CN102849844A

CN102849844A - 一种耦合生物反应器及其同时净化恶臭气体和废水的方法

Info

Publication number: CN102849844A
Application number: CN2012103814360A
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 许柯; 丁丽丽; 耿金菊
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: US20140097137A1; EP2719669A1; CN102849844B; EP2719669B1; US9561976B2

Abstract

本发明公开了一种耦合生物反应器及其同时净化恶臭气体和废水的方法，结构内部填充悬浮填料（6），耦合生物反应器高径比为3-10，包括反应器底部设置底部进水管（1）和底部进气管（2），底部进水管(1)与布水装置（4）相连，底部进气管(2)与反应器底部设置的微孔曝气器(4)相连，反应器中部设置中部进气管（3），中部进气管(3)与设置在反应器中部的微孔曝气器(4)相连接，反应器上部设有环形溢流堰（9），环形溢流堰与出水管(8)相连，反应器顶部设有顶部出气管(7)；并对废水、恶臭气体中的污染物分别通过装置进行同步高效降解，能够避免产生压降、生物量积累、填料堵塞等问题并提高传质效果，不需投加营养液。

Description

一种耦合生物反应器及其同时净化恶臭气体和废水的方法

技术领域

本发明涉及一种用于同时净化恶臭气体和废水的生物处理装置和处理工艺，具体的涉及一种耦合生物反应器及其同时净化恶臭气体和废水的方法。

背景技术

根据国家标准GB14554-93，恶臭气体是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。工业生产、市政污水、污泥处理及垃圾处置设施等是恶臭气体的主要来源。恶臭气体主要产生于污水处理过程中的排污泵站、进水格栅、嚗气沉沙池、初沉池，污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运，垃圾处理过程中的堆肥处理、填埋、焚烧、转运，以及化学制药、橡胶塑料、油漆涂料、印染皮革、牲畜养殖和发酵制药等产生源。不同的处理设施及过程会产生各种不同的恶臭气体。污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢，初沉池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥消化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质，垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、硫化物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气，污泥风干过程可能产生很少量的硫化氢，但主要有硫醇和二甲基硫气体产生。恶臭物质种类繁多，来源广泛，对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害，其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等还能使人体产生畸变、癌变。因此恶臭气体处理属于环境污染控制的一个重要方面，其处理方法包括物化法和生物法两大类，物化法工艺或设备较复杂，运行费用较高，用于处理某些恶臭恶臭气体时，效果不甚理想；生物法具有处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点，逐渐成为恶臭气体处理的主导技术。

常用的恶臭气体生物处理方法包括生物滴滤法、生物过滤法、生物洗涤法和生物曝气法。生物滴滤法是在反应器即生物滴滤床内填充惰性填料，通过接种微生物并控制合适的条件，在填料上进行挂膜，使惰性材料表面覆盖生物膜，同时利用循环系统在填料上连续喷洒含有微生物新陈代谢所需的营养物质的溶液。恶臭气体通过塔体填料时，其中的污染物被微生物降解。生物滴滤法具有基质谱广、负荷高、可操控性强等优点，已成为主流恶臭气体生物处理技术。

生物滴滤床在实际运行过程中尚存在一些问题和不足，如填料压降大、塔底部容易生物量积累、填料易堵塞需频繁反冲洗等。此外，为保证微生物的正常生长，必须喷淋人工配制的营养液，而且在喷淋过程中填料表面容易形成水膜，影响非水溶性物质被微生物捕捉。为了提高生物滴滤床的处理效果，国内外研究者对生物滴滤床的填料优选和性能优化、填料布置方式以及反应器本身结构的改进优化做了许多研究。专利CN101125280A，一种处理挥发性有机恶臭气体的生物滴滤床公开了选用轻质膨胀陶土颗粒为填料，填料层选用同心圆柱套筒式结构，从中心到边缘所装填的填料粒径由小到大分布，中心区域填小粒径填料，四周近壁环形区域装填大粒径填料，使得滤塔内生物量分布比较均匀，从而充分利用了生物滴滤塔的有效空间。专利CN1557741A 公开了一种多用生物滴滤塔脱臭装置，使用两节塔体用法兰对接，上节塔体上部设置排气管，下节塔体底部设置排水管和反冲洗泵，两节塔体均设置有液态分布器,该生物滴滤塔设备可节省设备投资减少占地面积。专利CN2695090Y 公开了一种高传质生物滴滤塔恶臭气体净化及脱臭设备，该设备分为三段，分别设有自动散水装置，每段又分为数层，每层之间装填有轻质多孔塑料及软性纤维球填料，能够处理多种工业恶臭气体。专利CN1634637A 公布了一种生物滴滤塔和生物涤气器组合而成的生物除臭器联合除臭，效率较高。专利CN1994533A 公开了一种气液错流式生物滴滤装置，气体为水平流向，液体为垂直流向，该装置减少了营养液流经高度，均匀分布，强化了气液传质和生物降解能力。专利CN1752034A 公开了一种采用新型填料的，中间设有隔离层的两段反应塔构成的生物滴滤脱臭装置，两段分别设置喷淋器。专利CN101077472A 公开了一种增加了净化气体循环装置的生物滴滤系统，同时公开了一种快速制备菌膜的方法。

虽然上述各专利提出的改进型生物滴滤床相比于传统生物滴滤床具有一定的优势，但仍然是采用固定填料并定期喷淋营养液，并没有从根本上解决生物滴滤床存在的问题和不足。

发明内容

1、发明要解决的技术问题：

针对生物滴滤池在运行过程中存在的填料压降大、池底部容易生物量积累、填料易堵塞需频繁反冲洗、必须喷淋营养液、传质效率不高等问题和不足，本发明提出一种耦合生物反应器及其同时净化恶臭气体和废水的方法，通过本发明能够克服上述现有生物滴滤池的缺点和不足，实现高效经济净化恶臭气体和废水。

2、技术方案：

本发明的原理如下：利用反应器中悬浮填料上生物链长、生物量大的生物膜耦合处理恶臭气体和废水，反应器进行好氧曝气，同时恶臭气体从反应器中部通过曝气装置以微气泡形式进入反应器，使得悬浮填料在反应器中呈连续不规则流动状态，促使废水和恶臭气体中的污染物在上升过程中与悬浮填料上的生物膜充分接触，微生物对废水、恶臭气体中的污染物进行同步降解并实现自身的增殖。填料在反应器中流动可避免产生压降、生物量积累、填料堵塞等问题并提高传质效果，废水中的物质可为微生物提供营养，不需投加营养液，填料上附着的生物量大、生物链长的生物膜能够对恶臭气体和废水中的污染物进行充分降解。

本发明通过以下技术方案实现：

一种同时净化恶臭气体和废水的耦合生物反应器，反应器完全密封，塔式结构，反应器中部设置中部进气管，中部进气管与设置在反应器中部的微孔曝气器相连接，恶臭气体从塔中部进入，反应器底部设置底部进水管和底部进气管，底部进水管与布水装置相连，底部进气管与反应器底部设置的微孔曝气器相连，废水和空气从塔底进入，反应器上部设有环形溢流堰，环形溢流堰与出水管相连，塔上部出水，环形溢流堰上方安装有网罩，处理后气体通过反应器顶部设有顶部出气管出气，反应器内部填充悬浮填料，尤其是一种聚乙烯悬浮填料，比重为挂膜前0.97-0.98 g/cm³、挂膜后约为1 g/cm³，填料填充比（即填料体积与反应器容积的比值）为30%-60%；反应器底部装有微孔曝气器用于空气曝气和废水的布水装置，中部也装有微孔曝气器用于恶臭气体曝气，微孔曝气器采用盘式膜片微孔曝气器或其他类型的微孔曝气器，恶臭气体和空气以微气泡形式（气泡直径为100 μm左右）均匀进入反应器，反应器中溶解氧浓度为 2~6 mg/L，水流和气流促使悬浮填料进行无规则流动，从而实现气、水和生物膜的充分接触；反应器高径比为3-10，高径比根据恶臭气体中污染物浓度确定，浓度低于320 mg/m³时选3-6，浓度高于320 mg/m³低于620 mg/m³时选7-10。

本发明装置的改进包括：废水、恶臭气体在反应器中耦合处理；反应器中部和底部分别装有恶臭气体和空气的曝气系统，进行空气曝气和恶臭气体布气；采用悬浮填料，所述悬浮填料为一种改良型聚乙烯悬浮填料，比重为挂膜前0.97-0.98 g/cm³、挂膜后约为1 g/cm³，填充比为30%-60%，可在水流和气流的扰动下在反应器中呈不规则流动。

耦合生物反应器用于同时净化恶臭气体和废水的方法，其步骤为：

（1）废水从反应器底部进水管进入，通过布水装置均匀进入反应器；

（2）空气从反应器底部进气管进入，通过微孔曝气器以直径为100 μm左右的微气泡形式进入反应器，控制空气曝气量使反应器中溶解氧浓度为2~6 mg/L，空气与水共同上升；

（3）恶臭气体从反应器中部进气管进入，通过微孔曝气器以直径为100 μm左右的微气泡形式进入反应器，废水、恶臭气体和空气在反应器内共同上升，悬浮填料在水流和气流冲击下进行无规则运动，促进恶臭气体、废水中的有机污染物以及空气中的氧气与填料上的生物膜进行充分接触，有机污染物被微生物降解；

（4）处理后废水到达反应器上部后废水从环形溢流堰中流出，汇入出水管，环形溢流堰上装有网罩，防止悬浮填料随水流出；气体从水中逸出，从反应器顶部出气管排出。

3.有益效果

（1）通过耦合生物反应器高径比，底部进水管1、布水装置、微孔曝气器和中部进气管3的设置，能够实现恶臭气体、废水同步处理，同时不需投加营养液，能够形成生物链长的生物膜，实现恶臭气体中污染物的充分降解。

（2）通过底部和中部设置微孔曝气器，使得填料呈呈连续不规则流动状态，可促进水、气、生物膜之间的传质，使微生物能够充分降解恶臭气体与废水中的污染物，同时能够避免产生压降、生物量积累、填料堵塞等问题；

（3）悬浮填料为优势生物菌群的大量繁殖提供了良好环境，填料上丰富的生物菌群类型可提高处理负荷及对污染物的降解性能，处理负荷最高可达240 g 臭气/m³填料·h，尤其聚乙烯悬浮填料，极大地提高处理负荷及对污染物的降解性能。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图1中：1-底部进水管；2-底部进气管；3-中部进气管；4-微孔曝气器；5-布水装置；6-悬浮填料；7-出气管；8-出水管；9-环形溢流堰；10-网罩。

具体实施方式

如图1所示，耦合生物反应器，反应器完全密封，塔式结构，恶臭气体从塔中部进入，废水和空气从塔底进入，塔上部出水，塔顶出气，反应器内部填充悬浮填料，尤其是聚乙烯悬浮填料，比重为挂膜前0.97-0.98 g/cm³、挂膜后为1 g/cm³，填料填充比（即填料体积与反应器容积的比值）为30%-60%；反应器底部装有微孔曝气器4和布水装置5，中部装有恶臭气体曝气装置微孔曝气器4，微孔曝气器采用盘式膜片微孔曝气器或其他类型的微孔曝气器，恶臭气体和空气通过微孔曝气器以微气泡形式（气泡直径为100 μm）均匀进入反应器，反应器中溶解氧浓度为 2~6 mg/L，水流和气流促使悬浮填料进行无规则流动，从而实现气、水和生物膜的充分接触；反应器高径比为3-10，高径比根据恶臭气体中污染物浓度确定，浓度低于320 mg/m³时选3-6，浓度高于320 mg/m³低于620 mg/m³时选7-10。

废水从反应器底部的底部进水管1进入，通过布水装置5均匀进入反应器；空气从反应器的底部进气管2进入，通过盘式膜片微孔曝气器4以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器，并控制空气曝气量使反应器中溶解氧浓度为2~6 mg/L；恶臭气体从反应器的中部进气管3进入，通过微孔曝气器4以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器，废水、恶臭气体和空气在反应器内共同上升，反应器内悬浮填料6在水流和气流冲击下进行无规则运动，促进废水、恶臭气体中的有机污染物以及空气中的氧气与填料上的生物膜进行充分接触，有机污染物被微生物降解；废水到达反应器上部后从环形溢流堰9中流出，汇入出水管8，环形溢流堰上装有网罩10，防止悬浮填料随水流出；气体从水中逸出，从反应器顶部出气管7排出。填料负荷具体视处理气量和恶臭气体浓度而定，当恶臭气体峰值浓度小于120 mg/m³时，填料负荷采用160 g臭气/m³填料·h，当恶臭气体峰值浓度大于240 mg/m³时，填料负荷采用 110 g臭气/m³填料·h，当恶臭气体峰值浓度大于650 mg/m³时需进行预处理。废水处理负荷以满足微生物生长为前提并根据废水水质特性进行确定。

实施例1

进行实验室小试，恶臭气体由氨气、硫化氢和空气组成，其中氨气浓度为70~80 mg/m³，硫化氢浓度为60 ~70mg/m³，反应器由有机玻璃制成，内径为160mm，高径比为4，填料填充比为40%，填料为聚乙烯悬浮填料，比重为挂膜前0.97-0.98 g/cm³、挂膜后为1 g/cm³，微孔曝气器为盘式膜片微孔曝气器，气体并以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器，废水为城市污水处理厂进水，从反应器的底部进水管进入，通过布水装置均匀进入反应器内部。空气从反应器的底部进气管进入，通过微孔曝气器，气体并以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器，控制空气曝气量使反应器中溶解氧浓度为3~4 mg/L，空气与水共同上升，气体空床停留时间为9s，恶臭气体从反应器的中部进气管进入，通过微孔曝气器，气体并以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器，废水、恶臭气体和空气在反应器内共同上升，悬浮填料在水流和气流冲击下进行无规则运动，促进恶臭气体、废水中的有机污染物以及空气中的氧气与悬浮填料上的生物膜进行充分接触，有机污染物被微生物降解，填料负荷为150 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为180 g COD/m³填料·h。经过处理后，处理后废水到达反应器上部从环形溢流堰中流出，汇入出水管，；气体从水中逸出，从反应器顶部出气管排出，氨气和硫化氢去除率达97%以上，出水COD浓度低于80mg/L。

实施例2

污水处理厂实际恶臭气体处理中试，恶臭气体中氨气峰值浓度为20 mg/m³，硫化氢峰值浓度为160 mg/m³，反应器内径为1.6 m，高径比为3，钢结构，填料填充比为45%，废水为城市污水处理厂进水。处理步骤同实施例1，反应器中溶解氧浓度为3~4 mg/L，气体空床停留时间11s，填料负荷为130 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为200 g COD/m³填料·h。经过处理后，氨气和硫化氢去除率达98%以上，出水COD浓度低于70mg/L。

实施例3

污水处理厂实际恶臭气体处理中试，恶臭气体中氨气峰值浓度为166 mg/m³，硫化氢峰值浓度为157 mg/m³，反应器内径为1.2 m，高径比为7，即高8.4 m，钢结构，填料填充比为50%，废水为城市污水处理厂进水。处理步骤同实施例1，反应器中溶解氧浓度为4~5 mg/L，气体空床停留时间24s，填料负荷为100 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为230 g COD/m³填料·h。经过处理后，氨气和硫化氢去除率达98%以上，出水COD浓度低于80mg/L。

实施例4

污水处理厂实际恶臭气体处理中试，恶臭气体中氨气峰值浓度为94 mg/m³，硫化氢峰值浓度为287 mg/m³，反应器内径为1.4 m，高径比为9，即高12.2 m，钢结构，填料填充比为60%，废水为城市污水处理厂进水，处理步骤同实施例1。反应器中溶解氧浓度为5~6 mg/L，气体空床停留时间23s，填料负荷为100 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为220 g COD/m³填料·h。经过处理后，氨气和硫化氢去除率达98%以上，出水COD浓度低于80mg/L。

实施例5

污水处理厂实际恶臭气体处理中试，恶臭气体中氨气峰值浓度为94 mg/m³，硫化氢峰值浓度为287 mg/m³，反应器内径为1.4 m，高径比为10，即高14 m，钢结构，填料填充比为30%，废水为城市污水处理厂进水，处理步骤同实施例1。反应器中溶解氧浓度为2~3mg/L，气体空床停留时间23s，填料负荷为110 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为210 g COD/m³填料·h。经过处理后，氨气和硫化氢去除率达97%以上，出水COD浓度低于80mg/L。

实施例6

污水处理厂实际恶臭气体处理中试，恶臭气体中氨气峰值浓度为20 mg/m³，硫化氢峰值浓度为60 mg/m³，反应器内径为1.6 m，高径比为6，钢结构，填料填充比为50%，废水为城市污水处理厂进水。处理步骤同实施例1，反应器中溶解氧浓度为3~4 mg/L，气体空床停留时间11s，填料负荷为160 g臭气/m³填料·h，废水水力停留时间为5h，填料负荷为200 g COD/m³填料·h。经过处理后，氨气和硫化氢去除率达98%以上，出水COD浓度低于80mg/L。

Claims

1.一种耦合生物反应器，反应器为塔式密封结构，其特征为，结构内部填充悬浮填料（6），耦合生物反应器高径比为3-10，反应器底部设置底部进水管（1）和底部进气管（2），底部进水管(1)与布水装置（4）相连，底部进气管(2)与反应器底部设置的微孔曝气器(4)相连，反应器中部设置中部进气管（3），中部进气管(3)与设置在反应器中部的微孔曝气器(4)相连接，反应器上部设有环形溢流堰（9），环形溢流堰与出水管(8)相连，反应器顶部设有顶部出气管(7)。

2.根据权利要求1所述的耦合生物反应器，其特征在于，所述的悬浮填料为聚乙烯悬浮填料，填料体积与反应器容积的比值为30%-60%。

3.根据权利要求1或2所述的耦合生物反应器，其特征在于，所述微孔曝气器，为盘式膜片微孔曝气器。

4.根据权利要求1或2所述的耦合生物反应器，其特征在于，所述环形溢流堰上方安装有网罩(10)。

5.根据权利要求1-4任一项所述耦合生物反应器用于同时净化恶臭气体和废水的方法，其步骤为：

（1）废水从反应器的底部进水管进入，通过布水装置均匀进入反应器；

（2）空气从反应器的底部进气管进入，通过微孔曝气器以微气泡形式进入反应器，控制空气曝气量使反应器中溶解氧浓度为2~6 mg/L，空气与水共同上升；

（3）恶臭气体从反应器的中部进气管进入，通过微孔曝气器微气泡形式进入反应器，废水、恶臭气体和空气在反应器内共同上升，悬浮填料在水流和气流冲击下进行无规则运动，促进恶臭气体、废水中的有机污染物以及空气中的氧气与悬浮填料上的生物膜进行充分接触，有机污染物被微生物降解；

（4）处理后废水到达反应器上部从环形溢流堰中流出，汇入出水管；气体从水中逸出，从反应器顶部出气管排出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述悬浮填料为聚乙烯悬浮填料，比重为挂膜前0.97-0.98g/cm³、挂膜后比重为1 g/cm³。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步骤2和3中的微孔曝气器为盘式膜片微孔曝气器，气体并以直径为100 μm的微气泡形式进入反应器。