一種高效廢水處理裝置及處理方法與流程
2023-08-13 22:25:51
本發明涉及水處理技術領域，具體是涉及一種高效廢水處理裝置及處理方法。
背景技術：
廢水中碳和氮的經濟、高效去除是廢水處理工程中的共性關鍵問題。移動床生物膜反應器(MBBR)是一種高效的廢水生物處理工藝，能有效去除廢水中的COD、氨氮等汙染物，近年來受到廣泛應用。然而，經過MBBR工藝處理後的出水往往含有較高濃度的硝酸鹽，難以達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準中對於總氮的要求，需要對出水的硝酸鹽進行深度脫除，因此開發一種基於MBBR的高效廢水處理裝置及處理方法顯得尤為重要。
中國發明專利201110188972.4公開了用於工業廢水處理的一體化處理裝置，該裝置通過把初沉池、水解酸化池和好氧池集為一體，解決了傳統處理系統佔地面積大的缺點，但是該裝置仍無法對廢水中的硝酸鹽進行深度處理。中國發明專利200510044033.7公開了一種一體化廢水處理裝置及處理方法，該裝置通過將電化學處理和生物處理有機結合，電化學作為前處理，可對生物有害物質以及難降解物質進行去除，提高廢水B/C比的同時促進了後序的膜生物處理，但是該裝置應用電化學工藝，需要額外增加電能成本，同時由於產生熱量，反應難以控制。
因此，本發明針對現有技術中存在的不足，提供了一種高效廢水處理裝置及處理方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有MBBR工藝出水硝酸鹽含量高的現狀，提供了一種高效廢水處理裝置及處理方法。本發明創新地集MBBR技術與反硝化濾池技術為一體進行廢水處理，通過添加酒糟及絲瓜絡生物固相碳源，有效補充廢水中碳源，增強了異養反硝化脫氮處理效果。
為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：
一種高效廢水處理裝置，包括MBBR反應區、固相碳源區、反硝化濾池區和緩衝區，所述MBBR反應區中設有導流裝置，所述MBBR反應區內部以懸浮形式填充有機生物膜載體，所述MBBR反應區與進水口連通；所述的固相碳源區內部依次填充酒糟層和絲瓜絡層，在所述酒糟層與絲瓜絡層之間還設有多孔載體承託層；所述反硝化濾池區與所述固相碳源區相連接，所述的反硝化濾池區從上往下依次包括含水層、石英砂填料層、承託層和濾磚；所述緩衝區與所述反硝化濾池區相連接，所述緩衝區外連接排氣口及出水口；在所述緩衝區與反硝化濾池區之間設有反衝洗泵，所述反硝化濾池區外連接有曝氣泵一，所述MBBR反應區外連接有曝氣泵二。
進一步地，在上述方案中，所述導流裝置是中間內縮，兩頭外擴的平滑型類圓柱管道。
進一步地，在上述方案中，所述MBBR反應區中的懸浮載體填充比為40-60％、外徑15-35mm，密度為0.94-0.98g/cm3。
進一步地，在上述方案中，所述酒糟層中高粱酒糟佔40％-60％、小麥酒糟佔20％-30％、外加劑佔1-2.5％、餘量為玉米酒糟，所述外加劑為草漿纖維。
更進一步地，所述草漿纖維是由蘆葦或甘蔗渣製成。
進一步地，在上述方案中，所述絲瓜絡層是由絲瓜絡切成類圓柱狀，高5-10cm、外徑3-7cm堆積而成。
更進一步地，所述絲瓜絡是經過改性處理的絲瓜絡，其改性處理方法為：將成熟的絲瓜果實去皮去核，清洗烘乾後，採用質量濃度為1-1.6％的過碳酸鈉溶液浸泡1-10h，控制溫度為35-40℃，取出反覆清洗至pH為7.0；再使用質量濃度為3-3.6％的殼聚糖溶液進行水浴處理，浴比為1∶20～1∶30，水浴處理初始溫度為42-45℃，以3℃/min的升溫速度升溫至80-85℃，保持該溫度水浴處理1-1.5h，取出冷卻至室溫，用水洗滌1-3次後烘乾；在其上均勻地噴灑陽離子澱粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然後在60-70℃下烘乾。所述乳化混合液用量為幹態絲瓜絡質量的0.2％～3％，所述陽離子澱粉和醋酸丁酯的混合液的製備方法為：將陽離子澱粉、醋酸丁酯和純水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.1-0.3％的乳化油，升溫至85-90℃攪拌至完全溶解，即成。
更進一步地，所述陽離子澱粉的取代度為0.28-0.32。
一種高效廢水處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：
步驟一：汙水通過進水泵由進水口進入到MBBR反應區，其內部有機生物膜載體上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等好氧微生物，利用生物作用將COD等汙染物去除以及將氨氮氧化為硝酸鹽；
步驟二：調節曝氣泵降低溶解氧濃度，經過MBBR反應區處理後的廢水通過導流裝置進入固相碳源區，酒糟層作為一種固體生物質緩釋碳源，絲瓜絡層在提供碳源的同時還能富集異養反硝化菌，在此反應區中，溶解氧進一步降低，廢水中C/N比顯著提高；
步驟三：經過固相碳源區的廢水進入到反硝化濾池區，通過石英砂填料層，其表面生物膜上富集的異養反硝化菌進行脫氮作用；
步驟四：經過反硝化濾池區處理過程，硝酸鹽還原成氮氣從排氣口排出，最終處理後的廢水從出水口排出。
採用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
(1)本發明的一種高效廢水處理裝置及處理方法，通過添加酒糟及絲瓜絡生物廢料固相碳源，提高了廢水C/N比，同時強化了異養反硝化菌的富集，進而增強了脫氮效果，以廢治廢，經濟效益良好。
(2)本發明的一種高效廢水處理裝置及處理方法，創新地耦合MBBR和反硝化濾池技術，廢水COD和TN去除率高，成本降低30％以上。
附圖說明
圖1為本發明裝置結構示意圖。
圖中：1、進水口；2、MBBR反應區；3、導流裝置；4、多孔載體承託層；5、固相碳源區；6、酒糟層；7、絲瓜絡層；8、反硝化濾池區；9、含水層；10、排氣口；11、石英砂填料層；12、承託層；13、濾磚；14、緩衝區；15、出水口；16、反衝洗泵；17、曝氣泵一；18、曝氣泵二。
具體實施方式
實施例1
本實施例是處理某3000m3/d精細化工廢水，廢水(厭氧出水)水質：COD：840-950mg/L、NH4+-N：70-95mg/L、TN：130-165mg/L、pH值：6-8，溫度22℃-28℃。
如圖1所示的一種高效廢水處理裝置，包括MBBR反應區2、固相碳源區5、反硝化濾池區8和緩衝區14，所述MBBR反應區2中設有導流裝置3，所述導流裝置3是中間內縮，兩頭外擴的平滑型類圓柱管道，所述MBBR反應區2內部以懸浮形式填充有機生物膜載體，填充比為40％、外徑15mm，密度為0.94g/cm3，所述MBBR反應區2與進水口1連通；所述的固相碳源區5內部依次填充酒糟層6和絲瓜絡層7，在所述酒糟層6與絲瓜絡層7之間還設有多孔載體承託層4；所述反硝化濾池區8與所述固相碳源區5相連接，所述的反硝化濾池區8從上往下依次包括含水層9、石英砂填料層11、承託層12和濾磚13；所述緩衝區14與所述反硝化濾池區8相連接，所述緩衝區14外連接排氣口10及出水口15；在所述緩衝區14與反硝化濾池區8之間設有反衝洗泵16，所述反硝化濾池區8外連接有曝氣泵一17，所述MBBR反應區2外連接有曝氣泵二18。
其中，所述酒糟層6中高粱酒糟佔40％、小麥酒糟佔20％、外加劑佔1％、餘量為玉米酒糟，所述外加劑為草漿纖維，是由蘆葦製成。所述絲瓜絡層7是由絲瓜絡切成類圓柱狀，高5cm、外徑3cm堆積而成。所述絲瓜絡是經過改性處理的絲瓜絡，其改性處理方法為：將成熟的絲瓜果實去皮去核，清洗烘乾後，採用質量濃度為1％的過碳酸鈉溶液浸泡1h，控制溫度為35℃，取出反覆清洗至pH為7.0；再使用質量濃度為3％的殼聚糖溶液進行水浴處理，浴比為1∶20，水浴處理初始溫度為42℃，以3℃/min的升溫速度升溫至80℃，保持該溫度水浴處理1h，取出冷卻至室溫，用水洗滌1-後烘乾；在其上均勻地噴灑陽離子澱粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然後在60℃下烘乾。所述乳化混合液用量為幹態絲瓜絡質量的0.2％，所述陽離子澱粉和醋酸丁酯的混合液的製備方法為：將陽離子澱粉、醋酸丁酯和純水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.1％的乳化油，升溫至85℃攪拌至完全溶解，即成。所述陽離子澱粉的取代度為0.28。
一種高效廢水處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：
步驟一：汙水通過進水泵由進水口1進入到MBBR反應區2，其內部有機生物膜載體上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等好氧微生物，利用生物作用將COD等汙染物去除以及將氨氮氧化為硝酸鹽；
步驟二：調節曝氣泵18降低溶解氧濃度，經過MBBR反應區2處理後的廢水通過導流裝置3進入固相碳源區5，酒糟層6作為一種固體生物質緩釋碳源，絲瓜絡層7在提供碳源的同時還能富集異養反硝化菌，在此反應區中，溶解氧進一步降低，廢水中C/N比顯著提高；
步驟三：經過固相碳源區5的廢水進入到反硝化濾池區8，通過石英砂填料層11，其表面生物膜上富集的異養反硝化菌進行脫氮作用；
步驟四：經過反硝化濾池區8處理過程，硝酸鹽還原成氮氣從排氣口10排出，最終處理後的廢水從出水口15排出。
該一體化裝置經210天連續運行，出水COD濃度22-36mg/L，TN濃度8.5-11.2mg/L，穩定達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，成本降低46％。
實施例2
本實施例是處理某2600m3/d化工園區綜合廢水，廢水(厭氧出水)水質：COD：980-1230mg/L、NH4+-N：114-135mg/L、TN：262-285mg/L、pH值：7-9，溫度19℃-26℃。
如圖1所示的一種高效廢水處理裝置，包括MBBR反應區2、固相碳源區5、反硝化濾池區8和緩衝區14，所述MBBR反應區2中設有導流裝置3，所述導流裝置3是中間內縮，兩頭外擴的平滑型類圓柱管道，所述MBBR反應區2內部以懸浮形式填充有機生物膜載體，填充比為50％、外徑25mm，密度為0.96g/cm3，所述MBBR反應區2與進水口1連通；所述的固相碳源區5內部依次填充酒糟層6和絲瓜絡層7，在所述酒糟層6與絲瓜絡層7之間還設有多孔載體承託層4；所述反硝化濾池區8與所述固相碳源區5相連接，所述的反硝化濾池區8從上往下依次包括含水層9、石英砂填料層11、承託層12和濾磚13；所述緩衝區14與所述反硝化濾池區8相連接，所述緩衝區14外連接排氣口10及出水口15；在所述緩衝區14與反硝化濾池區8之間設有反衝洗泵16，所述反硝化濾池區8外連接有曝氣泵一17，所述MBBR反應區2外連接有曝氣泵二18。
其中，所述酒糟層6中高粱酒糟佔50％、小麥酒糟佔25％、外加劑佔1.75％、餘量為玉米酒糟，所述外加劑為草漿纖維，是由甘蔗渣製成。所述絲瓜絡層7是由絲瓜絡切成類圓柱狀，高7.5cm、外徑5cm堆積而成。所述絲瓜絡是經過改性處理的絲瓜絡，其改性處理方法為：將成熟的絲瓜果實去皮去核，清洗烘乾後，採用質量濃度為1.3％的過碳酸鈉溶液浸泡5.5h，控制溫度為37.5℃，取出反覆清洗至pH為7.0；再使用質量濃度為3.3％的殼聚糖溶液進行水浴處理，浴比為1∶25，水浴處理初始溫度為43.5℃，以3℃/min的升溫速度升溫至82.5℃，保持該溫度水浴處理1.25h，取出冷卻至室溫，用水洗滌2次後烘乾；在其上均勻地噴灑陽離子澱粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然後在65℃下烘乾。所述乳化混合液用量為幹態絲瓜絡質量的0.25％，所述陽離子澱粉和醋酸丁酯的混合液的製備方法為：將陽離子澱粉、醋酸丁酯和純水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.2％的乳化油，升溫至87.5℃攪拌至完全溶解，即成。所述陽離子澱粉的取代度為0.3。
一種高效廢水處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：
步驟一：汙水通過進水泵由進水口1進入到MBBR反應區2，其內部有機生物膜載體上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等好氧微生物，利用生物作用將COD等汙染物去除以及將氨氮氧化為硝酸鹽；
步驟二：調節曝氣泵18降低溶解氧濃度，經過MBBR反應區2處理後的廢水通過導流裝置3進入固相碳源區5，酒糟層6作為一種固體生物質緩釋碳源，絲瓜絡層7在提供碳源的同時還能富集異養反硝化菌，在此反應區中，溶解氧進一步降低，廢水中C/N比顯著提高；
步驟三：經過固相碳源區5的廢水進入到反硝化濾池區8，通過石英砂填料層11，其表面生物膜上富集的異養反硝化菌進行脫氮作用；
步驟四：經過反硝化濾池區8處理過程，硝酸鹽還原成氮氣從排氣口10排出，最終處理後的廢水從出水口15排出。
該一體化裝置經300天連續運行，出水COD濃度32-40mg/L，TN濃度7.8-9.5mg/L，穩定達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，成本降低40％。
實施例3
本實施例是處理某1200m3/d製藥廢水，廢水(厭氧出水)水質：COD：1010-1270mg/L、NH4+-N：96-112mg/L、TN：185-243mg/L、pH值：6～8，溫度20℃～27℃。
如圖1所示的一種高效廢水處理裝置，包括MBBR反應區2、固相碳源區5、反硝化濾池區8和緩衝區14，所述MBBR反應區2中設有導流裝置3，所述導流裝置3是中間內縮，兩頭外擴的平滑型類圓柱管道，所述MBBR反應區2內部以懸浮形式填充有機生物膜載體，填充比為60％、外徑35mm，密度為0.98g/cm3，所述MBBR反應區2與進水口1連通；所述的固相碳源區5內部依次填充酒糟層6和絲瓜絡層7，在所述酒糟層6與絲瓜絡層7之間還設有多孔載體承託層4；所述反硝化濾池區8與所述固相碳源區5相連接，所述的反硝化濾池區8從上往下依次包括含水層9、石英砂填料層11、承託層12和濾磚13；所述緩衝區14與所述反硝化濾池區8相連接，所述緩衝區14外連接排氣口10及出水口15；在所述緩衝區14與反硝化濾池區8之間設有反衝洗泵16，所述反硝化濾池區8外連接有曝氣泵一17，所述MBBR反應區2外連接有曝氣泵二18。
其中，所述酒糟層6中高粱酒糟佔60％、小麥酒糟佔30％、外加劑佔2.5％、餘量為玉米酒糟，所述外加劑為草漿纖維，是由甘蔗渣製成。所述絲瓜絡層7是由絲瓜絡切成類圓柱狀，高10cm、外徑7cm堆積而成。所述絲瓜絡是經過改性處理的絲瓜絡，其改性處理方法為：將成熟的絲瓜果實去皮去核，清洗烘乾後，採用質量濃度為1.6％的過碳酸鈉溶液浸泡10h，控制溫度為40℃，取出反覆清洗至pH為7.0；再使用質量濃度為3.6％的殼聚糖溶液進行水浴處理，浴比為1∶30，水浴處理初始溫度為45℃，以3℃/min的升溫速度升溫至85℃，保持該溫度水浴處理1-1.5h，取出冷卻至室溫，用水洗滌3次後烘乾；在其上均勻地噴灑陽離子澱粉和醋酸丁酯的乳化混合液，然後在70℃下烘乾。所述乳化混合液用量為幹態絲瓜絡質量的3％，所述陽離子澱粉和醋酸丁酯的混合液的製備方法為：將陽離子澱粉、醋酸丁酯和純水按照1:3:10的重量比混合，再加入0.3％的乳化油，升溫至90℃攪拌至完全溶解，即成。所述陽離子澱粉的取代度為0.32。
一種高效廢水處理裝置的廢水處理方法，包括以下步驟：
步驟一：汙水通過進水泵由進水口1進入到MBBR反應區2，其內部有機生物膜載體上富集具有好氧菌、氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌等好氧微生物，利用生物作用將COD等汙染物去除以及將氨氮氧化為硝酸鹽；
步驟二：調節曝氣泵18降低溶解氧濃度，經過MBBR反應區2處理後的廢水通過導流裝置3進入固相碳源區5，酒糟層6作為一種固體生物質緩釋碳源，絲瓜絡層7在提供碳源的同時還能富集異養反硝化菌，在此反應區中，溶解氧進一步降低，廢水中C/N比顯著提高；
步驟三：經過固相碳源區5的廢水進入到反硝化濾池區8，通過石英砂填料層11，其表面生物膜上富集的異養反硝化菌進行脫氮作用；
步驟四：經過反硝化濾池區8處理過程，硝酸鹽還原成氮氣從排氣口10排出，最終處理後的廢水從出水口15排出。
該一體化裝置經286天連續運行，出水COD濃度25-34mg/L，TN濃度8.6-10.7mg/L，穩定達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，成本降低34％。
值得說明的是，對於本領域技術人員來說，在本發明構思及具體實施例啟示下，能夠從本發明公開內容及常識直接導出或聯想到的一些變形，本領域普通技術人員將意識到也可採用其他方法，或現有技術中常用公知技術的替代，以及特徵間的相互不同組合等等的非實質性改動，同樣可以被應用，都能實現本發明描述的功能和效果，不再一一舉例展開細說，均屬於本發明保護範圍。