專利名稱：處理染料廢水的生物－電化學組合系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用生物技術(shù)和電化學技術(shù)的協(xié)同作用處理染料廢水的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)及其操作方法。
背景技術(shù)：
染料廢水是一種危害較大、處理難度較大的高濃度工業(yè)廢水，它含有多種污染物質(zhì)，主要的水質(zhì)特征COD濃度高、色度高、難降解有機物濃度高，水質(zhì)波動大。目前國內(nèi)外處理染料廢水的主要技術(shù)有生物處理和物化處理，物化處理技術(shù)包括混凝沉淀法、過濾法、加藥氣浮法、電解法、光催化氧化法等；生物處理技術(shù)包括活性污泥和生物膜等，生物處理技術(shù)具有經(jīng)濟簡便等優(yōu)點而被普遍采用。
目前的技術(shù)處理染料廢水，存在以下主要問題(1)物化處理技術(shù)雖有較好的處理效果，但成本昂貴，能耗大，易產(chǎn)生二次污染。
(2)生物技術(shù)對難降解有機物的去除率較低，出水很難達到排放要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于克服現(xiàn)有處理染料廢水設(shè)施面臨的問題，將生物技術(shù)與電化學技術(shù)有機結(jié)合，提供一種處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)，為染料廢水中污染物控制提供一條有效的途徑。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)的操作方法。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)由現(xiàn)有設(shè)備微電解過濾器、生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝、電解絮凝槽、生物除臭反應(yīng)器五個單元組合構(gòu)成；其中，微電解過濾器和電解絮凝槽屬電化學技術(shù)，生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝、生物除臭反應(yīng)器屬生物技術(shù)。
微電解過濾器通過管線與生物膜厭氧反應(yīng)器相連通，生物膜厭氧反應(yīng)器的液體出口通過管線與立體循環(huán)一體化氧化溝相連通，立體循環(huán)一體化氧化溝的液體出口通過管線與電解絮凝槽相連通；生物膜厭氧反應(yīng)器的氣體出口和立體循環(huán)一體化氧化溝的氣體出口分別通過管線與生物除臭反應(yīng)器相連通。
所述的生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝與生物除臭反應(yīng)器相連通的管線上分別安裝有氣泵；或先將生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝的排氣管線相連通在一管線上，該管線再與生物除臭反應(yīng)器相連通，并在該管線上安裝氣泵。
圖1為本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)示意圖。在微電解過濾器內(nèi)填裝有鐵屑和活性炭顆粒，利用鐵元素和炭元素間形成的微電解作用對染料氧化還原脫色，并對廢水中懸浮顆粒過濾截留；生物膜厭氧反應(yīng)器內(nèi)裝有半軟性纖維或陶粒填料，厭氧菌附著在其上生長，可將廢水中的某些難降解有機物水解成為易生化降解的小分子物質(zhì)；立體循環(huán)一體化氧化溝分為上下兩層，上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，可有效去除水中的可生物降解有機物并除氮；電解絮凝槽利用電絮凝和電極發(fā)生的氧化還原作用去除水中殘余的難降解有機物和懸浮顆粒污染物。生物膜厭氧反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝的頂部為封閉式，廢水處理過程揮發(fā)的臭味氣體通過氣泵送入生物除臭反應(yīng)器凈化。在廢水處理系統(tǒng)中，廢水靠重力流動，無中間提升泵。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中的微電解過濾器如圖2所示，該過濾器為圓柱體形狀的容器，主要由進水管1、鐵碳濾料區(qū)2、集水區(qū)3、出水管4、裝濾料口5-1，卸濾料與觀察口5-2等單元組成。
在微電解過濾器的頂部開有裝濾料口5-1，上部安裝有進水管1，下部開有卸濾料與觀察口5-2，底部安裝有出水管4，在微電解過濾器的里面有裝載鐵屑和活性炭顆粒的濾料區(qū)2，在鐵屑和活性炭顆粒的濾料區(qū)2的下面與微電解過濾器的底部之間為集水區(qū)3。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中的生物膜厭氧反應(yīng)器如圖3所示，該生物膜厭氧反應(yīng)器為長方體形狀的容器，主要由進水管6、生物填料區(qū)7、出水管8等組成。
在生物膜厭氧反應(yīng)器的上部安裝有出水管8，下部安裝有進水管6，里面為厭氧生物填料區(qū)7，填料采用半軟性纖維或陶粒濾料。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中的立體循環(huán)一體化氧化溝(專利申請?zhí)?1109727.2)的結(jié)構(gòu)如圖4所示該立體循環(huán)一體化氧化溝由進水管9、曝氣轉(zhuǎn)刷10、上層好氧溝道11、下層缺氧溝道12、隔板13、沉淀區(qū)14、出水管15等單元組成。
一容器，在容器里安裝有一隔板13，隔板13將容器分成上層好氧溝道11，下層缺氧溝道12，在容器的上部的一側(cè)壁上安裝有進水管9，在進水管9的前方安裝有曝氣轉(zhuǎn)刷10，在容器的另一側(cè)壁里安裝一豎板，將容器分割出一沉淀區(qū)14，且沉淀區(qū)14的底部與下層缺氧溝道12相通，在沉淀區(qū)14的外壁上，且與進水管9同一高度安裝有出水管15。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中的電解絮凝槽如圖5所示該電解絮凝槽由進水管16、極板17、電解絮凝區(qū)18、出水管19、電源20等單元組成。
一容器，在容器的下部安裝有進水管16，上部安裝有出水管19，兩極板17分別安裝在容器的兩側(cè)，兩極板17分別通過導(dǎo)線與電源20相連接，容器的腔體構(gòu)成電解絮凝區(qū)18。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中的生物除臭反應(yīng)器如圖6所示該生物除臭反應(yīng)器由氣泵21、進氣管22、生物填料區(qū)23、出氣管24、淋水管25組成。
一容器，在容器的下部安裝有與容器外部氣泵21連接的進氣管22，在容器里的上部安裝有與水管連接的淋水管25，在淋水管25的下部有生物填料區(qū)23，在容器的頂部安裝有出氣管24。
本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)的操作方法為將染料廢水由微電解過濾器進水管1進入微電解過濾器，經(jīng)鐵屑和活性炭顆粒濾料區(qū)2對廢水脫色和截留廢水中的懸浮固體，水向下過濾匯入集水區(qū)3，然后經(jīng)微電解過濾器出水管4流出；微電解過濾器內(nèi)鐵屑和活性炭顆粒濾料的填裝、補充、更換以及運行狀況的觀察可通過裝濾料口5-1及卸濾料與觀察口5-2完成；微電解過濾器的出水由生物膜厭氧反應(yīng)器的進水管6進入生物膜厭氧反應(yīng)器，廢水流經(jīng)厭氧生物填料7由出水管8排出，廢水中的有機污染物被附著在半軟性纖維或陶粒填料上的厭氧微生物降解，可改善廢水的可生化性；生物膜厭氧反應(yīng)器的出水由立體循環(huán)一體化氧化溝的進水管9進入立體循環(huán)一體化氧化溝，廢水與溝內(nèi)污泥的混合液在曝氣轉(zhuǎn)刷10的推動下在上層好氧溝道11和下層缺氧溝道12之間循環(huán)，可有效去除可生物降解有機物和脫氮；上層好氧溝道11和下層缺氧溝道12由隔板13分隔；微生物分解有機物和氨氮硝化所需溶解氧由曝氣轉(zhuǎn)刷10提供；混合液經(jīng)沉淀區(qū)14進行固液分離，污泥自動回流到立體循環(huán)一體化氧化溝內(nèi)，而上清液經(jīng)立體循環(huán)一體化氧化溝出水管15和電解絮凝槽進水管16進入電解絮凝槽，利用電極17發(fā)生的氧化還原和電絮凝作用去除水中殘余的難降解有機物和懸浮顆粒污染物，處理出水由出水管19排放；生物膜厭氧反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝有臭味氣體逸出，通過氣泵21抽吸并經(jīng)生物除臭反應(yīng)器進氣管22送入除臭生物填料區(qū)23，通過微生物的作用使臭味氣體得到凈化；凈化后氣體由出氣管24排放到大氣中。為保持生物除臭填料具有一定的濕度和為微生物提供必要的營養(yǎng)，定期通過淋水管25噴淋一定量的水和營養(yǎng)液。
本發(fā)明將生物技術(shù)與電化學技術(shù)結(jié)合形成一種能夠有效地處理染料廢水中的有機污染物及色度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可處理染料廢水中的污染物達到國家綜合排放水標準，而且同步將廢水及廢水處理過程中散發(fā)的臭味氣體凈化，避免了二次污染，是一清潔型的廢水處理系統(tǒng)。本發(fā)明具有水質(zhì)凈化效果顯著、占地面積小、運行成本低等特點。
本發(fā)明的優(yōu)點(1)將電化學與生物技術(shù)有機結(jié)合，能夠有效地去除染料廢水中的有機物、懸浮物和色度，使處理水達到排放標準；(2)厭氧反應(yīng)器中，無需攪拌設(shè)備，降低了動力消耗；(3)立體循環(huán)一體化氧化溝采用立體循環(huán)方式可減少占地約50％；(4)電解絮凝槽利用電化學作用對懸浮顆粒進行絮凝，無需投加絮凝劑，簡化了操作。


圖1.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)示意圖。
圖2.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中微電解過濾器示意圖。
圖3.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中生物膜厭氧反應(yīng)器示意圖。
圖4.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中立體循環(huán)一體化氧化溝示意圖。
圖5.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中電解絮凝槽示意圖。
圖6.本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)中生物除臭反應(yīng)器示意圖。
附圖標記1.微電解過濾器進水管2.鐵屑和活性炭顆粒濾料區(qū)3.集水區(qū)4.微電解過濾器出水管5-1.裝濾料口5-2.卸濾料與觀察口6.生物膜厭氧反應(yīng)器進水管7.厭氧生物填料區(qū)8.生物膜厭氧反應(yīng)器出水管9.立體循環(huán)一體化氧化溝進水管10.曝氣轉(zhuǎn)刷 11.上層好氧溝道12.下層缺氧溝道 13.隔板14.沉淀區(qū) 15.立體循環(huán)一體化氧化溝出水管16.電解絮凝槽進水管 17.極板18.電解絮凝區(qū) 19.電解絮凝槽出水管20.電源 21.氣泵22.生物除臭反應(yīng)器進氣管 23.除臭生物填料區(qū)24.生物除臭反應(yīng)器出氣管 25.淋水管具體實施方式
實施例1請參見圖1～6。微電解過濾器通過管線與生物膜厭氧反應(yīng)器相連通，生物膜厭氧反應(yīng)器的液體出口通過管線與立體循環(huán)一體化氧化溝相連通，立體循環(huán)一體化氧化溝的液體出口通過管線與電解絮凝槽相連通；生物膜厭氧反應(yīng)器的氣體出口和立體循環(huán)一體化氧化溝的氣體出口上的管線分別連通在一氣體管線上，該管線再與生物除臭反應(yīng)器相連通，并在該管線上安裝一氣泵。
將本發(fā)明應(yīng)用于某染料公司的染料生產(chǎn)廢水處理工程，處理廢水量為32m3/d，該廢水的特點是污染物濃度高、含水合肼等多種有毒有害污染物質(zhì)、可生化性差、含堿量高，是典型的難處理的工業(yè)廢水。該工程已經(jīng)建成并試運行。在微電解過濾器內(nèi)填裝鐵屑和活性炭顆粒；生物膜厭氧反應(yīng)器內(nèi)填裝陶粒填料。生物膜厭氧反應(yīng)器利用城市污水廠的活性污泥馴化掛膜，立體循環(huán)一體化氧化溝的活性污泥采用城市污水廠的污泥經(jīng)馴化后投入運行。
在該工程中，微電解過濾器中填裝有鐵屑與活性炭顆粒均勻混合的濾料；生物膜厭氧反應(yīng)器內(nèi)填裝用塑料制成的半軟性纖維填料或陶粒填料，將立體循環(huán)一體化氧化溝內(nèi)經(jīng)培養(yǎng)馴化的部分污泥排入其中，在厭氧條件下培養(yǎng)馴化使其附著在填料上，形成厭氧生物膜；立體循環(huán)一體化氧化溝內(nèi)的活性污泥取自焦化廠污水處理系統(tǒng)的污泥，并進行培養(yǎng)馴化，使其適應(yīng)染料廢水特性；生物除臭反應(yīng)器內(nèi)的生物填料為多孔的海綿塊，通過接種和培養(yǎng)馴化使降解發(fā)臭物質(zhì)的微生物附著生長其上并發(fā)揮作用。
一年多的工程運行結(jié)果表明，經(jīng)本發(fā)明的處理染料廢水的生物-電化學組合工藝處理，進水COD11600～30000mg/L，出水140mg/L左右(排放標準200mg/L)；進水氨氮1148～1347mg/L，出水小于20mg/L(排放標準25mg/L)；SS出水45mh/L(排放標準100mg/L)；進水pH值13，出水7.9～8.1(排放標準6～9)；進水色度10～20萬倍，出水50倍(排放標準180倍)，各項指標達到國家污水綜合排放標準。
權(quán)利要求
1.一種處理染料廢水的生物-電化學組合系統(tǒng)，由微電解過濾器、生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝、電解絮凝槽、生物除臭反應(yīng)器組合構(gòu)成；其特征是微電解過濾器通過管線與生物膜厭氧反應(yīng)器相連通，生物膜厭氧反應(yīng)器的液體出口通過管線與立體循環(huán)一體化氧化溝相連通，立體循環(huán)一體化氧化溝的液體出口通過管線與電解絮凝槽相連通；生物膜厭氧反應(yīng)器的氣體出口和立體循環(huán)一體化氧化溝的氣體出口分別通過管線與生物除臭反應(yīng)器相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述的生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝與生物除臭反應(yīng)器相連通的管線上分別安裝有氣泵；或先將生物膜厭氧反應(yīng)器、立體循環(huán)一體化氧化溝的排氣管線相連通在一管線上，該管線再與生物除臭反應(yīng)器相連通，并在該管線上安裝氣泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述的微電解過濾器內(nèi)填裝有鐵屑和活性炭顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述的生物膜厭氧反應(yīng)器內(nèi)裝有半軟性纖維填料或陶粒填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述的生物膜厭氧反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝的頂部為封閉式。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項所述的系統(tǒng)的操作方法，其特征是將染料廢水由微電解過濾器進水管進入微電解過濾器，經(jīng)鐵屑和活性炭顆粒濾料區(qū)對廢水脫色和截留廢水中的懸浮固體，水向下過濾匯入集水區(qū)，然后經(jīng)微電解過濾器出水管流出；微電解過濾器的出水由生物膜厭氧反應(yīng)器的進水管進入生物膜厭氧反應(yīng)器，廢水流經(jīng)厭氧生物填料由出水管排出，廢水中的有機污染物被附著在半軟性纖維或陶粒填料上的厭氧微生物降解；生物膜厭氧反應(yīng)器的出水由立體循環(huán)一體化氧化溝的進水管進入立體循環(huán)一體化氧化溝，廢水與溝內(nèi)污泥的混合液在曝氣轉(zhuǎn)刷的推動下在上層好氧溝道和下層缺氧溝道之間循環(huán)，有效去除可生物降解有機物和脫氮；混合液經(jīng)沉淀區(qū)進行固液分離，污泥自動回流到立體循環(huán)一體化氧化溝內(nèi)，而上清液經(jīng)立體循環(huán)一體化氧化溝出水管和電解絮凝槽進水管進入電解絮凝槽，利用電極發(fā)生的氧化還原和電絮凝作用去除水中殘余的難降解有機物和懸浮顆粒污染物，處理出水由出水管排放；生物膜厭氧反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝逸出的臭味氣體，通過氣泵抽吸并經(jīng)生物除臭反應(yīng)器進氣管送入除臭生物填料區(qū)，通過微生物的作用使臭味氣體得到凈化；凈化后氣體由出氣管排放到大氣中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的除臭生物填料區(qū)要定期噴淋水和營養(yǎng)液。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的在廢水處理時，廢水靠重力流動，無中間提升泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理染料廢水的生物－電化學組合系統(tǒng)及其操作方法。微電解過濾器通過管線與生物膜厭氧反應(yīng)器相連通，生物膜厭氧反應(yīng)器的液體出口通過管線與立體循環(huán)一體化氧化溝相連通，立體循環(huán)一體化氧化溝的液體出口通過管線與電解絮凝槽相連通；生物膜厭氧反應(yīng)器和立體循環(huán)一體化氧化溝的氣體出口分別通過管線與生物除臭反應(yīng)器相連通。微電解過濾器對染料廢水脫色；厭氧生物處理的作用是將水中的難降解有機物水解，改善廢水的可生化性；立體循環(huán)一體化氧化溝是去除水中的有機物；電解槽的作用是去除水中殘余的難降解有機物和懸浮顆粒污染物；染料廢水及處理過程揮發(fā)的臭味氣體由生物除臭反應(yīng)器處理。處理后的水質(zhì)可達到國家綜合排放水標準。
文檔編號C02F3/28GK101024534SQ20061000828
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者劉俊新, 曲久輝, 雷鵬舉 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心