專利名稱：一種處理高濃度苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水的生物處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種采用生物處理方法同時去除高
濃度苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水中的COD和氮。
背景技術(shù)：
苯胺或胺類有機(jī)物是一種重要的化工原料和中間體，廣泛應(yīng)用于國防、印染、 塑料、農(nóng)藥和醫(yī)藥工業(yè)等，苯胺是一種"三致"物質(zhì)，已經(jīng)被列入"中國環(huán)境 優(yōu)先污染物黑名單"，該類廢水是一種毒性大，生物降解性差的高濃度有機(jī)廢水， 同時由于含有高濃度的氮素引起水體富營養(yǎng)化，因此，含苯胺或胺類有機(jī)物的 工業(yè)廢水要嚴(yán)格控制排放。目前，對苯胺或胺類有機(jī)物工業(yè)廢水的處理方法主 要有物理法、化學(xué)法和生物法，其中物理法主要有吸附法和萃取法；化學(xué)處理 方法通常有光催化氧化法、光芬頓法、超臨界氧化法、超聲波降解法、電化學(xué) 降解法以及臭氧和光催化聯(lián)合氧化法等；由于苯胺廢水的毒性強(qiáng)，生物降解性 差，生物法一般很難成功，更多的是采用物化一生物方法，即先采用物理化學(xué) 的方法，降低廢水的毒性，改善廢水的可生化性，然后再用生物法處理。但是 物理和化學(xué)處理方法普遍存在處理成本高、操作條件苛刻和產(chǎn)生二次污染等問 題，物化一生物方法也存在流程長，處理成本高，難以控制等問題。同時，苯 胺或胺類有機(jī)物廢水的綜合處理不僅要求COD達(dá)標(biāo)排放，而且要求氮元素的排放 也要達(dá)標(biāo)，因而需要進(jìn)行脫氮處理。生物處理方法由于具有處理量大、處理成 本低以及有效脫氮等優(yōu)勢，依然是處理苯胺或胺類有機(jī)物廢水的主流工藝。
生物處理方法根據(jù)反應(yīng)器中微生物呼吸類型一般分為厭氧、缺氧和好氧三 類，根據(jù)反應(yīng)器中微生物存在的狀態(tài)分為活性污泥法和生物膜法兩種。由于苯
胺廢水的濃度高、毒性大以及可生化性差，不宜直接使用好氧和活性污泥法， 一般采用傳統(tǒng)厭氧一缺氧一好氧的活性污泥處理工藝，即先采用厭氧處理降低 廢水的毒性和濃度，同時廢水中的有機(jī)氮(胺)經(jīng)過氨化作用后轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮 (氨)；然后再使用好氧處理，進(jìn)一步降低廢水的C0D，并進(jìn)行硝化反應(yīng)將氨氮 轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；最后再使用反硝化工藝在缺氧的條件下將硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓?徹底實現(xiàn)氮營養(yǎng)元素的去除。這種傳統(tǒng)的工藝中需要在厭氧、缺氧以及好氧三 個不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，因此存在流程長，反應(yīng)器體積大、反硝化需要外加碳 源等缺點(diǎn)。同時由于活性污泥法抵抗苯胺廢水毒性的能力較弱，實際運(yùn)行中難 以成功。由于生物膜具有特殊的微孔結(jié)構(gòu)和胞外聚合物的保護(hù)功能，使得生物 膜工藝在處理毒性較高的廢水比活性污泥法更具有更強(qiáng)的抵抗能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以懸浮填料生物膜工藝為主體工藝，用于同時去 除高濃度苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水中的C0D和氮的生物處理方法。工藝由厭 氧和好氧生物膜反應(yīng)器兩段組成，前端厭氧反應(yīng)器經(jīng)過產(chǎn)甲烷反應(yīng)去除廢水中 絕大部分COD和氨化釋放氨氮，再經(jīng)好氧生物膜反應(yīng)器以進(jìn)一步降低COD和進(jìn) 行硝化反應(yīng)，硝化液直接回流到厭氧反應(yīng)器中，原水與回流的硝化液在厭氧反 應(yīng)器內(nèi)直接混合，產(chǎn)甲垸反應(yīng)、氨化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)以及污泥消化同時在厭 氧反應(yīng)器中發(fā)生。通過這種回流后段好氧反應(yīng)器的硝化液至前端厭氧反應(yīng)器的 操作方式，可以到達(dá)同時去除C0D和氮以及污泥減量的目的。
本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是利用懸浮填料固定微生物，形成生物膜反應(yīng)器，增加 反應(yīng)器中微生物量和豐富生物相，創(chuàng)造有利于不同類型微生物共存的微環(huán)境， 是完全利用微生物的生物降解作用來去除苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水中的COD 和氮的全生化處理方法。
本發(fā)明的構(gòu)思是通過引入生物膜創(chuàng)造適宜的反應(yīng)條件將傳統(tǒng)的厭氧一缺氧 一好氧處理工藝中厭氧和缺氧反應(yīng)器整合在一個反應(yīng)器內(nèi)。原本厭氧產(chǎn)甲烷反 應(yīng)是在絕對無氧的條件下進(jìn)行的，而缺氧反硝化反應(yīng)則需要低溶解氧濃度下(一
般在0.5mg/L)下進(jìn)行，因此這兩種不同類型的微生物是很難在一個體系中共存 的，通常需要兩個不同反應(yīng)器中獨(dú)立運(yùn)行。由于引入生物膜到厭氧反應(yīng)器，污 泥床和生物膜的分工以及生物膜上微孔結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了有利于產(chǎn)甲烷細(xì)菌和反硝化 細(xì)菌各自生存的微環(huán)境，從而使厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)和缺氧反硝化反應(yīng)在同一個反 應(yīng)器中發(fā)生成為可能。
本發(fā)明的處理工藝流程主要是由厭氧和好氧生物膜反應(yīng)器以及具有輔助功 能的構(gòu)筑物組成，前端厭氧反應(yīng)器經(jīng)過產(chǎn)甲烷反應(yīng)去除廢水中絕大部分COD和 氨化釋放氨氮，再經(jīng)好氧生物膜反應(yīng)器以進(jìn)一步降低COD和進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝 化液直接回流到厭氧反應(yīng)器中，原水與回流的硝化液在厭氧反應(yīng)器內(nèi)直接混合， 產(chǎn)甲烷反應(yīng)、氨化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)以及污泥消化同時在厭氧反應(yīng)器中發(fā)生。
本發(fā)明中回流操作方式指的是好氧反應(yīng)器中的硝化液不經(jīng)沉淀直接回流到 厭氧反應(yīng)器底部，回流比指的是回流的硝化液流量與進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器原水的流 量之比。這種方式可以將好氧反應(yīng)器出水中懸浮污泥(SS)帶到厭氧反應(yīng)器中 進(jìn)行厭氧消化，可以實現(xiàn)污泥減量的目的。
本發(fā)明中的厭氧反應(yīng)器由底部傳統(tǒng)的污泥床和上部生物膜組成的復(fù)合式厭 氧反應(yīng)器，溫度控制在30—35°C，上部生物膜由密度略小于水的懸浮填料構(gòu)成， 填料填充比為20 70% (填充比指的是填料的堆積體積占反應(yīng)器體積的比例)， 攪拌方式為采用間隔15min攪拌15min的半連續(xù)模式，攪拌速度控制在污泥不 會大量被水流帶出的程度。攪拌時，上部生物膜可以看作是流化床或者是移動 床，靜止時，可以認(rèn)為時填充床。除了填料自身對污泥的分離和阻遏作用之外，
無需污泥回流設(shè)備。
本發(fā)明中的好氧反應(yīng)器是由密度略小于水的懸浮填料組成，填料填充比為
20 80%，微生物固定在填料表面形成生物膜，在曝氣的作用下均勻流化，形成 移動床生物膜反應(yīng)器或者生物流化床反應(yīng)器。反應(yīng)器在常溫下進(jìn)行，溶解氧控 制在2mg/L以上，pH控制在7.5 8之間，無需污泥回流。由于填料密度小，流 化需要的動力消耗小，有利于降低運(yùn)行成本。
本發(fā)明中厭氧反應(yīng)器水力停留時間為30 60h，好氧反應(yīng)器停留時間為30 72h，處理C0D為8000 10000mg/L，氨氮為20 40mg/L，總氮為900 1200mg/L 的苯胺廢水，回流比控制在1 10， C0D去除率可達(dá)96X以上，氨氮和總氮去除 率均隨著回流比增加而增加。如回流比在8時，C0D去除率高達(dá)98X，好氧反 應(yīng)器氨氮去除率高達(dá)90%,總氮去除率高達(dá)90%;同時，好氧反應(yīng)器出水SS 由950mg/L下降到60mg/L，很好地實現(xiàn)污泥減量。
本發(fā)明主要用于處理性質(zhì)類似苯胺廢水的各種有機(jī)廢水，主要針對同時去 除廢水中的COD和N。因此，也可以用于處理高濃度含胺有機(jī)廢水，還可以普遍 用于處理含有高氨氮濃度有機(jī)廢水以及混合廢水。
采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有(1)這種工藝不僅有效地去除了苯胺廢水中的COD， 還可以去除廢水中的氮元素，比傳統(tǒng)的厭氧一缺氧一好氧工藝節(jié)省了一個缺氧 反應(yīng)器，縮短了工藝流程；同時利用厭氧反應(yīng)器中的水解產(chǎn)物作為反硝化反應(yīng) 的碳源，節(jié)省了大量的外加碳源，這樣可以減少處理成本。(2)引入生物膜反 應(yīng)器，增加了反應(yīng)器中的生物量和豐富生物相，創(chuàng)造了有利于各種微生物生物 的微環(huán)境，因此，系統(tǒng)具有運(yùn)行負(fù)荷高、抗毒性能力強(qiáng)、處理效率高、運(yùn)行穩(wěn) 定等優(yōu)點(diǎn)；(3)厭氧反應(yīng)器不僅可以反硝化去除氮元素，還可以消化好氧污泥 以實現(xiàn)污泥減量；(4)可以減少外加磷源的消耗，內(nèi)部消化循環(huán)使用。(5)反
硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的堿度可以中和厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)生的酸度，既有利于防止 反應(yīng)器的酸化，又有利于減少調(diào)節(jié)酸度的藥劑消耗。


圖l為苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水的生物處理工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1和應(yīng)用實例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
含有2-甲基-6-乙基苯胺、2,6-二乙基苯胺、N-甲基二乙醇胺等胺類物質(zhì)混 合廢水，初始C0D為8000 10000mg/L，氨氮為20 40mg/L，總氮為900 1200mg/L， pH為10.5-11.4。廢水由收集池進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，添加少 量的磷以及微生物生長所需的微量元素；同時將pH調(diào)至9一9.5,這主要是因為 在厭氧反應(yīng)器中由于酸化會使pH下降至7左右，這樣可以節(jié)省藥劑費(fèi)。調(diào)節(jié)池 廢水經(jīng)恒流泵泵入?yún)捬醴磻?yīng)器的底部，與從好氧反應(yīng)器回流的硝化液在反應(yīng)器 底部混合，產(chǎn)甲烷反應(yīng)、氨化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)以及好氧污泥消化同時在厭氧 反應(yīng)器中進(jìn)行。厭氧反應(yīng)器的出水從反應(yīng)器上端出水口流出，C0D從原進(jìn)水的 8000 10000mg/L降至2000 340mg/L (回流比越大，由于稀釋作用，厭氧出水 C0D越低)，氨氮含量從原進(jìn)水的20 40mg/L上升到700 100mg/L (回流比越 大，由于稀釋作用，厭氧出水氨氮越低)，總氮由900 1200mg/L下降至100 1200mg/L (回流比越大，反硝化作用越強(qiáng)，厭氧出水總氮越低)。同時，含苯環(huán) 物質(zhì)被開環(huán)成小分子中間產(chǎn)物，苯胺等有毒物質(zhì)濃度降至lmg/L以下，對后續(xù) 好氧微生物的毒性大大降低，厭氧出水經(jīng)沉淀池固液分離后，上清夜直接進(jìn)入 好氧移動床生物膜反應(yīng)器，沉淀池污泥視情況回流至厭氧反應(yīng)器或排放。在好 氧反應(yīng)器內(nèi)，廢水中COD進(jìn)一步氧化降解，同時，氨氮實現(xiàn)硝化反應(yīng)生成硝態(tài) 氮。好氧反應(yīng)器的部分硝化液不經(jīng)沉淀直接將泥水混合物回流至厭氧反應(yīng)器，
另一部分硝化液經(jīng)過沉淀后排放，水質(zhì)可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
(GB8978-1996)中要求。
廢水從調(diào)節(jié)池到厭氧反應(yīng)器采用泵泵入，隨后在厭氧反應(yīng)器、沉淀池、好 氧反應(yīng)器中采用重力自流進(jìn)行，厭氧污泥回流和硝化液回流均采用回流泵。
厭氧反應(yīng)器中采用機(jī)械攪拌，攪拌方式為采用間隔15min攪拌15min的半 連續(xù)模式，攪拌速度控制在污泥不會大量被水流帶出的程度。好氧移動床生物膜 反應(yīng)器采用鼓風(fēng)曝氣，曝氣方式為微孔曝氣，保證反應(yīng)器內(nèi)填料流化均勻。
本發(fā)明采用的全程生物處理方法，可以同時去除苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢 水中的COD和氮，還可以實現(xiàn)污泥減量。在回流比控制在8時，C0D去除率在 98%以上，TN去除率在90X，污泥減量80%以上，可以實現(xiàn)這類廢水的綜合治 理，到達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物處理方法。其特征在于以懸浮填料生物膜工藝為主體的厭氧-好氧兩段處理方法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于直接回流后段好氧硝化液至前段厭氧反應(yīng)器，在厭氧反 應(yīng)器內(nèi)同時發(fā)生產(chǎn)甲垸反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，以實現(xiàn)同步去除廢水中的COD和氮 元素。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于前段厭氧反應(yīng)器由污泥床和生物膜組成的復(fù)合反應(yīng)器， 采用底部進(jìn)水，上部出水的上流式進(jìn)行，反應(yīng)器采用半連續(xù)式的機(jī)械或者生物 氣攪拌，反應(yīng)器上部懸浮的生物膜起到氣固液三相分離器作用，不需專門設(shè)置 三相分離器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于后段好氧反應(yīng)器的形式為移動床生物膜反應(yīng)器或者生物 流化床反應(yīng)器，懸浮填料在曝氣的作用下在反應(yīng)器中均勻流化，不需要污泥回 流。好氧反應(yīng)器可根據(jù)需要分成單級或者多級串聯(lián)運(yùn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于生物膜的載體為無機(jī)有機(jī)高分子復(fù)合填料，其密度0.92 0.99g/cm3，孔隙率高，即使在填充比高達(dá)80%時對反應(yīng)器的水力損失不到10%， 具有很高的比表面積和很好的生物親和性，有利于固定微生物形成生物膜，可 以提高反應(yīng)器中的生物量和豐富生物相。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于直接回流好氧硝化液至厭氧反應(yīng)器的操作方式中回流比 可以是0 10。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于回流硝化液中的好氧懸浮污泥不經(jīng)沉淀直接進(jìn)入到厭氧 反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧消化，可以實現(xiàn)污泥減量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度苯胺或者含胺(氨)有機(jī)廢水的生物 處理方法，其特征在于可以處理類似苯胺廢水各類廢水及混合廢水，比如含胺 化工廢水、垃圾滲濾液、養(yǎng)殖廢水等含有高濃度COD和N特征的廢水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以懸浮填料生物膜為主體工藝的厭氧-好氧兩段串聯(lián)工藝來處理高濃度苯胺或含胺(氨)有機(jī)廢水的生物處理方法。采用直接回流后段好氧反應(yīng)器的硝化液到前段厭氧反應(yīng)器中，原水和硝化液在厭氧反應(yīng)器中混合并在共棲微生物作用下發(fā)生產(chǎn)甲烷和反硝化反應(yīng)以及污泥消化作用，達(dá)到同時去除廢水中COD和N以及污泥減量的目的，從而實現(xiàn)該類廢水的達(dá)標(biāo)排放。該方法與傳統(tǒng)厭氧-缺氧-好氧處理工藝相比，節(jié)省了缺氧反應(yīng)器和反硝化所需要的外加碳源，減少了污泥產(chǎn)量，極大地降低了處理成本；同時由于引入生物膜工藝，增加反應(yīng)器內(nèi)的生物量和豐富生物相，因此還具有運(yùn)行負(fù)荷高、抗毒性能力強(qiáng)、處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛用于需要同時去除廢水中含高濃度COD和N的各類有機(jī)廢水。
文檔編號C02F101/16GK101357805SQ20081016693
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者孫德智, 鄭鐘植, 勝 陳 申請人:北京林業(yè)大學(xué)