公布日：2023.04.14
申请日：2021.11.25
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F3/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/32(2006.01)N;C02F101/34(2006.01)N
摘要
一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，涉及污水处理技术领域。本发明的目的是要解决现有技术中生化降解酚氨污染物同步脱除困难，常规缺氧-好氧单元操作复杂，稳定性低、能耗高，并且二沉池利用率低的问题。方法：煤热解废水经A池沸石吸附快速去除大部分氨氮，形成生物膜可进一步硝化、反硝化脱氮；经B池nano-Fe3O4负载活性焦颗粒吸附可快速削减酚类、多环芳烃等难降解有机物，并通过积累、驯化的电活性生物膜降解吸附的有机污染物；经C池斜板沉淀区后出水，可降低出水浊度与SS。本发明可获得一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。
权利要求书
1.一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，位于地面(13)以下，为半地下式组合结构，其特征在于所述处理装置包括A池(15)、吸附-生物降解池(16)和C池(17)，所述的A池(15)由A池进水管(1)、沸石滤料(2)、承托层(4)和A池出水管(5)组成，所述的吸附-生物降解池(16)由承托层(4)、不锈钢栅格钢斜板(6)、nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)、B池溢流堰(8)和污泥管(9)组成，所述的C池(17)由斜板填料(10)、C池出水管(11)、污泥斗(12)和排泥管(14)组成；所述的A池(15)的底部设置有承托层(4)，A池(15)的上部设置有A池进水管(1)，A池(15)内填充有沸石滤料(2)，A池(15)的下部设置有A池出水管(5)，A池(15)通过A池出水管(5)与吸附-生物降解池(16)连通；所述的吸附-生物降解池(16)的底部设置有承托层(4)，吸附-生物降解池(16)内倾斜设置有不锈钢栅格钢斜板(6)，所述的不锈钢栅格钢斜板(6)的一端抵在临近A池(15)一侧的吸附-生物降解池(16)的顶部，不锈钢栅格钢斜板(6)的另一端抵在临近C池(17)一侧的承托层(4)的顶部，不锈钢栅格钢斜板(6)上均布有nano-Fe3O4负载活性焦颗粒，吸附-生物降解池(16)的上部设置有B池溢流堰(8)，吸附-生物降解池(16)的下部设置有污泥管(9)；所述的A池(15)和吸附-生物降解池(16)的底部设置有反冲洗管(3)，所述的反冲洗管(3)通过管路与动力装置连通，A池(15)与吸附-生物降解池(16)之间的反冲洗管(3)上设有阀门；所述的C池(17)的上部设置有C池出水管(11)，C池(17)内设置有斜板填料(10)，所述的斜板填料(10)上设有活性焦，C池(17)的底部设置有污泥斗(12)，吸附-生物降解池(16)通过污泥管(9)与污泥斗(12)连通，污泥斗(12)的下部设置有排泥管(14)，所述的排泥管(14)通向C池(17)的外部。
2.根据权利要求1所述的一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，其特征在于所述的沸石滤料(2)为斜发沸石，粒径为3～5cm，斜发沸石设置在A池(15)内1/2水深处至承托层(4)之间。
3.根据权利要求1所述的一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，其特征在于所述的nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)按以下步骤制备：先对活性焦进行筛分，得到粒径为1～3cm的活性焦颗粒；将活性焦颗粒、三氯化铁和硫酸亚铁加入到经氮气曝气饱和的无氧水中，然后在氮气氛围下加热至50℃，并以120r/min的搅拌速度搅拌12h，再加入150mL、15mol/L氨水，在氮气氛围下加热至60℃，并振荡24h，最后通过磁倾析，得到nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)，所述的活性焦颗粒与三氯化铁的质量比为1:6，活性焦颗粒与硫酸亚铁的质量比为1:5。
4.根据权利要求1所述的一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，其特征在于所述的动力装置为反冲洗水泵、鼓风机或气罐。
5.利用如权利要求1所述的一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：将煤热解废水厌氧单元出水经A池进水管(1)加入到A池(15)中，经过沸石滤料(2)的吸附后，得到一级出水；一级出水经A池出水管(5)进入到吸附-生物降解池(16)中，透过不锈钢栅格钢斜板(6)并经过nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)的吸附后，得到二级出水；二级出水经B池溢流堰(8)进入到C池(17)，经过斜板填料(10)的分离后，通过C池出水管(11)排出，完成处理煤热解废水中酚氨污染物；吸附-生物降解池(16)内的污泥和从不锈钢栅格钢斜板(6)上脱落的nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)经污泥管(9)流入污泥斗(12)内，C池(17)内的污泥和斜板填料(10)上脱落的失效活性焦落入污泥斗(12)内，定期将污泥斗(12)内的所有内容物经排泥管(14)排向C池(17)的外部。
6.根据权利要求5所述的利用一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于所述的沸石滤料(2)为斜发沸石，粒径为3～5cm，斜发沸石设置在A池(15)内1/2水深处至承托层(4)之间。
7.根据权利要求5所述的利用一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于所述的nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)按以下步骤制备：先对活性焦进行筛分，得到粒径为1～3cm的活性焦颗粒；将活性焦颗粒、三氯化铁和硫酸亚铁加入到经氮气曝气饱和的无氧水中，然后在氮气氛围下加热至50℃，并以120r/min的搅拌速度搅拌12h，再加入150mL、15mol/L氨水，在氮气氛围下加热至60℃，并振荡24h，最后通过磁倾析，得到nano-Fe3O4负载活性焦颗粒(7)，所述的活性焦颗粒与三氯化铁的质量比为1:6，活性焦颗粒与硫酸亚铁的质量比为1:5。
8.根据权利要求5所述的利用一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于定期利用反冲洗管(3)对A池(15)内的沸石滤料(2)和吸附-生物降解池(16)内的斜板填料(10)进行反冲洗。
9.根据权利要求8所述的利用一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于反冲洗时采用的动力装置为反冲洗水泵、鼓风机或气罐。
10.根据权利要求5所述的利用一种吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，其特征在于所述的斜板填料(10)为蜂窝填料。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的煤热解废水生物降解工艺中存在的上述技术问题，而提供一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。
一种吸附联合电活性生物膜的处理装置，位于地面以下，为半地下式组合结构，所述处理装置包括A池、吸附-生物降解池(B池)和C池，所述的A池由A池进水管、沸石滤料、承托层和A池出水管组成，所述的吸附-生物降解池由承托层、不锈钢栅格钢斜板、nano-Fe3O4负载活性焦颗粒、B池溢流堰和污泥管组成，所述的C池由斜板填料、C池出水管、污泥斗和排泥管组成；
所述的A池的底部设置有承托层，A池的上部设置有A池进水管，A池内填充有沸石滤料，A池的下部设置有A池出水管，A池通过A池出水管与吸附-生物降解池连通；所述的吸附-生物降解池的底部设置有承托层，吸附-生物降解池内倾斜设置有不锈钢栅格钢斜板，所述的不锈钢栅格钢斜板的一端抵在临近A池一侧的吸附-生物降解池的顶部，不锈钢栅格钢斜板的另一端抵在临近C池一侧的承托层的顶部，不锈钢栅格钢斜板上均布有nano-Fe3O4负载活性焦颗粒，吸附-生物降解池的上部设置有B池溢流堰，吸附-生物降解池的下部设置有污泥管；所述的A池和吸附-生物降解池的底部设置有反冲洗管，所述的反冲洗管通过管路与动力装置连通，A池与吸附-生物降解池之间的反冲洗管上设有阀门；所述的C池的上部设置有C池出水管，C池内设置有斜板填料，所述的斜板填料上设有活性焦，C池的底部设置有污泥斗，吸附-生物降解池通过污泥管与污泥斗连通，污泥斗的下部设置有排泥管，所述的排泥管通向C池的外部。
利用吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，按以下步骤进行：
将煤热解废水厌氧单元出水经A池进水管加入到A池中，经过沸石滤料的吸附后，得到一级出水；一级出水经A池出水管进入到吸附-生物降解池中，透过不锈钢栅格钢斜板经过nano-Fe3O4负载活性焦颗粒的吸附后，得到二级出水；二级出水经B池溢流堰进入到C池，经过斜板填料的分离后，通过C池出水管排出，完成处理煤热解废水中酚氨污染物；吸附-生物降解池内的污泥和从不锈钢栅格钢斜板上脱落的nano-Fe3O4负载活性焦颗粒经污泥管流入污泥斗内，C池内的污泥和斜板填料上脱落的失效活性焦落入污泥斗内，定期将污泥斗内的所有内容物经排泥管排向C池的外部。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用吸附联合电活性生物膜的处理装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法，煤热解废水厌氧单元出水经沸石吸附、生物膜降解去除氨氮，经nano-Fe3O4负载活性焦颗粒吸附、生物膜降解去除酚类，实现煤热解废水酚氨的同步、深度脱除，大幅减轻后续膜处理、高级氧化压力，甚至取代高级氧化工艺，进而大幅度削减废水处理成本，提升物料、能源利用效率。
(2)本发明中斜发沸石能够高效吸附废水中的铵根离子与游离氨，降低氨氮对酚氧化降解过程的氧分子竞争。同时，沸石具有较强的交换性，吸附饱和后易于再生。此外，当沸石截留厌氧单元出水中的污泥并形成生物膜后，沸石吸附的氨氮可缓释到水中，由生物膜上自养微生物硝化，异养微生物反硝化，最终脱氮。并且斜发沸石来源广泛，成本低廉。
(3)本发明中Nano-Fe3O4负载活性焦颗粒一方面能够选择性吸附废水中难以生物降解的疏水性酚类、多环芳烃类物质，另一方面可以选择性富集电活性微生物，促进微生物异化铁还原过程，加速难降解物质的开环、断链并最终矿化。此吸附-生物降解过程氧气消耗量较低，无须曝气，相比于传统的好氧生物单元能够大幅削减能耗与成本。随反应过程中Fe的消耗，失效的活性焦颗粒便于回收，继续用作廉价燃料等，提高资源利用率。
Nano-Fe3O4负载活性焦颗粒的原料半焦来自于煤热解过程，由煤料热解释放酚类、氨气、焦油等产物后形成，存在大量的适合吸附酚类的活性位点，能够选择性吸附难生物降解的酚类和多环芳烃等。另外，负载Fe3O4后活性焦的电化学性能改善，易于富集电活性菌，能够形成电活性微生物膜，其优良的导电性能加速生物膜上微生物的电子传递。活性焦颗粒还能够吸附废水中的显色物质，减低出水色度。
(4)本发明中厌氧单元出水携带的活性较高的污泥可附着于沸石或活性焦表面形成生物膜，进一步提升污泥利用效率，斜板沉淀作用能够有效地截留随水流出的活性较低的污泥，降低出水浊度，取代传统生化处理单元的二沉池，减少了基建成本。
本发明中的沸石滤料和nano-Fe3O4负载活性焦颗粒能够截留厌氧单元出水中携带的活性较高的活性污泥，形成生物膜，促进酚、氨污染物的生物转化和降解，提升污泥利用效率。
本发明可获得一种吸附联合电活性生物膜的处理装置及利用该装置处理煤热解废水中酚氨污染物的方法。
（发明人：徐春艳;郑梦启;韩洪军;张正文）