一種高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器及廢水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器及采用該反應(yīng)器進(jìn)行廢水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]丙烯酸生產(chǎn)過程中以及以丙烯酸為原料的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含較高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽的廢水。由于丙烯酸及其鹽對微生物具有很高的毒性，直接進(jìn)行生化處理，常出現(xiàn)污泥馴化速度慢、污泥易流失、處理出水水質(zhì)不穩(wěn)定等問題。
[0003]目前含丙烯酸廢水多采用熱力焚燒法等工藝進(jìn)行處理。熱力焚燒工藝即將含高濃度丙烯酸的廢水經(jīng)過氣提塔濃縮后，在助燃壓縮空氣的幫助下呈霧狀噴入廢水焚燒爐，同時燃料氣或燃料油也進(jìn)入燃燒爐燃燒，燃燒氣溫度可達(dá)950°C，在950°C的高溫下，廢水中的有機物完全反應(yīng)成為二氧化碳和水，處理效率很高。盡管如此，熱力焚燒工藝基建投資大，消耗大量燃料氣或燃料油，能耗及運行成本高，且當(dāng)采用該工藝處理含丙烯酸鹽的廢水時，容易造成爐體腐蝕、管道堵塞，爐磚等需定期更換，進(jìn)一步增加了運行成本。丙烯酸為可生物降解有機物，但由于丙烯酸(鹽)的毒性很高，生物處理工藝通常需要將含丙烯酸(鹽)廢水用生活污水、冷卻水等進(jìn)行大量稀釋后或處理出水大比率回流稀釋后再進(jìn)行處理，其缺點在于廢水稀釋浪費大量的冷卻水，出水回流能耗高。而且由于丙烯酸(鹽)對水處理微生物特別是產(chǎn)甲烷菌毒性很高，污泥馴化困難，反應(yīng)器啟動常常需要半年甚至一年以上，且易受到?jīng)_擊負(fù)荷的沖擊，嚴(yán)重影響生產(chǎn)裝置的正常運行等。
[0004]因此含丙烯酸(鹽)廢水的處理一直是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種處理含高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽廢水的裝置和方法，采用本發(fā)明的裝置及方法處理含丙烯酸廢水和含丙烯酸鹽廢水，其優(yōu)點在于啟動速度快、處理負(fù)荷高、運行穩(wěn)定、處理成本低。
[0006]—種高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器為懸浮生長反應(yīng)器或投加懸浮生物載體的復(fù)合生長反應(yīng)器，包括:
[0007]雙層筒狀分離器，將所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器分隔為反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)和所述沉淀區(qū)之間通過污泥回流縫連接，且所述沉淀區(qū)位于所述反應(yīng)區(qū)的上部，在所述雙層筒狀分離器的下端連接有污泥抽吸擋板，在所述雙層筒狀分離器上設(shè)置有氣泡分離夾層；
[0008]循環(huán)隔離筒，豎直設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)，將所述反應(yīng)區(qū)分隔為所述循環(huán)隔離筒內(nèi)部的氣流攪拌循環(huán)稀釋快速混合區(qū)和外部的高負(fù)荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū)；
[0009]曝氣頭，設(shè)置在所述循環(huán)隔離筒的底部；
[0010]在所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的頂部設(shè)置有反應(yīng)器密封蓋，底部設(shè)置有進(jìn)水口及放空口，在所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部設(shè)置有出水口。
[0011]本發(fā)明所述的高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其中，在所述反應(yīng)器密封蓋的頂部設(shè)置有單向閥排氣口，所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器還包括低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)，包括:
[0012]反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口，設(shè)置在所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器的上部；
[0013]曝氣鼓風(fēng)機，通過第一管道與所述曝氣頭相連，通過第二管道連接新鮮空氣進(jìn)口，在靠近所述新鮮空氣進(jìn)口處的所述第二管道上設(shè)置有新鮮空氣氣量調(diào)節(jié)閥；
[0014]所述反應(yīng)器低氧循環(huán)氣循環(huán)口通過第三管道與所述第二管道相連通，在所述第三管道上設(shè)置有反應(yīng)器低氧循環(huán)氣氣量調(diào)節(jié)閥。
[0015]所述低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)可將反應(yīng)器排出的低氧尾氣循環(huán)回曝氣系統(tǒng)。調(diào)節(jié)兩個系統(tǒng)的曝氣量可在保證反應(yīng)器內(nèi)混合條件的情況下，將反應(yīng)器混合液氧化還原條件和污染物濃度控制在需要的范圍，從而實現(xiàn)對微生物種群和代謝過程的調(diào)控，實現(xiàn)有毒污染物的選擇性代謝轉(zhuǎn)化；根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)水丙烯酸鹽濃度，反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)水力停留時間控制在Ih?12h，丙稀酸鹽處理負(fù)荷最高可達(dá)160kg/m3.d(以丙稀酸計)。
[0016]本發(fā)明所述的高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器，其中，所述氣流攪拌循環(huán)稀釋快速混合區(qū)和所述高負(fù)荷代謝調(diào)控脫毒轉(zhuǎn)化區(qū)的體積比為1:2?1:10。
[0017]—種采用本發(fā)明所述的高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進(jìn)行廢水處理的方法，包括如下步驟:
[0018](A)含高濃度丙烯酸或丙烯酸鹽廢水與采用反應(yīng)器處理后的處理出水按照1:0?1:10的比例混合后，加入氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，再經(jīng)酸或堿調(diào)節(jié)pH值至中性；
[0019](B)步驟A出水采用高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)處理，使廢水厭氧產(chǎn)甲烷抑制率以丙酸為底物降至10%以下，而BOD^除率在20%以下；
[0020](C)步驟B出水補充鐵、鈷、鎳微量元素后進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷處理；
[0021](D)步驟C出水進(jìn)行好氧生物處理。
[0022]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述步驟(A)中混合后的廢水中丙烯酸及鹽濃度以丙烯酸計為20000mg/L以上；所述堿為工業(yè)用無機堿或無機堿濃度高且中和后毒性低的廢水；所述酸為工業(yè)用無機酸或無機酸濃度高且中和后毒性低的廢水。
[0023]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述無機堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉或其混合物；所述無機酸為鹽酸、硫酸或其混合物。
[0024]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的測定以丙酸鈉為產(chǎn)甲烷底物；丙酸鈉培養(yǎng)液組成如下:丙酸鈉3.43g/L、刃天青0.9mg/L、(NH4)2HP0472.lmg/L、CaCl2.2H20 225mg/L、NH4Cl 359mg/L、MgCl2.4H20 1620mg/L、KCl 1170mg/L、MnCl2.4H2018.0mg/L、CoCl2.6H20 27mg/L、H3B035.13mg/L、CuCl2.2H20 2.43mg/L、Na2MoO4.2HZ02.30mg/L、ZnCl2L 89mg/L、FeCl2.4H20 333mg/L、Na2S.9H20 450mg/L、維生素 H 0.018mg/L、葉酸 0.018mg/L、維生素 B6 0.09mg/L、維生素 B2 0.045mg/L、維生素B1 0.045mg/L、煙酸 0.045mg/L、泛酸I丐 0.045mg/L、維生素 B120.0009mg/L、對氨基苯甲酸0.045mg/L、α -硫辛酸 0.045mg/L ；
[0025]測定含有所述廢水條件下的甲烷產(chǎn)生速率:按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲烷顆粒污泥和所述中和至PH值為6.5?7.5的預(yù)處理后的廢水混合，35°C條件下測定混合液產(chǎn)甲烷量，計算甲烷產(chǎn)生速率V3;
[0026]測定無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn)生速率:按照體積比1:1:8將所述丙酸鈉培養(yǎng)液、產(chǎn)甲烷顆粒污泥和所述去離子水混合，35°C條件下測定產(chǎn)甲烷量并計算無毒性物質(zhì)條件下的甲烷產(chǎn)生速率V4;
[0027]計算所述厭氧產(chǎn)甲烷抑制率的方法為:厭氧產(chǎn)甲烷抑制率=(1-V3A4) X 100% ο
[0028]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器運行期間控制反應(yīng)區(qū)混合液pH值為6?9，溫度為20?40°C，啟動最初階段接種好氧活性污泥，接種濃度為2000?6000mg/L MLSS,控制曝氣量使反應(yīng)區(qū)頂部混合液氧化還原電位_50?10mV,當(dāng)所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器COD去除率穩(wěn)定達(dá)80%以上時，使所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器混合液氧化還原電位低于_200mV，溶解氧低于0.5mg/L運行，所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器在30d內(nèi)完成啟動。
[0029]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器中的反應(yīng)區(qū)水力停留時間控制在Ih?12h，丙烯酸鹽處理負(fù)荷以丙烯酸計最高可達(dá)160kg/m3.d。
[0030]本發(fā)明所述的廢水處理的方法，其中，所述步驟(C)中廢水所進(jìn)行的厭氧產(chǎn)甲烷處理為單級或多級升流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池或厭氧顆粒污泥膨脹床；步驟(D)中廢水所進(jìn)行的好氧生物處理為活性污泥法或生物膜法。
[0031]本發(fā)明的裝置和方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于:
[0032]I)本發(fā)明的高負(fù)荷代謝調(diào)控生物反應(yīng)器啟動速度快，啟動成本低:本發(fā)明所述用于廢水預(yù)處理的生物反應(yīng)器，可采用普通市政污水處理廠活性污泥進(jìn)行接種，啟動初始階段采用高ORP運行，污泥增殖速度較快，可在I個月左右的時間內(nèi)完成啟動。后續(xù)厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器可采用沼氣池污泥或顆粒污泥進(jìn)行接種，由于經(jīng)過預(yù)處理，廢水的厭氧產(chǎn)甲烷毒性顯著下降，該反應(yīng)器可隨預(yù)處理反應(yīng)器進(jìn)行同步啟動。工藝末端的好氧處理以普通市政污水處理廠活性污泥為接種，可隨其他反應(yīng)器進(jìn)行同步啟動。工藝啟動周期顯著低于現(xiàn)有生物處理工藝所需要的半年甚至一年以上的啟動周期，可節(jié)約啟動成本，不需投加共代謝物(如生活污水、發(fā)酵行業(yè)廢水等)，有利于新建化工生產(chǎn)裝置按時或提前開工。
[0033]2)工藝處理負(fù)荷高:由于廢水的厭氧產(chǎn)甲烷毒性在預(yù)處理單元有效削減，產(chǎn)甲烷單元可達(dá)到很高的處理負(fù)荷，整套工藝也可達(dá)到很