申请日2018.07.11
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号C02F9/14; C02F3/10; C02F11/12
摘要
本发明公开了一种实验室综合废水处理系统，包括依次贯通的预处理单元、中和调节池、水解酸化池、好氧MBBR池、沉淀池以及消毒池，所述好氧MBBR池内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，其中预处理单元包括4个处理通道，分别是高浓度有机废液通道、一般实验室废水通道、重金属离子废水通道以及厕所废水通道。本发明得到的实验室综合废水处理系统及方法，采用“分类收集+水解酸化+好氧MBBR+二氧化氯消毒处理工艺”。本方法可以大大提高实验室废水的处理效果，并降污水处理设施建设和运行成本，是一种值得推广的实验室废水处理新工艺。
权利要求书
1.一种实验室综合废水处理系统，其特征在于：包括依次贯通的预处理单元、中和调节池(3)、水解酸化池(4)、好氧MBBR池(5)、沉淀池(6)以及消毒池(7)，所述沉淀池(6)与好氧MBBR池(5)之间设有污泥回流管(13)，其中预处理单元包括4个处理单元，分别是高浓度有机废液处理单元、一般实验室废水处理单元、重金属离子废水处理单元以及厕所废水处理单元，所述一般实验室废水处理单元包括第一格栅井(1)和集水井(2)，所述重金属离子废水处理单元包括去重反应池(8)、污泥池(9)和污泥压滤机(10)，所述厕所废水处理单元包括第二格栅井(11)和化粪池(12);
所述中和调节池(3)外部设置有酸、碱投加装置以及pH在线监测仪;
所述水解酸化池(4)底部安装有穿孔布水管，内部设置有潜水搅拌机;
所述好氧MBBR池(5)内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，所述球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70%，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5%。
2.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述水解酸化池(4)、好氧MBBR池(5)以及沉淀池(6)同时与化粪池(12)连接。
3.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述污泥压滤机(10)与集水井(2)相连接。
4.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述好氧MBBR池(5)内部的球形悬浮生物填料，包括呈球形的壳体(51)，所述壳体(51)内还套接有一个可纵向旋转的圆球体(52)，在圆球体(52)内套接有可横向旋转的椭圆体(53);所述壳体(51)上分布有镂空的孔洞(54)，所述圆球体(52)上分布有镂空的小孔(55)，所述椭圆体(53)上分布有鳍片(56)，每个鳍片(56)之间分布有通槽(57);所述壳体(51)、圆球体(52)和椭圆体(53)的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的实验室综合废水处理系统，其特征在于：所述第一格栅井的格栅栅距为5毫米，材质为塑钢;所述第二格栅井的格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。
6.一种如权利要求1-5所述的实验室综合废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
高浓度有机废液处理单元：对实验室产生的高浓度有机废液单独收集，后续通过计量泵提升进入中和调节池(3)，针对于难生化降解的有机废液交由学校危废处置中心集中处置;
一般实验室废水处理单元：一般实验室废水经过下水管道收集后进入第一格栅井(1)，隔除大颗粒悬浮物，然后进入集水井(2)，集水井(2)中废水经过提升泵提升进入中和调节池(3);
重金属离子废水处理单元：将重金属离子废水单独收集，然后进入去重反应池(8)，投加捕重剂后快速搅拌，然后缓慢投加PAM溶液，再慢速搅拌，废水经沉淀后，上清液进入集水井(2)，含重金属的污泥进入污泥池(9)，污泥在污泥池(9)内浓缩处理，上清液排放至集水井(2)内，浓缩污泥通过污泥泵打入污泥压滤机(10)进行脱水处理，污泥压滤机(10)产生的滤液进入集水井(2)，泥饼干化后交由学校危废处理中心安全处置;
厕所废水处理单元：对实验楼的厕所废水进行收集，先经过第二格栅井(11)，隔除大块悬浮物，然后进入化粪池(12)进行厌氧预处理，化粪池(12)处理出水进入集水井(2)，集水井(2)内废水通过提升泵提升进入中和调节池(3);
水解酸化池：中和调节池(3)对高浓度有机废液、重金属离子废水、一般实验室废水及厕所废水进行水质调节、pH值调节，废水经过水解酸化池(4)的处理，废水中的大分子有机物水解成小分子易生化降解的有机物;
好氧MBBR池：废水进入好氧MBBR池(5)来继续降解未能彻底去除的污染物，其中废水中的污染物在富氧的条件下，被好氧微生物高效降解;
沉淀池：好氧MBBR池(5)出水进入沉淀池(6)，废水在沉淀池(6)内进行泥水分离，上清液进入消毒池(7)，污泥沉淀下来，污泥回流比设置为20-50%;
消毒池：沉淀池(6)出水进入消毒池(7)，消毒池(7)采用二氧化氯消毒，消毒时间为30分钟，消毒池出水达标排放或者回用。
7.根据权利要求6所述的实验室综合废水处理方法，其特征在于：所述水解酸化池(4)、好氧MBBR池(5)以及沉淀池(6)产生的剩余污泥都进入化粪池(12)第一格，然后定期用吸粪车抽吸化粪池(12)的沉渣。
说明书
实验室综合废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术领域，特别是实验室综合废水处理系统及方法。
背景技术
近年来随着高校的不断新建和扩招，学生人数也不断增涨，生物化学实验室数量随之增加，实验室排放的废水量日益增多。实验室排放的废水成分相当复杂，含有有机物、无机盐、病原体(寄生虫卵、病原菌、病毒等)、漂浮及悬浮物、酸碱、重金属离子等。该类废水具有水量较小、排放周期不定、水质成分复杂的特点，这些废水不经过处理直接排入地表水域，势必造成周边水体的严重污染，危害周围人民群众的身体健康。根据国家环境保护总局环办(2004)15号文“关于加强实验室类污染环境监管的通知”，我国已将实验室、化验室、试验场的污染纳入环境监管范围，实验室废水需治理达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级标准后，方可纳入城市污水管网。
实验室废水处理系统必须具备灵活多样的处理工艺，而且对系统的处理效率和次生污染要求极为严格，目前行业内用于该类废水处理的方法还比较原始、技术手段单一，次生污染多，结构复杂且占地面积大，环境友好性差，尚无专门应对此类废水处理需求的行之有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种经济、高效、节能、环保，适用于生物化学实验室废水的实验室综合废水处理系统及方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的实验室综合废水处理系统，包括依次贯通的预处理单元、中和调节池、水解酸化池、好氧MBBR池、沉淀池以及消毒池，所述沉淀池与好氧MBBR池之间设有污泥回流管，其中预处理单元包括4个处理单元，分别是高浓度有机废液处理单元、一般实验室废水处理单元、重金属离子废水处理单元以及厕所废水处理单元，所述一般实验室废水处理单元包括第一格栅井、集水井，所述重金属离子废水处理单元包括去重反应池、污泥池和污泥压滤机，所述厕所废水处理单元包括第二格栅井和化粪池;
所述中和调节池外部设置有酸、碱投加装置以及pH在线监测仪;
所述水解酸化池底部安装有穿孔布水管，内部设置有潜水搅拌机;
所述好氧MBBR池内部投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭，所述球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70%，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5%。
为了处理污泥，所述水解酸化池、好氧MBBR池以及沉淀池同时与化粪池连接。
为了循环处理废水，所述污泥压滤机与集水井相连接。
所述第一格栅井的格栅栅距为5毫米，材质为塑钢;所述第二格栅井的格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。
其中MBBR池内的球形悬浮生物填料，包括呈球形的壳体，所述壳体内还套接有一个可纵向旋转的圆球体，在圆球体内套接有可横向旋转的椭圆体;所述壳体上分布有镂空的孔洞，所述圆球体上分布有镂空的小孔，所述椭圆体上分布有鳍片，每个鳍片之间分布有通槽。所述壳体、圆球体和椭圆体的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。
所述改性聚丙烯是通过在聚丙烯的表面涂覆上亲水剂制得，所述亲水剂按重量份包括纳米二氧化硅5-10份、烷基酚聚氧乙烯醚10-15份、碳纳米管1-5份、聚氯乙烯10-15份、乙醇50-60份、异丙醇10-15份、水30-40份。所述亲水剂的制备方法是按重量份将纳米二氧化硅5-10份、烷基酚聚氧乙烯醚10-15份、碳纳米管1-5份、聚氯乙烯10-15份、乙醇50-60份、异丙醇10-15份、水30-40份混合搅拌均匀后，静置24小时即可。
所述改性聚乙烯按重量份包括95份聚乙烯和5份改性剂，所述改性剂按重量份包括聚丙烯酸酯50-60份、聚乙二醇20-30份、聚偏氟乙烯10-15份、聚氨酯5-8份、磷酸锆2-3份、稀土1-3份。所述改性剂的制备方法是按重量份将聚丙烯酸酯50-60份、聚乙二醇20-30份、聚偏氟乙烯10-15份、聚氨酯5-8份、磷酸锆2-3份、稀土1-3份放入200-240℃的高温反应炉中，氮气保护下加热1-2h，待冷却后研磨成粉即得。所述改性聚乙烯的制备方法是按重量份将95份聚乙烯和5份改性剂于挤出机中加热熔融挤出，温度为200-220℃。
该球形悬浮生物填料由外至内包括壳体、圆球体和椭圆体，其中圆球体可纵向旋转，椭圆体可横向旋转。通过设置三个球体从而增加填料内部的水体流动性。填料内部水体流动性增加后能有两个有效的作用。第一，增加污水与填料上的生物膜的接触机会，从而增强污水处理效果;第二，使填料内部不容易堵塞，老化的生物膜脱膜容易，延长填料的使用和更换周期。通过设置多个内部结构体，尤其是椭圆体的鳍片，更是提高了填料球的比表面积。
所述壳体、圆球体和椭圆体的材质是改性聚丙烯或者改性聚乙烯中的任一种。这是由于聚丙烯和聚乙烯本体是相对疏水的，不利于污水中的微生物附着在上面形成生物膜，因此需要对其进行改性。
所述改性聚丙烯是通过在聚丙烯的表面涂覆上亲水剂制得，所述亲水剂中的烷基酚聚氧乙烯醚作为主要亲水成分，是一种非离子表面活性剂，它具有性质稳定、耐酸碱和成本低等特征。纳米二氧化硅和碳纳米管可以提高强度，聚氯乙烯作为助剂，提高亲水性。乙醇、异丙醇和水作为溶剂。
所述改性聚乙烯将重量份将95份聚乙烯和5份改性剂于挤出机中加热熔融挤出而得，所述改性剂中的聚丙烯酸酯、聚乙二醇和聚氨酯都可以提高聚乙烯的亲水性，聚丙烯酸酯的分子链上含有许多酯基、酯基，具有亲水性。聚乙二醇的链端羟基亲水，链中的醚键也亲水。聚偏氟乙烯可以提高防腐性，磷酸锆则提高强度，稀土作为催化剂，提高改性剂的亲水性。
本发明还公开了一种实验室综合废水处理方法，包括以下步骤：
a)高浓度有机废液处理单元：对实验室产生的有机废液单独收集，对于简单易生化处理的有机废液进行收集储存，后续通过计量泵提升进入中和调节池，提高废水的COD值，使废水中的碳、氮、磷比例更加适合生化处理。高浓度难生化降解的有机废液交由学校危废处置中心集中处置。
b)一般实验室废水处理单元：一般实验室废水经过下水管道收集后进入第一格栅井，隔除大颗粒悬浮物，然后进入集水井，集水井中废水经过提升泵提升进入中和调节池。此处格栅栅距为5毫米，材质为塑钢。
c)重金属离子废水处理单元：将重金属离子废水单独收集，然后进入去重反应池，投加适量的捕重剂，快速搅拌，然后缓慢投加适量的PAM溶液，再慢速搅拌，废水经沉淀后，上清液进入集水井，含重金属的污泥进入污泥池。污泥在浓缩池内浓缩处理，上清液排放至集水井内。浓缩污泥通过污泥泵打入污泥压滤机进行脱水处理，污泥压滤机产生的滤液进入集水井。泥饼干化后交由学校危废处理中心安全处置。
d)厕所废水处理单元：对实验楼的厕所废水进行收集，先经过第二格栅井，隔除大块悬浮物，然后进入化粪池进行厌氧预处理。化粪池处理出水进入集水井。集水井内废水通过提升泵提升进入中和调节池。集水井内设置超声波液位器控制提升泵的启停。此处格栅栅距为8毫米，材质为塑钢。中和调节池设置酸、碱投加装置、pH在线监测仪。由于试验室排放的废水时而是酸性，时而是碱性，因此需要对废水进行中和调节后方可进入后续生化处理。中和调节池内设置超声波液位器控制提升泵的启停。中和调节池内设置预曝气系统，对废水进行预曝气调节，使废水水质均匀。
e)水解酸化池：中和调节池对高浓度有机废液、重金属离子废水、一般实验室废水及厕所废水进行水质调节、pH值调节。中和调节池内废水通过提升泵提升进入水解酸化池。提升泵流量根据设计进水量确定。水解酸化池底部安装穿孔布水管，使系统进水均匀，并起到一定的水力搅拌作用。水解酸化池内设置潜水搅拌机，对池内的废水进行搅拌，增加水力流动性，提高生化处理效果。废水经过水解酸化池的处理，废水中的大分子有机物水解成小分子易生化降解的有机物，提高废水的可生化性。
f)好氧MBBR池：好氧MBBR池是废水中的污染物去除最主要的场所，废水中的污染物在富氧的条件下，被好氧微生物高效降解。MBBR工艺原理是通过向反应池中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。本系统MBBR池内投加球形悬浮生物填料和粉末活性炭。球形悬浮生物填料的比重为0.92-0.95g/cm3，比表面积为500-800m2/m3，投料比为池容的50-70%，粉末活性炭目数为200-300目，充填比重为0.4-0.45g/cm3，投料比为池容的3-5%。好氧MBBR池过水孔设置格栅网防止球形悬浮生物填料流入后面沉淀池。好氧MBBR池内设置曝气装置，另要在池子外部安装鼓风曝气设备。
g)沉淀池：好氧MBBR池出水进入沉淀池。废水在沉淀池内进行泥水分离，上清液进入消毒池，污泥沉淀下来。本系统污泥回流比设置为20-50%。
h)消毒池：沉淀池出水进入消毒池。本系统消毒采用二氧化氯消毒。消毒时间为30分钟。二氧化氯发生器安装在单独的设备间内，设备间需设置通风装置。消毒池出水达标排放或者回用。回用水可用于灌溉学校绿化，或者冲厕所。所述水解酸化池、好氧MBBR池以及沉淀池产生的剩余污泥都进入化粪池第一格。定期用吸粪车抽吸化粪池内的沉渣。
本发明得到的实验室综合废水处理系统及方法，采用“分类收集+水解酸化+好氧MBBR+二氧化氯消毒处理工艺”。本方法可以大大提高实验室废水的处理效果，并降污水处理设施建设和运行成本，是一种值得推广的实验室废水处理新工艺，其有益效果如下：
1、本系统采用一体化集成设计，占地面积小，运行管理方便。
2、将易生化的有机废液加入处理系统处理，节省危废处置费用，降低运行成本。
3、将重金属离子废水单独预处理，节省后续重金属离子污泥处置费，降低运行成本。
4、引入生活污水的重要作用是增加废水的可生化性，同时生活污水中含有大量的氮、磷等营养盐，可以节省后续生化处理单元营养盐的投加量，降低运行成本。
5、采用好氧MBBR池代替传统的好氧池，提高处理效率。MBBR工艺在相同的负荷条件下能比普通工艺节省20-30%的反应容积，因此节省占地面积。
