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      處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器的制作方法

      文檔序號(hào):4831015閱讀:149來源:國知局
      專利名稱:處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明屬于利用生物反應(yīng)器處理廢水的設(shè)備,特別涉及一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器。
      背景技術(shù)
      工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量高濃度、難降解有機(jī)廢水,這些有機(jī)廢水如未經(jīng)有效處理就直接排放到環(huán)境中,會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。目前,如何經(jīng)濟(jì)、高效地處理高濃度難降解有機(jī)廢水是水處理領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。國內(nèi)外研究者從改進(jìn)處理工藝、投加高效微生物以及實(shí)施清潔生產(chǎn)等多個(gè)方面改進(jìn)和強(qiáng)化高濃度難降解有機(jī)廢水的處理效果,達(dá)到保護(hù)環(huán)境、造福人類的目的。
      處理高濃度難降解有機(jī)廢水的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法,這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。生物法與前兩種方法相比,具有投資費(fèi)用少,運(yùn)行費(fèi)用低,操作簡(jiǎn)單,不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn),是目前水處理中使用最廣泛的方法之一。常規(guī)的生物處理方法包括活性污泥法和生物膜法,生物法處理高濃度難降解有機(jī)廢水是利用微生物將廢水中污染物降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類物質(zhì)的過程。
      常規(guī)的生物法通常在較低的污泥負(fù)荷和體積負(fù)荷下運(yùn)行,污染物的降解速率和負(fù)荷都較低。對(duì)于高濃度難降解有機(jī)廢水,生物法通常需要將該廢水與大量的生活污水混合,將廢水大量稀釋,使有毒物質(zhì)和COD值降低至某一范圍內(nèi),才能使處理后的水達(dá)到排放要求,有時(shí)廢水的稀釋倍數(shù)需高達(dá)數(shù)十倍。
      提高生物處理法負(fù)荷的方法主要有兩種,一種是通過篩選和馴化高效菌使污染物得到較好的降解,另一種是利用基因技術(shù)改造特定微生物,提高微生物的降解速率。第一種方法對(duì)于提高污泥負(fù)荷的幫助通常是有限的,而基因技術(shù)可以較大幅度地提高污泥負(fù)荷。
      近年來,隨著基因技術(shù)的發(fā)展,一些國內(nèi)外的研究者在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)造出了超級(jí)工程菌,通過向受體細(xì)胞中轉(zhuǎn)入攜帶有特定基因的質(zhì)粒,可以得到高效表達(dá)特定酶的超級(jí)工程菌,從而達(dá)到強(qiáng)化降解有害污染物的目的。然而,工程菌對(duì)底物具有較強(qiáng)的選擇性和專一性,對(duì)于不同類型的污染物,工程菌的降解速率表現(xiàn)出明顯的差異。當(dāng)實(shí)際廢水成分復(fù)雜時(shí),僅依靠工程菌的降解作用很難將所有的污染物同時(shí)有效地降解。另外,工程菌的流失還會(huì)帶來環(huán)境的生物安全性問題。
      考慮到工程菌和混合菌各自的局限性,將兩者結(jié)合起來,可改善高濃度難降解有機(jī)廢水的處理效果。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服生物處理技術(shù)在難降解有機(jī)廢水處理上的缺陷,提供一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器,將該反應(yīng)器用于處理含高濃度難降解有機(jī)廢水,能有效地將多種有機(jī)污染物徹底降解,提高了污染物的負(fù)荷,減小反應(yīng)器占地面積。
      本發(fā)明的另一目的是提供一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器的操作方法。
      本發(fā)明的一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器,該一體化設(shè)備外形為一圓柱錐結(jié)構(gòu),包括固定化生物反應(yīng)區(qū)、綜合降解區(qū)和沉淀區(qū)三部分組成,由內(nèi)到外分別是固定化生物反應(yīng)區(qū)、綜合降解區(qū)和沉淀區(qū),廢水依次流經(jīng)這三個(gè)區(qū)域,最后從沉淀區(qū)流出。
      其中,固定化生物反應(yīng)區(qū)為圓柱結(jié)構(gòu),底部有一進(jìn)水口、進(jìn)氣口和排泥口,進(jìn)水口與水泵連通,污泥排出口由球閥控制,進(jìn)氣口頂端設(shè)有曝氣頭;頂部有排氣孔;該反應(yīng)區(qū)側(cè)壁上部有多個(gè)導(dǎo)流孔,固定化生物反應(yīng)區(qū)通過導(dǎo)流孔與綜合降解區(qū)連通;綜合降解區(qū)在固定化生物反應(yīng)區(qū)的外部,為環(huán)狀結(jié)構(gòu),內(nèi)部放置了填料,混合菌既可以附著生長(zhǎng)在填料上,也可懸浮生長(zhǎng);底部鋪有一圈微孔曝氣管,曝氣管通過軟管與氣泵相連;高效降解區(qū)外側(cè)壁的中部有一圈導(dǎo)流槽,廢水經(jīng)導(dǎo)流槽流入沉淀區(qū);為了防止曝氣產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入沉淀區(qū)影響固液分離效果,在導(dǎo)流槽下方設(shè)置了一圈氣泡阻隔板;外側(cè)壁底部是污泥回流槽,與沉淀區(qū)連接;沉淀區(qū)設(shè)在高效菌降解區(qū)的外部,處理后的出水經(jīng)沉淀后從其上端的溢流槽流出;其底部設(shè)有排泥口,可排出剩余污泥。
      所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其所述工程菌,是受體細(xì)胞為大腸桿菌株BL21(DE3),質(zhì)粒載體為pETDuet,攜帶有兩種有機(jī)磷水解酶基因OPH和B1,經(jīng)轉(zhuǎn)化得到高效表達(dá)這兩種解毒酶基因的基因工程菌;混合菌,是從農(nóng)藥廠附近的土壤中分離得到的混合菌群。
      所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其所述固定化材料,為聚乙烯醇凝膠顆粒。
      一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器的廢水處理方法是廢水從固定化生物反應(yīng)區(qū)底部進(jìn)入,向上流動(dòng),主要目標(biāo)污染物被固定化工程菌降解;被初步降解的污染物和降解產(chǎn)生的中間產(chǎn)物經(jīng)導(dǎo)流孔進(jìn)入綜合降解區(qū),被混合菌徹底降解;最后,經(jīng)工程菌和混合菌處理的廢水從導(dǎo)流槽進(jìn)入沉淀區(qū),經(jīng)固液分離后從出水口排出;經(jīng)重力濃縮后的污泥回流到綜合降解區(qū),部分剩余污泥排放。
      所述的方法,微生物生長(zhǎng)和代謝所需的溶解氧由空氣泵提供,分別進(jìn)入固定化生物反應(yīng)區(qū)、綜合降解區(qū),廢水經(jīng)由水泵送入反應(yīng)器,并依次流經(jīng)三個(gè)區(qū)域得到徹底降解。
      所述的方法,當(dāng)固定化生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固定化工程菌活性喪失后,將其從固定化生物反應(yīng)區(qū)的排泥口排出,然后重新加入新的固定化工程菌,反應(yīng)器仍能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
      本發(fā)明的特點(diǎn)是生物處理裝置的主體由固定化生物反應(yīng)區(qū)和綜合降解區(qū)構(gòu)成,它們協(xié)同作用共同完成污染物的降解。廢水首先進(jìn)入固定化生物反應(yīng)區(qū),該區(qū)裝填已包埋超級(jí)工程菌的固定化材料,超級(jí)工程菌的構(gòu)建是針對(duì)廢水中的主要目標(biāo)污染物,其它污染物則由綜合降解區(qū)混合菌繼續(xù)降解。將工程菌和混合菌分開培養(yǎng)和使用,能有效發(fā)揮兩類菌的優(yōu)勢(shì)和作用。工程菌的降解速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混合菌,可有效降低主要目標(biāo)污染物的濃度,減少高濃度污染物對(duì)混合菌的毒害;未被降解的污染物以及產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在綜合降解區(qū)被混合菌進(jìn)一步分解,得到無害的終產(chǎn)物。將工程菌和混合菌分開,還可以避免混合菌在工程菌載體表明生長(zhǎng),影響載體中固定的工程菌的活性。例如,在處理農(nóng)藥廢水時(shí),常規(guī)生物法需要將農(nóng)藥廢水大量稀釋才能滿足處理的需要,而本發(fā)明利用固定化工程菌和混合菌的協(xié)同作用可以大大減少廢水的稀釋倍數(shù),甚至可以不需要稀釋就能達(dá)到處理的要求,因此,本發(fā)明的反應(yīng)器占地面積較小,投資和運(yùn)行費(fèi)用較低。
      本發(fā)明的設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)1.將工程菌和混合菌的優(yōu)勢(shì)結(jié)合,研制成一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡(jiǎn)潔、占地面積小,運(yùn)行操作與維護(hù)簡(jiǎn)單。
      2.將工程菌和混合菌分開,既可以有效發(fā)揮兩類菌的優(yōu)勢(shì)和作用,又可以避免混合菌在載體表明生長(zhǎng),影響載體中固定的工程菌的活性。將工程菌固定在載體上,可以防止工程菌的流失。
      3.可以大大減少廢水的稀釋倍數(shù),減少反應(yīng)器體積,減少后續(xù)深度處理的費(fèi)用,降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。


      圖1是本發(fā)明處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
      具體實(shí)施例方式
      實(shí)施例1農(nóng)藥廢水處理請(qǐng)參見圖1。
      本發(fā)明處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器,是有機(jī)玻璃制成的固定化菌-高效菌聯(lián)合作用一體化反應(yīng)器,其基本結(jié)構(gòu)為圓柱錐形,由同心圓環(huán)和圓錐構(gòu)成,其尺寸為上底直徑520mm,下底直徑320mm,總高度490mm,包括固定化生物反應(yīng)區(qū)1、綜合降解區(qū)2和沉淀區(qū)3構(gòu)成。
      試驗(yàn)中使用的基因工程菌由中國科學(xué)院動(dòng)物所農(nóng)業(yè)蟲鼠害綜合治理與研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供,受體細(xì)胞為大腸桿菌株BL21(DE3),質(zhì)粒載體為pETDuet,攜帶有兩種有機(jī)磷水解酶基因OPH和B1,經(jīng)轉(zhuǎn)化得到高效表達(dá)這兩種解毒酶基因的基因工程菌?;旌暇菑霓r(nóng)藥廠附近的土壤中分離得到的混合菌群,由本實(shí)驗(yàn)室保存。
      在固定化生物反應(yīng)區(qū)1內(nèi)部填充有固定化材料聚乙烯醇凝膠顆粒19,攜帶兩種有機(jī)磷水解酶基因的工程菌固定在聚乙烯醇凝膠顆粒19內(nèi)。固定化生物反應(yīng)區(qū)1底部設(shè)有一進(jìn)水口5、一進(jìn)氣口9和一排泥口4,進(jìn)水口5外端與污水泵6相通,進(jìn)氣口9內(nèi)末端接有曝氣頭7,外端與空氣泵11相通。頂部設(shè)有一排氣孔10。固定化生物反應(yīng)區(qū)1側(cè)壁上部開有多個(gè)導(dǎo)流孔12,每一導(dǎo)流孔12外面加設(shè)了一層篩網(wǎng),篩網(wǎng)孔徑為1~2mm。固定化生物反應(yīng)區(qū)1通過多個(gè)導(dǎo)流孔12與綜合降解區(qū)2連通。
      綜合降解區(qū)2底部安裝有曝氣條14,內(nèi)部填充有填料13,其側(cè)壁的中部位置開有若干液體導(dǎo)流槽15,液體導(dǎo)流槽15底部設(shè)置有一圈氣泡阻隔板16,側(cè)壁底部有若干污泥回流槽18,高效菌降解區(qū)2通過液體導(dǎo)流槽15和污泥回流槽18與沉淀區(qū)3相通。
      沉淀區(qū)3側(cè)壁的上部開有多個(gè)出水口8,底部有排泥口17,剩余污泥從排泥口17排出。
      廢水從固定化生物反應(yīng)區(qū)1底部進(jìn)入生物反應(yīng)器內(nèi),廢水中的有機(jī)磷農(nóng)藥污染物被聚乙烯醇凝膠顆粒19中固定化工程菌降解;未被降解的其它有機(jī)污染物和中間產(chǎn)物經(jīng)導(dǎo)流孔12進(jìn)入到綜合降解區(qū)2內(nèi),被吸附在填料13上和懸浮生長(zhǎng)的混合菌進(jìn)一步降解,凈化后的水從綜合降解區(qū)2的液體導(dǎo)流槽15進(jìn)入沉淀區(qū)3,并最終從出水口8排出。沉淀區(qū)3的沉淀污泥可以回流至綜合降解區(qū)2,剩余污泥從排泥口17排出。
      微生物生長(zhǎng)和代謝所需的溶解氧由空氣泵11提供,分別進(jìn)入固定化生物反應(yīng)區(qū)1、綜合降解區(qū)2,廢水經(jīng)由水泵6送入反應(yīng)器,并依次流經(jīng)三個(gè)區(qū)域得到徹底降解。
      固定化生物反應(yīng)區(qū)1內(nèi),包埋在聚乙烯醇凝膠顆粒19中的固定化工程菌活性喪失后,將凝膠顆粒19從固定化生物反應(yīng)區(qū)1的排泥口4排出,然后加入新的包埋有工程菌的聚乙烯醇凝膠顆粒,反應(yīng)器可以繼續(xù)正常運(yùn)行。
      含DDVP、對(duì)硫磷、馬拉硫磷和甲基對(duì)硫磷的有機(jī)磷混合農(nóng)藥模擬廢水,從進(jìn)水口5進(jìn)入生物反應(yīng)器,農(nóng)藥總濃度為40ppm、單一農(nóng)藥濃度為10ppm,甲醇濃度為3200mg/L。進(jìn)水流量為101/d,水力停留時(shí)間為4d,生物反應(yīng)的溫度為30℃。進(jìn)水口5的COD值為3273mg/L,出水口8的COD值為276mg/L,去除率為91.6%,DDVP、對(duì)硫磷、馬拉硫磷和甲基對(duì)硫磷的去除率分別為97.5%、100%、100%和71.2%。
      權(quán)利要求
      1.一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是該設(shè)備由帶有工程菌的固定化生物反應(yīng)區(qū)、帶有高效混合菌的綜合降解區(qū)和沉淀區(qū)構(gòu)成;固定化生物反應(yīng)區(qū)底部開有一進(jìn)水口、一進(jìn)氣口和一排泥口,進(jìn)氣口末端有曝氣頭;頂部設(shè)有排氣孔;外側(cè)壁上部開有多個(gè)導(dǎo)流孔,固定化生物反應(yīng)區(qū)通過導(dǎo)流孔與綜合降解區(qū)連通;綜合降解區(qū)底部設(shè)有曝氣條,內(nèi)部填充有填料,其外側(cè)壁的中部開有一圈導(dǎo)流槽,底部開有污泥回流槽,導(dǎo)流槽和污泥回流槽與沉淀區(qū)連通;沉淀區(qū)上部有多個(gè)排水口,底部有排泥口。
      2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是反應(yīng)器整體由多個(gè)同心圓筒構(gòu)成,所述固定化生物反應(yīng)區(qū)在反應(yīng)器的最里面,綜合降解區(qū)位于同心圓筒由內(nèi)向外的第二層,沉淀區(qū)設(shè)在同心圓筒的最外層。
      3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是所述固定化生物反應(yīng)區(qū),其內(nèi)部填充有作為生物載體的固定化材料,工程菌包埋在材料內(nèi)。
      4.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是所述綜合降解區(qū),其外側(cè)壁的中部設(shè)有多個(gè)液體導(dǎo)流槽,導(dǎo)流槽下面有一圈氣泡阻隔板,外側(cè)壁的底部設(shè)有多個(gè)污泥回流槽。
      5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是所述固定化生物降解區(qū)的多個(gè)導(dǎo)流孔,每一導(dǎo)流孔外面加設(shè)了一層篩網(wǎng),篩網(wǎng)孔徑為1~2mm。
      6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是所述工程菌,是受體細(xì)胞為大腸桿菌株BL21(DE3),質(zhì)粒載體為pETDuet,攜帶有兩種有機(jī)磷水解酶基因OPH和B1,經(jīng)轉(zhuǎn)化得到高效表達(dá)這兩種解毒酶基因的基因工程菌;混合菌,是從農(nóng)藥廠附近的土壤中分離得到的混合菌群。
      7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合生物反應(yīng)器,其特征是所述固定化材料,為聚乙烯醇凝膠顆粒。
      8.一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器的廢水處理方法,其特征是廢水從固定化生物反應(yīng)區(qū)底部進(jìn)入生物反應(yīng)器內(nèi),向上流動(dòng),經(jīng)由帶有工程菌的固定化生物反應(yīng)區(qū),廢水中的主要目標(biāo)污染物被固定在載體上的工程菌降解;未被降解的其它污染物和代謝中間產(chǎn)物經(jīng)導(dǎo)流孔進(jìn)入綜合降解區(qū)內(nèi),被附著生長(zhǎng)在填料上和懸浮生長(zhǎng)的混合菌降解,凈化后的水從沉淀區(qū)的排水口排出,剩余污泥從沉淀區(qū)的排泥口排出。
      9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征是固定化生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的固定化工程菌活性喪失后,將其從固定化生物反應(yīng)區(qū)的排泥口排出,然后重新加入新的固定化工程菌,反應(yīng)器仍能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
      全文摘要
      本發(fā)明是一種處理高濃度難降解廢水的復(fù)合生物反應(yīng)器,由固定化生物反應(yīng)區(qū)、綜合降解區(qū)和沉淀區(qū)三部分構(gòu)成。固定化生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)有工程菌,底部開有進(jìn)水口、進(jìn)氣口和排泥口,頂部有排氣孔,進(jìn)氣口與進(jìn)氣管和曝氣頭相連,該區(qū)的外側(cè)壁上部并排設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流孔,導(dǎo)流孔與綜合降解區(qū)連通;綜合降解區(qū)內(nèi)有混合菌,內(nèi)部填充填料,底部裝有曝氣條,外側(cè)壁的中部設(shè)有多個(gè)液體導(dǎo)流槽,液體導(dǎo)流槽下部有環(huán)形氣泡阻隔板,底部設(shè)有多個(gè)污泥回流槽,液體導(dǎo)流槽和污泥回流槽均與沉淀區(qū)連通;沉淀區(qū)上部設(shè)有排水口,底部設(shè)有排泥口。本發(fā)明通過工程菌與混合菌的復(fù)合作用,使廢水得到有效處理。本發(fā)明反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊,可大大減少廢水稀釋倍數(shù),體積小,成本低。
      文檔編號(hào)C02F3/34GK1978343SQ20051012623
      公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
      發(fā)明者劉俊新, 謝珊, 李琳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
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