申请日2012.07.11
公开(公告)日2012.11.14
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种多级厌氧废水处理方法：将CODcr2000~20000mg/L、pH值为6~10的废水从多级厌氧废水处理器进水口泵入并与多级厌氧废水处理器底部的颗粒污泥混合，通过调节进水流量控制水力停留时间为1d~5d，经多级厌氧废水处理器处理，处理后的废水从多级厌氧废水处理器的出水口排出;本发明所述多级厌氧废水处理器的流化床结构厌氧区在启动阶段即呈现完全混合的流化状态，强化颗粒污泥与废水之间的传质效果，提高生化反应速率，加快污泥颗粒化进程，大大缩短反应器启动时间;在运行阶段，实现泥水混合液的内、外部循环，有效消除短流及死角问题，强化传质效果，大大提高了有机物的去除能力。
权利要求书
1.一种多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述方法为：将 CODcr2000~20000mg/L、pH值为6~10的废水从多级厌氧废水处理器进水口 泵入，并与多级厌氧废水处理器底部的颗粒污泥混合，通过调节进水流量控 制水力停留时间为1d~5d，经多级厌氧废水处理器处理，处理后的废水从多 级厌氧废水处理器的出水口排出;所述多级厌氧废水处理器从下至上分成流 化床结构厌氧区、升流式厌氧区和沉淀区，所述流化床结构厌氧区与升流式 厌氧区通过一级三相分离器分隔，所述升流式厌氧区与沉淀区通过二级三相 分离器分隔，所述沉淀区顶端还设有气液分离器，所述气液分离器顶部设有 排气孔，气液分离器底部通过污泥回流管穿过二级三相分离器和一级三相分 离器伸入流化床结构厌氧区底部，所述一级三相分离器、二级三相分离器分 别通过集气管A、集气管B与气液分离器连通;所述沉淀区上方设有出水口; 所述流化床结构厌氧区下端侧壁上设有进水口和污泥进料口，上端设有污泥 回流口，所述流化床结构厌氧区底部中央区域设有中空的立柱形挡板，所述 柱形挡板悬空固定于流化床结构厌氧区内，且所述柱形挡板的外侧壁与流化 床结构厌氧区内侧壁构成回流腔，柱形挡板的下端与流化床结构厌氧区底部 之间构成进水混合区，所述柱形挡板内设有布水器，所述布水器与进水口连 通，所述污泥回流口与污泥进料口通过污泥循环泵连通且污泥进料口通过管 路通入柱形挡板内。
2.如权利要求1多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述颗粒污泥的接 种量以多级厌氧废水处理器总的有效体积计为30~50g/L。
3.如权利要求1多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述废水在多级厌 氧废水处理器中的反应温度为30~35℃。
4.如权利要求1多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述废水采用连续 进水方式通入多级厌氧废水处理器，通过调节进水流量来控制废水的水力停 留时间为1d~3d，使处理器出水COD值为300~5000mg/L，若出水水质达到 排水标准则达标排放，否则返回集水池继续进行处理或再经后续处理直到达 标排放。
5.如权利要求1多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述废水通过投加 尿素和磷酸二氢钠调节进入多级厌氧废水处理器中废水的COD与N和P质 量浓度比值为200:5:1。
6.如权利要求1多级厌氧废水处理方法，其特征在于所述废水在泵入多 级厌氧废水处理器前还添加有适于微生物生长的微量元素，所述微量元素为 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Co2+和Ni2+，所述微量元素的添加量分别为 100~200mg/L、100~150mg/L、10~20mg/L、10~20mg/L、10~20mg/L、0.2~ 0.4mg/L和0.4~0.6mg/L。
7.一种如权利要求1所述多级厌氧废水处理的专用装置，其特征在于所 述专用装置为多级厌氧废水处理器，所述的多级厌氧废水处理器从下至上分 成流化床结构厌氧区、升流式厌氧区和沉淀区，所述流化床结构厌氧区与升 流式厌氧区通过一级三相分离器分隔，所述升流式厌氧区与沉淀区通过二级 三相分离器分隔，所述沉淀区顶端还设有气液分离器，所述气液分离器顶部 设有排气孔，气液分离器底部通过污泥回流管穿过二级三相分离器和一级三 相分离器伸入流化床结构厌氧区底部，所述一级三相分离器、二级三相分离 器分别通过集气管A、集气管B与气液分离器连通;所述沉淀区上方设有出 水口;所述流化床结构厌氧区下端侧壁上设有进水口和污泥进料口，上端设 有污泥回流口，所述流化床结构厌氧区底部中央区域设有中空的立柱形挡板， 所述柱形挡板悬空固定于流化床结构厌氧区内，且所述柱形挡板的外侧壁与 流化床结构厌氧区内侧壁构成回流腔，柱形挡板的下端与流化床结构厌氧区 底部之间构成进水混合区，所述柱形挡板内设有布水器，所述布水器与进水 口连通，所述污泥回流口与污泥进料口通过污泥循环泵连通且污泥进料口通 过管路通入柱形挡板内。
8.如权利要求7所述专用装置，其特征在于所述多级厌氧废水处理的专 用装置为圆柱形。
9.如权利要求8所述专用装置，其特征在于所述柱形挡板与专用装置的 侧壁构成同心圆柱。
10.如权利要求7所述专用装置，其特征在于所述污泥循环泵为可变频 的外循环污泥泵。
说明书
一种多级厌氧废水处理方法及专用装置
(一)技术领域
本发明涉及一种多级厌氧废水处理方法及专用装置，处理可生化性相 对较差的印染、医药、化工、制革等行业废水。
(二)背景技术
厌氧反应技术一直是废水处理领域的一项主要内容，相关新工艺、新 装置的研发与应用始终是一个热点。围绕反应器的传质和反应过程，厌氧 反应器发展相继经历了消化池、UASB(EGSB)、ICEB等历程，其中ICEB (内循环厌氧反应器)通过设置两个串联的UASB及气升流内循环系统， 有效解决了传统反应器内污泥停留时间和流体水力停留时间之间的矛盾， 成为第三代高效厌氧反应器的代表。IC厌氧反应器的特点是：(1)高径 比大，4-8;(2)有机负荷率高，20-50kgCOD/m3·d;(3)在沼气流带动下， 液体上升流速大，10-20m/h;(4)启动速度快，处理效率高，耐冲击负荷， 运行稳定;(5)具有高活性、沉降性能良好的颗粒污泥。目前IC厌氧反 应器主要用于处理生化性好的啤酒、造纸、食品、柠檬酸等行业废水，受 液体循环动力来自沼气升流速度的影响，该反应器无法处理可生化性相对 较差的印染、医药、化工、制革等行业废水。
印染、医药、化工、制革等行业废水可生化性相对较差，目前这类废 水的好氧处理技术研究较多，好氧处理工艺方法主要有活性污泥法、SBR 法、氧化沟法等，此外，加压(或深井)曝气、纯氧曝气等也已开始被研 究和尝试(气提式深井曝气技术在印染废水处理中的应用，姚建杰等，中 国科技信息，2009，19：154~155;纯氧曝气A/O工艺处理医院污水的工 艺特性研究，余薇薇等，土木建筑与环境工程，2011，33：9~12.)。但涉 及厌氧反应器处理时，由于产气量少(特别是初期)，不足以带动液体升 流，无法形成内循环，导致第一段反应区液体升流速度小，传质差，处理 效果差，现有的IC反应器无法处理，因此，如何解决印染、医药、化工、 制革等行业可生化性相对较差废水的厌氧生化处理成为一个难题。一些新 型的反应器结构已有发明，其中有为防止回流管堵塞及利于废水生化反应 的结构设计(厌氧多级内循环反应器，马三剑等，专利公开号为 CN2741974Y)，也有强化气—固相循环搅拌方式的厌氧反应器发明 (UASB生物气循环搅拌技术，张仁志等，专利公开号为CN1986453A)。 上述研究、发明主要集中在提高生物活性(提高DO)、解决降液管堵塞、 分区控制等问题，尚未根本解决对印染、医药、化工、制革等行业可生化 性相对较差废水有效处理的难题。为了解决废水与颗粒污泥传质效果差， 易形成死角与短流，生化反应速率慢，污泥活性差等问题，开发一种多级 厌氧废水处理方法及专用装置是很有必要的，可以填补高效厌氧反应器处 理难生化废水的空白，具有极其重要的工程应用价值。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种多级厌氧废水处理方法及专用装置，处理可生 化性相对较差的印染、医药、化工、制革等行业废水。
本发明采用的技术方案是：
一种多级厌氧废水处理方法，所述方法为：将 CODcr2000~20000mg/L、pH值为6~10的废水从多级厌氧废水处理器进 水口泵入，并与多级厌氧废水处理器底部的颗粒污泥混合，通过调节进水 流量控制水力停留时间为1d~5d，经多级厌氧废水处理器处理，处理后的 废水从多级厌氧废水处理器的出水口排出;所述多级厌氧废水处理器从下 至上分成流化床结构厌氧区、升流式厌氧区和沉淀区，所述流化床结构厌 氧区与升流式厌氧区通过一级三相分离器分隔，所述一级三相分离器处于 流化床结构厌氧区与升流式厌氧区的中间，通过支架与多级厌氧废水处理 器的侧壁固定，在空间上将两者隔开，所述升流式厌氧区与沉淀区通过二 级三相分离器分隔，所述二级三相分离器处于升流式厌氧区与沉淀区的中 间，通过支架与多级厌氧废水处理器的侧壁固定，在空间上将两者隔开， 所述沉淀区顶端还设有气液分离器，所述气液分离器顶部设有排气孔，气 液分离器底部通过污泥回流管穿过二级三相分离器和一级三相分离器伸 入流化床结构厌氧区底部，所述一级三相分离器、二级三相分离器分别通 过集气管A、集气管B与气液分离器连通;所述沉淀区上方设有出水口; 所述流化床结构厌氧区下端侧壁上设有进水口和污泥进料口，上端设有污 泥回流口，所述流化床结构厌氧区底部中央区域设有中空的立柱形挡板， 所述柱形挡板悬空固定于流化床结构厌氧区内，且所述柱形挡板的外侧壁 与流化床结构厌氧区内侧壁构成回流腔，柱形挡板的下端与流化床结构厌 氧区底部之间构成进水混合区，所述柱形挡板内设有布水器，所述布水器 与进水口连通，所述污泥回流口与污泥进料口通过污泥循环泵连通且污泥 进料口通过管路通入柱形挡板内。
通常根据设计出水水质的要求来设定废水在多级厌氧废水处理器内 的停留时间，再根据停留时间来确定废水的进水量大小。
进一步，所述颗粒污泥的接种量以整个多级厌氧废水处理器总的有效 体积计为30~50g/L。
进一步，所述废水在多级厌氧废水处理器中的反应温度为30~35℃ (中温)。
进一步，所述废水采用连续进水方式通入多级厌氧废水处理器，所述 连续方式为通过调节进水泵进水流量控制处理器不同的水力停留时间，通 过调节进水流量来控制废水的水力停留时间为1d~3d天，使处理器出水 COD值为300~5000mg/L，若出水水质达到排水标准则达标排放，否则 返回集水池继续进行处理或再经后续处理直到达标排放，所述后续处理是 采用本领域技术人员公知的废水处理方法进行处理，主要是针对可生化性 相对较好的废水处理方法。
进一步，所述废水通过投加尿素和磷酸二氢钠调节进入多级厌氧废水 处理器中废水的COD与N和P质量浓度比值为200:5:1。
进一步，所述废水在泵入多级厌氧废水处理器前还添加有适于微生物 生长的微量元素，所述微量元素为Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Co2+和Ni2+，所述微量元素的添加量终浓度分别为100~200mg/L、100~150 mg/L、10~20mg/L、10~20mg/L、10~20mg/L、0.2~0.4mg/L和0.4~0.6 mg/L。
另外，本发明还提供一种所述多级厌氧废水处理的专用装置，所述专 用装置为多级厌氧废水处理器，所述的多级厌氧废水处理器从下至上分成 流化床结构厌氧区、升流式厌氧区和沉淀区，所述流化床结构厌氧区与升 流式厌氧区通过一级三相分离器分隔，所述一级三相分离器处于流化床结 构厌氧区与升流式厌氧区的中间，通过支架与多级厌氧废水处理器的侧壁 固定，在空间上将两者隔开，所述升流式厌氧区与沉淀区通过二级三相分 离器分隔，所述二级三相分离器处于升流式厌氧区与沉淀区的中间，通过 支架与多级厌氧废水处理器的侧壁固定，在空间上将两者隔开，所述沉淀 区顶端还设有气液分离器，所述气液分离器顶部设有排气孔，气液分离器 底部通过污泥回流管穿过二级三相分离器和一级三相分离器伸入流化床 结构厌氧区底部，所述一级三相分离器、二级三相分离器分别通过集气管 A、集气管B与气液分离器连通;所述沉淀区上方设有出水口;所述流化 床结构厌氧区下端侧壁上设有进水口和污泥进料口，上端设有污泥回流 口，所述流化床结构厌氧区底部中央区域设有中空的立柱形挡板，所述柱 形挡板悬空固定于流化床结构厌氧区内，且所述柱形挡板的外侧壁与流化 床结构厌氧区内侧壁构成回流腔，柱形挡板的下端与流化床结构厌氧区底 部之间构成进水混合区，所述柱形挡板内设有布水器，所述布水器与进水 口连通，所述污泥回流口与污泥进料口通过污泥循环泵连通且污泥进料口 通过管路通入柱形挡板内。
进一步，所述多级厌氧废水处理的专用装置为圆柱形。
进一步，所述柱形挡板与专用装置的侧壁构成同心圆柱。
进一步，所述污泥循环泵为可变频的外循环污泥泵。
本发明所述多级厌氧废水处理的流程为：
首先将颗粒污泥接种至流化床结构厌氧区底部，然后用进水泵将多级 厌氧废水处理器外侧的集水池中废水抽入柱形挡板内的布水器中，废水由 布水器排出与颗粒污泥混合，同时开启可变频的外循环污泥泵，当处理器 处于颗粒污泥培养的启动阶段或运行异常时，由于产生沼气量较少，在外 循环污泥泵以及部分沼气的提升作用下，废水与厌氧颗粒污泥充分接触形 成泥水混合液，并以较大的上升流速沿着圆柱形挡板的中间区域上升至流 化床结构厌氧区的上部，随着上升流速的减小以及一级三相分离器的阻碍 作用，小部分泥水混合液进入一级三相分离器，大部分泥水混合液又沿着 圆柱形挡板与流化床结构厌氧区的壁面之间的回流腔下降至进水混合区， 在混合区又与进水完全混合，从而实现了泥水混合液的内、外部循环，使 该反应区处于完全混合的CSTR流态，强化处理器的传质效果，提高生 化反应速率以及有机物去除能力。在处理器启动结束，进入正常运行阶段 时，随着处理器处理有机物能力的提高，产生的沼气量逐渐增多，泥水混 合液在外循环污泥泵以及沼气的较强提升作用下进入一级三相分离器，经 过一级三相分离器的分离作用，大部分泥水混合液通过集气管A被提升 至处理器顶部的气液分离器，被分离的沼气从气液分离器顶部的排气孔排 走，分离出的泥水混合液沿着污泥回流管返回至进水混合区，并与流化床 结构厌氧区底部的颗粒污泥和进水充分混合，从而实现了泥水混合液的 内、外部循环。
上述泥水混合液进入一级三相分离器中，在一级三相分离器的分离作 用下，大部分泥水混合液在沼气的提升作用下经集气管A进入气液分离 器，分离出的小部分泥水混合液进入升流式厌氧区。在升流式厌氧区内， 在后续进水的推动及沼气提升力的作用下，泥水混合液进入二级三相分离 器，在二级三相分离器的分离作用下，少量泥水混合液在较少沼气的提升 作用下经集气管B进入气液分离器，分离的沼气经排气孔排出，泥水经 污泥回流管进入进水混合区，二级三相分离器分离出的泥水混合液进入沉 淀区，泥水混合液在沉淀区进行固液分离，上清液由出水口排出，沉淀的 颗粒污泥可返回至升流式厌氧区上部。由于大部分有机物已在流化床结构 厌氧区内降解，在升流式厌氧区内产生的沼气很少，该区流态类似PFR 的推流状态，升流速度远低于流化床结构厌氧区，这有效解决了高有机负 荷下污泥的洗出问题，为高进水负荷导致的污泥过度膨胀提供了缓冲空 间。
本发明所述多级厌氧废水处理器，在处理器的流化床结构厌氧区设置 可变频外循环污泥泵，流化床结构厌氧区内部设置圆柱形挡板(即导流 板)，在处理器颗粒污泥培养的启动阶段或运行异常时，利用外循环污泥 泵实现流化床厌氧区大液流循环，强化流化床厌氧区污泥与废水的传质效 果，克服了现有IC反应器因产气不足无法实现大流量升流，提高了生化 反应速率，加快污泥颗粒化进程，大大提高了有机物的去除能力，缩短反 应器启动时间。
本发明所述多级厌氧废水处理装置适用于可生化性相对较差的印染、 医药、化工、制革等行业废水。本发明所述集液器A和集液器B均为集 液器，为便于区分不同位置所用集液器不同而命名，字母本身没有含义。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
(1)本发明在多级厌氧废水处理器的流化床结构厌氧区设置可变频 的外循环污泥泵并在该区内部设置圆柱形挡板，通过可变频的外循环污泥 泵将流化床结构厌氧区底部沉积的颗粒污泥与上部的泥水混合液进行循 环搅拌，使其呈现完全混合的流化状态，强化颗粒污泥与废水之间的传质 效果，提高生化反应速率，加快污泥颗粒化进程，大大缩短反应器启动时 间;
(2)本发明在流化床结构厌氧区内部设置圆柱形挡板，废水通过底 部布水系统进入混合区，在10-20m/h上升流速的液流夹带着颗粒污泥沿 着圆柱形挡板的中间区域上升至流化床结构厌氧区上部，随着上升流速的 减小以及三相分离器的阻碍作用，上升的泥水混合液又沿着圆柱形挡板与 反应器壁面之间的回流腔下降至处理器底部的混合区，从而有效消除短流 及死角问题，强化传质效果，大大提高了有机物的去除能力。