申请日2010.06.17
公开(公告)日2011.12.21
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明涉及一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，属于工业废水处理技术领域。废水首先进行预处理，然后进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，实现高浓度有毒有机物的高效去除，最后废水进入沉淀池中进行泥水分离并达标排放。缓冲式环流载体生物床反应器通过构型和流态设计，以及采用高效微生物固定化和强吸附性悬浮载体，提高反应器内的生物量和生物活性，促进反应器内传质，提高对高浓度有毒有机废水水质波动的缓冲能力，提升反应器处理负荷和抗冲击能力。本发明处理高浓度有毒有机废水，具有处理负荷高、占地面积小、抗冲击能力强、出水水质稳定等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法，其 特征在于，该方法包括如下步骤：
a.废水首先进行预处理，使废水的水质特征适合后续生物处理;
b.预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床反应器进行处理，实 现高浓度有毒有机物的高效去除;
c.经缓冲式环流载体生物床处理的废水进入沉淀池中进行泥水分离 并达标排放，沉淀池产生的污泥进行进一步的处理。
2.根据权利要求1所述的一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有 毒有机废水的方法，其特征在于根据废水的水质特征是通过沉淀、隔油、 气浮、冷却、中和、添加营养盐等预处理方法去除废水中的悬浮颗粒物、 油类等干扰后续生物处理的污染物，同时使废水的温度、pH和营养条件 等适合后续生物处理。
3.根据权利要求1所述的一种缓冲式环流载体生物床处理高浓度有 毒有机废水的方法，其特征在于采用的环流载体生物床反应器被划分为若 干分格，各分格之间为串联方式，根据废水特性和处理要求，分格数量为 3～10格不等。第1分格的有效容积为其他分格有效容积的1～2倍。根据 废水处理要求，各分格可分别采用厌氧、缺氧、兼氧和好氧运行方式。当 废水处理有脱氮要求时，可采用分段进水方式。最后一格为沉淀单元，经 沉淀浓缩的悬浮污泥在重力作用下回流至前一分格，从而提高反应器末端 的污染物去除能力。
4.根据权利要求3所述的缓冲式环流载体生物床反应器，其特征在 于反应器中填充悬浮多孔高效生物载体，载体的体积占生物床有效容积的 20%～60%。
5.根据权利要求4所述的悬浮多孔生物载体，其特征在于载体尺寸 为8～20mm，好氧填料尺寸为8～10mm较佳;孔隙率为90%以上，主体 为聚氨酯、聚亚氨酯等有机高分子聚合物，载体经过表面基团修饰及与强 吸附材料的结合，带有正电荷并对有毒有机物具有强吸附能力，利于微生 物附着，可提高反应器对有毒有机物的缓冲能力;生物载体附着生物膜后， 其密度略大于水，在反应器中容易悬浮和流化。
6.根据权利要求3所述的缓冲式环流载体生物床反应器，其特征在 于通过曝气头和导流隔板的布设、生物载体隔网的坡度设计，充分利用附 着生物膜后生物载体比重略大于水的特性，在较低的能耗下实现载体循环 流动，加速传质。
说明书
缓冲式环流载体生物床处理高浓度有毒有机废水的方法
技术领域
本发明涉及一种缓冲式环流载体生物床(Buffering Circulating Media Biological bed，BCMB)处理高浓度有毒有机废水的方法，具体地涉及一 种新型的废水生物处理方法和反应器，该反应器处理高浓度有毒有机废水 具有生物活性强、处理负荷高、占地面积小、抗冲击能力强、出水水质稳 定等优点。
背景技术
高浓度有毒有机废水是一类常见的工业废水，是石油化工、煤化工、 造纸、制药、印染等行业处理难度较大的一股废水。由于废水含有较高浓 度的有毒有机物，如采用传统生物处理工艺，具有处理负荷低、停留时间 长、占地面积大、抗冲击性能差、出水水质不稳定等问题。高浓度有毒有 机废水的处理已成为制约我国重点行业可持续发展的瓶颈因素。
目前，高浓度有毒有机废水的处理方法主要包括物化法和生物法两大 类，常见的物化方法包括湿式氧化、催化湿式氧化、焚烧法、萃取法、吸 附法等。专利CN 86108854A提出一种从有毒有机物的稀水溶液中除去有 毒有机物的方法，该发明采用吸附-再生方式实现有毒有机污染物的去处和 降解。物化法处理高浓度有毒有机废水具有处理负荷高、占地面积小等优 点，但存在设备复杂、运行管理要求高、能耗大、运行成本高等问题。 高浓度有毒有机废水的生物处理技术包括活性污泥法和生物膜法，厌氧- 好氧工艺是目前应用最多的有毒有机废水生物处理技术。与物化法处理技 术相比，生物法具有设备简单，运行成本低等优点。专利CN 201406362Y 中提出一种降解有毒有机物的固载好氧-厌氧装置，具有结构简单、成本低 廉等优点。但目前厌氧-好氧处理工艺普遍存在处理负荷低、抗冲击能力 差、微生物易流失等问题。
本发明在现有技术的基础上，针对高浓度有毒有机废水生物处理中存 在处理负荷不高、抗冲击能力差、微生物易流失等问题，通过反应器抗冲 击设计、传质优化控制和高效微生物固定化技术，提高反应器内微生物的 数量，增强其降解能力和活性，强化了污染物、氧气和中间产物的传质， 从而实现了高浓度有毒有机废水高负荷和抗冲击处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有高浓度有毒有机废水处理方法处理负荷 低、占地面积大、抗冲击能力差等问题，提供一种更有效的废水处理方法。 本发明处理高浓度有毒有机废水具有生物活性强、处理负荷高、占地面积 小、抗冲击能力强、出水水质稳定等优点。
为实现上述目的，本发明提供的处理高浓度有毒有机废水的方法，主 要步骤如下：
1、废水预处理：根据废水的水质特征，通过沉淀、隔油、气浮、冷 却、中和、添加营养盐等方法去除废水中的悬浮颗粒物、油类等干扰后续 生物处理的污染物，同时使废水的温度、pH和营养条件适合后续生物处 理;
2、预处理后的废水进入缓冲式环流载体生物床进行处理，实现高浓 度有毒有机物进行高效去除。缓冲式环流载体生物床的特征在于：
a.反应器被划分为若干分格，各分格之间为串联方式，根据废水特性 和处理要求，分格数量为3～10格不等。第1分格的有效容积为其他分格 有效容积的1～2倍。根据废水处理要求，各分格可分别采用厌氧、缺氧、 兼氧和好氧运行方式，通过在不同分格内形成功能和特性各异的微生物种 群，实现有毒有机物的高效降解;当废水处理有脱氮要求时，可采用分段 进水方式，以充分利用废水中的自有碳源，减少混合液回流，降低能耗。 最后一格为沉淀单元，经沉淀浓缩的悬浮污泥在重力作用下回流至前一分 格，从而提高反应器末端的污染物去除能力。
b.反应器中填充悬浮多孔高效生物载体，载体的体积占生物床有效容 积的20%～60%。
c.反应器采用的生物载体尺寸为8～20mm，好氧填料尺寸为8～ 10mm较佳;孔隙率为90%以上，主体为聚氨酯、聚亚氨酯等有机高分子 聚合物，载体经过表面基团修饰及与强吸附材料的结合，带有正电荷并对 有毒有机物具有强吸附能力，利于微生物(通常带负电)附着，提高反应 器对有毒有机物的缓冲能力;生物载体附着生物膜后，其密度略大于水， 在反应器中容易悬浮和流化。
d.反应器内通过曝气头和导流隔板的布设、生物载体隔网的坡度设 计，充分利用附着生物膜后生物载体比重略大于水的特性，通过曝气、搅 拌等方式，在较低的能耗下实现载体循环流动，加速传质。
3、经缓冲式环流载体生物床处理的废水进入沉淀池中进行泥水分离， 经沉淀处理的废水达标排放，沉淀池产生的污泥进行进一步的处理。
本发明的核心是在废水生物处理反应器中通过反应器抗冲击设计、传 质优化控制和高效微生物固定化技术，提高反应器中微生物的数量、降解 能力和活性，强化污染物、氧气和中间产物的传质，从而实现了高浓度有 毒有机废水高负荷和抗冲击处理。
反应器划分成串联的多个分格，从而形成多级缓冲的反应器构型，提 高反应器的抗冲击能力。同时，每个分格根据废水的处理情况采用不同的 曝气量等运行条件，分别采用厌氧、缺氧、兼氧和好氧运行方式，在不同 的污染负荷下形成不同的微生物种群结构，提高对有毒有机物的降解能 力。在第1分格，在厌氧、缺氧或兼氧运行条件下，实现废水中有毒有机 物的转化，降低废水毒性。后续分格在好氧或缺氧条件下对废水中残留有 机物进行进一步降解。最后一格为沉淀单元，经沉淀浓缩的悬浮污泥在重 力作用下回流至前一分格，从而在反应器末端形成复合微生物体系，兼有 活性污泥法和生物膜法的优点，强化反应器末端的污染物去除能力，提高 出水水质的稳定性。
反应器生物载体经过表面基团正电修饰及与强吸附材料的结合，促进 生长缓慢的污染物降解菌在反应器内的生长和保留，从而在无污泥回流或 低污泥回流的情况下保证反应器内的高生物量。同时由于生物载体制备过 程中与活性炭等强吸附材料结合，对有毒有机物表现出很强的吸附能力， 在有毒有机废水中污染物浓度大幅波动时，可起到显著的缓冲作用，防止 废水毒性过高造成的微生物活性下降和生物膜脱落等问题，提高系统运行 和出水水质的稳定性。
通过反应器内的流态化设计，在较低的能耗下实现废水和生物载体的 循环流动，提高反应器内污染物、氧气和中间产物的传质，防止有毒污染 物和中间产物局部积累对微生物的不利影响，提高微生物降解活性，减少 传质对污染物降解过程的限制作用，同时提高氧气的传质和利用效率。反 应器内生物载体处于环流状态，不会发生堵塞，避免了传统生物反应器特 别是厌氧反应器中的短流问题，提高了反应器的容积利用效率。
综上所述，本发明的优点是：
1)处理负荷高，停留时间短：反应器内生物量高，传质性能好，微 生物降解活性高，使反应器可以达到很高的处理负荷，停留时间较短，占 地面积小，基建投资省。
2)抗冲击负荷能力强，出水水质稳定：反应器多级缓冲的构型和强 吸附性生物载体的应用，再加上反应器末端单元的强化降解作用，使得高 浓度有毒有机废水中的污染物得到有效缓冲和多级去除，降低了微生物直 接接触的有毒污染物浓度，从而强化了反应器对有毒有机废水的水质波动 的耐受能力，反应器出水水质稳定，运行管理简便。
3)能耗省、运行成本低：反应器内传质性能好，微生物活性高，氧 气的传质和利用效率高。同时生物载体材料附着生物膜后密度与水相近， 在较低的能量输入下即可实现悬浮和循环流动。因此反应器运行成本较 低。