申请日2006.11.08
公开(公告)日2007.04.18
IPC分类号C02F3/10; C02F3/30
摘要
复合式微氧水解反应装置及其处理污水的方法，涉及一种污水处理的装置及方法。它解决了目前水解反应装置对有机污染物处理效率低，易产生有害气味和毒性物质，反应过程中有短流现象，运行不稳定，空间利用率低和抗冲击负荷能力低的问题。它采用套筒式结构，外筒与内筒通过导流管水力连通，进水管的出水口与内筒的底部连通，出水管的进水口与外筒的上部连通，外筒中上部安装了带有兼氧菌的悬浮填料层，内筒中上部安装了固液分离装置;本发明通过污泥床、生物膜的微氧水解反应来处理污水。本发明具有对有机污染物处理效率高，不产生有害气味和毒性物质，反应过程中无短流现象，运行稳定，空间利用率高和抗冲击负荷能力高的优点。
权利要求书
1、一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于它主要由外筒(1)、内筒 (2)、进水管(3)、出水管(4)、导流管(5)、排泥管(6)、ORP监测仪(7)、 空压机(8)、进气管(9)、内筒环形穿孔曝气管(11)、外筒环形穿孔曝气管 (14)、分离装置(12)和悬浮填料层(18)组成;外筒(1)的底部与内筒(2) 的底部固定连接，外筒(1)与内筒(2)通过导流管(5)水力连通，进水管 (3)的出水口与内筒(2)的底部连通，出水管(4)的进水口与外筒(1)的 上部连通，进气管(9)的进气口与空压机(8)连通，排泥管(6)的进泥口 与内筒(2)的底部连通，在内筒(2)的上部安装有分离装置(12)，在内筒 (2)内壁的中部安装有第一ORP探头(10)，第一ORP探头(10)的输出端 与ORP监测仪(7)的输入端电连接，在内筒(2)的底部安装了内筒环形穿 孔曝气管(11)，内筒环形穿孔曝气管(11)的进气口与进气管(9)的出气口 连通;环形出水堰(15)与外筒(1)的上部内壁固定连接，出水管(4)与环 形出水堰(15)与水力连通，在外筒的中上部安装有带有兼氧菌的悬浮填料层 (18)，悬浮填料层(18)的上面安装了上层滤网(16)，悬浮填料层(18)的 下面安装了下层滤网(17)，在外筒(1)的内壁中部安装有第ORP探头(13)， 第ORP探头(13)的输出端与ORP监测仪(7)的输入端电连接，外筒(1) 的底部安装有外筒环形穿孔曝气管(14)，外筒环形穿孔曝气管(14)与进气 管(9)通过连接管(19)连通。
2、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于外筒 (1)的直径为1.0～4m，内筒(2)的直径为0.5～2m，反应装置的高为2.0～ 8m，反应装置的有效水深为1.2～7.7m，整个反应装置有效容积为1.5～100m3。
3、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于分离 装置(12)为多层斜板，多层斜板的材料为聚乙烯，每层斜板与水平面的夹角 角度为60°～70°，采用3～4层交错布置，每层的高度0.5～0.7m，斜板层与层 之间的倾斜方向相反。
4、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于悬浮 填料层(18)的悬浮填料密度为1.0g/cm3，悬浮填料的高度为1.0～4.5m。
5、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于悬浮 填料层(18)的填料为软性纤维填料、半软性填料、弹性填料或组合填料。
6、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于悬浮 填料层(18)的填料为球型填料，球型填料的直径80mm，球型填料的密度为 1.0g/cm3，球型填料的比表面积为200～230m2/m3;球型填料由网格球形壳体 与内置载体二部分组成，网格球形壳体为高分子聚合物注塑而成，网格球形的 球面呈网格状开孔，内置载体的材料为刨花状成团的聚乙烯细丝。
7、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于上层 滤网(16)和下层滤网(17)都是以金属栅条为骨架的尼龙滤网。
8、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于内筒 环形穿孔曝气管(11)和外筒环形穿孔曝气管(14)的曝气方式为穿孔管曝气， 内筒环形穿孔曝气管(11)和外筒环形穿孔曝气管(14)为直径15～25mm的 穿孔管，穿孔管的孔径为3～6mm并按沿斜下方45°方向均匀分布于内筒环形 穿孔曝气管(11)和外筒环形穿孔曝气管(14)两侧。
9、根据权利要求1所述一种复合式微氧水解反应装置，其特征在于曝气 方式为微孔曝气头曝气、机械搅拌曝气、扩散板曝气或扩散管曝气。
10、根据权利要求1所述利用复合式微氧水解反应装置进行处理污水的方 法，其特征在于处理方法步骤如下：a、污水经进水管(3)进入反应装置的内 筒(2)后，开动空压机(8)，空气由进气管(9)再通过内筒环形穿孔曝气管 (11)对内筒(2)内的污水进行曝气，控制内筒(2)氧化还原电位ORP在 -50mv～50mv，将复杂的大分子有机物转化为小分子物质;b、经步骤a处理后 的污水 再经内筒(2)上部的分离装置(12)进行气液固三相分离，分离装置 (12)表面负荷小于0.7m3/m2.h，分离后污泥下滑至污泥区继续反应;c、经 步骤b处理后的污水通过导流管(5)进入外筒(1)的底部，外筒底部的外筒 环形穿孔曝气管(14)对外筒内的污水进行曝气，外筒(1)内的氧化还原电 位ORP为50mv～100mv;d、经步骤c处理后的污水再通过附着在悬浮填料 表面的兼氧菌对有机物的降解，悬浮填料层的吸附和过滤作用截留水中的生物 絮体;e、经步骤d处理后的污水由环形出水堰(15)收集，再通过出水管(4) 排出。
说明书
复合式微氧水解反应装置及其处理污水的方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理的装置及方法。
背景技术
水解工艺最初是指将污水厌氧消化控制在水解酸化阶段，是两相厌氧消化 的组成部分。目前随着水解技术应用范围的扩大，目前指应用水解酸化菌进行 污水生物处理的工艺。
人们对水解酸化的研究是作为厌氧生物处理的第一阶段开展的，主要是研 究水解酸化产物对后续产甲烷段的影响，而将其作为一种工艺进行单独研究和 利用的时间较短。国内对水解酸化工艺开展重点研究始于20世纪80年代北京 环保所开展的水解—好氧生物处理低浓度城市污水研究。
过去人们对好氧菌和专性厌氧菌研究应用较多，而对兼性菌研究不够。水 解工艺即是利用兼性菌进行污水生物处理的一种工艺。水解工艺具有提高污水 可生化性、去除部分COD、可以稳定去除悬浮物的特点。
高浓度工业污水具有水量水质变化大、难生物降解物质含量高、处理难度 大等特点，通常采用多单元联合生物处理法进行处理，其中有效的预处理工艺 是关系到处理工艺运行成败的主要因素，并对后续处理产生重要影响。在污水 处理技术的研究中，人们认识到水解酸化作用可使污水的可生化性提高 (BOD5/CODcr值增大)，并使部分有机物降解，尤其是对于含难生物降解物 质比较多的高浓度工业污水，水解的改善水质作用更为明显，可为污水的后续 处理创造良好的条件。
水解酸化工艺对于污水COD、SS的去除效果因水质不同而差别较大，尤 其是工业污水中难降解物质的含量对其影响较大。李世善等采用水解酸化工艺 处理抗生素污水时，COD的去除率为24%，而杨俊仕等采用水解酸化工艺处理 制药污水时，COD的去除率为25%。韩小清等采用两级水解酸化工艺处理印染 污水时，一、二级水解酸化COD的去除率分别为10.7%和11.6%。黄武等将该 工艺用于高浓度酿酒污水处理时，取得了20～30%的COD去除率。崔炜等通过 水解酸化获得了造纸污水COD去除25%的效果。基于污水水质不同，水解酸化 工艺对工业污水COD的去除效果差别较大，但其COD去除率一般不超过30%。
目前实际运行中的厌氧水解酸化工艺，污水处理中产生了明显的恶臭气 体，形成了严重的空气二次污染。例如含硫酸盐污水处理工程中水解酸化池的 H2S排放量可以达到46.08g/h，臭气浓度最大值达到72500，远远高于《恶臭 污染物排放标准》(GB14554-93)标准值70。而对实际运行的某两座水解酸 化池空气中H2S浓度检测结果表明，空气中H2S浓度往往高达1000mg/m3以 上，而《工业企业设计卫生标准》(TJ36-79)规定的居住区大气中有害物质 最高允许浓度限值H2S仅为0.01mg/m3，从而污水处理过程中产生的空气二次 污染严重影响了周围居民的生产生活。
已有研究表明，厌氧条件下水解酸化系统硫酸盐还原率高达70%以上。在 pH5.8～6.6之间时，硫化物中将会有90%～95%以H2S的形式存在，当pH<6.6 时，气体吹脱液相中将会有84%的H2S进入气相，从而将对周围环境产生一 定的危害。
目前水解酸化反应装置常应用在水解—好氧工艺和二相厌氧工艺中，是高 浓度或难降解工业污水常见的生物预处理手段。但存在问题如下：水解酸化反 应装置COD去除率普遍较低，一般在30%左右。一般水解酸化反应装置是在厌 氧条件下进行的，在复杂有机物厌氧酸化过程中将会产生H2S、吲哚、粪臭素、 硫醇等恶臭类物质，产生不良气味，对周围空气环境影响较大，严重污染处理 厂周边的空气环境。处理水量较大时，普通的水解酸化反应装置占地面积大， 配水技术不易均匀，容易出现短流现象，影响反应装置的处理效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前水解反应装置对有机污染物处理效率低，易 产生有害气味和毒性物质，反应过程中有短流现象，运行不稳定，空间利用率 低和抗冲击负荷能力低的问题，提供了一种复合式微氧水解反应装置及其处理 污水的方法。本发明的复合式微氧水解反应装置主要由外筒、内筒、进水管、 出水管、导流管、排泥管、ORP监测仪、空压机、进气管、内筒环形穿孔曝 气管、外筒环形穿孔曝气管、分离装置和悬浮填料层组成;外筒的底部与内筒 的底部固定连接，外筒与内筒通过导流管水力连通，进水管的出水口与内筒的 底部连通，出水管的进水口与外筒的上部连通，进气管的进气口与空压机连通， 排泥管的进泥口与内筒的底部连通，在内筒的上部安装有分离装置，在内筒内 壁的中部安装有第一ORP探头，第一ORP探头的输出端与ORP监测仪的输 入端电连接，在内筒的底部安装了内筒环形穿孔曝气管，内筒环形穿孔曝气管 的进气口与进气管的出气口连通;环形出水堰与外筒的上部内壁固定连接，出 水管与环形出水堰水力连通，在外筒的中上部安装有带有兼氧菌的悬浮填料 层，悬浮填料层的上面安装了上层滤网，悬浮填料层的下面安装了下层滤网， 在外筒的内壁中部安装有第二ORP探头，第二ORP探头的输出端与ORP监 测仪的输入端电连接，外筒的底部安装有外筒环形穿孔曝气管，外筒环形穿孔 曝气管与进气管通过连接管连通。本发明处理污水的方法步骤如下：a、污水 经进水管进入反应装置的内筒后，开动空压机，空气由进气管再通过内筒环形 穿孔曝气管对内筒内的污水进行曝气，控制内筒氧化还原电位ORP在 -50mv～50mv，将复杂的大分子有机物转化为小分子物质;b、经步骤a处理后 的污水再经内筒上部的分离装置进行气液固三相分离，分离装置表面负荷小于 0.7m3/m2.h，分离后污泥下滑至污泥区继续反应;c、经步骤b处理后的污水通 过导流管进入外筒的底部，外筒底部的外筒环形穿孔曝气管对外筒内的污水进 行曝气，外筒内的氧化还原电位ORP为50mv～100mv;d、经步骤c处理后 的污水再通过附着在悬浮填料表面的兼氧菌对有机物的降解，悬浮填料层的吸 附和过滤作用截留水中的生物絮体;e、经步骤d处理后的污水由环形出水堰 收集，再通过出水管排出。
本发明的工作原理如下：水解酸化系统内的优势微生物种群为兼性水解酸 化菌。混合厌氧系统为了保证后续产甲烷菌MPB的厌氧环境条件，其酸化段 的优势菌群为厌氧水解酸化菌，而当控制环境ORP较高时，优势菌群为兼性 水解酸化菌。由氧引起的高环境ORP(ORP>-50mv)增强了兼性水解酸化菌 群的生理代谢功能，而由微氧曝气物理搅拌所产生的涡流扩散作用改善了水力 条件，强化了污水的水解酸化效果。在有氧条件下，微生物将产生强氧化性的 物质，而由氧引起的高环境ORP氧化破坏了严格专性厌氧硫酸盐还原菌SRB 的酶系统，抑制了硫酸盐还原反应的发生，出水中硫化物和气相中H2S浓度 均降低到了很低的水平。同时，微氧水解酸化工艺将反应严格控制在水解酸化 阶段，消除了恶臭类物质的产生，较好地改善了周围环境条件。此外，填料对 生物体的固定化作用也会增强对有毒物质的耐受能力和降解能力。首先，填料 对吸附生长于其上的微生物具有一定的保护作用。其次，有机污染物只有通过 扩散与微生物接触后，才能实现有效的生化反应，而附着于填料上的微生物群 体呈分层生长，因而填料及生物体的这种生长方式会对有机物的扩散产生阻碍 作用，使污染物的浓度从本体溶液到生物膜内层的微生物形成由高到低的浓度 差，从而减轻有毒物质对吸附于填料内层的微生物的毒害作用，增强其对有毒 有机污染物质的降解能力及驯化作用。
在微氧条件下可以促进兼性水解酸化菌群的活性，采用本发明的复合式微 氧水解反应装置在处理高浓度污水时，对污水中有机污染物的去除效率接近 40%，同时可以明显的提高污水的可生化性，其BOD5/COD比值提高了30%， 为污水的后续处理创造了良好条件。复合式微氧水解反应装置对pH值、温度、 毒性物质的适应性较强，可以适应pH3～11的工业污水，说明微氧复合式水 解反应装置适应范围较广，尤其适合处理高浓度有机污水的预处理。本发明在 污水处理过程中可以避免产生H2S等毒害气体，减少有害气味和恶臭类物质的 产生，避免二次污染，微氧环境对硫酸盐还原菌SRB产生了强烈的生物抑制 作用，使得出水中S2-降低到了极低的浓度，周围空气中H2S达到未检出水平。 同时毒害物质的减少可以避免对微生物产生的毒害作用，有利于提高系统处理 效率。本发明通过曝气搅拌装置，解决了反应装置布水不均匀的问题，可以有 效降低反应装置中的短流现象，提高运行的稳定性。本发明装置结构紧凑、抗 冲击负荷能力强。采用内外套筒式结构有利于保温，将污泥床和填料床组合在 一起，既可以提高空间利用率，又可以提高反应装置抗冲击负荷的能力，可以 节省基建投资费用。
本发明具有对有机污染物处理效率高，不产生有害气味和毒性物质，反应 过程中无短流现象，运行稳定，空间利用率高和抗冲击负荷能力高的优点。