申请日2017.11.16
公开(公告)日2018.02.23
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34; C02F11/04; C12M1/38; C12M1/34; C12M1/107; C12P39/00; C12P5/02; C12R1/10; C12R1/125; C12R1/07; C12R1/63; C12R1/11; C12R1/66; C12R1/23
摘要
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置及处理方法，该反应装置的结构包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置、厌氧反应装置以及用于控制反应温度的太阳能温控系统;厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，污水循环泵的输出端通过出水管与布水器的进水口连通。与现有技术相比，本发明利用微生物强化装置对微生物进行强化培养，并控制整个反应温度在35～37℃的中恒温，有效避免厌氧处理过程出现阶段酸化的问题，使有机污染物转化率得到显著提高，而且大大缩短了废水处理周期，整个系统运行稳定。
摘要附图
权利要求书
1.序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置、厌氧反应装置以及用于控制反应温度的太阳能温控系统;所述厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，所述污水循环泵的输出端通过出水管与所述布水器的进水口连通;所述厌氧反应器设置有进料管、出料管和旁路进料管，所述微生物强化装置的出料口通过所述旁路进料管与所述厌氧反应器连通。
2.根据权利要求1所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述微生物强化装置包括微生物反应器、与所述微生物反应器连通的用于存储专用培养基的培养基投料罐和用于存储功能菌剂的功能菌剂投料罐。
3.根据权利要求1所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述太阳能温控系统包括太阳能集热装置、热水储存箱、热水循环泵、设置于厌氧反应器内壁的加热管、温度传感器以及控制器，控制器分别与温度传感器和热水循环泵电连接;所述加热管的一端与所述热水循环泵的出水口连接，所述加热管的另一端与所述太阳能集热装置的进水口连接，所述太阳能集热装置的出水口与所述热水储存箱的进水口连通，所述热水储存箱的出水口与所述热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵与所述控制器电连接。
4.根据权利要求2所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述厌氧反应器和微生物反应器内均设置有多个生物接触反应单元，每个生物接触反应单元包括若干个生物膜填料组件。
5.根据权利要求4所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述生物膜填料组件包括空心球体、固定于所述空心球体中心的柔性填料、固定于所述空心球体内壁的多个叶片以及贯穿所述空心球体和所述柔性填料的中心的中轴管;所述空心球体的外壁开设有若干个槽孔以使所述外壁形成多个曲面交错相连的镂空状曲面结构，所述多个叶片沿所述空心球体的圆周分布设置，每个叶片设置有凹槽。
6.根据权利要求5所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述空心球体为聚丙烯材料注塑一体成型的空心球体，所述柔性填料为纤维材质的球形填料。
7.根据权利要求5所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述多个叶片包括长叶片组和短叶片组，所述长叶片组固定在位于非径向端的曲面内壁上，所述短叶片组固定在位于径向端的曲面内壁上，所述长叶片组设置有呈上下间隔设置的两层凹槽，所述短叶片组设置有一层凹槽;
相邻叶片的间距设置为1.5～2.5cm，所述两层凹槽的间距设置为1.5～2cm。
8.根据权利要求1所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：所述厌氧反应器的顶部设置有集气罩，所述集气罩的出气口连接沼气净化装置。
9.序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)将复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂、专用培养基以及高浓度有机废水或泥浆按一定比例投料至微生物强化装置，控制反应温度在35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖;
(b)将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧反应;
(c)厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理。
10.根据权利要求9所述的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，其特征在于：步骤a中，所述复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为104mg/L计，所述功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1%～0.2%，所述功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10～20;
所述复合微生物菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、蛭弧菌、巨大芽孢杆菌、放线曲霉和嗜酸乳杆菌，所述生物酶制剂包括甲烷单加氧酶、氨单加氧酶、卤素水解酶和烷基单加氧酶，所述地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1～2:1～2:3～4:1～2:2.5～4:1～2.5:1～2:1～2.5:2～3:2～3:2.5～4;
步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1～2:8～9;所述泥浆的含水率为92～95%。
说明书
序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置及处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置及处理方法。
背景技术
高浓度有机废水的主要特点是有机物浓度高、成分复杂、色度高、有异味，如果直接排放，进入受纳水体，将导致水体缺氧，水生物死亡，对环境造成严重污染。随着国内人口不断增长，大量富含有机物的生活污水和部分工业废水排入河流、湖泊，导致水体含氧量大幅下降，造成了河流、湖泊普遍呈现有机污染严重。且由于长期不加治理，大量的污染物沉积在河流、湖泊底部，导致河流、湖泊底泥淤积。底泥中的还原性物质产生大量的化学耗氧使河流、湖泊底泥形成厌氧环境，在厌氧微生物作用下逐步腐化，变黑、发臭。
当前全国重点流域地表水有机污染普遍，特别是流经城市的河段有机污染较严重，多数城市地下水也受到了一定程度的点状或面状污染。目前，废水的厌氧生物处理技术是处理高浓度有机废水的重要手段之一。但传统厌氧消化工程投资大、操作管理严格、运行维护费用高，而且在实际运行中存在一些安全隐患，这些不足大大限制了厌氧消化工艺在我国污泥处置中的推广普及。现有技术中，厌氧反应系统主要存在以下问题：1)厌氧反应装置内的温度分布不均匀，发酵温度难以稳定地控制，使得厌氧反应效率低;2)厌氧菌的生长繁殖速度较慢，不仅使得系统启动周期较长，还会导致局部产酸菌过多、pH下降而影响甲烷菌群、乙酸菌群生长，从而破坏厌氧三阶段连续反应的进程，例如导致乙酸积累少，出现厌氧反应过程中的阶段酸化问题，故需要向厌氧反应器投加石灰等化学药剂。以上问题导致目前的高浓度有机废水的厌氧反应效果差，有机污染物转化率低，厌氧反应系统难以真正运行。
发明内容
针对现有技术存在上述技术问题，本发明的目的在于提供一种恒温控制、有机污染物转化率高并且周期短、运行稳定的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置及处理方法。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
提供序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置、厌氧反应装置以及用于控制反应温度的太阳能温控系统;所述厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，所述污水循环泵的输出端通过出水管与所述布水器的进水口连通;所述厌氧反应器设置有进料管、出料管和旁路进料管，所述微生物强化装置的出料口通过所述旁路进料管与所述厌氧反应器连通。
其中，所述微生物强化装置包括微生物反应器、与所述微生物反应器连通的用于存储专用培养基的培养基投料罐和用于存储功能菌剂的功能菌剂投料罐。
其中，所述太阳能温控系统包括太阳能集热装置、热水储存箱、热水循环泵、设置于厌氧反应器内壁的加热管、温度传感器以及控制器，控制器分别与温度传感器和热水循环泵电连接;所述加热管的一端与所述热水循环泵的出水口连接，所述加热管的另一端与所述太阳能集热装置的进水口连接，所述太阳能集热装置的出水口与所述热水储存箱的进水口连通，所述热水储存箱的出水口与所述热水循环泵的进水口连通，所述热水循环泵与所述控制器电连接。
其中，所述厌氧反应器和微生物反应器内均设置有多个生物接触反应单元，每个生物接触反应单元包括若干个生物膜填料组件。
其中，所述生物膜填料组件包括空心球体、固定于所述空心球体中心的柔性填料、固定于所述空心球体内壁的多个叶片以及贯穿所述空心球体和所述柔性填料的中心的中轴管;所述空心球体的外壁开设有若干个槽孔以使所述外壁形成多个曲面交错相连的镂空状曲面结构，所述多个叶片沿所述空心球体的圆周分布设置，每个叶片设置有凹槽。
其中，所述空心球体为聚丙烯材料注塑一体成型的空心球体，所述柔性填料为纤维材质的球形填料。
其中，所述多个叶片包括长叶片组和短叶片组，所述长叶片组固定在位于非径向端的曲面内壁上，所述短叶片组固定在位于径向端的曲面内壁上，所述长叶片组设置有呈上下间隔设置的两层凹槽，所述短叶片组设置有一层凹槽;
相邻叶片的间距设置为1.5～2.5cm，所述两层凹槽的间距设置为1.5～2cm。
其中，所述厌氧反应器的顶部设置有集气罩，所述集气罩的出气口连接沼气净化装置。
本发明还提供序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的处理方法，包括以下步骤：
(a)将复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂、专用培养基以及高浓度有机废水或泥浆按一定比例投料至微生物强化装置，控制反应温度在35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖;
(b)将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧反应;
(c)厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理。
其中，步骤a中，所述复合微生物菌种的添加总量以高浓度有机废水或泥浆含COD为104mg/L计，所述功能菌剂的投加量占高浓度有机废水或泥浆进料量的体积百分比为0.1%～0.2%，所述功能菌剂和专用培养基的投加量的体积比为1:10～20;
所述复合微生物菌种包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、蛭弧菌、巨大芽孢杆菌、放线曲霉和嗜酸乳杆菌，所述生物酶制剂包括甲烷单加氧酶、氨单加氧酶、卤素水解酶和烷基单加氧酶，所述地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：迟缓芽孢杆菌：蛭弧菌：巨大芽孢杆菌：放线曲霉：嗜酸乳杆菌：甲烷单加氧酶：氨单加氧酶：卤素水解酶：烷基单加氧酶的质量比为1～2:1～2:3～4:1～2:2.5～4:1～2.5:1～2:1～2.5:2～3:2～3:2.5～4;
步骤b中，高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液的体积比1～2:8～9;所述泥浆的含水率为92～95%。
本发明的有益效果：
本发明的序批式中恒温厌氧处理高浓度有机废水和固体废弃物的反应装置，包括用于对微生物进行强化培养的微生物强化装置、厌氧反应装置以及用于控制反应温度的太阳能温控系统;厌氧反应装置包括厌氧反应器、设置于厌氧反应器的污水循环泵和布水器，污水循环泵的输出端通过出水管与布水器的进水口连通;厌氧反应器设置有进料管、出料管和旁路进料管，微生物强化装置的出料口通过旁路进料管与厌氧反应器连通;利用该反应装置处理高浓度有机废水或泥浆的处理方法为：步骤a、将复合微生物菌种与生物酶制剂组成的功能菌剂、专用培养基以及高浓度有机废水或泥浆按一定比例投料至微生物强化装置，控制反应温度在35～37℃、溶解氧<0.2mg/L的条件下，对微生物进行强化培养，使微生物快速繁殖;步骤b、将高浓度有机废水或泥浆与微生物强化装置内的混合液按一定比例输送至厌氧反应器，并控制厌氧反应器在35～37℃的中恒温下进行厌氧反应;步骤c、厌氧反应器每完成一次进料，同时关闭微生物强化装置和厌氧反应器的进料口，停止进料，待厌氧反应器内的混合物料完成厌氧处理后，卸料，然后再重复步骤a和b，进行下一批次的处理，即序批次地进行。当厌氧反应器一次性注满需处理的高浓度有机废水或泥浆后，即开始发生厌氧反应，本发明在厌氧处理过程中，解决了现有技术无法解决的以下技术问题：
(1)由太阳能温控系统对厌氧反应器内的水体加热，并结合污水循环泵进行内部循环搅拌，使混合液的热量分布更均匀，从而实现了35～37℃的中恒温控制;
(2)利用微生物强化装置对微生物进行强化培养，高浓度有机废水或泥浆与功能菌剂、专用培养基三者形成的混合液为微生物菌种提供充足的营养源，并控制温度在35～37℃的中恒温，使特效微生物在最优化的生长条件下获得快速增殖和驯化，然后通过旁路进入厌氧反应器，加快特效微生物菌种在后续厌氧反应器的增殖速度，快速建立其优势菌群地位，进而大大缩短厌氧反应器的启动周期;
(3)现有技术中，厌氧反应器内的微生物菌种，由于产酸菌与甲烷菌的生长速率不同，可能会导致局部产酸菌过多、pH下降而抑制甲烷菌和乙酸菌群的生长，从而破坏厌氧三阶段连续反应的进程，本发明的厌氧反应器在启动时即通过旁路输送经过微生物强化装置强化培养的微生物菌群，再结合污水循环泵进行内部循环搅拌，从而控制整个厌氧反应器中厌氧反应的相对均衡，有效避免出现厌氧阶段酸化的问题，厌氧效果好，使有机污染物转化率得到显著提高，大大缩短了废水处理周期，而且整个系统运行稳定;
(4)本发明不仅可以用于处理有机污染物浓度高的生活/工业废水，还可以用于处理污泥、污粪、餐厨等固体废弃物，只需要在进入反应装置前，将固体废弃物粉碎制成含水率在92～95%的泥浆即可，因而本发明具有广阔的应用前景。
