厭氧流化床生物反應器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及厭氧流化床生物反應器及其使用方法，它包括：床體、封頭、分離器、蠕動泵和離心泵，床體由直管、變徑管和頂管組成，頂管在直管的上方，變徑管連接在頂管和直管之間，直管、變徑管和頂管被連接在一起，封頭通過法蘭裝在頂管上，頂管通過連通管與分離器相連，分離器底部開有循環(huán)液口，分離器的上部開有排水口，循環(huán)液口通過離心泵與直管的底部相連，廢水通過蠕動泵進入床體的底部，在直管上還裝有加熱器，床體內(nèi)裝有沸石，沸石的比表面積為20-25m2/g；本發(fā)明使細菌生物膜附著沸石上，提高工業(yè)廢水和剩余污泥與細菌生物膜之間的傳質(zhì)效率，并且充分利用流化床技術的優(yōu)勢，使工業(yè)污水和污水廠剩余污泥的處理效率大大提高。
【專利說明】厭氧流化床生物反應器及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種厭氧流化床生物反應器及其使用方法，特別涉及了一種處理工業(yè)廢水和和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的厭氧流化床生物反應器及其使用方法。
【背景技術】 [0002]厭氧處理工業(yè)污水工藝適于處理高COD濃度的工業(yè)廢水(如食品廢水和發(fā)酵廢水)和污水廠剩余污泥，較之好氧工藝有以下優(yōu)勢:1)生物固體產(chǎn)量低。好氧處理中，超過一半的廢水BOD被轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)，這些細胞物質(zhì)成為剩余污泥需要進一步處理且處理費用很高。厭氧處理中，只有5%-15%的BOD被用于細胞合成，這樣顯著降低了后續(xù)處理負擔。2)營養(yǎng)需求少。某些工業(yè)廢水缺乏營養(yǎng)元素(如氮和磷)，處理這些廢水時需投加這些營養(yǎng)元素，由于厭氧系統(tǒng)中生物產(chǎn)量低，因此所需投加的營養(yǎng)元素也少。3)最終產(chǎn)物甲烷，是一種易于應用的能源；4)相比于好氧處理過程需外加能量來驅(qū)動曝氣系統(tǒng)，設施運行的主要成本高的特點，厭氧處理是一個凈產(chǎn)生能量的過程，因此是一種節(jié)能和產(chǎn)能的污染治理方法。5)單位體積負荷大大高于好氧處理工藝，所以厭氧處理很適合高濃度廢水的處理。
[0003]現(xiàn)有的各種厭氧消化技術及設備都有其優(yōu)缺點。
[0004]早期的厭氧反應器沒有攪拌，結(jié)果導致被處理污水或城市污泥和發(fā)酵微生物不能有效接觸，為此這種厭氧消化罐通常需要間歇工作，需要用很長的工作時間(例如30-60天)使被處理的污水或污泥消化分解。
[0005]設計有攪拌裝置的厭氧完全混合反應器(CSTR)在此基礎上進行了改進，在出水沉淀池中增設了污泥回流裝置，增大了厭氧反應器中的污泥濃度，避免有用微生物的流失，處理效率得到一定的提高。這種技術的優(yōu)點對處理廢水中懸浮物含量適應性強，可以處理固體懸浮物含量較高的工業(yè)污水。主要缺點是水力停留時間長，有機負荷處理水平相對較低，中溫(30-40°C)下，容積負荷水平不高于4-5KgC0D/(m3.d)，只相當與高速厭氧反應器的1/5-1/3。裝置需占用的空間往往很大。
[0006]20世紀70年代厭氧濾池(AF)產(chǎn)生了。它的特點在于在反應器中加入固體填料，微生物附著生長在填料的表面，將平均水力停留時間與生物固體停留時間相分離，厭氧微生物停留時間可以長達上百天，這就使得厭氧處理高濃度污水的停留時間從過去的幾天或幾十天縮短到幾小時或幾天。在相同的溫度下，厭氧濾池的負荷高出厭氧接觸工藝(CSTR) 2~3倍，同時有很高的COD去除率。
[0007]但厭氧濾池也有自身弱點，由于廢水中懸浮物的存在會加劇厭氧濾池堵塞的問題，AF以處理可溶性有機廢水為主，一般控制進水懸浮物大約在200mg/L以下。這在一定程度上限制了厭氧濾池的應用。
[0008]1979年荷蘭Wagningen大學的Letting研制了一種重要的厭氧反應器_升流式厭氧反應器(UASB)，在80年代及以后有了大量的應用。UASB的最大特點是:設備啟動時，須接種特制的甲烷菌屬占優(yōu)勢的微生物顆粒，這些顆粒在廢水中起者厭氧消化的作用。隨著運行時間的延長，新生成的生物固體逐漸形成了“顆粒污泥”，反應器內(nèi)顆粒污泥保證了高濃度的厭氧微生物，使得設備的處理效率和容積負荷大大增加。
[0009]在已開發(fā)的高效厭氧反應器中，UASB反應器是應用最為廣泛的厭氧反應器，已成功地應用于許多種廢水的處理。這種反應器后來又發(fā)展出它的改進型一EGSB厭氧反應器，UASB和EGSB反應器的有機處理負荷高，可達8-15KgC0D/(m3.d)(以處理造紙廢水為例)，同時處理周期大為縮短。但反應器也存在以下缺點:反應器內(nèi)可能出現(xiàn)短流現(xiàn)象，影響處理能力，特別是當反應器容積較大，布水是否均勻是引起短流的重要因素；另外UASB和EGSB對被處理污水的固體懸浮物濃度較為敏感，不能處理固體懸浮物較高的工業(yè)廢水和污水廠剩余污泥。
[0010]基于以上的問題，我們的發(fā)明的主要內(nèi)容是利用厭氧循環(huán)液固流化床處理高濃度工業(yè)廢水和污水處理廠的剩余污泥。原理是將厭氧污水處理工藝與液固流化床生物反應器技術結(jié)合起來。
[0011]同時厭氧循環(huán)液固流化床技術可以處理固體懸浮濃度較高的廢水，如釀酒廠廢水和污水廠污泥，可以處理COD濃度高達30000mg/L，懸浮固體濃度達到50g/L的廢液和泥漿，這種高的懸浮固體濃度的廢液是UASB和EGSB等高效反應器難以處理的；同時厭氧循環(huán)液固流化床技術的處理負荷可以達到10_15KgC0D/(m3.d)。雖然厭氧完全混合反應器(CSTR)可以處理高的懸浮固體濃度的廢液，但是其處理負荷低，處理時間長，處理高COD濃度的廢液和廢泥需要很長的水力 停留時間(20天以上)和很大的設備容積，占地面積大。而厭氧液固流化床技術由于載體微生物與廢水之間的高效傳質(zhì)效果，具有處理時間短，處理負荷高，對廢液懸浮固體濃度接受度大的多重優(yōu)點。是一種處理高COD濃度工業(yè)廢水和城市污泥的創(chuàng)新技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本申請的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有的厭氧流化床占地面積大、處理時間長的缺點，而提供一種厭氧流化床生物反應器及其使用方法。
[0013]為了完成本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0014]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，它包括:床體、封頭、分離器、蠕動泵和離心泵，其中:床體由直管、變徑管和頂管組成，頂管在直管的上方，變徑管連接在頂管和直管之間，直管、變徑管和頂管被連接在一起，封頭通過法蘭裝在頂管上，頂管通過連通管與分離器相連，分離器底部開有循環(huán)液口，分離器的上部開有排水口，循環(huán)液口通過離心泵與直管的底部相連，廢水通過蠕動泵進入床體的底部，在直管上還裝有加熱器，床體內(nèi)裝有沸石，沸石的比表面積為20-25m2/g ；
[0015]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:在直管上還裝有在線溫度儀和pH檢測儀，在頂管和變徑管內(nèi)裝有一擋板，擋板與變徑管之間的間隙為l_2mm，它用于擋住污泥；
[0016]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:所述封頭上開有甲烷混合氣體排出口、氮氣加入口和空氣排出口，甲烷混合氣體排出口通過管道與集氣瓶相通，在該管道上裝有濕式氣體流量計；
[0017]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:所述分離器的底部還開有廢泥排口 ；
[0018]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:所述頂管橫截面積為直管橫截面積的2-2.5倍，直管、變徑管和頂管的橫截面為圓形或矩形；[0019]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:床體的高度與直管橫截面積的開方之比為15-18倍；
[0020]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:直管:變徑管:頂管的長度之比為10-15: 1-0.5.: 1-2 ；
[0021]本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器，其中:所述直管的外側(cè)還裝有保溫層，保溫層外側(cè)用深色薄膜包裹，直管上裝有耳座，用于支撐床體；
[0022]利用本發(fā)明厭氧流化床生物反應器來處理高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的方法，其中:它包括以下步驟:
[0023](A)接種污泥液:
[0024]先將封頭打開，將床體內(nèi)裝入沸石，沸石的裝入量為直管高度的1/4-1/5 ；
[0025]將含有產(chǎn)甲烷厭氧菌的接種液從頂管(19)上部注入床體中，接種液為來自污水處理廠消化池的活性污泥泥漿，固體懸浮物含量(TSS)為16-25g/L，可揮發(fā)固體懸浮物含量(VSS)為12-20g/L，在35°C和I個大氣壓條件下，泥漿的產(chǎn)甲烷厭氧菌活性為甲烷產(chǎn)氣率0.8-0.85L/g VSS.d，使液位達到連通管(6)的分離器(7)上部排水口(8)時，合上封頭
(21)并密封。打開離心泵(11)，同時向床體內(nèi)通入0.02-0.05Mpa的氮氣5-15分鐘，并且同時打開空氣排出口(5)，使床體內(nèi)的空氣排出后，關閉空氣排出口(5)；
[0026]打開加熱器，對床體內(nèi)的液體進行加溫，觀察在線溫度儀的溫度，當在線溫度儀指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器；使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C _39°C之間；調(diào)整離心泵流量，使液體在直管中的流速為1.2cm/s至1.5cm/s，沸石發(fā)生流化，沸石懸浮在直管和變徑管內(nèi)，將床體的上述狀態(tài)維持48-72小時；
[0027](B)加入人工配置的廢水
[0028]從蠕動泵將人工配置的廢水泵入床體內(nèi)，在0-48小時內(nèi)，蠕動泵泵入人工配置的廢水的量為1.1-1.2L/h，在48-144-小時內(nèi)蠕動泵泵入人工配置的廢水的量為1.6_2L/h，在144小時以后蠕動泵泵入人工配置的廢水的量為2.2-2.8L/h，同時打開排水口，維持上述運行狀態(tài)到288小時以上；
[0029]人工配置的廢水中各組分含量:
[0030]葡萄糖5-10g/L，乙酸 6-10mL/L，NH4Cll.0-2.0g/L，K2HPO40.1-0.2g/L，MgSO4.7H200.05-0.06g/L,酵母提取物 0.05-0.06g/L, FeCl2.4H202_4mg/L，MnCl2.4H201mg/L, H3BO30.lmg/L, ZnCl20.lmg/L, AlCl30.lmg/L, CoCl2.6H200.lmg/L, NiCl20.lmg/L 和NaHC0315-20g/L,人工配置的廢水的COD含量在11000mg/L-15000mg/L，配置過程中測定人工配置的廢水PH值，如果其低于6.0，加入一定量的NaOH溶液，直到達到6.0 ；
[0031]在上述狀態(tài)運行到第288小時后，從排水口中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，進入步驟(C)，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，仍保持現(xiàn)有狀態(tài)，直到檢測得到的COD含量低于1500mg/L后，進入步驟(C)；
[0032]在進行步驟⑶的過程中，同時觀察在線溫度儀的溫度，當在線溫度儀指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器，使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39°C之間；同時始終保持液體在直管中的流速為 1.2cm/s—1.5cm/s ；
[0033](C)加入工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿[0034]從蠕動泵將占總廢水體積50 %的人工配置廢水和占總廢水體積50 %的工業(yè)高濃度廢水或者污水廠處理剩余污泥泥漿泵入床體內(nèi)，工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿的COD含量在10000mg/L-20000mg/L之間，以1.1-1.2L/h的速度從蠕動泵泵入床體內(nèi)，持續(xù)上述狀態(tài)7天以上，在上述狀態(tài)運行7天后，從排水口中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，保持現(xiàn)有人工配置廢水在總廢水中的體積比例，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，逐漸加大高濃度工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥在總廢水中的體積，同時保證從排水口中處理后水的COD含量低于1500mg/L,直到廢水全部為高濃度工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥為止，且高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的進入量達到2.5-3.0L/h.；
[0035]在進行步驟(C)的同時，觀察在線溫度儀的溫度，當在線溫度儀指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器，使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39°C之間；保持液體在直管中的流速為1.2cm/s 至 L 5cm/s ;
[0036]利用本發(fā)明厭氧流化床生物反應器來處理高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的方法，其中:所述的產(chǎn)甲烷厭氧菌為甲烷八疊菌屬和甲烷絲菌屬的產(chǎn)甲烷厭氧菌，它來自污水處理廠厭氧消化池中。
[0037]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比具有以下優(yōu)點:
[0038]I)采用體積較小的顆粒作為生物載體，使細菌生物膜附著其上，利用小顆粒巨大的比表面積，提高工業(yè)廢水和剩余污泥與細菌生物膜之間的的傳質(zhì)效率；
[0039]2)本發(fā)明篩選出沸石顆粒作為生`物膜載體，且選擇直徑0.4mm-0.8mm范圍的顆粒作為實際載體，沸石顆粒內(nèi)部結(jié)構具有多孔性，使生物膜易于生長其內(nèi)外表面上，為微生物膜的固定提供了巨大的表面和良好的保證；且附著其內(nèi)表面上細菌生物膜比較穩(wěn)定，不易受水力條件的影響而脫落，提供了工業(yè)污水或污泥與細菌生物膜相互作用，發(fā)生傳質(zhì)過程有利條件。
[0040]3)充分利用流化床技術的優(yōu)勢，采用較高的污水上升流速使顆粒保持懸浮狀態(tài)，同時顆粒周圍較高的水流速度使溶解性有機物在液體和載體表面之間傳質(zhì)良好，使工業(yè)污水和污水廠剩余污泥的處理效率大大提高。
[0041]4)本項厭氧流化床生物反應器有較高的處理能力，在運行穩(wěn)定后，平均容積負荷可以達到 30-35KgC0D/ml d。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器的正向剖面示意圖。
[0043]在圖1中，標號I為集氣瓶；標號2為濕式氣體流量計；標號3為甲烷混合氣體排出口 ；標號4為氮氣加入口 ；標號5為空氣排出口 ；標號6為連通管；標號7為分離器；標號8為排水口 ；標號9為循環(huán)液口 ；標號10為廢泥排口 ；標號11為離心泵；標號12為螺動泵；標號13為保溫層；標號14為沸石；標號15為變徑管；標號16為在線溫度儀；標號17為加熱器；標號18為擋板；標號19為頂管；標號20為法蘭；標號21為封頭；標號22為直管；標號23為pH檢測儀；標號24為耳座?！揪唧w實施方式】
[0044]如圖1所示，本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器包括:床體、封頭21、分離器7、蠕動泵12和離心泵11，床體由直管22、變徑管15和頂管19組成，頂管19在直管22的上方，變徑管15連接在頂管19和直管22之間，直管22、變徑管15和頂管19被連接在一起，封頭21通過法蘭20裝在頂管19上，封頭21上開有甲烷混合氣體排出口 3、氮氣加入口 4和空氣排出口 5，甲烷混合氣體排出口 3通過管道與集氣瓶I相通，在該管道上裝有濕式氣體流量計2。頂管19通過連通管6與分離器7相連，分離器7底部開有循環(huán)液口 9和廢泥排口10，分離器7的上部開有排水口 8，循環(huán)液口 9通過離心泵11與直管22的底部相連，廢水通過蠕動泵12進入床體的底部，在直管22上還裝有加熱器17，在直管22上還裝有在線溫度儀16和pH檢測儀23，在頂管19和變徑管15內(nèi)裝有一擋板18，擋板18距變徑管15上端的距離為l_2mm，它用于擋住污泥。頂管19橫截面積為直管22橫截面積的2-2.5倍，直管22、變徑管15和頂管19的橫截面為圓形或矩形，床體的高度與直管橫截面積的開方之比為15-18倍；直管22:變徑管15:頂管19的長度之比為10-15: 1-0.5.: 1_2。直管22的外側(cè)還裝有保溫層13，保溫層外用深色薄膜包裹避光，直管22上裝有耳座24，用于支撐床體。床體內(nèi)裝有沸石14,沸石14的比表面積為20-25m2/g。
[0045]利用本發(fā)明的厭氧流化床生物反應器來處理高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的方法，它包括以下步驟:
[0046](A)接種污泥液:
[0047]先將封頭21打 開，將床體內(nèi)裝入沸石14，沸石14的裝入量為直管22高度的1/4-1/5 ；
[0048]將含有產(chǎn)甲烷厭氧菌的接種液從頂管19上部注入床體中，接種液為來自污水處理廠消化池的活性污泥泥漿，固體懸浮物含量(TSS)為16-25g/L，可揮發(fā)固體懸浮物含量(VSS)為12-20g/L，在35°C和I個大氣壓條件下，泥漿的產(chǎn)甲烷厭氧菌活性為甲烷產(chǎn)氣率
0.8-0.85L/g VSS.d，使液位達到連通管6的分離器7上部排水口 8時，合上封頭21并密封。打開離心泵11，同時向床體內(nèi)通入0.02-0.05Mpa的氮氣5_15分鐘，并且同時打開空氣排出口 5，使床體內(nèi)的空氣排出后，關閉空氣排出口 5;
[0049]打開加熱器17，對床體內(nèi)的液體進行加溫，觀察在線溫度儀16的溫度，當在線溫度儀16指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器17 ;使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39°C之間；
[0050]調(diào)整離心泵11流量，使液體在直管22中的流速為1.2cm/s至1.5cm/s，沸石14發(fā)生流化，沸石14主要懸浮在直管22，在變徑管15內(nèi)有少量的沸石14，在頂管19內(nèi)基本上沒有沸石14，將床體的上述狀態(tài)維持48-72小時；
[0051](B)加入人工配置的廢水
[0052]從蠕動泵12將人工配置的廢水泵入床體內(nèi)，在0-48小時內(nèi)，蠕動泵12泵入人工配置的廢水的量為1.1-1.2L/h，在48-144-小時內(nèi)蠕動泵12泵入人工配置的廢水的量為
1.6-2L/h，在144小時以后蠕動泵12泵入人工配置的廢水的量為2.2-2.8L/h，同時打開排水口 8，維持上述運行狀態(tài)到288小時以上；
[0053]人工配置的廢水中各組分含量:
[0054]葡萄糖8-10g/L，乙酸 8-10mL/L，NH4Cll.5-2g/L，K2HPO40.1-0.2g/L，MgSO4.7Η200.05-0.06g/L,酵母提取物 0.05-0.06g/L, FeCl2.4H202mg/L, MnCl2.4Η200.5mg/L, H3BO30.05mg/L, ZnCl20.05mg/L, AlCl30.05mg/L, CoCl2.6H200.05mg/L, NiCl20.05mg/L,NaHC0315-20g/L,人工配置的廢水的COD含量在10000mg/L-12000mg/L，配置過程中測定人工配置的廢水PH值，如果其低于6.0，增加NaHCO3的加入量，直到達到6.0 ；
[0055]在上述狀態(tài)運行到第288小時后，從排水口 8中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，進入步驟(C)，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，仍保持現(xiàn)有狀態(tài)，直到檢測得到的COD含量低于1500mg/L后，進入步驟(C)；
[0056]在進行步驟⑶的過程中，同時觀察在線溫度儀16的溫度，當在線溫度儀16指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器17對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀16指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器17，使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39 V之間；同時始終保持液體在直管22中的流速為1.2cm/s—1.5cm/s ；
[0057](C)加入工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿[0058]從蠕動泵12將占總廢水體積50 %的人工配置廢水和占總廢水體積50 %的工業(yè)高濃度廢水或者污水廠處理剩余污泥泥漿泵入床體內(nèi)，工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿的COD含量在10000mg/L-20000mg/L之間，以1.1-1.2L/h的速度從蠕動泵12泵入床體內(nèi)，持續(xù)上述狀態(tài)7天以上，在上述狀態(tài)運行7天后，從排水口 8中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，保持現(xiàn)有人工配置廢水在總廢水中的體積比例，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，逐漸加大高濃度工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥在總廢水中的體積，同時保證從排水口 8中處理后水的COD含量低于1500mg/L，直到廢水全部為高濃度工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥為止，且高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的進入量達到2.5-3.0L/h.；
[0059]在進行步驟(C)的同時，觀察在線溫度儀16的溫度，當在線溫度儀16指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器17對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀16指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器17，使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C _39°C之間；保持液體在直管22中的流速為1.2cm/s至1.5cm/s0
[0060]本發(fā)明利用厭氧循環(huán)液固流化床處理高濃度工業(yè)廢水和污水處理廠的剩余污泥。該項研究將厭氧污水處理工藝與液固流化床生物反應器技術結(jié)合起來。技術創(chuàng)新點為:1)采用體積較小的顆粒作為生物載體，使細菌生物膜附著其上，利用小顆粒巨大的比表面積，提高工業(yè)廢水與細菌生物膜之間的的傳質(zhì)效率；2)充分利用流化床技術的優(yōu)勢，采用較高的污水上升流速使顆粒保持懸浮狀態(tài)，同時顆粒周圍較高的水流速度使溶解性有機物在液體和載體表面之間傳質(zhì)良好，使工業(yè)污水和污水廠剩余污泥的處理效率大大提高。
[0061]厭氧處理工業(yè)污水工藝對于適合的水質(zhì)(如食品廢水和發(fā)酵廢水)較之好氧工藝有以下優(yōu)勢:1)生物固體產(chǎn)量低。好氧處理中，超過一半的廢水BOD被轉(zhuǎn)化為細胞物質(zhì)，這些細胞物質(zhì)需要進一步處理且處理費用很高。厭氧處理中，只有5 % —15 %的BOD被用于細胞合成，這樣顯著降低了后續(xù)處理負擔。2)營養(yǎng)需求少。某些工業(yè)廢水缺乏營養(yǎng)元素(如氮和磷)，處理這些廢水時需投加這些營養(yǎng)元素，由于厭氧系統(tǒng)中生物產(chǎn)量低，因此所需投加的營養(yǎng)元素也少。3)最終產(chǎn)物甲烷，是一種易于應用的能源；4)相比于好氧處理過程需外加能量來驅(qū)動曝氣系統(tǒng)，設施運行的主要成本高的特點，厭氧處理是一個凈產(chǎn)生能量的過程，因此是一種節(jié)能和產(chǎn)能的污染治理方法。5)單位體積負荷大大高于好氧處理工藝，所以厭氧處理很適合高濃度廢水的處理。
[0062]本發(fā)明篩選出沸石顆粒作為生物膜載體，且選擇直徑0.4mm-0.8mm范圍的顆粒作為實際載體，使生物膜能夠易于生長其內(nèi)外表面上，沸石具有巨大的比表面積，小顆粒為微生物膜的固定提供了巨大的表面，且細菌生物膜易于附著其內(nèi)外表面上，提供了工業(yè)污水或污泥與細菌生物膜相互作用，發(fā)生傳質(zhì)過程有利條件。流化床中的生物質(zhì)濃度可以很高，達到 10-40g/L.[0063]本發(fā)明研制出了適合的流化床結(jié)構形式(見附圖1)，由于生物粒子在液固流化床反應器中呈流態(tài)化，因此提高了傳質(zhì)速度，因而縮短了水力停留時間。
[0064]本發(fā)明馴化出適宜工業(yè)污水處理的厭氧菌種，使厭氧生物處理高濃度廢水能夠連續(xù)、有效的進行。
[0065]采用此種形式的厭氧流化床生物反應器，進行污水處理廠剩余污泥的處理，在設備啟動運行20天后，設備進入穩(wěn)定運行階段。此時進入流化床的污泥漿料COD為11500mg/L，經(jīng)處理后，COD降為1340mg/L，COD去除率達到88%。
[0066]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況`下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
【權利要求】
1.一種厭氧流化床生物反應器，它包括:床體、封頭(21)、分離器(7)、蠕動泵(12)和離心泵(11)，其特征在于:床體由直管(22)、變徑管(15)和頂管(19)組成，頂管(19)在直管(22)的上方，變徑管(15)連接在頂管(19)和直管(22)之間，直管(22)、變徑管(15)和頂管(19)被連接在一起，封頭(21)通過法蘭(20)裝在頂管(19)上，頂管(19)通過連通管(6)與分離器(7)相連，分離器(7)底部開有循環(huán)液口(9)，分離器(7)的上部開有排水口(8)，循環(huán)液口(9)通過離心泵(11)與直管(22)的底部相連，廢水通過蠕動泵(12)進入床體的底部，在直管(22)上還裝有加熱器(17)，床體內(nèi)裝有沸石(14)，沸石(14)的比表面積為 20-25m2/g。
2.如權利要求1所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:在直管(22)上還裝有在線溫度儀(16)和pH檢測儀(23);在頂管(19)和變徑管(15)內(nèi)裝有一擋板(18)，擋板(18)與變徑管(15)之間的間隙為1_2_，它用于擋住污泥。
3.如權利要求2所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:所述封頭(21)上開有甲烷混合氣體排出口(3)、氮氣加入口(4)和空氣排出口(5)，甲烷混合氣體排出口(3)通過管道與集氣瓶(I)相通，在該管道上裝有濕式氣體流量計(2)。
4.如權利要求3所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:所述分離器(7)的底部還開有廢泥排口(10)。
5.如權利要求4所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:所述頂管(19)橫截面積為直管(22)橫截面積的2-2.5倍，直管(22)、變徑管(15)和頂管(19)的橫截面為圓形或矩形。
6.如權利要求5所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:床體的高度與直管橫截面積的開方之比為15-18倍。
7.如權利要求6所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:直管(22):變徑管(15):頂管(19)的長度之比為 10-15: 1-0.5.: 1-2。
8.如權利要求7所述的厭氧流化床生物反應器，其特征在于:所述直管(22)的外側(cè)還裝有保溫層(13)，保溫層(13)的外側(cè)用深色薄膜包裹，直管(22)上裝有耳座(24)，用于支撐床體。
9.一種利用如權利要求8所述的厭氧流化床生物反應器來處理高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的方法，其特征在于:它包括以下步驟: (A)接種污泥液: 先將封頭(21)打開，將床體內(nèi)裝入沸石(14)，沸石(14)的裝入量為直管(22)高度的1/4-1/5 ； 將含有產(chǎn)甲烷厭氧菌的接種液從頂管(19)上部注入床體中，接種液為來自污水處理廠消化池的活性污泥泥漿，固體懸浮物含量(TSS)為16-25g/L，可揮發(fā)固體懸浮物含量(VSS)為12-20g/L，在35°C和I個大氣壓條件下，泥漿的產(chǎn)甲烷厭氧菌活性為甲烷產(chǎn)氣率 .0.8-0.85L/g VSS.d，使液位達到連通管(6)的分離器(7)上部排水口(8)時，合上封頭(21)并密封。打開離心泵(11)，同時向床體內(nèi)通入0.02-0.05Mpa的氮氣5-15分鐘，并且同時打開空氣排出口(5)，使床體內(nèi)的空氣排出后，關閉空氣排出口(5)； 打開加熱器(17)，對床體內(nèi)的液體進行加溫，觀察在線溫度儀(16)的溫度，當在線溫度儀(16)指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器(17);使流化床內(nèi)的液體溫度維持在.37 °C C-39°C 之間； 調(diào)整離心泵(11)流量，使液體在直管(22)中的流速為1.2cm/s至1.5cm/s，沸石(14)發(fā)生流化，沸石(14)懸浮在直管(22)內(nèi)，將床體的上述狀態(tài)維持48-72小時； (B)加入人工配置的廢水 從蠕動泵(12)將人工配置的廢水泵入床體內(nèi)，在0-48小時內(nèi)，蠕動泵(12)泵入人工配置的廢水的量為1.1-1.2L/h，在48-144-小時內(nèi)蠕動泵(12)泵入人工配置的廢水的量為.1.6-2L/h，在144小時以后蠕動泵(12)泵入人工配置的廢水的量為2.2-2.8L/h，同時打開排水口(8)，維持上述運行狀態(tài)到288小時以上； 人工配置的廢水中各組分含量:
葡萄糖 5-10g/L，乙酸 6-10mL/L，NH4Cll.0-2.0g/L，K2HPO40.1-0.2g/L，MgSO4.7H200.05-0.06g/L,酵母提取物 0.05-0.06g/L, FeCl2.4H202_4mg/L，MnCl2.4H201mg/L, H3BO30.lmg/L, ZnCl20.lmg/L, AlCl30.lmg/L, CoCl2.6H200.lmg/L, NiCl20.lmg/L 和NaHC0315-20g/L,人工配置的廢水的COD含量在11000mg/L-15000mg/L，配置過程中測定人工配置的廢水PH值，如果其低于6.0，加入一定量的NaOH溶液，直到達到6.0 ； 在上述狀態(tài)運行到第288小時后，從排水口(8)中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，進入步驟(C)，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，仍保持現(xiàn)有狀態(tài)，直到檢測得到的COD含量低于1500mg/L后，進入步驟(C)； 在進行步驟⑶的過程中，同時觀察在線溫度儀(16)的溫度，當在線溫度儀(16)指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器(17)對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀(16)指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器(17);使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39°C之間；同時始終保持液體在直管(22)中的流速為1.2cm/s—1.5cm/s ； (C)加入工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿 從蠕動泵(12)將占總廢水體積50 %的人工配置廢水和占總廢水體積50 %的工業(yè)高濃度廢水或者污水廠處理剩余污泥泥漿泵入床體內(nèi)，工業(yè)高濃度廢水或者污水處理廠的剩余污泥泥漿的COD含量在10000mg/L-20000mg/L之間，以1.1-1.2L/h的速度從蠕動泵(12)泵入床體內(nèi)，持續(xù)上述狀態(tài)7天以上，在上述狀態(tài)運行7天后，從排水口(8)中取樣來檢測處理后水的COD含量，當檢測得到的COD含量高于1500mg/L時，保持現(xiàn)有人工配置廢水在總廢水中的體積比例，當檢測得到的COD含量低于1500mg/L時，逐漸加大高濃度工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥在總廢水中的體積，同時保證從排水口(8)中處理后水的COD含量低于1500mg/L，直到廢水全部為高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥為止，且高濃度工業(yè)廢水或城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的的進入量達到2.5-3.0L/h.； 在進行步驟(C)的同時，觀察在線溫度儀(16)的溫度，當在線溫度儀(16)指示的溫度低于37°C時，調(diào)節(jié)加熱器(17)對床體內(nèi)的液體進行加溫，當在線溫度儀(16)指示的溫度高于39°C時，調(diào)節(jié)加熱器(17);使流化床內(nèi)的液體溫度維持在37°C -39°C之間；保持液體在直管(22)中的流速為1.2cm/s至1.5cm/s。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于:所述的產(chǎn)甲烷厭氧菌為甲烷八疊菌屬和甲烷絲菌屬的產(chǎn)甲烷厭氧菌，它來自污水處理廠厭氧消化池中。
【文檔編號】C02F3/28GK103663688SQ201310737126
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張愛群, 祝京旭 申請人:天津科技大學