本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度有機(jī)廢水直接深度凈化的方法。

背景技術(shù)：

高濃度有機(jī)廢水一般是指畜禽養(yǎng)殖、垃圾滲濾液、造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的COD濃度在2000mg/l以上甚至幾萬幾十萬，氨氮濃度在1000mg/l以上的廢水。這些廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物，成分復(fù)雜，有機(jī)物多以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居多，還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有機(jī)有毒物，色度極高，異味嚴(yán)重，刺鼻惡臭，如果直接排放，將會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成巨大影響。

根據(jù)處理原理不同可以分為物理化學(xué)處理方法、生物學(xué)處理方法、催化氧化處理方法三大類處理方式。物理化學(xué)處理方法具體可采用光化學(xué)混凝法、氧化吸附法、焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法等。生物處理方法具體可采用好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厭氧生物處理法。

然而，高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的技術(shù)瓶頸依然存在，能耗高、處理效果不穩(wěn)定、操作繁雜、氣溫影響嚴(yán)重等一些問題都制約著企業(yè)的環(huán)保發(fā)展。特別是在農(nóng)業(yè)污染趕超工業(yè)污染的趨勢(shì)下，更加體現(xiàn)了低成本、高效率治污技術(shù)的重要性。比如占農(nóng)業(yè)污染源80％以上的畜禽養(yǎng)殖廢水污染，就是典型的高COD，高氨氮的有機(jī)廢水污染，但是在這個(gè)低附加值的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體采用工業(yè)治污的方式，顯然不合適，因此提供一種既能夠達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)又能夠低成本穩(wěn)定運(yùn)行的將物理化學(xué)法和生物處理法相結(jié)合的技術(shù)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種將物理化學(xué)法和生物處理法相結(jié)合的技術(shù)，既能夠達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)又能夠低成本穩(wěn)定運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高濃度有機(jī)廢水直接深度凈化的方法，其特征在于具體包括以下步驟：

(1)強(qiáng)化沉淀處理：將高濃度有機(jī)廢水送至強(qiáng)化沉淀單元進(jìn)行預(yù)處理，所述強(qiáng)化沉淀單元包括加藥混凝單元、加藥絮凝單元和物理沉淀單元；

(2)懸浮物沉渣快速過濾：經(jīng)強(qiáng)化混凝單元處理后的廢水進(jìn)入懸浮物沉渣快速過濾單元，所述懸浮物沉渣快速過濾單元的濾料選自碎石和/或河砂，過濾床的粒徑分布為表層粒徑2～4cm，中上層粒徑1～2cm，下層0.5～1cm；

(3)pH值調(diào)節(jié)：懸浮物沉渣快速過濾后的廢水，對(duì)廢水進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)預(yù)處理，將廢水pH值調(diào)節(jié)至7.5～10.5；

(4)水解酸化：調(diào)節(jié)pH值后的廢水進(jìn)入配水單元，配水單元內(nèi)布置生物掛膜填料，強(qiáng)化廢水的厭氧水解酸化作用；

(5)生物濾床處理：配水單元將廢水分配進(jìn)入生物濾床單元，利用生物填料強(qiáng)大的有機(jī)物降解能力實(shí)現(xiàn)廢水直接深度處理。

優(yōu)選地，生物填料為多生物相微生物菌膠團(tuán)填料；多生物相微生物菌膠團(tuán)填料為填料是有機(jī)質(zhì)在特定環(huán)境下，長(zhǎng)期處于好氧、兼氧、厭氧狀態(tài)下交替生長(zhǎng)，經(jīng)過多年的物理、化學(xué)和生物降解多項(xiàng)作用，最終形成的性質(zhì)和組分相對(duì)穩(wěn)定的一類土壤性疏松物質(zhì)。菌膠團(tuán)中微生物豐富，數(shù)量種類繁多，外觀具備多相多孔隙率和表面積大的特征，有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)菌膠團(tuán)顆粒理化性能指標(biāo)分析，表明其具有在自然條件下難以形成的、極為優(yōu)良的污染物凈化性能，是優(yōu)良的廢水生物處理介質(zhì)。

優(yōu)選地，當(dāng)廢水中懸浮物濃度不高，無需強(qiáng)化去除時(shí)，省略強(qiáng)化沉淀處理步驟，廢水直接進(jìn)行懸浮物沉渣快速過濾處理。

優(yōu)選地，所述生物濾床設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，所述溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、保溫濾床墻體、溫度感應(yīng)控制系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)出風(fēng)口管道連接，對(duì)風(fēng)進(jìn)行加熱后，向?yàn)V床內(nèi)部通入熱風(fēng)；所述加熱系統(tǒng)由外至內(nèi)依次為保溫鋁皮、保溫棉、鋼管、加熱管；所述加熱管采用遠(yuǎn)紅外輻射加熱燈管和/或PTC陶瓷發(fā)熱元件；

優(yōu)選地，所述溫度感應(yīng)控制系統(tǒng)包括溫度傳感器，溫度傳感器將信號(hào)傳輸至PLC，PLC根據(jù)溫度情況，控制加熱管的開停，5～10℃，開一組，0～5℃，開二組，-5～0℃，開三組，依次增加。

優(yōu)選地，步驟(5)所采用的生物濾床床層高度為2.0～3.5米，由上至下分為5～10層，優(yōu)選6-8層，包括頂部布水層、次布水層、間歇布水層、氣水反沖洗層、底部集水層、盲溝排污層；所述頂部布水層架空布置霧化布水器，霧化布水器安裝有霧化噴嘴；所述次布水層距離濾床頂部15～25cm，次布水層布水管管徑是頂部布水管的1/2；所述氣水反沖洗層共5層，每層0.1m，內(nèi)部交錯(cuò)布置反沖洗水管和反沖洗氣管，上下用中粗砂作為隔層；所述底部集水層采用塑料盲溝、穿孔PVC水管或穿孔PE水管，枝狀布置。

優(yōu)選地，所述氣水反沖洗層采用的沖洗方式為每天8～12個(gè)周期，每個(gè)周期2～3h，高壓壓縮空氣沖洗20～40min，沖洗壓力1～2公斤，氣洗延時(shí)10分鐘后，進(jìn)行水洗，每天8～12個(gè)周期，每個(gè)周期2～3h，清水沖洗20～40min，沖洗壓力0.05～0.1公斤。

優(yōu)選地，步驟(1)中的加藥混凝單元所采用的混凝劑包括聚合氯化鋁或聚合硫酸亞鐵；加藥絮凝單元所采用的絮凝劑包括陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺或非離子聚丙烯酰胺。

優(yōu)選地，所述加藥絮凝單元具體采用隔板絮凝池，絮凝時(shí)間為20-30min，隔板絮凝池廊道的流速按由大到小漸變進(jìn)行設(shè)計(jì)，起端流速為0.5～0.6m/s，末端流速為0.2～0.3m/s，隔板間凈距大于0.5～1m。

優(yōu)選地，所述加藥絮凝單元具體采用機(jī)械絮凝池，絮凝時(shí)間一般選擇15～20min；池內(nèi)設(shè)3～4擋攪拌機(jī)；攪拌機(jī)的線速度自第一檔的0.5m/s逐漸變小至末檔的0.2m/s；池內(nèi)設(shè)防止水體短流的設(shè)施。

優(yōu)選地，所述加藥絮凝單元具體采用折板絮凝池，絮凝時(shí)間12～20min；絮凝過程中的速度分為3～8段，各段的流速分別為：第一段0.25～0.35m/s，第二段0.15～0.25m/s，第三段，0.10～0.15m/s，后續(xù)各各段流速逐漸減慢；折板夾角采用90°～120°。

優(yōu)選地，所述加藥絮凝單元具體采用網(wǎng)格絮凝池，所述網(wǎng)格絮凝池為多格豎流式絮凝池，絮凝池布置成2組或多組并聯(lián)形式，池內(nèi)設(shè)有排泥設(shè)施；絮凝時(shí)間為12～20min；絮凝池豎井流速、過柵和過孔流速均分為三段，逐段遞減，分別為：豎井流速：前段和中段0.14～0.12m/s，末段0.14～0.10m/s；過柵流速：前段0.30～0.25m/s，中段0.25～0.22m/s，末段0.22～0.100m/s；豎井之間孔洞流速：前段0.30～0.20m/s，中段0.20～0.15m/s，末段0.14～0.10m/s。

優(yōu)選地，在生物濾床處理之后還設(shè)有中間水暫存單元和水質(zhì)強(qiáng)化單元；所述水質(zhì)強(qiáng)化單元為水平潛流人工濕地、垂直流人工濕地、表面流人工濕地、向上流濾池、向下流濾池中的一種或幾種；水質(zhì)強(qiáng)化單元的填料為0.5～4cm碎石或中粗砂；水質(zhì)強(qiáng)化單元的碳源選擇谷殼、秸稈末、鋸木屑、淀粉灰、葡萄糖、甲醇中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)通過生物濾床的布水、布?xì)?、氣水反沖洗床層構(gòu)建以及生物濾床溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)高效、快速、低成本直接深度處理高濃度有機(jī)廢水的目的，并且徹底解決傳統(tǒng)生物濾床堵塞，溫度受限的技術(shù)問題。

(2)現(xiàn)有技術(shù)中的生物濾床結(jié)構(gòu)的污水處理設(shè)施一直存在以下幾個(gè)問題：a.布水不均勻，局部負(fù)荷過大，造成堵塞，甚至影響出水水質(zhì)；b.單層結(jié)構(gòu)，沒有明顯的功能性床層劃分，不能夠?qū)崿F(xiàn)同一反應(yīng)器同時(shí)降解有機(jī)物，硝化反硝化氨氮的作用；c.長(zhǎng)期運(yùn)行，微生物倍增以及污泥老化生物膜脫落會(huì)使孔隙率逐漸減小，甚至堵塞，無法正常出水。本申請(qǐng)的生物濾床由上至下一般分為5～10層，主要功能區(qū)包括布水層，布?xì)鈱?、氣水反洗層、集水層、盲溝排污層，且間歇運(yùn)行，徹底解決了現(xiàn)有技術(shù)中的生物濾床存在的上述問題。

(3)本發(fā)明根據(jù)不同廢水的水質(zhì)選擇相應(yīng)的預(yù)處理工藝，預(yù)處理之后再與生物濾床進(jìn)行組合，本發(fā)明根據(jù)生物濾床的微生物菌膠團(tuán)的生物特性進(jìn)行參數(shù)條件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)強(qiáng)化各單元構(gòu)筑物的功能性，通過全過程組合實(shí)現(xiàn)高濃度有機(jī)廢水直接深度凈化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明生物濾床床層結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明生物濾床溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種高濃度有機(jī)廢水直接深度凈化的方法，包括以下步驟：

(1)強(qiáng)化沉淀處理：包括加藥混凝單元，混凝劑包括聚合氯化鋁，聚合硫酸亞鐵；加藥絮凝單元，絮凝劑包括陽離子聚丙烯酰胺，陰離子聚丙烯酰胺，非離子聚丙烯酰胺；物理沉淀單元，通過化學(xué)藥劑的壓縮雙層，吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理作用，使水中細(xì)微懸浮粒子和膠體離子脫穩(wěn)，聚集、絮凝、混凝、沉淀。本發(fā)明一般選擇隔板絮凝池、機(jī)械絮凝池、折板絮凝池、網(wǎng)格絮凝池。

a.隔板絮凝池：①絮凝時(shí)間一般選擇20～30min；②絮凝池廊道的流速，按由大到小漸變進(jìn)行設(shè)計(jì)，起端流速宜為0.5～0.6m/s，末端流速宜為0.2～0.3m/s；隔板間凈距宜大于0.5～1m。

b.機(jī)械絮凝池：①絮凝時(shí)間一般選擇15～20min；②池內(nèi)設(shè)3～4擋攪拌機(jī)；③攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)漿板邊緣處的線速度通過計(jì)算確定，線速度宜自第一檔的0.5m/s逐漸變小至末檔的0.2m/s；④池內(nèi)設(shè)防止水體短流的設(shè)施。

c.折板絮凝池：①絮凝時(shí)間一般選擇12～20min；②絮凝過程中的速度逐段降低，分段數(shù)3～8段，各段的流速可分別為：第一段，0.25～0.35m/s。第二段，0.15～0.25m/s。第三段，0.10～0.15m/s。后面各段流速逐漸減慢。③折板夾角采用90°～120°。④第三段采用直板。

d.網(wǎng)格絮凝池：①絮凝池設(shè)計(jì)成多格豎流式；②絮凝時(shí)間一般為12～20min；③絮凝池豎井流速、過柵(過網(wǎng))和過孔流速應(yīng)逐段遞減，分三段，流速分別為：豎井平均流速：前段和中段0.14～0.12m/s，末段0.14～0.10m/s；過柵(過網(wǎng))流速：前段0.30～0.25m/s，中段0.25～0.22m/s；豎井之間孔洞流速：前段0.30～0.20m/s，中段0.20～0.15m/s，末段0.14～0.10m/s。④絮凝池布置成2組或多組并聯(lián)形式。⑤絮凝池內(nèi)應(yīng)有排泥設(shè)施。

(2)懸浮物沉渣快速過濾：當(dāng)廢水中懸浮物濃度不高，無需強(qiáng)化去除時(shí)，為了減少藥劑和電耗，節(jié)約運(yùn)行成本啟動(dòng)此單元。本發(fā)明此單元重點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)懸浮物自動(dòng)過濾，在線反沖洗。

a.過濾方式：廢水自上而下，流經(jīng)濾料，層層過濾，懸浮物過濾截留在表層及中上層，濾后水底部流出。

b.濾料選擇：本發(fā)明一般選擇碎石、河砂作為濾料，濾料直徑一般為0.5～4cm，不同粒徑分布不同的床層，達(dá)到層層過濾的目的，一般由上之下，粒徑逐漸變小。表層粒徑2～4cm，中上層粒徑1～2cm，下層0.5～1cm。

c.在線反沖洗：系統(tǒng)運(yùn)行1個(gè)月，即開始在線反清洗，濾池底部鋪有穿孔布水管，孔徑0.5～1cm，間距20～50cm，反沖洗時(shí)，停止進(jìn)廢水，清水由底部噴出，對(duì)濾料進(jìn)行反向沖洗，沖洗的懸浮物由頂部溢流排走，恢復(fù)濾料的表面清潔度后重新啟動(dòng)。

(3)pH值調(diào)節(jié)：針對(duì)生物菌膠團(tuán)中微生物對(duì)PH的選擇性，在PH值8～10區(qū)間段生物活性較強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)廢水進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)預(yù)處理。本發(fā)明采用的堿度調(diào)節(jié)劑為石灰渣、碳酸鈣渣、煤灰渣，進(jìn)入生物濾床系統(tǒng)前，將廢水PH值調(diào)節(jié)至7.5～10.5。廢水在PH值調(diào)節(jié)單元停留8～16h，堿度調(diào)節(jié)劑2個(gè)月更換一次。

(4)水解酸化：PH值調(diào)節(jié)后進(jìn)入配水單元，兩個(gè)單元聯(lián)通。配水單元內(nèi)布置生物掛膜填料，目的為了強(qiáng)化廢水的厭氧水解酸化作用，降低后續(xù)單元負(fù)荷。本發(fā)明選用的掛膜填料包括組合型PVC填料、軟性填料、球形填料、彈性填料、絲狀填料；放置方式包括固定懸掛，漂?。黄渲袘覓觳捎貌垆?、角鋼、螺紋鋼焊接或者預(yù)埋錨桿、膨脹螺絲、鋼絲。

(5)生物濾床處理：本發(fā)明的重點(diǎn)工藝單元，通過微生物菌膠團(tuán)強(qiáng)大的有機(jī)物降解能力、脫氮能力實(shí)現(xiàn)廢水直接深度處理。生物濾床墻體高一般選擇2.0～3.5m，分為2～4級(jí)。如果COD濃度超過了3000mg/l，一般采用厭氧預(yù)處理、化學(xué)強(qiáng)氧化、電化學(xué)強(qiáng)氧化方式降低COD濃度。

本發(fā)明生物濾床由上至下一般分為5～10層，最優(yōu)選擇6～8層。主要功能區(qū)包括布水層，布?xì)鈱印馑聪磳?、集水層、盲溝排污層?/p>

①床層高度2.0～3.5米，一般優(yōu)選2.5～3.2米，超高0.2米，最優(yōu)選2.8～3.0米，超高0.2米；

②頂部布水層，架空布置，橫向布置，縱向間距1～2m，橫向間距1～2m開孔，內(nèi)絲接頭安裝霧化噴嘴，噴嘴壓力0.2～0.5公斤，一般優(yōu)選0.3～0.4公斤。整體布局呈格柵狀，多點(diǎn)霧化配水，盡量確保布水均勻性。

③次布水層，距離濾床頂部15～25cm，管徑是頂部布水管的1/2，穿孔布水管，孔徑Φ6～10mm，間距0.5～1m，與主布水層用球閥控制流量和開關(guān)，當(dāng)頂部進(jìn)行除污作業(yè)時(shí)，可以通過次布水層實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給性進(jìn)水，確保濾床內(nèi)部微生物的存活。正常布水時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)較高濃度廢水實(shí)現(xiàn)碳源補(bǔ)充的作用，促進(jìn)反硝化反應(yīng)。

④間歇布水層，距離濾床頂部1.0～1.5m，管徑是頂部布水管的1/2，穿孔布水管，孔徑Φ6～10mm，間距0.5～1m，與主布水層用球閥控制流量和開關(guān)。

⑤氣水反沖洗層，共計(jì)5層，每層0.1m，內(nèi)部交錯(cuò)布置反沖洗水管和反沖洗氣管，上下用中粗砂作為隔層，在空床清洗期間，每天8～12個(gè)周期，每個(gè)周期2～3h，高壓壓縮空氣沖洗20～40min，沖洗壓力1～2公斤，利用空氣剪切力對(duì)填料表層的老化生物膜進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)生物膜的更新，置換孔隙率。氣洗延時(shí)10分鐘后，進(jìn)行水洗，每天8～12個(gè)周期，每個(gè)周期2～3h，清水沖洗20～40min，沖洗壓力0.05～0.1公斤。氣水聯(lián)洗，氣洗和水洗的8～12周期進(jìn)行到最后一個(gè)周期，進(jìn)行氣、水同步?jīng)_洗1～2h。最后空床12～24h，排空清洗水后，逐步恢復(fù)原來的進(jìn)水流程。

⑥底部集水層，采用塑料盲溝、穿孔PVC水管，穿孔PE水管，枝狀布置，孔間距0.2～0.6m，孔徑0.5～1.5cm。

大多數(shù)微生物處理系統(tǒng)由于機(jī)理限制，微生物的生物活性受溫度影響較大，當(dāng)外界氣溫有明顯波動(dòng)時(shí)，外界氣溫驟降5～15℃，或者溫度持續(xù)下降至10℃以下，污水處理系統(tǒng)的處理效果將急劇惡化，甚至整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。本發(fā)明的重點(diǎn)是通過通風(fēng)系統(tǒng)的外加熱源，填料熱傳遞效率的衰減，濾床結(jié)構(gòu)性保溫的方式確保濾床內(nèi)部溫度一直保持在5～10℃以上。

①外加熱源：通過加熱系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)出風(fēng)口管道連接，對(duì)風(fēng)進(jìn)行加熱形式，向?yàn)V床內(nèi)部通入熱風(fēng)。加熱系統(tǒng)包括保溫鋁皮，保溫棉，鋼管，加熱管，溫控調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

a.保溫鋁皮：一般選擇厚度0.5～0.7mm；

b.保溫棉：一般選擇礦物棉、巖棉、玻璃絲棉、橡塑、聚苯、聚氯酯；

c.鋼管：鍍鋅鋼管；

d.加熱管：采用遠(yuǎn)紅外線輻射加熱燈管和PTC陶瓷發(fā)熱元件聯(lián)合加熱，單組功率1.0～1.5kw，共計(jì)2～4組。

e.溫控調(diào)節(jié)：包括溫度傳感器，將信號(hào)傳輸至PLC根據(jù)溫度情況，控制加熱管的開停，5～10℃，開一組，0～5℃，開二組，-5～0℃，開三組。依次增加。

②填料熱傳遞效率衰減

根據(jù)介質(zhì)的熱傳遞效率不同，改變生物濾床的填料形態(tài)，傳統(tǒng)濾床內(nèi)部主要介質(zhì)是水，本發(fā)明采用疏松有機(jī)質(zhì)作為內(nèi)部介質(zhì)，大大減少了熱量的傳遞，也有效的減少了熱量的損失。

③濾床墻體保溫

通過添加有效的熱源，為了保證熱量不外散，本發(fā)明將濾床的墻體內(nèi)部進(jìn)行物理性保溫。保溫材料選擇礦物棉，聚苯乙烯泡沫塑料板，聚苯顆粒保溫料漿。

(6)中間水暫存單元：生物濾床是間歇運(yùn)行，中間產(chǎn)水需要暫存后，積蓄一定水量后，再進(jìn)入下一級(jí)濾床。蓄水時(shí)間一般選擇6～12h。同時(shí)中間暫存水也可作為反沖洗用水。反沖洗管路和下一級(jí)濾床進(jìn)水管路通過閥門進(jìn)行功能性切換，同一臺(tái)水泵向其供水。

(7)水質(zhì)強(qiáng)化單元：廢水經(jīng)過濾床處理后，COD和氨氮主要污染物去除率可以達(dá)到90％以上，基本實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明重點(diǎn)為了降低前段生物濾床能耗，同時(shí)解決高濃度有機(jī)廢水處理的通病，即反硝化階段的碳源不足問題，硝酸鹽和亞硝酸鹽累積。本單元一般采用水平潛流人工濕地，垂直流人工濕地，表面流人工濕地，向上流濾池、向下流濾池，本發(fā)明重點(diǎn)是上述不同工藝單元填料與外加碳源進(jìn)行配伍，達(dá)到反硝化還原硝酸鹽及亞硝酸鹽的目的。配伍方式：

a.填料選擇：一般選擇0.5～4cm碎石、中粗砂

b.碳源選擇：谷殼、秸稈末、鋸木屑、淀粉灰、葡萄糖、甲醇，優(yōu)選谷殼、秸稈末、鋸木屑。