專利名稱：用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的利用生物膜配置的連續(xù)分批反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助生物膜結(jié)構(gòu)的處理復(fù)雜化工和制藥廢液的連續(xù)分批反應(yīng)器技術(shù)。更特別地，本發(fā)明涉及與傳統(tǒng)連續(xù)流處理方法相比，能夠更有效、更經(jīng)濟和更靈活進行操作的、用于處理復(fù)雜化工和制藥廢液的借助生物膜結(jié)構(gòu)的連續(xù)分批反應(yīng)器。本發(fā)明可用于對化學(xué)或非化學(xué)來源的任何工業(yè)廢液進行處理。
背景技術(shù)：
由化工和制藥行業(yè)所產(chǎn)生廢液的特征區(qū)別在于質(zhì)量和數(shù)量。這些單位所生成污水的不同本質(zhì)歸因于大量有機和無機材料的處理的差別與消耗情況。污水流和組合物的可變性(制造產(chǎn)品的改變、所述工廠的臨時運轉(zhuǎn)、清洗等)妨礙處理過程，且采用常規(guī)的生物學(xué)方法難以進行處理(梵喀塔·默罕(Venkata Mohan S)，沙瑪爾(Sharma PN).Pharma BioWorld 2002；11(1)93-100)。由于其復(fù)雜的本質(zhì)，廢液的特征是多變且極不可靠的，對有效處理方法的設(shè)計也是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)?；ず椭扑帍U液通常都由可溶性有機材料、懸浮固體、優(yōu)先污染物、重金屬、氰化物、毒性有機物、難溶物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)、色素、混濁和營養(yǎng)物組成。對污水處理系統(tǒng)進行設(shè)計的挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建一種當(dāng)廢液保持在許可限制范圍內(nèi)時，能夠應(yīng)對液流和污染物濃度的極端變化的方法(梵喀塔·默罕(Venkata Mohan S)，沙瑪爾(Sharma PN).Pharma BioWorld 2002；11(1)93-100)。要達到理想的標(biāo)準(zhǔn)，諸如活性污泥方法(ASP)的傳統(tǒng)連續(xù)流系統(tǒng)還有很大的困難。當(dāng)化合物作為微生物底物時，它們的毒性和/或抑制作用對復(fù)雜化工制品的生物學(xué)處理就尤其具有挑戰(zhàn)性。
如增進含有毒性化合物的所述工業(yè)污水的礦化的不連續(xù)處理方法(SBR技術(shù))的替代方法似乎很有前景。連續(xù)分批反應(yīng)器(SBR)技術(shù)是在基本的科學(xué)假設(shè)上發(fā)展的，即所述微生物在確定處理條件下的周期性暴露是在分批給料系統(tǒng)中有效完成的，其中能夠相對任意的入流條件而獨立地設(shè)定暴露時間、暴露頻率以及各自濃度的幅度(威德爾(Wilderer PA)，艾維茵(Irvine RL)，格榮茨(Goronszy MC)Wilderer PA，Irvine RL，Goronszy MC.，連續(xù)分批反應(yīng)器技術(shù)(Sequencing batchreactor technology)，Scientific and Technical Report.IWA publishing2001；No 10)。SBR技術(shù)與用生物學(xué)方法對污水進行處理的常規(guī)技術(shù)在許多方面都有所區(qū)別。最明顯的區(qū)別在于所述反應(yīng)器的體積隨時間改變，而在傳統(tǒng)的連續(xù)流系統(tǒng)中其保持不變。從工藝學(xué)的角度來看，所述SBR系統(tǒng)的區(qū)別在于被控制的短期不穩(wěn)定狀態(tài)水平的加強，這最終導(dǎo)致生長于所述反應(yīng)器中微生物種群的組成和代謝性質(zhì)的穩(wěn)定的持續(xù)狀態(tài)，該狀態(tài)是通過對所述微生物的分布和生理狀態(tài)進行控制來實現(xiàn)的。SBR技術(shù)的成功依賴于所述SBR中影響所述微生物系統(tǒng)可能性的極大潛力以及SBRs相對易于操作和成本效率高這一事實。在操作成本方面，已知SBR方法比現(xiàn)有活性污泥方法所需成本節(jié)約超過60％(常(Chang HN)，孟(Moon RK)，樸(Park BG)，林(Lim S)，崔(ChoiDW)，李(Lee WG)，宋(Song SL)，安(Ahn YH).Bioproc Engn，2000；23513-521)。已深入開展了特別適于營養(yǎng)物去除的有多反應(yīng)器配制的SBR的研究(威德爾(Wilderer PA)，艾維茵(Irvine RL)，格榮茨(Goronszy MC)Wilderer PA，Irvine RL，Goronszy MC.，連續(xù)分批反應(yīng)器技術(shù)(Sequencing batch reactor technology)，Scientific and TechnicalReport.IWA publishing2001；No 10；魏琦(Wei-Chi Y)，邦克(BonkRR)，羅埃德(Lloyd.V J.)，索依卡(Sojka，S A).Environ Prog 1986；5(1)41-50.12；威德爾(Wilderer PA)，連續(xù)分批生物膜反應(yīng)器技術(shù)(Sequencing Batch Biofilm Reactor technology).In harnessingbiotechnology for the 21 centure，(Lodisch MR and Bose A，edt.)475-479American Chemical Society；拉加格魯(Rajaguru P)，卡拉依塞維伊(Kalaiselvi K)，帕拉尼維爾(Palanivel M)，撒布朗(Subburam V).ApplMicrobiol Biotech 2000；54268-273；雅爾瑪茲(Yalmaz G)，奧茲塔斯克(Oztusk 1)，Water Sci Technol 2001；43(3)307-314)。迄今為止，SBR已被成功應(yīng)用于對家用污水、介質(zhì)和低張力廢物填筑瀝出物、模擬染料污水以及污染的土壤的處理(約納森(Juneson C)，王爾德(WardOP)，辛格(Sing A).Proc Biochem 2001；37305-313；付(Fu L)，溫(WenX)，盧(Lu Q)，全(Quain Y).Proc Biochem 2001；361111-1118)。徹底的文獻檢索表明，到目前為止，并沒有對諸如制藥、藥物、化學(xué)制品生產(chǎn)單位等等的復(fù)合的化學(xué)污水進行SBR技術(shù)的研究。由這些行業(yè)產(chǎn)生的污水包含多種用于所述處理過程的有機物質(zhì)、無機鹽、有機溶劑等，其產(chǎn)生了妨礙生物學(xué)處理的所述污水中的高COD、低BOD、高鹽成分、毒性和抑制性物質(zhì)(梵喀塔·默罕(Venkata Mohan S)，沙瑪爾(Sharma PN).Bio World 2002；11(1)93-100)。反應(yīng)器設(shè)計與污水組分的化學(xué)性質(zhì)與反應(yīng)器的表現(xiàn)密切相關(guān)。如果某種物質(zhì)的清除由所述微生物菌群的降解活力所限制，那么所述順序分批模式的同源建群(colonization)就是有益的。大多數(shù)能夠分解異型生物質(zhì)化合物的微生物，都具有比較低的生長率。生物膜反應(yīng)器能使這些微生物得以富集，與懸浮式生物膜系統(tǒng)相比，這產(chǎn)生了對難降解有機物質(zhì)更合適地清除(伍布斯(Wobus A)，尤爾里希(Ulrich S)，羅斯克(Roske I).Water Sci.Technol.32(8)，205-212，1995)。
發(fā)明目的本發(fā)明的主要目的在于提供適于處理復(fù)雜化工和制藥廢液的技術(shù)。
本發(fā)明的另一目的在于提供和開發(fā)用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的連續(xù)分批技術(shù)。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配置的連續(xù)分批技術(shù)。
此外，本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群生長。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群在需氧條件下生長。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群在改變的缺氧條件下生長。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群在需氧條件下生長，其中該方法設(shè)計成在真實分批模式中的不穩(wěn)態(tài)條件下進行操作。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群在需氧條件下生長，其中該方法設(shè)計成在真實分批模式中的不穩(wěn)態(tài)條件下進行操作，其中所述反應(yīng)器中以時間順序?qū)崿F(xiàn)平衡、通風(fēng)和整理功能。
本發(fā)明的又一目的在于提供用于復(fù)雜化工和制藥廢液處理的借助生物膜反應(yīng)器配制的連續(xù)分批技術(shù)，該反應(yīng)器配置能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群在需氧條件下生長，其中該方法設(shè)計成在真實分批模式中的不穩(wěn)態(tài)條件下進行操作，其中所述反應(yīng)器中以一天的滯留時間以時間順序?qū)崿F(xiàn)平衡、通風(fēng)和整理功能。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明提供了用于處理復(fù)雜化工和制藥廢液的連續(xù)分批反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括含有生物體的容器，所述容器具有石片固定床和生物膜配置；入口裝置，所述入口裝置通過計時裝置將所述容器連接到給料罐；為污水排出提供的出口裝置，所述出口裝置通過蠕動泵與所述容器連接且位于適當(dāng)高度以防止生物體從所述容器中流失；再循環(huán)裝置，所述再循環(huán)裝置將所述生物體從所述反應(yīng)器底部再循環(huán)至其頂部、且通過計時裝置與所述容器連接。
在本發(fā)明的一個實施方案中，所述容器具有通過計時器在其底部與所述容器連接的供氣裝置。
在本發(fā)明的另一實施方案中，所述分批反應(yīng)器容器是由混雜的玻璃材料制成的，并具有1.7升容量的總工作體積，內(nèi)直徑為0.07m，長度為0.22m，長度/直徑之比約為3。
在本發(fā)明的另一實施方案中，當(dāng)反應(yīng)器狀態(tài)為1.34升時，通過所述排出裝置完成排出狀態(tài)之后存在于所述反應(yīng)器容器中所得的總液體體積大約為0.34升混合液體。
在本發(fā)明的另一實施方案中，所述連續(xù)分批反應(yīng)器含有利用砂礫石片的(2×2cm)生物膜配置，該石片被用作固定床材料以0.49的固定床對空載的比率為需氧混合菌群形成提供支持。
在本發(fā)明的另一實施方案中，通過連接于噴頭排列的擴散鼓風(fēng)機裝置來供氣。不同操作的順序是通過預(yù)編程的計時器來完成的。在所述反應(yīng)階段，在污水給料之前水相溶解的氧氣保持在3.0-4.5mg/L，將所述流入物的pH調(diào)到7.1±0.2。
在本發(fā)明的另一實施方案中，復(fù)雜化工和制藥廢液具有復(fù)合特性。所述污水是來自約100行業(yè)產(chǎn)生出的各種化學(xué)制品、藥、藥物、殺蟲劑以及多種化學(xué)中間體的混合物。所述廢液的復(fù)雜化工特征是通過低BOD/COD比值(＜0.3)、高硫酸鹽成分(＞1.75g/L)和高TDS濃度(＞11g/L)的存在來評估的。
本發(fā)明還涉及利用連續(xù)分批反應(yīng)器處理復(fù)雜化工和制藥廢液的方法，所述反應(yīng)器包括含有生物體的容器，所述容器具有石片固定床和生物膜配置；入口裝置，所述入口裝置通過計時裝置將所述容器連接到給料罐；為污水排出提供的出口裝置，所述出口裝置通過蠕動泵與所述容器連接且位于適當(dāng)高度以防止生物體從所述容器中流失；再循環(huán)裝置，所述再循環(huán)裝置將所述生物體從所述反應(yīng)器底部再循環(huán)至其頂部、且通過計時裝置與所述容器連接；所述方法包括以連續(xù)分批模式，對有生物膜生長配置的所述反應(yīng)器進行操作；向所述容器接種從而發(fā)展耗氧微生物菌群；以不同的廢液加載率啟動所述反應(yīng)器及其循環(huán)操作；
監(jiān)控碳的去除及處理參數(shù)。
在本發(fā)明的一個實施方案中，所述反應(yīng)器是在26±2℃恒溫、需氧條件下以連續(xù)分批模式在生物膜生長配置中進行操作的。
在本發(fā)明的另一實施方案中，所述操作的全部循環(huán)期包括24小時(HRT)，其由下列階段構(gòu)成15分鐘填充狀態(tài)(缺氧的)、利用再循環(huán)的23小時反應(yīng)(需氧的)狀態(tài)、30分鐘沉降狀態(tài)(缺氧的)以及15分鐘排出狀態(tài)(缺氧的)。
在本發(fā)明的另一實施方案中，給料、通氣、循環(huán)和排出階段的順序是由預(yù)編程的計時器控制的。
在本發(fā)明的另一實施方案中，在緊接著所述前一個順序排出狀態(tài)之后的每一個所述循環(huán)的開始，向所述系統(tǒng)泵入預(yù)定給料體積(1L)，在所述反應(yīng)狀態(tài)中利用通氣對所述反應(yīng)器體積進行再循環(huán)，在所述循環(huán)終末，將懸浮的生物體(VSS)沉降，并將所述廢液排出所述反應(yīng)器。
在本發(fā)明的另一特征中，在整個所述實驗中保持4L/天的再循環(huán)速率，以獲得沿所述反應(yīng)器縱深的底物的一致分布和懸浮生物體的均勻分布。
在本發(fā)明的另一特征中，其中以不同的有機加載率(0.8kgCOD/m3/天、1.7kg COD/m3/天、3.5kg COD/m3/天)將所述SBR反應(yīng)器連續(xù)運行三個月。
附圖的簡要描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的利用生物膜配置的連續(xù)分批反應(yīng)器的示意圖。
發(fā)明詳述通過借助生物膜配置的連續(xù)分批反應(yīng)器技術(shù)，提供了復(fù)雜化工和制藥廢液的處理方法和系統(tǒng)，其使控制短期穩(wěn)定狀態(tài)條件得以加強，這導(dǎo)致所述微生物種群生長的組成和代謝性質(zhì)的穩(wěn)定狀態(tài)，該狀態(tài)是通過對所述微生物的分布和生理狀態(tài)進行控制來實現(xiàn)的。該方法和系統(tǒng)包括SBBR的反應(yīng)器配置，所述反應(yīng)器的接種，所述反應(yīng)器的適應(yīng)與啟動等。以不同的有機加載率對所述SBBR進行操作。還提供了系統(tǒng)對于碳去除和其他處理參數(shù)的性能。給出并討論了所用復(fù)雜化工和制藥廢液的特征。
如圖1所示，提供了處理復(fù)雜化工和制藥廢液的連續(xù)分批反應(yīng)器(1)。反應(yīng)器(1)包括含有生物體的容器(2)，容器(2)具有石片固定床(3)和生物膜結(jié)構(gòu)；入口裝置(4)，其通過計時裝置(5)連接到給水箱(6)；為污水排出提供的出口裝置(7)，出口裝置(7)通過蠕動泵(8)與容器(2)連接且位于適當(dāng)高度以防止生物體從容器(2)流失；再循環(huán)裝置(9)，其將所述生物體從反應(yīng)器(2)底部再循環(huán)至其頂部、且通過計時裝置(10)與容器(2)連接。
容器(2)具有通過計時裝置(13)在容器(2)底部與其相連的供氣裝置(12)。
所述容器是由混雜的玻璃材料在實驗室中制成的，具有1.7升容量的總工作體積。所述反應(yīng)器的內(nèi)直徑為0.07m，長度為0.22m，長度/直徑之比為～3。用于污水排出的所述反應(yīng)器的出口位于距所述反應(yīng)器底部0.045m的位置。這種出口的安排防止了在沉降階段結(jié)束后所述反應(yīng)器中生物體的損失。當(dāng)反應(yīng)器狀態(tài)為1.34升時，通過所述排出裝置完成排出狀態(tài)之后存在于所述反應(yīng)器中所得的總液體體積大約為0.34升混合液體。所述反應(yīng)器裝配有適合的入口與出口設(shè)置。
本發(fā)明的另一特征在于，連續(xù)分批反應(yīng)器含有利用砂礫石片的(2×2cm)生物膜配置，該石片被用作固定床材料以0.49的固定床對空載的比率為需氧混合菌群形成提供支持。混合床空載比率為0.49。
本發(fā)明的另一特征在于，所述復(fù)雜化工和制藥廢液具有復(fù)合特性。所述污水是來自約100行業(yè)產(chǎn)生出的各種化學(xué)藥品、藥、藥物、殺蟲劑以及多種化學(xué)中間體的混合物。所述廢液的復(fù)雜化學(xué)特征是通過低BOD/COD比值(＜0.3)、高硫酸鹽成分(＞1.75g/L)和高TDS濃度(＞11g/L)的存在來評估的。
本發(fā)明的另一特征在于，通過連接于噴頭排列的擴散鼓風(fēng)機裝置來供氣。不同操作的順序是通過預(yù)編程的計時器完成的。在所述反應(yīng)階段中，水相溶解的氧氣保持在3.0-4.5mg/L。在污水給料之前將所述流入物的pH調(diào)到7.1±0.2。
本發(fā)明的另一特征在于，所述反應(yīng)器是在26±2℃恒溫、需氧條件下以連續(xù)分批模式在生物膜生長配置中進行操作的。
本發(fā)明的另一特征在于，全部24小時(HRT)循環(huán)期是由15分鐘填充狀態(tài)(缺氧的)、23小時的循環(huán)反應(yīng)(需氧的)狀態(tài)、30分鐘整理狀態(tài)(缺氧的)以及15分鐘排出狀態(tài)(缺氧的)構(gòu)成的，該全部循環(huán)期是全部按所述反應(yīng)器操作的所述順序階段來實施的。所述SBR操作的順序是由預(yù)編程計時器(給料、通氣、循環(huán)和排出)控制的。在緊接著排出(上一個順序)之后的每一個所述循環(huán)的開始，向所述系統(tǒng)泵入預(yù)定給料體積(1L)，在所述反應(yīng)狀態(tài)中以通氣對所述反應(yīng)體積進行再循環(huán)。在所述循環(huán)終末，將懸浮的生物體(VSS)沉降，并將所述廢液排出所述反應(yīng)器。
本發(fā)明的另一特征在于，在整個所述實驗中保持4L/天的再循環(huán)速率，以獲得沿所述反應(yīng)器縱深的底物的一致分布和懸浮生物體的均勻分布。再循環(huán)有助于提升線性速度，其限制了在所述SBR操作反應(yīng)階段中濃度梯度的存在。在所述順序的反應(yīng)階段中，認(rèn)為所述反應(yīng)器已經(jīng)完全混合了。
本發(fā)明的另一特征在于，以不同的有機加載率(0.8kg COD/m3/天、1.7kg COD/m3/天、3.5kg COD/m3/天)對所述SBR反應(yīng)器連續(xù)運行三個月。
僅以示例的方式給出的以下實施例，因此不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限制。
實施例1在啟動任何生物學(xué)反應(yīng)器的過程中，反應(yīng)器的啟動是需要考慮的重要方面之一。采用從操作性實驗室水平獲得的活性污泥處理(ASP)單位獲得的生物體對所述SBR進行接種，該生物體已在過去3年中連續(xù)用于處理復(fù)雜化工廢液。獲取來自于所述ASP單位需氧艙的混合液體，并將其以反應(yīng)器體積1∶5的比例作為接種物給料至所述SBR反應(yīng)器。
接種后，利用合成進料(葡萄糖1g/L；乙酸鈉1g/L；Na2HPO40.31g/L)運行所述反應(yīng)器，在所述固定床上運行最高達7天以積累生物體(生物膜VSS3g/L)。然后，所述反應(yīng)器以0.8kg COD/m3/天的有機加載率進行具有指定廢液(pH7-83；TDS11g/L，SS0.9g/L；油與油脂14mg/L；氨氮35mg/L；COD6g/L；BOD2.4g/L，氯化物5g/L；硫酸鹽1.7g/L；磷酸鹽360mg/L；苯酚7.8mg/L)的給料。
在達到對于COD去除的穩(wěn)定性能之后，將所述反應(yīng)器調(diào)到較高的有機加載率。以水相對所述反應(yīng)器進行操作，該水相溶解氧(DO)保持在3-4.5mg/L范圍，流入物pH保持在7以及7附近。
實施例2處理復(fù)雜化工廢液的SBR的性能是通過在整個反應(yīng)器操作過程以及所述循環(huán)周期中監(jiān)控碳的去除(COD)來進行評價的。此外，也在順序操作中測定了pH、BOD、硫酸鹽、懸浮固體(SS)以及溶解氧(DO)以對所述SBR的性能進行評估。對上述參數(shù)進行監(jiān)控的分析程序采用標(biāo)準(zhǔn)方法(Stand Methords，APHA，1996)中給出的程序。
實施例3以0.8kg COD/m3/天的有機加載率、利用整個24小時的循環(huán)周期來在連續(xù)分批模式中進行SBR，來在本研究中評估所述反應(yīng)器處理所述復(fù)雜化工污水的適合性。在所述反應(yīng)器啟動的初期(15天)，以0.8kgCOD/m3/天的有機加載率對所述反應(yīng)器進行操作，并在所述順序(循環(huán))操作以及在整個反應(yīng)器操作過程中通過監(jiān)控碳的去除(COD和BOD)對所述反應(yīng)器的性能進行評估。
表1 SBR的性能
對COD而言，在0.8kg COD/m3/天的有機加載率時觀察到了78％的去除。在達到所述反應(yīng)器的穩(wěn)定后觀察到了91％的BOD去除。從所得的所述反應(yīng)器性能數(shù)據(jù)可以推斷出，當(dāng)與現(xiàn)有ASP系統(tǒng)比較時，SBR在COD去除方面表現(xiàn)出好得多的性能。以不同的有機加載率(0.8kg COD/m3/天；1.7kg COD/m3/天以及3.5kg COD/m3/天)對SBR進行操作。采用連續(xù)操作，所述反應(yīng)器表現(xiàn)出在COD和BOD去除方面提升的性能，并在給料后3天之內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)并在其后或多或少保持恒定。在所述反應(yīng)器的穩(wěn)定的操作中觀察到了78％的COD去除和91％的BOD去除。在啟動后21天，以1.7kg COD/m3/天的有機加載率對所述反應(yīng)器進行給料。在所述有機加載率升高之后，所述反應(yīng)器表現(xiàn)出在所述出口COD和BOD水平的增加，并在15天之內(nèi)達到了COD去除和BOD去除。在啟動28天后，以3.5kg COD/m3/天的有機加載率對所述反應(yīng)器進行給料，且所述反應(yīng)器具有COD去除和BOD去除的性能。在不同有機加載率利用生物膜配置性能的SBR的綜合數(shù)據(jù)如表1所示。為了獲得穩(wěn)定的性能(在碳去除方面)，所述反應(yīng)器需要4天0.8kg COD/m3/天以及5天1.7kg COD/m3/天的有機加載率。為了獲得穩(wěn)定的性能大約需要7天3.5kg COD/m3/天的有機加載率。
實施例4從所得結(jié)果可以推斷出，以相同的有機加載率對相同的廢液進行操作，SBR(利用生物膜配置)表現(xiàn)出比常規(guī)APS系統(tǒng)更有效的性能。對相同復(fù)雜化工污水進行處理時，SBR的性能要優(yōu)于現(xiàn)有ASP。以0.8kg COD/m3/天對常規(guī)ASP進行具有5天滯留的連續(xù)6個月的操作，顯示55％的COD的去除和67％的BOD去除。相比較而言，以0.8kgCOD/m3/天進行僅以24小時滯留時間的SBR操作，表現(xiàn)出相當(dāng)有效的性能(COD去除78％；BOD去除91％)。對這一廢液的進行常規(guī)的ASP操作需要35天的操作才能達到穩(wěn)定性能。然而，在SBR的情況下，5天就足以達到穩(wěn)定性能。與傳統(tǒng)的連續(xù)方法相比，誘導(dǎo)控制的不穩(wěn)定狀態(tài)條件的周期方法具有高底物攝取的有機體，以及儲存能力通常更強并可以耐受突加負荷。
實施例5為了了解在連續(xù)操作中正在發(fā)生的生化過程，通過測定pH，ORPP和DO對所述過程進行監(jiān)控。在連續(xù)操作中對所述過程中pH和ORP的變化進行監(jiān)控。在所述反應(yīng)的起始階段導(dǎo)入pH7附近的所述流入物。所述流入物水相pH隨時間逐漸降低，在所述反應(yīng)階段的末期達到了8.3。ORP(mV)的情況與pH呈鏡像，并隨順序時間的增加ORP達到零(mV)。氧消耗/轉(zhuǎn)移能力是限制懸浮生長生物系統(tǒng)的一個重要因素。對氧消耗率(OCR)進行監(jiān)測以評估所述懸浮生物體在需氧環(huán)境中分解復(fù)雜底物的活力。氧消耗能力說明了正在進行的生化過程。一直到循環(huán)操作4小時時所述氧消耗為0.09mg O2/分鐘并隨后增高到0.106mg O2/分鐘，并在其后保持或多或少的恒定一直到23.3小時。由于較高的內(nèi)源呼吸需要，預(yù)計所述氧消耗率會隨底物利用一起增高。
以下結(jié)論是從本發(fā)明推斷出來的。與常規(guī)連續(xù)方法相比，本發(fā)明具有更有效的性能。與以相同的有機加載率對相同的廢液進行5天滯留時間的APS系統(tǒng)操作相比，本發(fā)明在1天滯留時間中表現(xiàn)出對COD和BOD去除更有效的性能。在更高有機加載率時本發(fā)明效率更高。而且，由于在一個反應(yīng)器中具有平衡、通氣、次級沉降的系統(tǒng)組合的處理特征，而不是在常規(guī)連續(xù)系統(tǒng)中所述單獨的單元，本發(fā)明是經(jīng)濟且易于操作的。
由化學(xué)和制藥產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的所述廢液在質(zhì)量和數(shù)量上是顯著不同的。這些單位所產(chǎn)生污水的不同本質(zhì)可歸因于方法差異以及大量有機和無機材料的消耗。所述污水在液流和組成(生產(chǎn)產(chǎn)物、所述工廠的短期操作，洗滌等)上的可變性妨礙了所述處理方法，并很難采用常規(guī)生物方法進行處理。為了達到約定的標(biāo)準(zhǔn)，諸如活化污泥方法(ASP)的常規(guī)連續(xù)流系統(tǒng)還有很大的困難。當(dāng)化合物作為微生物底物時，它們的毒性和/或抑制作用對復(fù)雜化學(xué)制品的生物學(xué)處理就尤其具有挑戰(zhàn)性。如增進含有毒性化合物的所述工業(yè)污水的礦化的不連續(xù)處理方法(SBR技術(shù))的替代方法似乎很有前景。連續(xù)分批反應(yīng)器(SBR)技術(shù)是在基本的科學(xué)假設(shè)上發(fā)展的，即所述微生物在確定處理條件下的周期性暴露是在分批給料系統(tǒng)中有效完成的，其中能夠相對任意的入流條件而獨立地設(shè)定暴露時間、暴露頻率以及各自濃度的幅度。從工藝學(xué)的角度來看，所述SBR系統(tǒng)的區(qū)別在于被控制的短期不穩(wěn)定狀態(tài)水平的加強，這最終導(dǎo)致生長于所述反應(yīng)器中微生物種群的組成和代謝性質(zhì)的穩(wěn)定的持續(xù)狀態(tài)，該狀態(tài)是通過對所述微生物的分布和生理狀態(tài)進行控制來實現(xiàn)的。SBR技術(shù)的成功依賴于在所述SBR中影響所述微生物系統(tǒng)可能性的巨大潛力以及依賴于SBR相對易于操作且成本效率高這一事實。已知SBR方法比現(xiàn)有活性污泥方法所需成本節(jié)約超過60％。由這些行業(yè)產(chǎn)生的污水包含多種用于所述處理過程的有機物質(zhì)、無機鹽、有機溶劑等，其產(chǎn)生了妨礙生物學(xué)處理的所述污水中的高COD、低BOD、高鹽成分、毒性和抑制性物質(zhì)。迄今為止，看來顯然SBR技術(shù)最適于家庭和低強度污水處理。本發(fā)明的目的是提供用于處理復(fù)雜化工和制藥廢液的借助生物膜配置的連續(xù)分批技術(shù)，該生物膜能夠以真分批模式、在不穩(wěn)態(tài)條件下、有改變的缺氧條件的需氧條件下能使在作為固定床的石片上發(fā)育的混合菌群生長，其中所述反應(yīng)器中以時間順序?qū)崿F(xiàn)平衡、通風(fēng)和沉降的功能。本發(fā)明通過分批方式操作提供了對復(fù)雜化工和制藥廢液進行處理有效技術(shù)的開發(fā)。對于相同的復(fù)雜化工污水的處理，SBR的性能要優(yōu)于現(xiàn)有ASP。
本發(fā)明可有效地用于制藥、化工、復(fù)合化工廢液或任意工業(yè)廢液。相比于常規(guī)的連續(xù)處理系統(tǒng)，所開發(fā)的發(fā)明是成本率高、靈活且經(jīng)濟的，其中在一個反應(yīng)器中提供平衡、通氣、次級沉降的合并而不是在常規(guī)連續(xù)系統(tǒng)中具有獨立的單元。
本發(fā)明的主要優(yōu)點1、本發(fā)明通過分批模式操作，提供了對復(fù)雜化學(xué)和制藥廢液進行處理有效技術(shù)的開發(fā)。
2、本發(fā)明可有效地用于制藥、化工或復(fù)合化工廢液。
3、本發(fā)明可用于處理復(fù)雜廢液(BOD/COD＜0.3)。
4、在對相同復(fù)雜化工污水進行處理時，本發(fā)明技術(shù)SBR的性能優(yōu)于常規(guī)的ASP。
5、相比于常規(guī)的連續(xù)處理系統(tǒng)，本發(fā)明成本率高且經(jīng)濟。
6、相比于常規(guī)的連續(xù)處理系統(tǒng)的5天滯留時間，本發(fā)明只需1天滯留時間就可達到相同性能。
7、本發(fā)明提供了在一個反應(yīng)器中具有平衡、通氣、次級沉降的系統(tǒng)組合而不是在常規(guī)連續(xù)系統(tǒng)中具有獨立的單元的方法。
8、相比于傳統(tǒng)的連續(xù)系統(tǒng)，本發(fā)明的成功之處在于影響所述微生物系統(tǒng)可能性的潛力。
9、本發(fā)明相當(dāng)易于操作。
權(quán)利要求
1.處理復(fù)雜化工和制藥廢液的連續(xù)分批反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括含有生物體的容器，所述容器具有石片固定床和生物膜配置；入口裝置，所述入口裝置通過計時裝置將所述容器連接到給料罐；為污水排出提供的出口裝置，所述出口裝置通過蠕動泵與所述容器連接且位于適當(dāng)高度以防止生物體從所述容器中流失；再循環(huán)裝置，所述再循環(huán)裝置將所述生物體從所述反應(yīng)器底部再循環(huán)至其頂部、且通過計時裝置與所述容器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中所述容器具有通過計時器在其底部與所述容器連接的供氣裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中所述容器是由混雜的玻璃材料制成的，并具有1.7升容量的總工作體積，內(nèi)直徑為0.07m，長度為0.22m，長度/直徑之比約為3。
4.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中當(dāng)反應(yīng)器狀態(tài)為1.34升時，通過所述排出裝置完成排出狀態(tài)之后存在于所述反應(yīng)器的容器中所得的總液體體積大約為0.34升混合液體。
5.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中所述連續(xù)分批反應(yīng)器含有利用砂礫石片的(2×2cm)生物膜配置，該石片被用作固定床材料以0.49的固定床對空載的比率為需氧混合菌群形成提供支持。
6.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中所述復(fù)雜化工和制藥廢液具有復(fù)合特性，且選自源于化學(xué)制品、藥品、藥物、殺蟲劑以及化學(xué)中間產(chǎn)業(yè)的工業(yè)污水。
7.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中所述廢液的復(fù)雜化工特征是通過所存在的低BOD/COD比值(＜0.3)、高硫酸鹽成分(＞1.75g/L)以及高TDS濃度(＞11g/L)來進行評估的。
8.如權(quán)利要求2所述的連續(xù)分批反應(yīng)器，其中供氣裝置包括連接于噴頭排列的擴散通風(fēng)裝置。
9.使用連續(xù)分批反應(yīng)器對復(fù)雜化工和制藥廢液進行處理的方法，所述反應(yīng)器包括含有生物體的容器，所述容器具有石片固定床和生物膜配置；入口裝置，所述入口裝置通過計時裝置將所述容器連接到給料罐；為污水排出提供的出口裝置，所述出口裝置通過蠕動泵與所述容器連接且位于適當(dāng)高度以防止生物體從所述容器中流失；再循環(huán)裝置，所述再循環(huán)裝置將所述生物體從所述反應(yīng)器底部再循環(huán)至其頂部、且通過計時裝置與所述容器連接；所述方法包括以連續(xù)分批模式，對有生物膜生長配置的所述反應(yīng)器進行操作；向所述容器接種從而發(fā)展耗氧微生物菌群；以不同的廢液加載率啟動所述反應(yīng)器及其循環(huán)操作；監(jiān)控碳的去除及處理參數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中使用預(yù)編程的計時器來完成不同操作的順序。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述反應(yīng)階段，在廢液給料之前水相溶解的氧氣保持在3.0-4.5mg/L且將所述流入物的pH調(diào)到7.1±0.2。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述反應(yīng)器是在26±2℃的恒定溫度、需氧條件下在連續(xù)分批模式的生物膜生長配置中進行操作的。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述操作的全部循環(huán)期包括24小時(HRT)，其由下列階段構(gòu)成15分鐘填充狀態(tài)(缺氧的)、利用再循環(huán)的23小時反應(yīng)(需氧的)狀態(tài)、30分鐘沉降狀態(tài)(缺氧的)以及15分鐘排出狀態(tài)(缺氧的)。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在緊接著所述前一個順序排出狀態(tài)之后的每一個所述循環(huán)的開始，向所述系統(tǒng)泵入預(yù)定給料體積(1L)，在所述反應(yīng)狀態(tài)中以通氣對所述反應(yīng)體積進行再循環(huán)，在所述循環(huán)終末，將懸浮的生物質(zhì)(VSS)沉降，并將所述廢液排出所述反應(yīng)器。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在整個所述實驗中保持4L/天的再循環(huán)速率，以獲得沿所述反應(yīng)器縱深的底物的一致分布和懸浮生物體的均勻分布。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中以包括0.8kg COD/m3/天、1.7kg COD/m3/天、3.5kg COD/m3/天的不同有機加載率將所述連續(xù)分批反應(yīng)器連續(xù)運行三個月。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，包括將廢液流經(jīng)具有生物膜結(jié)構(gòu)的連續(xù)分批反應(yīng)器，以連續(xù)分批模式操作所述連續(xù)分批反應(yīng)器，其中混合菌群在所述石片固定床上得以發(fā)育。
18.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述石片固定床上發(fā)育的混合菌群的生長是在需氧條件下進行的。
19.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述在需氧條件下在所述石片固定床上發(fā)育的混合菌群的生長是通過改變所述缺氧條件進行的。
20.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述石片固定床上發(fā)育的混合菌群的生長是在需氧條件同時改變了缺氧條件下進行的，且其中所述處理的方法是在真分批模式中的不穩(wěn)定狀態(tài)條件下操作的。
21.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述反應(yīng)器以時間順序?qū)崿F(xiàn)了平衡、需氧以及沉降的功能。
22.如權(quán)利要求9所述的方法，其中一天的滯留時間產(chǎn)生0.8kgCOD/m3/天的有機加載率的、78％的COD去除。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對復(fù)雜化工和制藥廢液進行處理的借助生物膜配置連續(xù)分批反應(yīng)器的開發(fā)。本發(fā)明的主要用途是對用于對復(fù)雜化工和制藥廢液進行處理借助生物膜配置的新技術(shù)(連續(xù)分批反應(yīng)器)的開發(fā)。與常規(guī)連續(xù)流處理方法相比，本技術(shù)是可有效、經(jīng)濟和靈活操作的。本發(fā)明可用于對化學(xué)或非化學(xué)來源的任意工業(yè)污水進行處理。
文檔編號C02F3/10GK1771202SQ03826465
公開日2006年5月10日 申請日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者雷迪·文卡塔·莫漢·斯里尼瓦蘇盧, 帕娜帕麗·納格斯瓦朗·薩爾瑪, 努納·錢德拉謝卡爾·拉奧, 卡圖瑞·克里希納·普拉薩德, 維賈雅·拉古文·孔達普拉姆 申請人:科學(xué)與工業(yè)研究委員會