申请日2009.11.13
公开(公告)日2010.04.28
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明公开了一体化上流式反应器及深度处理发酵工业废水的方法，其属于废水处理领域。反应器上部为好氧流化床系统，下部为厌氧滤池系统，中间过渡区设计为具有三相分离作用的连接部分，将上下两部分有机的结合在一起。反应器生物固体浓度高、生物固体停留时间长，适宜处理高盐度、难生物降解的发酵工业废水二级生化处理出水;各系统产泥量少，且好氧区里产生的剩余污泥进入过渡区和厌氧区进一步被消化处理，反应器整体产泥量少，同时使得反应器内含有丰富的生物种类，共同作用于难降解有机物，促进其降解。本一体化反应器能耗低、占地省、操作方便、耐负荷冲击、处理效率高，适用于发酵工业废水的深度处理。
权利要求书
1.一种一体化上流式反应器，其特征是该反应器由上、中、下三部分组成，上部是移动床生物膜反应器，下部是上流式厌氧生物滤池，中间过渡区由三相分离装置和曝气装置组成。
2.根据权利要求1所述的一体化上流式反应器，其特征在于上流式厌氧生物滤池使用无机固体生物活性填料。
3.根据权利要求2所述的一体化上流式反应器，其特征在于填料与反应器底部之间为填料上脱落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通过调节填料区高度进行调整。
4.根据权利要求3所述的一体化上流式反应器，其特征在于上部好氧移动床生物膜反应器内使用比重为0.93-0.99的悬浮填料，填充率为40%-60%。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的一体化上流式反应器，其特征在于反应器中间过渡区三相分离装置上方为曝气装置，三相分离装置由斜板和菱形挡板组成，曝气装置采用穿孔管，穿孔管之间留有空隙。
6.一体化上流式反应器深度处理发酵工业废水 的方法，其步骤为：
(1)废水由一体化反应器底部布水装置进入上流式厌氧生物滤池，先通过反应器底部的污泥床，然后通过填料层，上流式厌氧生物滤池水力停留时间为1～2h;
(2)水流进入过渡区，老化脱落后随水流上升的的厌氧生物膜被斜板和菱形挡板阻挡无法进入移动床生物膜反应器，悬浮在斜板下方，与移动床生物膜反应器中填料上脱落的好氧生物膜一起形成动态稳定的兼性缺氧区;
(3)水流继续上升，进入移动床生物膜反应器，经过曝气装置时，与气体激烈混合，一起进入填料区，在上升水流和气体的冲击下，填料呈完全流化状态，移动床生物膜反应器水力停留时间为1～2h;
(4)处理后的废水从反应器顶部流出，出水部分回流至反应器入口，回流比为100%-200%，其余排放。
7.根据权利要求6所述的一体化上流式反应器深度处理发酵工业废水的方法，其特征在于处理对象为发酵工业废水厌氧加好氧二级生化处理后的出水，其水质特点为高盐度、色度为稀释倍数法100-150倍、COD小于400mg/L和BOD/COD值小于0.25。
说明书
一体化上流式反应器及深度处理发酵工业废水的方法
技术领域
本发明涉及到一种废水处理反应器及其应用于发酵工业废水深度处理的方法，更具体的说是指一种结合MBBR与AF工艺进行设计的一体化上流式反应器及其用于深度处理发酵工业废水的方法。
背景技术
我国发酵工业发达，酵母、酒精、柠檬酸、啤酒、维生素C和味精等行业的水平和规模位居世界前列，是我国重要的支柱产业。然而，发酵工业在生产过程中会产生和排放大量高浓度难降解有机废水，必须对废水进行妥善处理、达标排放，才能保证发酵工业的持续发展。发酵工业废水具有相似的水质特征：高浓度、高盐度、高色度，废水中含有难降解有机物且水质水量波动大。目前国内发酵工业废水主要以生物处理工艺为核心技术进行处理，包括厌氧、好氧或二者串联工艺等，出水指标基本能达到《污水综合排放标准GB 8978-1996》二级标准的要求。然而，我国废水排放标准日益严格，发酵工业各行业废水排放新标准相继出台，COD排放标准提高到了120mg/L，而以厌氧加好氧为主的传统生物处理工艺已无法满足新标准要求，无法去除出水中含有的溶解性难降解有机物，且这些有机物还含有发色基团与助色基团，造成出水色度较高且与COD关联并存。目前脱色技术主要有混凝法、高级氧化法、吸附法、膜法等，但这些方法各自都有局限性，如二次污染、成本高昂、吸附剂不易再生等，而且发酵废水生化处理出水中的生色物质是溶解性难降解有机物，因此上述物理化学方法并不适合对其进行处理。考虑到发酵废水生化处理出水的色度与COD关联并存，而这些有机物具生物难降解性且水中盐度高，因此，开发强化生物处理技术对其进行生物降解是行之有效且具经济性、实用性的解决途径，能够同步去除COD和色度，保证发酵工业满足废水排放新标准的要求，实现稳定持续发展。
由于发酵废水生化处理出水中的有机物具有生物难降解性，且水中盐度很高对厌氧细菌有较大抑制作用，因此厌氧反应器必须保持高污泥浓度和长污泥停留时间，才能有效降解有机物。上流式厌氧生物滤池(AF)是一种高效厌氧反应器，反应器内设置填料，可在填料表面形成生物膜，同时反应器空间内还可形成生物污泥。与传统的厌氧反应器相比，AF具有生物固体浓度高、停留时间长、剩余污泥量少、运行启动快、耐冲击负荷的优点，在高盐度下更易实现生物驯化和有机物的降解。好氧移动床生物膜反应器(MBBR)处理工艺是一种高效好氧工艺，反应器内投加一定体积比的悬浮填料，填料表面固着生物膜，通过曝气使反应器内呈流化状态，固、液、气能够充分接触。与其他好氧工艺相比，MBBR具有耐负荷冲击、污泥浓度较高、水头损失小、无需反冲洗、一般不需回流、脱氮除磷效果良好的优点，在高盐度下更易实现生物驯化和有机物的降解。
废水生物处理一体化反应器具有投资少、占地少、能耗小、管理方便等优点，近年来倍受国内外研究者的青睐。薛嘉等(薛嘉，黄钧，李益军.厌氧好氧一体化生物反应器处理发酵废水的研究.应用与环境生物学报，2007，13(3)：414～418)研究开发的厌氧好氧一体化生物反应器，整个装置呈同心圆筒形式，内筒为厌氧颗粒污泥膨胀床，外筒为好氧三相流化床，分为升流区、降流区和沉降区。此反应器抗冲击能力强，在处理高浓度有机发酵废水时，COD去除率可达到90%以上。但是，其好氧区的污泥仍需外排处理，且厌氧区抗冲击负荷的能力较弱，启动时间长。蒋展鹏等(蒋展鹏，钟燕敏，师绍琪.一体化A/O生物膜反应器处理生活污水.中国给水排水，2002，18(8)：9～12)设计的升流式一体化A/O生物膜反应器，装置呈圆筒状，底部为采用球形填料的缺氧区，上部为采用半软性填料的好氧区，维持一定的回流比和反应器内适宜的碱度时，脱氮效果良好而稳定。Del Pozo R等(R.Del Pozo，V.Diez，Integrated anaerobic-aerobicfixed-film reactor for slaughterhouse wastewater treatment.WaterResearch，2005(39)：1114-1122)采用一种一体化厌氧-好氧固定膜反应器处理屠宰场废水，反应器中的固定填料由1400根长2m内径22mm的PVC竖直波形管道组成，通过控制管道的闭合来确定厌氧区与好氧区的体积比，并由曝气过渡区将厌氧区和好氧区分开。在低负荷下，具有良好的有机物去除效率和较好的氮去除效率。但是，上述一体化反应器多应用于处理高浓度易于生物降解的工业废水，或是用于处理性质较稳定、中低浓度的中小规模生活污水和少数小规模工业废水，偏重于对COD和氮的去除，而且启动时间长，有较多剩余污泥产生，而在高盐度、较高色度、以溶解性难降解有机物为主、水质水量波动大的发酵工业废水二级生化出水的处理领域，还未见有针对性强、启动快、易驯化、停留时间短、剩余污泥量少的一体化生物反应器的开发与应用。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
现有的深度处理技术及一体化反应器不能很好的处理高盐度、较高色度、以溶解性难降解有机物为主、水质水量波动大的发酵工业废水生化处理出水，本发明提出一种用于发酵工业废水深度处理的一体化反应器，可处理发酵工业废水经过厌氧加好氧二级生化处理后的出水，针对其高盐度(大于5000mg/L)、色度较高(稀释倍数法100-150倍)、COD较低(小于400mg/L)、BOD/COD值低(小于0.25)，COD主要由溶解性难降解有机物构成，色度与COD关联并存的水质特点，本发明可同步去除COD和色度，并可以启动快、易驯化、水力停留时间短、剩余污泥量少。
2.技术方案
本发明的原理：将AF和MBBR二者组合联用，先用AF将发酵工业废水生化处理出水中的难降解有机物和生色物质降解，提高出水的可生化性和易降解性，再用MBBR进一步降解水中的有机物和脱氮除磷，完全能够实现COD和色度的同步去除，使出水达到新标准的要求。根据生态学的原理以及难降解有机物在生物反应器中的降解机理，难降解有机物是在不同微生物种群的联合作用下被逐步降解的，因此，在反应器中不同状态的生物群落越多，其处理难降解有机物质的潜力就越大
本发明的技术方案是：
一体化上流式反应器，其特征是该反应器由上、中、下三部分组成，上部是移动床生物膜反应器，下部是上流式厌氧生物滤池，中间过渡区由三相分离装置和曝气装置组成。
所述的上流式厌氧生物滤池使用无机固体生物活性填料。填料与反应器底部之间为填料上脱落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通过调节填料区高度进行调整。
上部移动床生物膜反应器内使用比重为0.93-0.99的悬浮填料;比表面积通常为为400m2/m3～600m2/m3，比表面积越大越好。此处悬浮填料是通称，材料有很多种，都是无机高分子材料，如聚乙烯，聚丙烯等，结构也有很多种，目前已商品化，也可称为“高性能无机生物载体”。填料的填充率为40%-60%(在好氧移动床生物膜反应器内的体积)。曝气量需保证溶解氧量为2mg/L-4mg/L。
反应器中间过渡区三相分离装置上方为曝气装置，三相分离装置由斜板和菱形挡板组成，曝气装置采用穿孔管，穿孔管之间留有空隙。
反应器的好氧区(好氧移动床生物膜反应器)、厌氧区(上流式厌氧生物滤池)和过渡区高度可根据进水水质水量和处理要求进行适当调整，通常好氧区高度占整个反应器高度二分之一，厌氧区高度占整个反应器高度五分之二，过渡区高度占整个反应器高度十分之一。
厌氧区填料与反应器底部之间为填料上脱落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通过调节厌氧区高度进行调整，通常占整个反应器高度二十分之一。
一体化上流式反应器深度处理发酵工业废水的方法，其步骤为：
(1)废水由一体化上流式反应器底部布水装置进入上流式厌氧生物滤池，先通过反应器底部的污泥床，可对废水中难降解有机物进行初步的水解、酸化以及截留悬浮颗粒物;然后通过填料层时，在填料上附着的大量厌氧微生物的作用下，难降解有机物被进一步降解为易于好氧生物降解的有机物，同时生物膜从降解过程中获取营养和能量进行生长繁殖，老化的生物膜在上升水流的冲刷下脱落，大部分沉降入下部的污泥床，小部分被水流携带上升。上流式厌氧生物滤池水力停留时间为1～2h。
(2)水流进入过渡区，老化脱落后随水流上升的的厌氧生物膜被斜板和菱形挡板阻挡无法进入移动床生物膜反应器，悬浮在斜板下方，与移动床生物膜反应器中填料上脱落的好氧生物膜一起形成动态稳定的兼性缺氧区，有机物在缺氧区可继续被生物降解，同时厌氧生物降解过程中产生的气体排入斜板两旁的气室。
(3)水流继续上升，进入移动床生物膜反应器，经过曝气装置时，与气体激烈混合，一起进入填料区，在上升水流和气体的冲击下，填料呈完全流化状态，固、液、气三相充分接触，具有良好的传质效率，填料表面的生物膜对水中的有机物进行充分降解，同时获取营养和能量进行生长繁殖，老化的生物膜在水流和气体的冲刷下脱落，大部分沉降至反应器底部的污泥床，小部分停留在缺氧区;在填料表面形成的生物膜外表面具有很高的好氧活性，而生物膜底部接近厌氧的活性，因此对废水有着良好的处理效率以及脱氮除磷的能力。移动床生物膜反应器水力停留时间为1～2h。
(4)处理后的废水从反应器顶部流出，出水部分回流至反应器入口，回流比为100%-200%，其余排放。
本方法处理对象为发酵工业废水厌氧加好氧二级生化处理后的出水，其水质特点为高盐度(大于5000mg/L)、色度较高(稀释倍数法100-150倍)、COD较低(小于400mg/L)、BOD/COD值低(小于0.25)。
3.有益效果
本发明提供了一体化上流式反应器及深度处理发酵工业废水的方法，除了各工艺段本身的高处理效率外，反应器一体化的结构也使各工艺段之间的生物相有相互间的渗透与交换。一体化上流式反应器中，好氧区的生物膜沉淀入过渡区和厌氧区;厌氧区脱落的比重小的生物膜随水流上升，被过渡区截流后与好氧区沉淀的部分生物膜在过渡区形成一个同时含有厌氧生物与好氧生物的动态稳定的缺氧区。整个反应器在不同的高度具有不同的生物状态，微生物种类与其它传统生物处理工艺和其它一体化上流式反应器相比更为丰富。本发明适合用于处理高盐度、较高色度、以溶解性难降解有机物为主、水质水量波动大的发酵工业废水二级生化处理出水，具有较高的生物驯化潜力，经过较短时间的驯化，就可以适应废水中的高盐度。除此以外，一体化的结构使得反应器更加紧凑，便于应用;整个反应器污泥产量很低，泥龄长，二次污染小;反应器采用的AF工艺与MBBR工艺均可适应负荷的冲击变化，且再启动迅速，能够适应发酵工业废水因其生产周期变化导致的水质水量的波动。
