藝運行穩(wěn)定：廢水厭氧生物處理系統(tǒng)中，產(chǎn)甲烷菌對有毒物質(zhì)最為敏感。由于本發(fā) 明所述方法可有效降低廢水的厭氧產(chǎn)甲烷毒性，因此保證了工藝的穩(wěn)定運行。
4)處理成本低：本發(fā)明所述方法中，廢水中有機物的去除主要發(fā)生在厭氧產(chǎn)甲烷單元， 該單元處理單位廢水的能耗較低，而且預(yù)處理也采用成本較低的生物處理技術(shù)，因此工藝整 體的處理成本較低，同時可回收甲烷。在廢水進入生物處理階段之前,充分利用處理出水中的 堿度對高濃度丙烯酸廢水進行中和,降低了堿投加成本。
