一种高密度生物增浓反应器及其用于高盐高氨氮有机化工废水的处理方法

技术领域

本发明涉及环境保护化工废水生化处理技术领域，特别涉及一种高密度生物增浓 反应器及其用于高盐高氨氮有机化工废水的处理方法。

背景技术

随着我国化工行业的不断发展，化工废水的排放量越来越大，伴随的环境污染问 题日渐加重，对于化工废水的排放标准也逐渐严格。由于化学产品及其制造工艺的不同，各 类化工废水的差异性也较大，总体而言，难降解难处理的化工废水占到了大部分。在各种难 处理的化工废水中，尤以高氨氮、高盐类的化工废水最为棘手，此类废水处理的难度远大于 普通化工废水，通常以印染、制药行业为主。

目前处理该类废水的工艺主要有：AO法、厌氧+多级好氧、改进的活性污泥法、多效 蒸发与膜处理法等等。但是，常规的生化处理工艺几乎无法使其达标排放《污水综合排放标 准》。过高的氨氮及盐分都将对微生物形成抑制，限制其生长繁殖，污泥浓度难以上升，导致 污染物去除率降低。利用多效蒸发工艺来浓缩盐分虽然能去除大部分的盐分，但是运行陈 本与设备的维护成本过高。膜分离法的效果最好，但是同样建设成本高，需要经常的进行膜 组件的清洗，处理该类废水膜的寿命会大大缩短，同时膜处理所带来的浓缩液处理难度更 大。因此，急需一种经济简便、处理效果良好的设备或工艺来针对高盐高氨氮化工废水的处 理问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能提高微生物活性和数量的生物增浓反应器，通过增加反应 器内的微生物量，解决高氨氮高盐有机化工废水用普通生化方法及装置难以实现达标排 放，污染物超标等技术难题。

本发明还提供一种用于高盐高氨氮有机化工废水的处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高密度生物增浓反应器，该反应器主体为一箱体，箱体中部的空间装填微生 物载体填料，微生物载体填料的上方为格栅板，微生物载体填料的底部由填料支撑网分隔， 所述微生物载体填料由填料支撑网自上而下分隔成若干层，最底层的填料支撑网之下、箱 体底部设置曝气系统。

作为优选，曝气系统由风机和与风机相连通的曝气管组成，曝气管设置斜向下45° 开孔，防止污泥堵塞曝气孔，曝气管的曝气量设置为反应器内溶解氧(DO)浓度为2.0～ 5.5mg/L，内部微生物载体填料呈充分流化状态。

作为优选，填料型号为NC100ppi，由亲水性聚氨酯材料制成，单个填料体积100～ 150cm³(形状不限)，填料比表面积20000～30000m²/m³，填充比为0.3～0.5。填料最佳为 50x50x50mm正方体。

一种高盐高氨氮有机化工废水处理方法，该方法包括如下步骤：

(1)高盐高氨氮有机化工废水经过预处理后，进入调质池，补充适当生活污水进行 营养配置；预处理一般为微电解、芬顿等高级氧化处理，目的是降低生物毒性，提高生化性 后。

(2)调质后的废水进入水解酸化池进行厌氧水解，进一步打断大分子物质，降低后 续生物增浓反应器的负荷，控制该步骤的出水水质为：COD为1500～3000mg/L，B/C大于0.2， 氨氮为120～350mg/L，盐度为4000～12000mg/L；

(3)步骤(2)的出水进入高密度生物增浓反应器进行悬浮态污泥和生物膜处理，采 用曝气系统进行混合曝气，使得反应器内的微生物载体填料呈流化状态，培养时添加复合 菌剂；经高密度生物增浓反应器处理后，废水出水水质COD<350mg/L，NH3-N<10mg/L；

(4)步骤(3)的出水进入沉淀池沉淀，沉淀污泥按2:1～5:1的回流比回流至高密度 生物增浓反应器内，上清液则达标排放。

经过预处理(如微电解、芬顿等高级氧化处理)后的高盐高氨氮有机化工废水进入 污水调质池，补充适当的生活污水进行营养配置，调质后的废水经水解酸化后进入高密度 生物增浓反应器。反应器内含高浓度活性污泥，与悬浮填料，并有格栅板封住，内置曝气系 统进行混合曝气，使得池内填料呈流化状态。通过一定时间的培养驯化，使填料表面形成生 物膜，废水经悬浮态污泥和生物膜处理后至沉淀池沉淀，沉淀污泥按一定回流比回流，上清 液则达标排放。

作为优选，高密度生物增浓反应器运行初期投加活性污泥浓度800～2000mg/L废 水，运行中期向反应器内投加复合菌剂，菌种型号为MKNC002，高密度生物增浓反应器稳定 运行后，反应器内总污泥浓度为悬浮态污泥浓度与填料表面污泥浓度的综合，达10～20g/ L。

作为优选，高密度生物增浓反应器内水力停留时间(HRT)为3～8h，污泥停留时间 (SRT)为10～18d。

作为优选，所述复合菌剂(购自煤科集团杭州环保研究院有限公司，型号 MKNC002)，包含了高效去除COD的芽孢杆菌、假单胞菌和酵母菌等好氧菌种，投加比为0.2～ 1kg复合菌剂/每立方米废水；复合菌剂投加后停止进水1～2d，并补充葡萄糖800～1500mg/ L每天，之后正常进水。

本发明的处理方法具体如下：

高盐高氨氮有机化工废水进入高密度生物增浓反应器前，先经过多元氧化(芬顿 等高级氧化)预处理后在调质池与生活污水进行调配，由于经过高级氧化处理以及生活污 水的混合，调质后的水质的生物毒性将一定程度地降低，同时生活污水的供给为后续生化 系统中的微生物提供的其生长必需的营养元素。

调质池内废水经提升泵打入水解酸化池内，在酸化池内停留2～4d，通过脉冲布水 器保证酸化池内的污泥呈悬浮状态。通过池内的厌氧、兼性厌氧微生物的水解酸化作用，将 废水中的大分子有机物水解为小分子的微生物易降解的物质，同时生产部分挥发性有机 酸、短链醇等。酸化池出水流入高密度生物增浓反应器，经内部微生物消化降解后，泥水混 合物流入沉淀池沉淀，沉淀的污泥按一定比例回流至高密度生物增浓反应器内，上清液则 达标排放。

1.高密度生物增浓反应器的启动

水解酸化池出水为最终的高密度生物增浓反应器进水，进水COD为1500～3000mg/ L，B/C大于0.2，氨氮为120～350mg/L，盐度为4000～12000mg/L。进水通过重力自流流入反 应器内，反应器启动前期，需向内投加800～2000mg/L的活性污泥作为接种污泥。启动时，反 应器内水力停留时间为12～24h，污泥全回流。反应器内装有悬浮生物填料，填料型号规格 为NC100ppi，填充比0.3～0.5。底部布有曝气管，曝气孔开孔于曝气管斜下方45°，避免污泥 堵塞，气源来自于风机，控制曝气使得反应器内溶解氧浓度(DO)在2.0～5.5mg/L，同时能使 悬浮填料充分流化，增加填料与污泥、空气的接触。反应器的启动时间为10～20d，当反应器 内总污泥浓度达3～5g/L时，视为启动完成。

2.反应器中期的菌种投加与定植

反应器启动完成后，为提高高盐高氨氮废水的处理效果，向内投加特定生物菌种 (菌种型号MKNC002)。投加量为每方水0.2～1kg，投加方式为直接投加。投加后停止进水1～ 2d，并补充葡萄糖800～1500mg/L每天。之后正常进水，水力停留时间(HRT)为6～12h，污泥 停留时间(SRT)为15～25d。污泥回流比调至3:1～5:1。

3.反应器的正式运行

当反应器内污泥总浓度达10～20g/L，填料内微生物浓度达6～12g/L时，视为反应 器启动完成，开始正常运行。反应器内的悬浮态活性污泥与填料表面附着的生物膜及空隙 内的污泥共同作用，悬浮态污泥通过好氧呼吸和自身繁殖分解去除有机污染物和氨氮，填 料上的生物膜则在水中由外至内形成好氧、缺氧、厌氧区域，通过不同的微生物途径去除有 机物和氨氮，同时兼有一部分的反硝化功能。此时水力停留时间(HRT)为3～8h，污泥停留时 间(SRT)为10～18d，污泥回流比调至2:1～5:1。出水连续稳定，水质COD<350mg/L，NH₃-N< 10mg/L。

本发明的有益效果是：本发明针对高盐高氨氮有机化工废水污染物成份复杂、生 化性差、难降解、毒性大的特点，提出生物增浓技术处理此类废水，并使该类废水达标排放。

附图说明

图1是本发明高密度生物增浓反应器结构示意图，

1-曝气管；2-填料支撑网；3-微生物载体填料；4-格栅板；

图2是本发明高密度生物增浓反应器应用工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应 当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明做的任何形式上的变通和/或改 变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等 均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常 规方法。

实施例采用的复合菌剂购自煤科集团杭州环保研究院有限公司，型号MKNC002；

微生物载体填料购自煤科集团杭州环保研究院有限公司，型号为NC100ppi，比表 面积20000～30000m²/m³。

实施例：

如图1所示的一种高密度生物增浓反应器，该反应器主体为一箱体，箱体中部的空 间装填微生物载体填料3(亲水性聚氨酯材料，50x50x50mm正方体)，微生物载体填料的上方 为格栅板4，微生物载体填料的底部由填料支撑网2分隔，所述微生物载体填料由填料支撑 网自上而下分隔成三层，最底层的填料支撑网之下、箱体底部设置曝气系统。曝气系统由风 机和与风机相连通的曝气管1组成，曝气管设置斜向下45°开孔，防止污泥堵塞曝气孔，曝气 管的曝气量设置为反应器内溶解氧(DO)浓度为2.0～5.5mg/L，内部微生物载体填料呈充分 流化状态。本实施例中的箱体内竖直方向固定有一块隔板，将箱体分为左右对称的两部分， 隔板底部设有开孔，使左右两部分的废水可以流通，箱体的右侧面外壁上还设有出水堰，格 栅板位于出水堰下方。反应器运行温度一般为25～35℃。

一种高盐高氨氮有机化工废水处理方法，该方法具有如下步骤：

首先，经过预处理后的废水(盐分在6000～8000mg/L)进入污水调质池，补充适当 的C、N、P进行营养配置(C:N:P≈100～300:5:1)。调质后的混合废水由废水提升泵打入水解 酸化池，酸化池内HRT＝2d，利用厌氧菌开环断键，将废水中有机物进一步转化成小分子有 机物，如乙酸、丙酸、丁酸和醇类，大分子有机物得以去除。水解出水重力流入高密度生物增 浓反应器中，在高密度生物增浓反应器中装有NC100ppi专用生物填料3，通过固定的填料支 撑网2将填料进行有效拦截，使反应器中填料在曝气作用下不停翻滚流化，为细菌提供了良 好的附着载体条件，极大地丰富了微生物种类和浓度；同时添加活性污泥和MKNC002复合菌 剂。活化2周后开始进水培养细菌，进行菌种定植。通过不同的生存环境培养不同适应能力 的优势菌种，并满足一定的生物数量，完成有效的处理功能，稳定性较好。菌种定植培养后3 周，进入稳定期。废水经高密度生物增浓反应器处理后自流进入二沉池完成泥水分离，沉淀 污泥大部分经污泥泵回流入高密度生物增浓反应器中补充反应需要，少部分进入污泥浓缩 池，出水经标准化排放口实现标准化排放。

具体操作参数如下：

(1)在高密度生物增浓反应器内，水质1HRT＝6h；水质2HRT＝8h，水质3HRT＝4h，分 别经3个独立反应器处理；

(2)高密度生物增浓反应器内填料填充比为0.4；

(3)初始活性污泥添加量为5g/L；

(4)反应器内溶解氧浓度控制在3.5～4.5mg/L；

(5)MKNC002复合菌剂初始定植量为0.7kg每方；

表1，表2和表3的实验数据为反应器成功启动后运行1周内水质指标平均数值。

表1.不同水质经高密度生物增浓反应器处理后出水COD

表2.不同水质经高密度生物增浓反应器处理后出水氨氮

表3.高密度生物增浓反应器处理不同水质时其内污泥浓度

根据上述实验结果，可知废水经过生物增浓反应器的处理，COD去除率高达90％， 出水COD在300mg/L以内，氨氮不超过15mg/L，远低于《污水综合排放标准》中的纳管标准。大 多数工程上的生化反应器处理此类废水的出水COD往往在500mg/L左右，且稳定性差，本发 明则具有更好的稳定性。反应器稳定运行后，其内的污泥总量高达18.6g/L，高于普通的生 物膜反应器的8～12g/L。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。