申请日1990.03.29
公开(公告)日1991.10.09
IPC分类号C02F1/10; C02F1/12
摘要
本发明是一种在复合生物流化床反应器中利用生物膜处理淀粉废水的方法。该反应器的结构：下段为带有导流筒的流化床，内含活性炭和活性污泥;上段为含纤维软质填料的固定床。该处理流程为：在生物膜培养后，室温下将废水送入反应器，在一定气液比下使活性炭生物颗粒循环，废水中有机物经流化颗粒降解后，进入填料段与填料上的生物膜接触进一步降解。出水，测定COD。该法的优点是连续操作，处理能力大。
権利要求書
1、一种淀粉废水的处理方法，其特点在于在复合生物流化床反应器中，用附载在活性炭和纤维载体上的生物膜于室温和一定的气液比条件下连续处理废水，使废水中的有机物降解，达到出水COD小于国家规定的100毫克/升排放标准，最大反应器容积负荷在3.9公斤COD/天·米3以上。
2、一种用于淀粉废水处理的复合生物流化床反应器，其特点是由生物流化床和生物固定床两段串联组成，流化床内含多孔分布板、导流筒，导流筒管径与流化床直径之比(De/Dc1)为0.5～0.7，导流筒高度与流化床直径之比(Le/Dc1)为5～7，固定床内含纤维软质填料。
3、一种如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特点在于该生物膜的培养是将稀释淀粉废水送入含活性污泥、载体(活性炭和纤维填料)、磷酸二氢钾营养盐的反应器内，于室温下经空气曝气、停气、闷曝等驯化步骤，形成一层灰黄色生物膜附载于载体表面。
4、一种如权利要求1所述的淀粉废水的处理方法，其特点在于进入复合生物流化床反应器进行处理的废水流量与空气流量的气液比应控制在40∶1～30∶1范围内。
5、一种如权利要求2所述的处理废水的复合生物流化床反应器，其特点在于该反应器固定床段的纤维软质填料是由中心串联在一条绳索上的多个纤维束组成，呈穗状，纤维填料为维纶或丙纶或其它合成纤维。
说明书
本发明属化学反应工程领域
废水的生化处理是利用自然界存在的各种微生物来分解废水中的有机物和某些无机毒物，从而使废水得到净化。工业生化处理的方法有多种。生物接触氧化法是利用固定在填料上的生物膜吸附废水中的有机物加以氧化分解，使废水净化。该法具有出水水质好而稳定的独特优点，但处理废水有机物负荷低。因此，生物接触氧化法处理高负荷废水并不理想。生物流化床反应器处理工业废水，处理有机物负荷高，处理量大，但对废水中较难降解的有机物去除效率低。近年来，组合式反应器处理废水的方法引起了人们的关注。于是出现了各种不同型式的生物流化床与固定床组合而成的复合生物流化床反应器，用于处理废水。该法兼有各单元设备的特点。
美国专利USP4，253，947(1981·3·3)和USP4，322，296(1982·3·30)中提出采用流化床和固定床两段串联的复合生物流化床反应器处理有机物废水的方法。该法除具有组合式反应器的优点外，尚存在以下缺点：不能连续操作，必须停车清洗;反应器结构复杂，需靠反应器外的电动机带动升降装置来移动多孔板;固定床内的多孔挡板阻拦载体流失，造成生物膜堵塞床层，清洗困难;等等。这两篇专利中的反应器结构基本相同，不同的是前者在反应器固定床段装有搅拌器设施，靠它将载体上的生物膜絮片打下，排走;后者作了改进，取消搅拌器，再生时，多孔板无须提升到床顶，只须升高一定距离，靠气、液流作用，生物膜絮片经过多孔板随洗水排走。另外，美国专利USP4，086，162(1978·4·25)提出了活性炭吸附流体中组分的吸附和解析装置。该装置上段为固定床，下段为流化床，两者截面积之比为10∶1。该装置在处理废水时，再生仍存在与前面专利所述的反应器同样的缺点。此法效率低，不适于工业生产使用。
本发明为了克服上述反应器的缺点，设计了一种新型高效复合生物流化床反应器，并成功地应用于淀粉废水处理，它兼有生物流化床负荷高和接触氧化法出水水质好的特点，既提高总的体积负荷，又保证出水水质，以达到高效生化处理废水之目的。
本发明依据的反应原理：利用原水及环境中的微生物在室温下以活性炭为生物载体进行自然挂膜。靠气、液流速的作用，使载体颗粒在床层内提升，达到流态化。加大气液流速，使生物颗粒在床层内形成循环。床层流化加速了床层的传质，流化颗粒表面的生物膜使废水中的有机物进行降解，从而净化废水。由于流化颗粒比表面积大，加上循环和局部返混，气液接触好。流化颗粒间的相互摩擦使颗粒表面的生物膜不断更新，有利于生物膜的生长。经过循环段处理后的废水，有机物显著减小，进入填料段与纤维填料上的生物膜接触，使在循环段中难以降解的有机物进一步降解。同时，利用纤维束的漂浮作用抑制颗粒的流失，以维持反应器的稳定操作。
本发明反应器的流型为混合型与置换型的叠加。反应器结构见附图1。该反应器是由下部生物流化床和上部生物固定床两段串联组成，流化床内含多孔板1、筛网2和导流筒3等，固定床内含纤维软质填料4。反应器上还有进料口9、出料口5、空气入口10和排气口6等。导流筒管径De与流化床直径Dc1之比为0.5～0.7，最好为0.64;导流筒高度Le与流化床直径Dc1之比为5～7，最好为6.8。操作时，在流化床的导流筒内装入活性炭载体7和活性污泥8。固定床内的纤维填料可以选择维纶或丙纶或其他合成纤维，纤维束长大于12厘米，束间距约为5厘米。
本发明采用上述型式的高效复合生物流化床反应器处理淀粉废水，其处理流程见图2。本发明的操作方法如下：
1.生物膜的培养：选择粒径为1.3～1.8毫米的活性炭作载体加入反应器的流化床内，同时加入活性污泥，加入高度约为总床高的20%。再加入稀释过的淀粉废水至床满，并在床中按BOD5(生物需氧量)∶P(磷)=100∶1比例加入适量磷酸二氢钾营养盐。加料完毕，通入空气进行曝气，其流速一般控制在床中载体刚好能够循环为宜。经过一定时间曝气后，停气，活性污泥和载体逐渐沉降与水分离，放出上层清液，再注入新鲜废水，按规定比例继续加入营养盐，重复上述步骤。闷曝4～7天以后，以每小时1升的流量流动进水。一般情况下，大约一周时间即可形成均匀稳定的生物膜。此刻可观察到软质填料的结节明显增大，呈黄褐色球形，球体纤维丝上挂满灰黄色的生物膜;活性炭载体表面也覆盖了一层灰黄色生物膜。经过十多天这样的培养驯化，使载体表面附载了一层具有生物降解能力的生物膜。
2.淀粉废水的处理：在生物膜培养成功后，淀粉废水自高位槽1和空气自空气压缩机2，分别经液体流量计3和气体流量计4计量后进入反应器5的底部，混合后经过由多孔板和筛网组成的分布板进入反应器5的循环段(即流化床段)。控制一定的气液比(可在40∶1～30∶1范围内选择)和加大气、液流量，使载体和活性污泥随之一起循环运转，废水中的有机物与流化颗粒接触，在生物膜的作用下得到降解。经过流化床段处理的废水再进入填料段(即固定床段)与该段纤维填料上的生物膜接触，使有机物进一步降解。最后，处理后的废水在反应器的扩大段与空气分离后排出，进入沉降池沉降，生物膜沉淀下来，清水溢出。北京淀粉厂的玉米淀粉废水用本发明方法处理〔气液比为30∶1，进水水质COD(化学需氧量)为800毫克/升〕，停留时间为4小时，出水水质COD为85毫克/升;停留时间为5小时，出水COD为72毫克/升;停留时间为7小时，出水COD可达30毫克/升。反应器的最大COD容积负荷可达4.2公斤COD/天·米3。
本发明流程具有以下优点：
1.反应器结构简单，无须机械传动设施。
2.可连续操作;因固定床段为穗状软质填料，压降低，流化床带出的生物膜不会堵塞床层，实现了连续操作。
3.载体上的生物膜易于除去;因流化床段带有导流筒，循环量大，载体与气、液接触时间长，生物膜易于除去。
4反应器上部扩大段装有软质填料，空间得到充分利用。
5操作稳定，出水水质好，处理能力大，效率高，能耗低。
本说明书中的附图1是本发明复合生物流化床反应器的结构示意图;图2是本发明淀粉废水处理流程示意图。
实施例
本试验是在一个体积为11升、材质为有机玻璃(工业上可以采用普通碳钢)的本发明反应器中进行的。该反应器的下段为φ100带导流筒的流化床，上段为φ150维纶纤维束的软质填料填充的固定床。试验开始前，先在流化床内加入1.3毫米粒径的活性炭300克，作为流化载体，然后加入活性污泥，加入高度约为总床高的20%。
1.生物膜的培养：先将玉米淀粉废水用水稀释，使其化学需氧量COD由2000毫克/升降至734毫克/升。然后，将稀释过的淀粉废水加入反应器中至床满，再加入10毫升浓度为10克/升的磷酸二氢钾溶液，通入空气进行曝气。空气流速以床中载体刚好能循环为宜。三天后停气，沉降，排出上层清液，再注入新鲜稀释废水，在废水高位槽中加入100毫升浓度为10克/升的磷酸二氢钾溶液，重复上述步骤闷曝。一周后，开始连续进入废水，流量为1升/小时;两周后，可观察到软质填料结节明显增大，在黄褐色球形纤维束的丝上挂满灰黄色生物膜，活性炭载体表面也由亮灰色变成灰黄色表明生物膜培养成功。
2.淀粉废水的处理：生物膜培养成功后，淀粉废水由高位槽、空气由空气压缩机分别经流量计计量后从床层底部经过气液分布板混合后进入反应器，废水流量为2.7升/小时，空气流量为100升/小时，在常温下进行连续稳定操作。停留时间达4小时以后，取样分析，出水COD为73毫克/升，此值小于国家规定的COD为100毫克/升的排放标准;反应器容积负荷达到3.97公斤COD/天·米3。