申请日2005.11.30
公开(公告)日2007.06.13
IPC分类号C02F3/34
摘要
本发明是一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器，由固定化生物反应区、综合降解区和沉淀区三部分构成。固定化生物反应区内有工程菌，底部开有进水口、进气口和排泥口，顶部有排气孔，进气口与进气管和曝气头相连，该区的外侧壁上部并排设有多个导流孔，导流孔与综合降解区连通;综合降解区内有混合菌，内部填充填料，底部装有曝气条，外侧壁的中部设有多个液体导流槽，液体导流槽下部有环形气泡阻隔板，底部设有多个污泥回流槽，液体导流槽和污泥回流槽均与沉淀区连通;沉淀区上部设有排水口，底部设有排泥口。本发明通过工程菌与混合菌的复合作用，使废水得到有效处理。本发明反应器结构紧凑，可大大减少废水稀释倍数，体积小，成本低。
权利要求书
1.一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器，其特征是： 该设备由带有工程菌的固定化生物反应区、带有高效混合菌的综合降解 区和沉淀区构成;
固定化生物反应区底部开有一进水口、一进气口和一排泥口，进气 口末端有曝气头;顶部设有排气孔;外侧壁上部开有多个导流孔，固定 化生物反应区通过导流孔与综合降解区连通;
综合降解区底部设有曝气条，内部填充有填料，其外侧壁的中部 开有一圈导流槽，底部开有污泥回流槽，导流槽和污泥回流槽与沉淀区 连通;
沉淀区上部有多个排水口，底部有排泥口。
2.如权利要求1所述的复合生物反应器，其特征是：反应器整体由 多个同心圆筒构成，所述固定化生物反应区在反应器的最里面，综合降 解区位于同心圆筒由内向外的第二层，沉淀区设在同心圆筒的最外层。
3.如权利要求1或2所述的复合生物反应器，其特征是：所述固定 化生物反应区，其内部填充有作为生物载体的固定化材料，工程菌包埋 在材料内。
4.如权利要求1或2所述的复合生物反应器，其特征是：所述综合 降解区，其外侧壁的中部设有多个液体导流槽，导流槽下面有一圈气泡 阻隔板，外侧壁的底部设有多个污泥回流槽。
5.如权利要求1所述的复合生物反应器，其特征是：所述固定 化生物降解区的多个导流孔，每一导流孔外面加设了一层筛网，筛网孔 径为1～2mm。
6.如权利要求1所述的复合生物反应器，其特征是：所述工程菌， 是受体细胞为大肠杆菌株BL21(DE3)，质粒载体为pETDuet，携带有两 种有机磷水解酶基因OPH和B1，经转化得到高效表达这两种解毒酶基因 的基因工程菌;混合菌，是从农药厂附近的土壤中分离得到的混合菌群。
7.如权利要求1所述的复合生物反应器，其特征是：所述固定化材 料，为聚乙烯醇凝胶颗粒。
8.一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器的废水处理方法， 其特征是：废水从固定化生物反应区底部进入生物反应器内，向上流动， 经由带有工程菌的固定化生物反应区，废水中的主要目标污染物被固定 在载体上的工程菌降解;未被降解的其它污染物和代谢中间产物经导流 孔进入综合降解区内，被附着生长在填料上和悬浮生长的混合菌降解， 净化后的水从沉淀区的排水口排出，剩余污泥从沉淀区的排泥口排出。
9.如权利要求8所述的方法，其特征是：固定化生物反应区内的固 定化工程菌活性丧失后，将其从固定化生物反应区的排泥口排出，然后 重新加入新的固定化工程菌，反应器仍能继续稳定运行。
说明书
处理高浓度难降解废水的复合生物反应器
技术领域
本发明属于利用生物反应器处理废水的设备，特别涉及一种处理高浓 度难降解废水的复合生物反应器。
背景技术
工业生产过程中会产生大量高浓度、难降解有机废水，这些有机废水 如未经有效处理就直接排放到环境中，会对人体健康和生态环境造成严 重影响。目前，如何经济、高效地处理高浓度难降解有机废水是水处理 领域关注的热点和难点。国内外研究者从改进处理工艺、投加高效微生 物以及实施清洁生产等多个方面改进和强化高浓度难降解有机废水的处 理效果，达到保护环境、造福人类的目的。
处理高浓度难降解有机废水的方法主要有物理法、化学法和生物法， 这三种方法各有优缺点。生物法与前两种方法相比，具有投资费用少， 运行费用低，操作简单，不产生二次污染的优点，是目前水处理中使用 最广泛的方法之一。常规的生物处理方法包括活性污泥法和生物膜法， 生物法处理高浓度难降解有机废水是利用微生物将废水中污染物降解或 转化为无害或低害类物质的过程。
常规的生物法通常在较低的污泥负荷和体积负荷下运行，污染物的降 解速率和负荷都较低。对于高浓度难降解有机废水，生物法通常需要将 该废水与大量的生活污水混合，将废水大量稀释，使有毒物质和COD值 降低至某一范围内，才能使处理后的水达到排放要求，有时废水的稀释 倍数需高达数十倍。
提高生物处理法负荷的方法主要有两种，一种是通过筛选和驯化高效 菌使污染物得到较好的降解，另一种是利用基因技术改造特定微生物， 提高微生物的降解速率。第一种方法对于提高污泥负荷的帮助通常是有 限的，而基因技术可以较大幅度地提高污泥负荷。
近年来，随着基因技术的发展，一些国内外的研究者在实验室中构造 出了超级工程菌，通过向受体细胞中转入携带有特定基因的质粒，可以 得到高效表达特定酶的超级工程菌，从而达到强化降解有害污染物的目 的。然而，工程菌对底物具有较强的选择性和专一性，对于不同类型的 污染物，工程菌的降解速率表现出明显的差异。当实际废水成分复杂时， 仅依靠工程菌的降解作用很难将所有的污染物同时有效地降解。另外， 工程菌的流失还会带来环境的生物安全性问题。
考虑到工程菌和混合菌各自的局限性，将两者结合起来，可改善高 浓度难降解有机废水的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服生物处理技术在难降解有机废水处理上的缺 陷，提供一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器，将该反应器用 于处理含高浓度难降解有机废水，能有效地将多种有机污染物彻底降解， 提高了污染物的负荷，减小反应器占地面积。
本发明的另一目的是提供一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应 器的操作方法。
本发明的一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器，该一体化 设备外形为一圆柱锥结构，包括固定化生物反应区、综合降解区和沉淀 区三部分组成，由内到外分别是固定化生物反应区、综合降解区和沉淀 区，废水依次流经这三个区域，最后从沉淀区流出。
其中，固定化生物反应区为圆柱结构，底部有一进水口、进气口和 排泥口，进水口与水泵连通，污泥排出口由球阀控制，进气口顶端设有 曝气头;顶部有排气孔;该反应区侧壁上部有多个导流孔，固定化生物 反应区通过导流孔与综合降解区连通;
综合降解区在固定化生物反应区的外部，为环状结构，内部放置了 填料，混合菌既可以附着生长在填料上，也可悬浮生长;底部铺有一圈 微孔曝气管，曝气管通过软管与气泵相连;高效降解区外侧壁的中部有 一圈导流槽，废水经导流槽流入沉淀区;为了防止曝气产生的气泡进入 沉淀区影响固液分离效果，在导流槽下方设置了一圈气泡阻隔板;外侧 壁底部是污泥回流槽，与沉淀区连接;
沉淀区设在高效菌降解区的外部，处理后的出水经沉淀后从其上端的 溢流槽流出;其底部设有排泥口，可排出剩余污泥。
所述的复合生物反应器，其所述工程菌，是受体细胞为大肠杆菌株 BL21(DE3)，质粒载体为pETDuet，携带有两种有机磷水解酶基因OPH 和B1，经转化得到高效表达这两种解毒酶基因的基因工程菌;混合菌， 是从农药厂附近的土壤中分离得到的混合菌群。
所述的复合生物反应器，其所述固定化材料，为聚乙烯醇凝胶颗粒。
一种处理高浓度难降解废水的复合生物反应器的废水处理方法是：废 水从固定化生物反应区底部进入，向上流动，主要目标污染物被固定化 工程菌降解;被初步降解的污染物和降解产生的中间产物经导流孔进入 综合降解区，被混合菌彻底降解;最后，经工程菌和混合菌处理的废水 从导流槽进入沉淀区，经固液分离后从出水口排出;经重力浓缩后的污 泥回流到综合降解区，部分剩余污泥排放。
所述的方法，微生物生长和代谢所需的溶解氧由空气泵提供，分别进 入固定化生物反应区、综合降解区，废水经由水泵送入反应器，并依次 流经三个区域得到彻底降解。
所述的方法，当固定化生物反应区内的固定化工程菌活 性丧失后，将其从固定化生物反应区的排泥口排出，然后重 新加入新的固定化工程菌，反应器仍能继续稳定运行。
本发明的特点是生物处理装置的主体由固定化生物反应区和综合降解 区构成，它们协同作用共同完成污染物的降解。废水首先进入固定化生 物反应区，该区装填已包埋超级工程菌的固定化材料，超级工程菌的构 建是针对废水中的主要目标污染物，其它污染物则由综合降解区混合菌 继续降解。将工程菌和混合菌分开培养和使用，能有效发挥两类菌的优 势和作用。工程菌的降解速度要远远高于混合菌，可有效降低主要目标 污染物的浓度，减少高浓度污染物对混合菌的毒害;未被降解的污染物 以及产生的中间产物在综合降解区被混合菌进一步分解，得到无害的终 产物。将工程菌和混合菌分开，还可以避免混合菌在工程菌载体表明生 长，影响载体中固定的工程菌的活性。例如，在处理农药废水时，常规 生物法需要将农药废水大量稀释才能满足处理的需要，而本发明利用固 定化工程菌和混合菌的协同作用可以大大减少废水的稀释倍数，甚至可 以不需要稀释就能达到处理的要求，因此，本发明的反应器占地面积较 小，投资和运行费用较低。
本发明的设备具有如下优点：
1.将工程菌和混合菌的优势结合，研制成一种处理高浓度难 降解废水的复合生物反应器。该反应器结构紧凑、构造简洁、占地 面积小，运行操作与维护简单。
2.将工程菌和混合菌分开，既可以有效发挥两类菌的优势和 作用，又可以避免混合菌在载体表明生长，影响载体中固定的工程 菌的活性。将工程菌固定在载体上，可以防止工程菌的流失。
3.可以大大减少废水的稀释倍数，减少反应器体积，减少后 续深度处理的费用，降低投资和运行费用。