申请日2015.08.18
公开(公告)日2015.11.25
IPC分类号C02F3/30; C02F3/28
摘要
本发明提供了一种高浓度有机废水的厌氧生物处理方法。该方法实现了厌氧微生物分相分离，具有颗粒化效果好、微生物量高且活性强、反应器负荷高且启动快等优点。可以最大限度地保留高活性污泥，形成最佳的微生物群落结构，强化生物降解能力，达到同时分解有机物和污泥的目的。
权利要求书
1.一种高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，包括以下步骤：
1)一部分废水由进水泵从两相内循环厌氧反应器的底部经第一布液器进入 锥形筒体内，另一部分由第二布液器经底部进液支管从底部垂直向上进入锥 形筒体内，两部分废水在提升器的作用下螺旋升流进入厌氧反应器的酸化反 应室，在酸化反应室内的总高度的四分之一、二分之一和四分之三处各安装 一台搅拌装置，三台搅拌装置两两之间正交设置，三台搅拌装置交替运行， 单台搅拌装置运行5～6h后，闲置2h，而后再继续运行3～4h，如此反复， 以保证污水和污泥的充分接触;
2)在酸化反应室降解后形成的酸化基质出水与厌氧反应器中的缓冲溶液 的回流液在反应罐中相混合，并通过蒸汽投加管道和投酸/碱管道投加蒸汽和 酸、碱药剂的方式使其出水满足、厌氧反应器对于进水温度和pH值的要求;
3)反应罐出水在两台一级提升水泵的作用下，由旋流配水装置均匀配水 后，进入厌氧反应器的主反应区，在主反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分接 触，聚集在厌氧颗粒污泥上的产甲烷菌利用生物代谢分解和转化作用把步骤 2)中产生的酸化基质转化为甲烷从而使水中的有机污染从水相中得以去除; 污水、污泥在水力作用沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和污泥上升至 反应器上部后，沿回流管线回到反应罐中;另一部分污水和污泥继续上升， 到达设置于回流管线上方的一级三相分离器，在集气罩碰撞作用与污泥收集 槽的水吸作用下实现污水、污泥、沼气的分离;污水继续上升，汇集到位于 一级三相分离器上部的出水堰中排出主反应区;沼气由一级三相分离器中的 集气罩收集后，通过过滤孔进入后续的沼气回收利用装置中进一步处理;污 泥靠重力作用回落至反应器底部的主反应区，继续发挥生物降解作用;
4)主反应区的出水在两台二级提升水泵的作用下，由旋流配水装置均匀 配水后进入第二反应区;在第二反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分的接触， 水中的有机污染物质被厌氧微生物代谢分解，最终以沼气的形式从水相中得 以分离;污水、污泥在水力作用下沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和 污泥上升至反应器上部后，沿回流管线回到二级提升水泵的吸水管路中;另 一部分污水和污泥继续上升，在设置于回流管线上方的二级三相分离器的作 用下实现污水、污泥、沼气的分离;污水继续上升，汇集到位于二级三相分 离器上部的出水堰中排出第二反应区;沼气由二级三相分离器中的集气罩收 集后，进入后续的沼气回收利用装置中进一步处理;污泥靠重力作用回落至 反应器底部的主反应区，继续发挥生物降解作用;
5)第二反应区的出水由锯齿形溢流堰整流后进入排水管，一部分由回流 管进入布液器，再次进入酸化反应室，另一部分由厌氧反应器上部排出进入 下一处理单元。
2.根据权利要求1所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于该方法中使用的两相内循环厌氧反应器的筒体是由多块切割的钢材相互 焊接而成，接着在其内外表面进行防腐处理，然后将两相内循环厌氧反应器 内的各配件进行装配，装配完成后对该两相内循环厌氧反应器进行性能检验 和调试，最终投入使用。
3.根据权利要求1或2所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其 特征在于步骤1)中的第一布液器由上下两层等间距排列的各三根排水管组 成;第二布液器由单层等间距排列的两根排水管组成。
4.根据权利要求3所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于步骤1)中在酸化反应室中水力停留时间控制在1.8～2.5h，pH值控制在 5.2～5.6，水温控制在31～33℃，容积负荷控制在3.0～3.5kgCOD/(m3·d)。
5.根据权利要求4所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于在步骤2)的酸化反应室中，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首 先被分解成简单的有机物，继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌 氧发酵和氧化转化成以乙酸为主，以丙酸、丁酸等为辅的挥发性脂肪酸(VFA) 和醇类，参与该阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性厌氧菌;而后，产氢 产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物转化成乙酸、 H2和CO2。
6.根据权利要求5所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于步骤2)中的所述有机物是简单的糖类、氨基酸、脂肪酸和甘油;所述中 间产物为丙酸、丁酸和醇类。
7.根据权利要求5或6所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其 特征在于在步骤3)的主反应区中水温严格控制在33～34℃;pH值控制在 7.1～7.3;其回流比控制在800%～850%;表面上升流速控制在10.5～ 11.5m/h;容积负荷控制在22～24kgCOD/(m3·d)，其中的COD去除率达到78%～ 88%。
8.根据权利要求7所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于在步骤4)的第二反应区中水温控制在30～32℃;pH值控制在7.0～7.2; 其回流比控制在410%～460%;表面上升流速控制在6.5～6.8m/h;容积负 荷控制在4.5～5.5kgCOD(m3·d)。
9.根据权利要求8所述的高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，其特征 在于步骤5)中在污泥沉降区设置顺流层和斜板，并利用电控排泥阀定期定量 地将污泥沉降区中的大部分污泥排入污泥收集桶。
说明书
一种高浓度有机废水的厌氧生物处理方法
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废水的厌氧生物处理方法，属于有机废水处理 领域。
背景技术
现阶段，在高浓度难降解有机废水、污水处理技术领域中，由于高浓度难 降解有机废水具有污染物浓度高、成分复杂、毒性大、盐份高等特性，废水可 生化性差难被微生物分解作用。因此采用常规的废水处理方法难以净化或无法 满足这类废水净化处理的技术和经济要求。伴随着现代环保型污水处理技术的 不断发展，高浓度有机废水的治理是现阶段国内外环境保护技术领域亟待解决 的一个难题，如何有效、经济地解决高浓度难降解有机废水，已经成为当今环 境工程领域最迫切、最需要解决的问题。厌氧生物处理技术是有机废水处理中 的重要技术之一。而厌氧反应器是厌氧生物处理技术的核心。特别是伴着UASB、 EGSB、SMPA、ABR、ASBR、LARAN等新技术、新工艺的出现，使厌氧污水处理技 术重新受到人们的关注，特别是随着能源危机、水质污染日趋复杂、节能、高 效的厌氧处理技术又成为人们的新一轮的研究热点。
传统的厌氧反应器包括UASB、厌氧过滤床、厌氧流化床等。目前，这些厌 氧反应器广泛应用于废水处理行业，但常出现能承受有机负荷低，不能承受较 大的冲击负荷，运行稳定性较差，滤床易堵，污泥易流失，反应器体积大，维 护困难等缺点。近年来发展的IC厌氧反应器、EGSB厌氧反应器，在UASB上得 到了一些突破并解决了一些问题。但是，这类改进型厌氧反应器仍存在一些问 题，包括：(1)处理含悬浮物、钙、镁等废水时颗粒污泥易结垢，导致反应器 堵塞和处理效率急剧下降，严重时需停机清理后重新添加活性污泥。(2)启动 时形成内循环困难，启动时间长，且集气槽下易聚集大量浮泥，堵塞集气槽， 难以维持稳定的高效提升。(3)在处理含有毒物质的有机废水时，传统的单相 厌氧反应器中产甲烷菌群直接接触有毒物质，其增殖速率常常低于衰亡速率， 导致厌氧处理过程不能保持长期的高效。(4)目前三相分离器在较高流速下不 能有效实现三相分离，厌氧反应器易出现污泥严重流失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种高浓度有机废水的 厌氧生物处理方法。该方法实现了厌氧微生物分相分离，具有颗粒化效果好、 微生物量高且活性强、反应器负荷高且启动快等优点。可以最大限度地保留高 活性污泥，形成最佳的微生物群落结构，强化生物降解能力，达到同时分解有 机物和污泥的目的。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种高浓度有机废水的厌氧 生物处理方法，包括以下步骤：
1)一部分废水由进水泵从两相内循环厌氧反应器的底部经第一布液器进入 锥形筒体内，另一部分由第二布液器经底部进液支管从底部垂直向上进入锥形 筒体内，两部分废水在提升器的作用下螺旋升流进入厌氧反应器的酸化反应室， 在酸化反应室内的总高度的四分之一、二分之一和四分之三处各安装一台搅拌 装置，三台搅拌装置两两之间正交设置，三台搅拌装置交替运行，单台搅拌装 置运行5～6h后，闲置2h，而后再继续运行3～4h，如此反复，以保证污水和 污泥的充分接触;
2)在酸化反应室降解后形成的酸化基质出水与厌氧反应器中的缓冲溶液的 回流液在反应罐中相混合，并通过蒸汽投加管道和投酸/碱管道投加蒸汽和酸、 碱药剂的方式使其出水满足、厌氧反应器对于进水温度和pH值的要求;
3)反应罐出水在两台一级提升水泵的作用下，由旋流配水装置均匀配水后， 进入厌氧反应器的主反应区，在主反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分接触，聚 集在厌氧颗粒污泥上的产甲烷菌利用生物代谢分解和转化作用把步骤2)中产生 的酸化基质转化为甲烷从而使水中的有机污染从水相中得以去除;污水、污泥 在水力作用沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和污泥上升至反应器上部后， 沿回流管线回到反应罐中;另一部分污水和污泥继续上升，到达设置于回流管 线上方的一级三相分离器，在集气罩碰撞作用与污泥收集槽的水吸作用下实现 污水、污泥、沼气的分离;污水继续上升，汇集到位于一级三相分离器上部的 出水堰中排出主反应区;沼气由一级三相分离器中的集气罩收集后，通过过滤 孔进入后续的沼气回收利用装置中进一步处理;污泥靠重力作用回落至反应器 底部的主反应区，继续发挥生物降解作用;
4)主反应区的出水在两台二级提升水泵的作用下，由旋流配水装置均匀配 水后进入第二反应区;在第二反应区内污水和厌氧颗粒污泥充分的接触，水中 的有机污染物质被厌氧微生物代谢分解，最终以沼气的形式从水相中得以分离; 污水、污泥在水力作用下沿反应器高度方向旋流上升，部分污水和污泥上升至 反应器上部后，沿回流管线回到二级提升水泵的吸水管路中;另一部分污水和 污泥继续上升，在设置于回流管线上方的二级三相分离器的作用下实现污水、 污泥、沼气的分离;污水继续上升，汇集到位于二级三相分离器上部的出水堰 中排出第二反应区;沼气由二级三相分离器中的集气罩收集后，进入后续的沼 气回收利用装置中进一步处理;污泥靠重力作用回落至反应器底部的主反应区， 继续发挥生物降解作用;
5)第二反应区的出水由锯齿形溢流堰整流后进入排水管，一部分由回流管 进入布液器，再次进入酸化反应室，另一部分由厌氧反应器上部排出进入下一 处理单元。
优选的，该方法中使用的两相内循环厌氧反应器的筒体是由多块切割的钢 材相互焊接而成，接着在其内外表面进行防腐处理，然后将两相内循环厌氧反 应器内的各配件进行装配，装配完成后对该两相内循环厌氧反应器进行性能检 验和调试，最终投入使用。
在上述任一方案中优选的是，步骤1)中的第一布液器由上下两层等间距排 列的各三根排水管组成;第二布液器由单层等间距排列的两根排水管组成。
在上述任一方案中优选的是，步骤1)中在酸化反应室中水力停留时间控制 在1.8～2.5h，pH值控制在5.2～5.6，水温控制在31～33℃，容积负荷控制在 3.0～3.5kgCOD/(m3·d)。
在上述任一方案中优选的是，在步骤2)的酸化反应室中，复杂的有机物在 厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，继而这些简单的有机物 在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成以乙酸为主，以丙酸、丁酸等为 辅的挥发性脂肪酸(VFA)和醇类，参与该阶段的水解发酵菌主要是厌氧菌和兼性 厌氧菌;而后，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中 间产物转化成乙酸、H2和CO2。
在上述任一方案中优选的是，步骤2)中的所述有机物是简单的糖类、氨基 酸、脂肪酸和甘油;所述中间产物为丙酸、丁酸和醇类。
在上述任一方案中优选的是，在步骤3)的主反应区中水温严格控制在33～ 34℃;pH值控制在7.1～7.3;其回流比控制在800%～850%;表面上升流速控 制在10.5～11.5m/h;容积负荷控制在22～24kgCOD/(m3·d)，其中的COD去除 率达到78%～88%。
在上述任一方案中优选的是，在步骤4)的第二反应区中水温控制在30～ 32℃;pH值控制在7.0～7.2;其回流比控制在410%～460%;表面上升流速控 制在6.5～6.8m/h;容积负荷控制在4.5～5.5kgCOD(m3·d);
在上述任一方案中优选的是，步骤5)中在污泥沉降区设置顺流层和斜板， 并利用电控排泥阀定期定量地将污泥沉降区中的大部分污泥排入污泥收集桶。
此外，本发明中还可连接好氧处理装置，经厌氧反应器处理后的污水在提 升泵的作用下通过进水管导入到好氧兼沉淀池，好氧兼沉淀池中设有曝气装置， 曝气装置外接有风机，空气通过风机进入曝气装置，污水在曝气反应区进行间 歇曝气，曝气过程中除去污水中的氮、磷及BOD，在间歇曝气的静止阶段，污水 中的污泥在自身重力的作用下沿着顺流层向下沉淀，进入好氧兼沉淀池的污水 流向四周沉淀区，沉淀在自身重力的作用下顺着顺流层和斜板沉淀至池底，处 理后的污水达到出水堰高度后会从出水堰溢出，最后从出水管排出。沉淀至好 氧兼沉淀池池底的污泥一部分在污泥回流泵作用下通过排污泥管回流至厌氧反 应器中，从而维持厌氧反应器中活性污泥量，另一部分排出到外界。
本发明的有益效果：
1.通过内循环搅拌的方式使反应器内获得较好的混合效果，提高传质效率， 通过对反应器搅拌速度的控制和内部活性污泥层流态控制，使污水在松散浮动 的活性污泥层呈现变速升流状态;
2.本发明可以最大限度地保留高活性污泥，生物降解效率高，与好氧处理 装置连用，可将好氧污泥作为及时的补充，不断排除低活性的厌氧污泥，形成 最佳的微生物群落结构，强化生物降解能力，达到同时分解有机物和污泥的目 的;
3.本发明的方法对于B/C比大于0.2的废水，具有良好的降解能力和抗冲 击负荷能力;厌氧水解相不需投加药剂，耗电极少，可大幅减少运行费用，也 为后端生化提供有利条件;
4.本发明实现了厌氧微生物分相分离，具有颗粒化效果好、微生物量高且 活性强、反应器负荷高且启动快等优点;
5.本发明具有设备投资少、处理效率高、运行费用低、管理方便等优点。