專利名稱：：一體化上流式反應器及深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到一種廢水處理反應器及其應用于發(fā)酵工業(yè)廢水深度處理的方法，更具體的說是指一種結(jié)合MBBR與AF工藝進行設計的一體化上流式反應器及其用于深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法。
背景技術(shù)：
：我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)達，酵母、酒精、檸檬酸、啤酒、維生素C和味精等行業(yè)的水平和規(guī)模位居世界前列，是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，發(fā)酵工業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生和排放大量高濃度難降解有機廢水，必須對廢水進行妥善處理、達標排放，才能保證發(fā)酵工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。發(fā)酵工業(yè)廢水具有相似的水質(zhì)特征高濃度、高鹽度、高色度，廢水中含有難降解有機物且水質(zhì)水量波動大。目前國內(nèi)發(fā)酵工業(yè)廢水主要以生物處理工藝為核心技術(shù)進行處理，包括厭氧、好氧或二者串聯(lián)工藝等，出水指標基本能達到《污水綜合排放標準GB8978-1996》二級標準的要求。然而，我國廢水排放標準日益嚴格，發(fā)酵工業(yè)各行業(yè)廢水排放新標準相繼出臺，COD排放標準提高到了120mg/L，而以厭氧加好氧為主的傳統(tǒng)生物處理工藝已無法滿足新標準要求，無法去除出水中含有的溶解性難降解有機物，且這些有機物還含有發(fā)色基團與助色基團，造成出水色度較高且與COD關(guān)聯(lián)并存。目前脫色技術(shù)主要有混凝法、高級氧化法、吸附法、膜法等，但這些方法各自都有局限性，如二次污染、成本高昂、吸附劑不易再生等，而且發(fā)酵廢水生化處理出水中的生色物質(zhì)是溶解性難降解有機物，因此上述物理化學方法并不適合對其進行處理?？紤]到發(fā)酵廢水生化處理出水的色度與COD關(guān)聯(lián)并存，而這些有機物具生物難降解性且水中鹽度高，因此，開發(fā)強化生物處理技術(shù)對其進行生物降解是行之有效且具經(jīng)濟性、實用性的解決途徑，能夠同步去除COD和色度，保證發(fā)酵工業(yè)滿足廢水排放新標準的要求，實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。由于發(fā)酵廢水生化處理出水中的有機物具有生物難降解性，且水中鹽度很高對厭氧細菌有較大抑制作用，因此厭氧反應器必須保持高污泥濃度和長污泥停留時間，才能有效降解有機物。上流式厭氧生物濾池(AF)是一種高效厭氧反應器，反應器內(nèi)設置填料，可在填料表面形成生物膜，同時反應器空間內(nèi)還可形成生物污泥。與傳統(tǒng)的厭氧反應器相比，AF具有生物固體濃度高、停留時間長、剩余污泥量少、運行啟動快、耐沖擊負荷的優(yōu)點，在高鹽度下更易實現(xiàn)生物馴化和有機物的降解。好氧移動床生物膜反應器(MBBR)處理工藝是一種高效好氧工藝，反應器內(nèi)投加一定體積比的懸浮填料，填料表面固著生物膜，通過曝氣使反應器內(nèi)呈流化狀態(tài)，固、液、氣能夠充分接觸。與其他好氧工藝相比，MBBR具有耐負荷沖擊、污泥濃度較高、水頭損失小、無需反沖洗、一般不需回流、脫氮除磷效果良好的優(yōu)點，在高鹽度下更易實現(xiàn)生物馴化和有機物的降解。廢水生物處理一體化反應器具有投資少、占地少、能耗小、管理方便等優(yōu)點，近年來倍受國內(nèi)外研究者的青睞。薛嘉等(薛嘉，黃鈞，李益軍.厭氧好氧一體化生物反應器處理發(fā)酵廢水的研究.應用與環(huán)境生物學報，2007，13(3):41441S)研究開發(fā)的厭氧好氧一體化生物反應器，整個裝置呈同心圓筒形式，內(nèi)筒為厭氧顆粒污泥膨脹床，外筒為好氧三相流化床，分為升流區(qū)、降流區(qū)和沉降區(qū)。此反應器抗沖擊能力強，在處理高濃度有機發(fā)酵廢水時，C0D去除率可達到90X以上。但是，其好氧區(qū)的污泥仍需外排處理，且厭氧區(qū)抗沖擊負荷的能力較弱，啟動時間長。蔣展鵬等(蔣展鵬，鐘燕敏，師紹琪.一體化A/0生物膜反應器處理生活污水.中國給水排水，2002，18(8):912)設計的升流式一體化A/0生物膜反應器，裝置呈圓筒狀，底部為采用球形填料的缺氧區(qū)，上部為采用半軟性填料的好氧區(qū)，維持一定的回流比和反應器內(nèi)適宜的堿度時，脫氮效果良好而穩(wěn)定。DelPozoR等(R.DelPozo，V.Diez，Integratedanaerobic—aerobicfixed—filmreactorforslaughterhousewastewatertreatment.WaterResearch，2005(39):1114—1122)采用一禾中一體化厭氧一好氧固定膜反應器處理屠宰場廢水，反應器中的固定填料由1400根長2m內(nèi)徑22mm的PVC豎直波形管道組成，通過控制管道的閉合來確定厭氧區(qū)與好氧區(qū)的體積比，并由曝氣過渡區(qū)將厭氧區(qū)和好氧區(qū)分開。在低負荷下，具有良好的有機物去除效率和較好的氮去除效率。但是，上述一體化反應器多應用于處理高濃度易于生物降解的工業(yè)廢水，或是用于處理性質(zhì)較穩(wěn)定、中低濃度的中小規(guī)模生活污水和少數(shù)小規(guī)模工業(yè)廢水，偏重于對COD和氮的去除，而且啟動時間長，有較多剩余污泥產(chǎn)生，而在高鹽度、較高色度、以溶解性難降解有機物為主、水質(zhì)水量波動大的發(fā)酵工業(yè)廢水二級生化出水的處理領(lǐng)域，還未見有針對性強、啟動快、易馴化、停留時間短、剩余污泥量少的一體化生物反應器的開發(fā)與應用。
發(fā)明內(nèi)容1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題現(xiàn)有的深度處理技術(shù)及一體化反應器不能很好的處理高鹽度、較高色度、以溶解性難降解有機物為主、水質(zhì)水量波動大的發(fā)酵工業(yè)廢水生化處理出水，本發(fā)明提出一種用于發(fā)酵工業(yè)廢水深度處理的一體化反應器，可處理發(fā)酵工業(yè)廢水經(jīng)過厭氧加好氧二級生化處理后的出水，針對其高鹽度(大于5000mg/L)、色度較高(稀釋倍數(shù)法100-150倍)、C0D較低(小于400mg/L)、B0D/C0D值低(小于0.25)，COD主要由溶解性難降解有機物構(gòu)成，色度與COD關(guān)聯(lián)并存的水質(zhì)特點，本發(fā)明可同步去除COD和色度，并可以啟動快、易馴化、水力停留時間短、剩余污泥量少。2.技術(shù)方案本發(fā)明的原理將AF和MBBR二者組合聯(lián)用，先用AF將發(fā)酵工業(yè)廢水生化處理出水中的難降解有機物和生色物質(zhì)降解，提高出水的可生化性和易降解性，再用MBBR進一步降解水中的有機物和脫氮除磷，完全能夠?qū)崿F(xiàn)COD和色度的同步去除，使出水達到新標準的要求。根據(jù)生態(tài)學的原理以及難降解有機物在生物反應器中的降解機理，難降解有機物是在不同微生物種群的聯(lián)合作用下被逐步降解的，因此，在反應器中不同狀態(tài)的生物群落越多，其處理難降解有機物質(zhì)的潛力就越大本發(fā)明的技術(shù)方案是—體化上流式反應器，其特征是該反應器由上、中、下三部分組成，上部是移動床生物膜反應器，下部是上流式厭氧生物濾池，中間過渡區(qū)由三相分離裝置和曝氣裝置組成。所述的上流式厭氧生物濾池使用無機固體生物活性填料。填料與反應器底部之間為填料上脫落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通過調(diào)節(jié)填料區(qū)高度進行調(diào)整。上部移動床生物膜反應器內(nèi)使用比重為0.93-0.99的懸浮填料；比表面積通常為為400m7m3600m2/m3，比表面積越大越好。此處懸浮填料是通稱，材料有很多種，都是無機高分子材料，如聚乙烯，聚丙烯等，結(jié)構(gòu)也有很多種，目前已商品化，也可稱為"高性能無機生物載體"。填料的填充率為40%-60%(在好氧移動床生物膜反應器內(nèi)的體積)。曝氣量需保證溶解氧量為2mg/L-4mg/L。反應器中間過渡區(qū)三相分離裝置上方為曝氣裝置，三相分離裝置由斜板和菱形擋板組成，曝氣裝置采用穿孔管，穿孔管之間留有空隙。反應器的好氧區(qū)(好氧移動床生物膜反應器)、厭氧區(qū)(上流式厭氧生物濾池)和過渡區(qū)高度可根據(jù)進水水質(zhì)水量和處理要求進行適當調(diào)整，通常好氧區(qū)高度占整個反應器高度二分之一，厭氧區(qū)高度占整個反應器高度五分之二，過渡區(qū)高度占整個反應器高度十分之一。厭氧區(qū)填料與反應器底部之間為填料上脫落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通過調(diào)節(jié)厭氧區(qū)高度進行調(diào)整，通常占整個反應器高度二十分之一?！w化上流式反應器深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法，其步驟為(1)廢水由一體化上流式反應器底部布水裝置進入上流式厭氧生物濾池，先通過反應器底部的污泥床，可對廢水中難降解有機物進行初步的水解、酸化以及截留懸浮顆粒物；然后通過填料層時，在填料上附著的大量厭氧微生物的作用下，難降解有機物被進一步降解為易于好氧生物降解的有機物，同時生物膜從降解過程中獲取營養(yǎng)和能量進行生長繁殖，老化的生物膜在上升水流的沖刷下脫落，大部分沉降入下部的污泥床，小部分被水流攜帶上升。上流式厭氧生物濾池水力停留時間為12h。(2)水流進入過渡區(qū)，老化脫落后隨水流上升的的厭氧生物膜被斜板和菱形擋板阻擋無法進入移動床生物膜反應器，懸浮在斜板下方，與移動床生物膜反應器中填料上脫落的好氧生物膜一起形成動態(tài)穩(wěn)定的兼性缺氧區(qū)，有機物在缺氧區(qū)可繼續(xù)被生物降解，同時厭氧生物降解過程中產(chǎn)生的氣體排入斜板兩旁的氣室。(3)水流繼續(xù)上升，進入移動床生物膜反應器，經(jīng)過曝氣裝置時，與氣體激烈混合，一起進入填料區(qū)，在上升水流和氣體的沖擊下，填料呈完全流化狀態(tài)，固、液、氣三相充分接觸，具有良好的傳質(zhì)效率，填料表面的生物膜對水中的有機物進行充分降解，同時獲取營養(yǎng)和能量進行生長繁殖，老化的生物膜在水流和氣體的沖刷下脫落，大部分沉降至反應器底部的污泥床，小部分停留在缺氧區(qū)；在填料表面形成的生物膜外表面具有很高的好氧活性，而生物膜底部接近厭氧的活性，因此對廢水有著良好的處理效率以及脫氮除磷的能力。移動床生物膜反應器水力停留時間為12h。(4)處理后的廢水從反應器頂部流出，出水部分回流至反應器入口，回流比為100%_200%，其余排放。本方法處理對象為發(fā)酵工業(yè)廢水厭氧加好氧二級生化處理后的出水，其水質(zhì)特點為高鹽度(大于5000mg/L)、色度較高(稀釋倍數(shù)法100-150倍)、COD較低(小于400mg/L)、B0D/C0D值低(小于0.25)。3.有益效果本發(fā)明提供了一體化上流式反應器及深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法，除了各工藝段本身的高處理效率外，反應器一體化的結(jié)構(gòu)也使各工藝段之間的生物相有相互間的滲透與交換。一體化上流式反應器中，好氧區(qū)的生物膜沉淀入過渡區(qū)和厭氧區(qū)；厭氧區(qū)脫落的比重小的生物膜隨水流上升，被過渡區(qū)截流后與好氧區(qū)沉淀的部分生物膜在過渡區(qū)形成一個同時含有厭氧生物與好氧生物的動態(tài)穩(wěn)定的缺氧區(qū)。整個反應器在不同的高度具有不同的生物狀態(tài)，微生物種類與其它傳統(tǒng)生物處理工藝和其它一體化上流式反應器相比更為豐富。本發(fā)明適合用于處理高鹽度、較高色度、以溶解性難降解有機物為主、水質(zhì)水量波動大的發(fā)酵工業(yè)廢水二級生化處理出水，具有較高的生物馴化潛力，經(jīng)過較短時間的馴化，就可以適應廢水中的高鹽度。除此以外，一體化的結(jié)構(gòu)使得反應器更加緊湊，便于應用；整個反應器污泥產(chǎn)量很低，泥齡長，二次污染小；反應器采用的AF工藝與MBBR工藝均可適應負荷的沖擊變化，且再啟動迅速，能夠適應發(fā)酵工業(yè)廢水因其生產(chǎn)周期變化導致的水質(zhì)水量的波動。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，其中l(wèi)-布水裝置，2-上流式厭氧生物濾池，3-污泥床，4-污泥排口，5-填料層，6-過渡區(qū)，7-菱形擋板，8-斜板，9-集氣室，10-穿孔曝氣管，ll-移動床生物膜反應器，12-懸浮填料，13-出水口。具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明實施例1—體化上流式反應器，廢水由底部布水裝置1進入反應器的上流式厭氧生物濾池2，呈上流狀態(tài)，先通過污泥床3，生物污泥對廢水中難降解有機物進行初步的水解、酸化以及截流懸浮顆粒物質(zhì)，然后上流通過填料層5，在填料上附著的大量厭氧微生物的作用下，難降解有機物被進一步降解為易于好氧生物降解的有機物；然后水流上升通過過渡區(qū)6時，隨水流上升的厭氧生物污泥被菱形擋板7和斜板8阻擋無法進入上部的移動床生物膜反應器ll，大部分沉降至反應器底部的污泥床2，小部分懸浮在斜板8下方，與移動床生物膜反應器11中懸浮填料12上脫落的部分生物膜一起形成動態(tài)穩(wěn)定的兼性缺氧區(qū)，同時厭氧過程中產(chǎn)生的氣體排入斜板兩旁的集氣室9;水流繼續(xù)上升通過穿孔曝氣管10時，與氣體激烈混合，然后一起進入移動床生物膜反應器11，氣、水與懸浮填料12充分接觸，富集在填料表面的生物膜對水中的有機物進行充分降解，老化的生物膜在水流和氣體的沖刷下脫落，部分沉降至污泥床3，部分懸浮在斜板8下方；最后出水從反應器頂部出水口13流出，回流比為100%200%。污泥床3剩余污泥過多時通過污泥排口4排出。上流式厭氧生物濾池和移動床生物膜反應器水力停留時間為12h。懸浮填料比重為0.93-0.99;懸浮填料是無機高分子材料，如聚乙烯，聚丙烯均可。曝氣量需保證溶解氧量為2mg/L-4mg/L。反應器第一次啟動時，移動床生物膜反應器中的懸浮填料須進行掛膜操作，待填料表面附著有一層生物膜后，剩余的污泥排出反應器或是沉淀入上流式厭氧生物濾池中的污泥床進行水解消化；上流式厭氧生物濾池需要接種一定量的厭氧污泥以滿足啟動所需的生物量要求。之后進行再啟動時，只需要使用廢水馴化微生物一段時間后即可進入正常運行狀態(tài)，無需重復第一次啟動的接種與掛膜操作。用該一體化上流式反應器處理某維生素C制藥廠厭氧加好氧生化處理出水，處理量為1000t/d，其水質(zhì)狀況具體見表1:表1某維生素C制藥廠厭氧加好氧生化處理出水<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>—體化上流式反應器各參數(shù)如下整個反應器橫截面為正方形，邊長為1.2m，移動床生物膜反應器高度為2.4m，上流式厭氧生物濾池高度為1.4m，過渡區(qū)高度為0.48m，總?cè)莘e為148.4m總水力停留時間為3.56h。上流式厭氧生物濾池所用填料為生物繩，基本填滿；移動床生物膜反應器所用懸浮填料比重為0.96，填充比為40%。整個反應器從啟動到馴化培養(yǎng)完成，共需5060天。運行階段回流比為100%，曝氣量保證溶解氧量為2.8-3.2mg/L，出水色度得到明顯去除，出水水質(zhì)狀況具體見表2:表2—體化上流式反應器出水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>同時，還對該一體化上流式反應器進行了再啟動實驗，結(jié)果表明，從再啟動到運行穩(wěn)定，只需1520天。實施例2用結(jié)構(gòu)同實施例1的一體化上流式反應器處理另一家維生素C制藥廠厭氧加好氧生化處理出水，處理量為3000t/d，其水質(zhì)狀況具體見表3:表3某維生素C制藥廠厭氧加好氧生化處理出水<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>—體化上流式反應器各參數(shù)如下整個反應器橫截面為正方形，邊長為5m，移動床生物膜反應器高度為10m，上流式厭氧生物濾池高度為6m，過渡區(qū)高度為2m，總?cè)莘e為450m3，總水力停留時間為3.6h。上流式厭氧生物濾池所用填料為生物繩，基本填滿；移動床生物膜反應器所用懸浮填料比重為0.94，填充比為45%。整個反應器從啟動到馴化培養(yǎng)完成，共需6070天。運行階段回流比為100%，曝氣量保證溶解氧量為3.0-4.Omg/L，出水色度得到明顯去除，出水水質(zhì)狀況具體如表4:表4一體化上流式反應器出水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>同時，還對該一體化上流式反應器進行了再啟動實驗，結(jié)果表明，從再啟動到運行穩(wěn)定，只需1520天。實施例3用結(jié)構(gòu)同實施例1的一體化上流式反應器處理檸檬酸生產(chǎn)廢水厭氧加好氧生化處理出水，處理量為1500t/d，其水質(zhì)狀況具體見表5:表5某檸檬酸廠生產(chǎn)廢水厭氧加好氧生化處理出水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>—體化上流式反應器各參數(shù)如下整個反應器橫截面為正方形，邊長為2.5m，移動床生物膜反應器高度為5m，上流式厭氧生物濾池高度為3m，過渡區(qū)高度為lm，總?cè)莘e為225m3，總水力停留時間為3.6h。上流式厭氧生物濾池所用填料為生物繩，基本填滿；移動床生物膜反應器所用懸浮填料比重為0.93，填充比為60%。整個反應器從啟動到馴化培養(yǎng)完成，共需4050天。運行階段回流比為100%，曝氣量保證溶解氧量為3.0-4.Omg/L，出水色度得到明顯去除，出水水質(zhì)狀況具體如下表6—體化上流式反應器出水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>同時，還對該一體化上流式反應器進行了再啟動實驗，結(jié)果表明，從再啟動到運行穩(wěn)定，只需1520天。實施結(jié)果表明，本發(fā)明一體化上流式反應器用于發(fā)酵工業(yè)廢水的深度處理，具有啟動快、停留時間短、運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好、脫色效果明顯、再啟動快速方便等優(yōu)點，可實現(xiàn)COD和色度同步去除，出水水質(zhì)完全可達到新標準的指標要求。本發(fā)明針對發(fā)酵工業(yè)廢水的深度處理并不限于以上實施例。權(quán)利要求一種一體化上流式反應器，其特征是該反應器由上、中、下三部分組成，上部是移動床生物膜反應器，下部是上流式厭氧生物濾池，中間過渡區(qū)由三相分離裝置和曝氣裝置組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化上流式反應器，其特征在于上流式厭氧生物濾池使用無機固體生物活性填料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化上流式反應器，其特征在于填料與反應器底部之間為填料上脫落的生物膜形成的污泥床，污泥床的高度可通過調(diào)節(jié)填料區(qū)高度進行調(diào)整。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化上流式反應器，其特征在于上部好氧移動床生物膜反應器內(nèi)使用比重為0.93-0.99的懸浮填料，填充率為40%-60%。5.根據(jù)權(quán)利要求14中任一項所述的一體化上流式反應器，其特征在于反應器中間過渡區(qū)三相分離裝置上方為曝氣裝置，三相分離裝置由斜板和菱形擋板組成，曝氣裝置采用穿孔管，穿孔管之間留有空隙。6.—體化上流式反應器深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法，其步驟為(1)廢水由一體化反應器底部布水裝置進入上流式厭氧生物濾池，先通過反應器底部的污泥床，然后通過填料層，上流式厭氧生物濾池水力停留時間為12h;(2)水流進入過渡區(qū)，老化脫落后隨水流上升的的厭氧生物膜被斜板和菱形擋板阻擋無法進入移動床生物膜反應器，懸浮在斜板下方，與移動床生物膜反應器中填料上脫落的好氧生物膜一起形成動態(tài)穩(wěn)定的兼性缺氧區(qū)；(3)水流繼續(xù)上升，進入移動床生物膜反應器，經(jīng)過曝氣裝置時，與氣體激烈混合，一起進入填料區(qū)，在上升水流和氣體的沖擊下，填料呈完全流化狀態(tài)，移動床生物膜反應器水力停留時間為12h;(4)處理后的廢水從反應器頂部流出，出水部分回流至反應器入口，回流比為100%_200%，其余排放。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體化上流式反應器深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法，其特征在于處理對象為發(fā)酵工業(yè)廢水厭氧加好氧二級生化處理后的出水，其水質(zhì)特點為高鹽度、色度為稀釋倍數(shù)法100-150倍、C0D小于400mg/L和B0D/C0D值小于0.25。全文摘要本發(fā)明公開了一體化上流式反應器及深度處理發(fā)酵工業(yè)廢水的方法，其屬于廢水處理領(lǐng)域。反應器上部為好氧流化床系統(tǒng)，下部為厭氧濾池系統(tǒng)，中間過渡區(qū)設計為具有三相分離作用的連接部分，將上下兩部分有機的結(jié)合在一起。反應器生物固體濃度高、生物固體停留時間長，適宜處理高鹽度、難生物降解的發(fā)酵工業(yè)廢水二級生化處理出水；各系統(tǒng)產(chǎn)泥量少，且好氧區(qū)里產(chǎn)生的剩余污泥進入過渡區(qū)和厭氧區(qū)進一步被消化處理，反應器整體產(chǎn)泥量少，同時使得反應器內(nèi)含有豐富的生物種類，共同作用于難降解有機物，促進其降解。本一體化反應器能耗低、占地省、操作方便、耐負荷沖擊、處理效率高，適用于發(fā)酵工業(yè)廢水的深度處理。文檔編號C02F3/30GK101698555SQ20091023422公開日2010年4月28日申請日期2009年11月13日優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日發(fā)明者丁麗麗,任洪強,任鑫坤,許柯,謝吉程申請人:南京大學