申请日2016.09.30
公开(公告)日2017.02.01
IPC分类号C02F3/10; C02F3/08
摘要
本发明公开了一种青霉素废水生物强化处理装置及处理方法，属于废水处理、环境保护技术领域。本发明的装置综合了序批式反应器、膜生物反应器及移动床生物膜反应器等多种污水处理装置的特点，其主要包括水解酸化区、装有悬浮填料的移动床生物膜区及装有膜组件和悬浮填料的深度处理区，水解酸化区用于对废水进行预处理，提高青霉素废水可生化性并降解一部分污染物，深度处理区为主要的青霉素废水生物处理系统。本发明可有效提高青霉素废水的处理效能，减少占地面积，保持出水水质稳定，延长曝气装置和膜组件使用寿命，节省维护和运行费用，尤其适用于水质水量变化大的抗生素废水的处理。
权利要求书
1.一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：该装置包括水解酸化区(1)、装有悬浮填料(8)的移动床生物膜区(2)、装有悬浮填料(8)及膜组件(10)的深度处理区(3)，待处理青霉素废水经水解酸化区(1)预处理后依次通过移动床生物膜区(2)和深度处理区(3)进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述水解酸化区(1)的底部设有搅拌装置(4)，其顶部设有三相分离器(5)，该水解酸化区(1)通过出水管(102)与移动床生物膜区(2)底部的进水口相连，且所述出水管(102)上设有第一泵(103)。
3.根据权利要求1所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述深度处理区(3)内部的膜组件(10)与第一排水管(303)相连，第一排水管(303)上设有第二泵(304)，上述深度处理区(3)的底侧还与第二排水管(305)相连。
4.根据权利要求3所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述第二泵(304)的输出端还通过回流管路与水解酸化区(1)的出水管(102)相连，上述回流管路上设有回流泵(307)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述移动床生物膜区(2)与深度处理区(3)之间设有供悬浮填料(8)移动穿过的通道，且移动床生物膜区(2)与深度处理区(3)的顶部均设有悬浮填料收集装置(9)，通过悬浮填料收集装置(9)将深度处理区(3)内上浮的填料收集至移动床生物膜区(2)。
6.根据权利要求5所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述移动床生物膜区(2)及深度处理区(3)的底部均设有曝气装置(6)，曝气装置(6)通过进气管(601)与鼓风装置(7)相连，上述进气管(601)上均设有曝气装置开关(602);上述移动床生物膜区(2)与深度处理区(3)内部的悬浮填料(8)采用聚丙烯填料或聚乙烯填料，且填料的填充比为移动床生物膜区(2)有效容积的40～70%。
7.根据权利要求5所述的一种青霉素废水生物强化处理装置，其特征在于：所述的生物处理强化装置还设有碳源投加装置(11)、酸碱投加装置(12)、营养投加装置(13)和药剂投加装置(14)，通过酸碱投加装置(12)向各反应区投加酸液或碱液以调节处理水的pH值，通过碳源投加装置(11)、营养投加装置(13)和药剂投加装置(14)分别向水解酸化区(1)及深度处理区(3)内投加碳源、营养元素及青霉素废水强化菌剂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种青霉素废水生物处理方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一、将待处理青霉素废水先通入水解酸化区(1)进行预处理，以提高青霉素废水的可生化性并降解一部分污染物;
步骤二、将经水解酸化区(1)处理后的出水通入移动床生物膜区(2)处理6～12h;
步骤三、青霉素废水经移动床生物膜区(2)处理后进入深度处理区(3)按照如下方法进行深度处理：
a)待处理青霉素废水为低浓度废水
当待处理青霉素废水的水量小于设计水量的60%时，使青霉素废水进入深度处理区(3)后进行均质、反应、静置处理，若出水水质满足要求，则通过第二排水管(305)直接排出，若出水水质不满足要求，则通过膜组件(10)进一步处理后通过第一排水管(303)排出;
当待处理青霉素废水的水量≥设计水量的60%时，青霉素废水进入深度处理区(3)后通过膜组件(10)过滤截留活性污泥，然后通过第一排水管(303)使深度处理区(3)连续出水;
b)待处理青霉素废水为高浓度废水
当待处理青霉素废水中COD浓度大于5000mg/L或氨氮浓度大于200mg/L时，青霉素废水进入深度处理区(3)并通过膜组件(10)进行处理后，通过回流泵(307)使第一排水管(303)的出水与水解酸化区(2)出水混合以稀释污染物浓度，之后依据a)中低浓度废水的处理方法进行处理。
9.根据权利要求8所述的一种青霉素废水生物处理方法，其特征在于：处理过程中通过曝气装置(6)、曝气装置开关(602)和酸碱投加装置(12)调节各反应区的pH值和溶解氧，控制水解酸化区(1)的pH在5.5～6.5之间，溶解氧小于0.5mg/L，深度处理区(3)的pH在7.0～8.0之间，溶解氧在2.0～6.0mg/L之间。
加酸液或碱液以调节处理水的pH值，通过碳源投加装置(11)、营养投加装置(13)和药剂投加装置(14)分别向水解酸化区(1)及深度处理区(3)内投加碳源、营养元素及青霉素废水强化菌剂。
10.根据权利要求8或9所述的一种青霉素废水生物处理方法，其特征在于：当待处理青霉素废水的水量小于设计水量的60%时，青霉素废水进入深度处理区(3)进行静置处理过程中，通过悬浮填料收集装置(9)将上浮的悬浮填料(8)收集至移动床生物膜区(3)，以保证移动床生物膜区(3)的悬浮填料(8)生物量，同时通过深度处理区(3)底部的排泥口排出部分污泥，以保持深度处理区(3)中污泥的活性。
说明书
一种青霉素废水生物强化处理装置及处理方法
技术领域
本发明属于废水处理、环境保护技术领域，更具体的说，尤其涉及一种综合多种生物反应器优点的青霉素废水生物强化处理装置及处理方法。
背景技术
青霉素废水是指制药企业在生产青霉素过程中产生的废水或其它含高浓度青霉素的废水，其组成成分复杂，污染物和固体悬浮物浓度高，含有大量难降解物质，且往往存在过量的氮素和残留的青霉素及其副产物，导致其具有较强的微生物毒性和抑制性。目前针对青霉素废水处理的方法有很多，主要可分为物化处理法和生物处理法两大类，其中物化处理法存在着运行费用高、二次污染严重等缺点，因此，生物处理法是目前处理青霉素废水的首要手段。但是，青霉素废水冲击负荷和水质波动大且对微生物有较强的毒害作用，使用常规生物处理方法对其进行处理难以实现高效处理，如何实现青霉素废水的高效处理是目前亟需解决的环境工程问题之一。
目前根据青霉素废水的特征，主要使用的处理工艺包括：序批式活性污泥反应器(SBR)、膜生物反应器(MBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)等。SBR集均化、初沉、生物降解及二沉等功能为一体，具有剩余污泥少、占地少、运行费用低、运行方式灵活、耐有机负荷和毒物负荷冲击的特点，但其对污泥沉降性能要求较高，出现污泥膨胀后出水水质明显下降，且其不能进行连续进出水操作，池容和设备利用率低。MBR将活性污泥法与膜分离技术集为一体，可有效的截留污泥，保留世代周期较长的微生物，保持高生物量，因此具有较强的有机负荷和毒物负荷耐受能力，并可有效提高脱氮效能，但其空间利用率不高，且膜组件价格较高。MBBR结合了生物接触氧化和生物流化床的优点，其能够充分有效利用反应器空间，形成悬浮式的生物膜体系，在提高系统生物量的同时，增强了污染介质与微生物的接触，提升了整个处理体系的处理效能和抗冲击能力，并可以有效克服活性污泥法易发生污泥膨胀的缺点，但其成膜周期相对较长，启动缓慢且不稳定。
目前上述三种反应器在污水处理中均得到了广泛的应用，但由于其各自存在的以上缺点，从而导致这三种反应器对一些特殊废水，如青霉素等抗生素废水的处理效果不佳，尤其是由于青霉素等抗生素废水的水质水量变化较大，采用上述三种常规反应器进行处理的效能相对较低，且其无法保证出水水质的稳定性。
经检索，关于工业废水处理的专利已有较多公开。如中国专利申请号为201210468705.7的发明专利公开了一种含氮有机工业废水的生物脱氮方法，该申请案的工业废水处理装置包括调节池、移动床生物膜反应器和内循环膜生物反应器，首先将含氮有机工业废水通入调节池中以均和池内水质，然后将悬浮填料投入移动床生物膜反应器中并进行生物膜培养，生物膜培养结束后，将调节池中的废水输入移动床生物膜反应器中进行处理;最后再将经移动床生物膜反应器处理后的废水输入内循环膜生物反应器中，内循环膜生物反应器中投放有活性污泥，采用连续进水、间隙排水、连续曝气的方式运行，处理后的废水经过内循环膜生物反应器的膜过滤组件后排出，即完成含氮有机工业废水的生物脱氮处理。该申请案在一定程度上能够提高含氮有机工业废水的生物脱氮处理效果，但对于青霉素废水，由于其水质水量波动大，该申请案的方法并不适合。此外，该申请案的方法始终通过膜过滤组件出水，会提高膜组件清洗频率，缩短膜使用寿命，导致运行成本增加。此外，该申请案中移动床生物膜反应器和内循环膜生物反应器是两个独立的反应装置，这也导致了其所需占地面积较大，导致基建费用上升。本发明中的方法较好的解决了上述问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服采用现有装置对青霉素等抗生素废水进行处理时存在处理效能相对较低，难以保证出水水质的稳定性等缺点和不足，提供了一种能够高效处理青霉素废水的生物强化处理装置及处理方法。本发明能够有效克服SBR、MBR及MBBR现有三种常用反应器存在的缺点，而集三者的优点于一体，采用本发明的技术方案可根据青霉素废水水量及水质来选择不同的处理模式(如：连续流或间歇流运行，通过膜出水或通过沉淀出水等)，与常规工艺相比可有效提高青霉素废水的处理效能，减少占地面积，保持出水水质稳定，延长曝气装置和膜组件使用寿命，节省维护和运行费用，尤其适用于水质水量变化大的抗生素废水的处理。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种青霉素废水生物强化处理装置，该装置包括水解酸化区、装有悬浮填料的移动床生物膜区、装有悬浮填料及膜组件的深度处理区，待处理青霉素废水经水解酸化区预处理后依次通过移动床生物膜区和深度处理区进行处理。
更进一步的，所述水解酸化区的底部设有搅拌装置，其顶部设有三相分离器，该水解酸化区通过出水管与移动床生物膜区底部的进水口相连，且所述出水管上设有第一泵。
更进一步的，所述深度处理区内部的膜组件与第一排水管相连，第一排水管上设有第二泵，上述深度处理区的底侧还与第二排水管相连。
更进一步的，所述第二泵的输出端还通过回流管路与水解酸化区的出水管相连，上述回流管路上设有回流泵。
更进一步的，所述移动床生物膜区与深度处理区之间设有供悬浮填料移动穿过的通道，且移动床生物膜区与深度处理区的顶部均设有悬浮填料收集装置，通过悬浮填料收集装置将深度处理区内上浮的填料收集至移动床生物膜区。
更进一步的，所述移动床生物膜区及深度处理区的底部均设有曝气装置，曝气装置通过进气管与鼓风装置相连，上述进气管上均设有曝气装置开关;上述移动床生物膜区与深度处理区内部的悬浮填料均采用聚丙烯填料或聚乙烯填料，且填料的填充比为移动床生物膜区有效容积的40～70%。
更进一步的，所述的生物处理强化装置还设有碳源投加装置、酸碱投加装置、营养投加装置和药剂投加装置，通过酸碱投加装置向各反应区投加酸液或碱液以调节处理水的pH值，通过碳源投加装置、营养投加装置和药剂投加装置分别向水解酸化区及深度处理区内投加碳源、营养元素及青霉素废水强化菌剂。
本发明的一种青霉素废水生物处理方法，其步骤为：
步骤一、将待处理青霉素废水先通入水解酸化区进行预处理，以提高青霉素废水的可生化性并降解一部分污染物;
步骤二、将经水解酸化区处理后的出水通入移动床生物膜区处理6～12h;
步骤三、青霉素废水经移动床生物膜区处理后进入深度处理区按照如下方法进行深度处理：
a)待处理青霉素废水为低浓度废水
当待处理青霉素废水的水量小于设计水量的60%时，使青霉素废水进入深度处理区后进行均质、反应、静置处理，若出水水质满足要求，则通过第二排水管直接排出，若出水水质不满足要求，则通过膜组件进一步处理后通过第一排水管排出;
当待处理青霉素废水的水量大于设计水量的60%时，青霉素废水进入深度处理区后通过膜组件过滤截留活性污泥，然后通过第一排水管使深度处理区连续出水;
b)待处理青霉素废水为高浓度废水
当待处理青霉素废水中COD浓度大于5000mg/L或氨氮浓度大于200mg/L时，青霉素废水进入深度处理区并通过膜组件进行处理后，通过回流泵使第一排水管的出水与水解酸化区出水混合以稀释污染物浓度，之后依据a)中低浓度废水的处理方法进行处理。
更进一步的，处理过程中通过曝气装置、曝气装置开关和酸碱投加装置调节各反应区的pH值和溶解氧，控制水解酸化区的pH在5.5～6.5之间，溶解氧小于0.5mg/L，深度处理区的pH在7.0～8.0之间，溶解氧在2.0～6.0mg/L之间。
更进一步的，当待处理青霉素废水的水量小于设计水量的60%时，青霉素废水进入深度处理区进行静置处理过程中，通过悬浮填料收集装置将上浮的悬浮填料收集至移动床生物膜区，以保证移动床生物膜区的悬浮填料生物量，同时通过深度处理区底部的排泥口排出部分污泥，以保持深度处理区中污泥的活性。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种青霉素废水生物强化处理装置，该装置包括水解酸化区、装有悬浮填料的移动床生物膜区及装有悬浮填料和膜组件的深度处理区，通过水解酸化区、移动床生物膜区及深度处理区依次对待处理青霉素废水进行处理，采用本发明的装置能够有效解决现有SBR、MBR及MBBR存在的不足，并同时集三种反应器的优点于一体，通过对深度处理区的结构进行优化设计并通过水解酸化区、移动床生物膜区及深度处理区的共同配合，从而可以根据待处理青霉素废水水质及水量灵活选择主体运行工艺及操作参数，能有效提高青霉素废水的处理效能，减少占地面积，保持出水水质稳定，延长曝气装置和膜组件使用寿命，节省维护和运行费用。
(2)本发明的一种青霉素废水生物强化处理装置，所述移动床生物膜区与深度处理区之间设有供悬浮填料移动穿过的通道，且移动床生物膜区与深度处理区的顶部均设有悬浮填料收集装置，悬浮填料的材料密度应略小于废水密度，当废水污染物负荷较低时，在深度处理区静置时，通过悬浮填料收集装置能够将深度处理区内上浮的填料收集至移动床生物膜区，从而可以有效保证移动床生物膜区的悬浮填料生物量。
(3)本发明的一种青霉素废水生物强化处理装置，通过碳源投加装置、酸碱投加装置、营养投加装置、药剂投加装置分别向深度处理区内投加碳源、pH调节液、营养液及生物强化菌剂，从而可以有效保证系统出水的稳定性及对废水的处理效果。
(4)本发明的一种青霉素废水生物处理方法，是采用本发明的青霉素废水生物处理强化装置对青霉素废水进行处理的，其中，通过水解酸化区对待处理青霉素废水进行预处理，以提高青霉素废水可生化性并降解一部分污染物，深度处理区为本发明的青霉素废水生物处理核心区域。当深度处理区废水污染物负荷较低，且出水对悬浮固体无特殊要求时，可采用序批式进行废水处理，泥水混合物经自然沉降后，通过重力自流的方式出水，从而可以减少运行费用。当深度处理区废水污染物负荷较高或出水悬浮固体要求较高时，深度处理区可采用连续式来进行废水处理，从而稀释进水污染物浓度，降低悬浮填料膜生物池的瞬时冲击，减少废水生物毒性，提高废水处理效果，保证出水水质。青霉素废水水量较小或污染物浓度较低时，即废水污染物负荷较低时，在保证出水悬浮固体达标的情况下，可选择性使用膜组件出水，从而降低运行成本。
(5)本发明是一种青霉素废水生物处理方法，具有广泛的应用范围，可用于高效处理多种与青霉素废水特征相似的废水。