一体化生物反应器及其应用和处理高浓度有机废水的方法技术

本发明专利技术公开了一体化生物反应器及其应用和处理高浓度有机废水的方法，其属于废水处理领域。一体化生物反应器采用同心圆柱状结构，内层为ＵＡＳＢ，外层为ＭＢＢＲ。在ＵＡＳＢ出水口设置ｐＨ在线监测仪，ＵＡＳＢ底部设搅拌装置。集水池与反应器进口之间设循环泵，可回流ＭＢＢＲ出水，正常情况下回流比为１００％。ＭＢＢＲ适合于低温下废水处理，同时其本身对于ＵＡＳＢ可起到一定的供热保温作用；此外，当ＵＡＳＢ出水ｐＨ＜６．８时，启动ＵＡＳＢ的搅拌装置并增大ＭＢＢＲ回流比，可及时为ＵＡＳＢ补充碱度，维持ＵＡＳＢ的酸碱平衡，确保微生物的生态稳定。本发明专利技术提出的方法和装置可在低温条件下高效稳定地处理高浓度有机废水，投资少、占地省、运行稳定，无需外加碱度和加热，节省维护运行费用和能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术 涉及一种废水处理装置及其应用和处理废水的方法，更具体的说是一体化 生物反应器及其应用和处理高浓度有机废水的方法。
技术介绍
近年来，上流式厌氧污泥床(UASB)在我国工业废水处理中得到了广泛应用，具有 节省能耗和费用、污泥量少、投资少易维护、可回收能源、可处理难降解高浓度废水等优点， 既可单独用于废水处理，也可与好氧生物技术联用以获得满意的出水水质。UASB主要在中 温(30 35°C )条件和高温(50 55°C )条件下运行，反应器内微生物活性良好，能够获 得理想的出水水质。然而，当温度较低时(如在我国北方或者冬季时)，UASB中的微生物活 性受到抑制，一旦有机负荷过高，反应器内酸碱平衡很容易被破坏出现酸化现象，造成出水 COD浓度偏高、出水pH为酸性、污泥上浮等，出水水质严重恶化。为了保证UASB在低温条件下的稳定运行，维持反应器内酸碱平衡、避免酸化，可 采用加热废水、投加碱度、出水回流、出水吹脱CO2后回流、投加低温菌株等措施，但在实际 工程应用中，这些方法都存在缺点和局限性，如经济成本高、能耗大、回流水中含较多溶解 氧、尚无应用实例等。孟兆成等公开的专利技术专利CN 1337364A采用一种自主研发的“变性 污泥”来控制UASB反应器的酸化，效果好、成本低，但该“变性污泥”需要进行专门的生化培 养，而且需专门人员进行投放，自动化程度低。一体化生物反应器是将不同生物处理工艺整合在一个反应器内以处理废水，具有 投资少、占地少、能耗小、处理效果好、管理方便等优点，近年来倍受国内外研究者的青睐。 目前关于一体化生物反应器在生活污水和工业废水处理中的研究和应用较多，主要是将 不同的厌氧、缺氧和好氧工艺有机整合在一个反应器内，整合方式通常有内外套筒式和上 下叠加式。薛嘉等(薛嘉，黄钧，李益军.厌氧好氧一体化生物反应器处理发酵废水的研 究.应用与环境生物学报，2007，13 (3) :414 418)研究开发了一种同心圆筒形式的厌氧 好氧一体化生物反应器，用于处理高浓度有机发酵废水。内筒为厌氧颗粒污泥膨胀床，夕卜 筒为好氧三相流化床，分为升流区、降流区和沉降区。此反应器抗冲击能力强，COD去除率 可达到90%以上。蒋展鹏等(蒋展鹏，钟燕敏，师绍琪.一体化A/0生物膜反应器处理生活 污水.中国给水排水，2002，18 (8) :9 12)设计了上下叠加形式的升流式一体化A/0生物 膜反应器用于处理生活污水，装置呈圆筒状，底部为采用球形填料的缺氧区，上部为采用半 软性填料的好氧区，维持一定的回流比和反应器内适宜的碱度时，脱氮效果良好而稳定。然 而，这些一体化反应器都是在常温下用于处理工业废水和生活污水，目前尚未见到适用于 低温条件下处理高浓度有机废水的一体化生物反应器的开发和研究。移动床生物膜反应器(MBBR)是一种吸取了传统的活性污泥法和生物接触氧化法 的新型高效的好氧废水处理工艺。该工艺是将比重接近水的悬浮填料直接投加到反应器中 作为微生物载体，依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，使微生物能充分与水中的溶 解氧和有机物接触，有利于基质传递，从而获得良好的有机物去除效果。与其他好氧废水处理工艺相比，MBBR工艺具有占地少、耐负荷冲击、污泥浓度较高、剩余污泥量少、水头损失小、无需反冲洗、一般不需回流、脱氮除磷效果良好等优点。同时，大量的研究结果表明，由 于MBBR污泥浓度高、生物固体停留时间长，低温条件下也能获得很好的处理效果。
技术实现思路
1、专利技术要解决的技术问题针对低温条件下(5 15°C )UASB反应器处理高浓度有机废水时存在易酸化的问 题，现有解决方法存在不足和局限性，本专利技术提供一体化生物反应器和处理高浓度有机废 水的方法，可避免酸化现象的产生。该装置和方法也可用于常温条件下工业废水的处理。2、技术方案本专利技术将上流式厌氧污泥床(UASB)和移动床生物膜反应器(MBBR)整合组成一体 化生物反应器，利用MBBR出水回流为UASB补充碱度、UASB内设置水力搅拌装置增加传质 速率和MBBR对UASB的保温作用，不需外加碱度或仅需投加少量碱度即可维持反应器内酸 碱平衡，保证反应器内微生物的生态稳定，消除低温条件下厌氧生物处理高浓度有机废水 过程中易产生的酸化现象。本专利技术的技术方案如下一体化生物反应器，采用同心圆柱状结构，内层为UASB，外层为MBBR，MBBR出水回 流至UASB。UASB和MBBR的容积和水力停留时间根据需处理废水的水质水量确定，MBBR反应 区的宽度与高度之比应为0. 25 0. 5，MBBR的宽度指一体化反应器的直径与UASB直径之 差；在UASB出水口设置pH在线监测仪，底部布水装置上方设置机械搅拌装置。在MBBR反 应区内距反应器底部Im 2m高度处设斜板和半菱形挡板；MBBR布气装置为穿孔管或曝气 头，呈同心圆状安装于斜板和半菱形挡板上方。一体化生物反应器在处理高浓度有机废水中的应用。该一体化生物反应器处理高浓度有机废水的方法包括以下步骤(1)废水从UASB底部布水装置进水，布水装置上方设有机械搅拌装置，通过搅拌 使废水中有机物和厌氧颗粒污泥充分混合接触，经过水解、酸化和产甲烷阶段后，厌氧微生 物将大分子有机物降解并生成小分子有机物、沼气、二氧化碳和水，沼气、厌氧污泥和水经 三相分离器分离，沼气进入集气室，污泥沉降入UASB反应区，废水上流至反应器顶部出水 并依靠重力自流至反应器底部进入外层MBBR ；(2)MBBR反应区内的斜板和半菱形挡板对UASB出水进行二次泥水分离，相当于常 规处理中UASB后续的污泥二沉池；(3)废水继续上流，经过MBBR曝气装置时，与气体发生激烈混合，然后气、水与 流化状态的填料充分接触，水中有机物被填料表面的微生物好氧降解生成二氧化碳和水， MBBR顶部设出水堰，出水由此流出进入集水池；(4)集水池与一体化生物反应器之间设回流泵，可将出水回流至反应器入口处。步骤(1)中UASB底部的机械搅拌装置正常情况下关闭，当UASB出水口 pH < 6. 8 时进行搅拌。步骤(3)中MBBR中投加比重为0. 93-0. 99的悬浮填料，填充率为40% -60%，曝气量需保证溶解氧量为2mg/L-4mg/L。本步骤中的数值范围并非绝对严格的限制，只要在这 个比重、填充率和曝气量范围内都可满足要求。步骤(4)中MBBR出水回流至UASB的回流比为100% -300%，当UASB出水 口 pH 为6. 8 7. 5时回流比为100%，当pH < 6. 8时增大回流比。维持UASB反应器稳定运行的重要条件之一是pH应控制在6. 5 7. 8，正常情况下 通过反应器自身的碳酸氢盐/碳酸缓冲体系来维持酸碱平衡。好氧生物处理也会产生CO2 并形成碳酸，但由于好氧曝气很容易吹脱掉高浓度的CO2，而且某些有机物的降解过程中还 会产生碱度，因此好氧生物处理无需外加碱度且出水碱度有时还会高于进水碱度。当温度 较低时，UASB反应器中微生物活性被抑制，有机物和VFA降解不充分，当VFA浓度高至碳酸 氢盐碱度不足以中和时，酸碱平衡被破坏，造成出水PH降低和COD浓度升高，此时厌氧出水 回流已无法起到补充碱度的作用。然而，厌氧出水中大量未降解的能够释放阳离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化生物反应器，包括移动床生物膜反应器ＭＢＢＲ，其特征在于反应器采用同心圆柱状结构，内层为上流式厌氧生物反应器ＵＡＳＢ，外层为移动床生物膜反应器ＭＢＢＲ，ＭＢＢＲ出水回流至ＵＡＳＢ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪强，许柯，丁丽丽，谢吉程，任鑫坤，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]