專利名稱：酶法處理有機廢水的工藝及其配套裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用酶與酶技術處理有機廢水的工藝及其組合裝置，屬于生化工程與環境科學技術領域。
背景技術：
酶與酶技術應用于有機廢水的處理，為環境保護中水污染的治理提供了新的技術手段。這方面國內外理論上都有了大量的研究，但是在工程的實際應用方面在國內還幾乎處于空白。目前，在水環境污染治理方法上主要有以下幾種物化處理的有混凝法，吸附法，膜分離法，離子交換法，中和法等；化學處理方法有氧化法，光化學法，電化學法等；生物處理方法有活性污泥法，生物膜法，厭氧法等。這些方法存在著諸多自身的缺陷，不同程度上各自表現在處理效率低下，浪費土地資源和能源，處理成本高，效果不理想，容易產生新的廢棄副產物，甚至產生新的污染源。面對日益嚴峻的全球化水環境污染問題，近年來，在環保領域酶與酶技術以實際應用的要求為目的，利用酶的催化特性對污染物進行降解與轉化，國內已經做了大量的研究工作，但在環保用酶與酶反應器實現廢水治理的工藝與裝置方面基本還未見報道。當前，酶制劑的應用是以直接加投于污染的水體中進行處理，其缺點是一方面未能減少環保設備和設施的投資，另一方面酶在處理過程中的大量流失增加了污染治理的成本。因此雖然酶制劑在環保領域廢水處理方面有很好的效果，但是成本高是其難以推廣的主要原因。
發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝流程簡單、設備運行可靠、操作簡便的應用酶的固定化技術處理有機廢水的工藝，及其以固定化酶反應器為核心構件，構造出的一組以上的多組合結構的廢水處理配套裝置。
本發明的酶法處理有機廢水的工藝，其特征在于該工藝按下列步驟進行(1)廢水由進水口進入儲水池或沉淀池，流經格柵去除較大的懸浮物后，進入調節池內，在pH在線測定儀的控制下，通過加藥裝置調節pH維持在3～8；(2)調節pH后的廢水由原水泵泵入預處理器內進行過濾介質的吸附截留；(3)將預處理后的廢水通過溫控裝置，使廢水維持在25～50℃后，采用升流的方式從底部進入固定化酶反應器內進行一級或者多級處理，廢水停留時間為1～3小時；(4)經酶催化反應降解后的出水進入過渡水池，由加壓泵送進過濾裝置，通過過濾裝置的出水被達標排放出來；(5)在過濾裝置內被截留下來的濃水經加壓泵返回酶反應器內進行再處理。
上述固定化酶的固定化方法詳見專利號為“2004101554665”、名稱為“在多孔陶瓷上固定化環保用酶的方法”的發明專利。
本發明的顯著優點在于1、固定化酶反應器中的固定化酶可在常溫常壓、溫和的反應條件下進行高效的催化反應，污染物中難以降解的物質在酶的催化下能得以處理，降解速度快，反應時間短，并且固定化酶穩定性較高，有利于底物、產物的分離，可以在較長時間內進行連續裝柱反應，其反應過程能夠得到嚴格控制，可實現連續化、自動化的廢水處理，提高了酶的利用效率，降低處理成本，處理效果大大提高，大大提高處理效果；應用酶法處理廢水，較之細菌法處理，生物催化直接，不產生因菌團生化過程產生的臭味和生物渣體，與目前的處理工藝相比，本工藝反應速度快、高效、直接。
2、采用多孔陶瓷等非親水性材料作為酶固定化的載體材料，其比表面積大，抗壓抗污染能力強，酶的固定化效果好，分子間引力強，酶不易流失。固定化在載體材料上的酶，活性相對穩定，對溫度、PH值的忍耐性增加，在理論上，酶在反應器中的停留時間提高到無窮大。
3、固定化酶反應器需氧量小，不需要攪拌，可在常溫下進行，在創造高效的同時實現了低能耗，是一種節能型的廢水處理設備；其副產物少，載體只要簡單的正壓與負壓反沖洗即可清除附著物；反應器的容積負荷可以根據進水水量與水質進行任意調節和控制，大大提高效率，降低工程投資成本；多級固定化酶反應器可根據廢水處理量，設并聯或者串聯，由每一工段出水口的水質狀況設定控制指標值，連接用管閥自動開啟或閉合。
4、酶生物反應器較之傳統的生物濾池等菌群處理方法，基本無污泥產生，運行方便，操作簡單，大大降低了運行成本。在酶的參與下，提供同化作用和異化作用，降解物分解得到最終的產物CO2和H2O，較之固定化細胞作用更直接，減少菌群處理過程需要碳源與營養才能進行轉化的過程，可在20～50℃條件下運行。
5、采用升流式固定化酶反應器，可連續處理180～360天，出水水質穩定；反應器代替目前通常用的曝氣池構造物，體積減少5/6～7/8；水力保留時間大大縮短，處理效率高，能耗低，無毒副產物；進水均勻地分配到反應器的底部，產生均衡的上升流速，污水與酶之間地傳質得到加強，生化反應徹底。
6、采用超濾機循環處理，在通過特定的分子量設定下，大部分達標的水排出，一部分被截留的或者未反應徹底的混合液通過回流管返回到多效酶反應區進行內部循環處理；利用后工段的超濾回流工藝，未完全降解的污染物通過二次處理，確保降解底物的處理效果，使整個處理過程達到標準排放，使廢水處理在每個工段與單元中發揮出最佳處理效果；經全階段處理后的水質，可進行再處理達到中水回用得目的，達到生活雜用水質標準。
7、集多功能為一體的組合裝置，具有工藝先進、技術成熟、結構合理的特點，各單元互相關聯、投資少、占地少，處理效率高，運行費用低；整個組合系統采用自動化控制，運行安全，操作簡便，對各類廢水有很大的適應性，不僅可以處理高濃度有機廢水，如紡織印染、糖果廠、醫藥廢水，也可以處理中等濃度有機廢水，如軟飲料、水產加工等生產廢水，并且可以處理低濃度有機廢水，如生活污水、城市污水等。
8、本工藝可適用于一體化的設備組合裝置，亦可適用于池體構筑物的整體處理過程，可根據水量的大小，設計不同規格的處理系統，較以往單一的池體構筑物生化處理池，處理效果大大提高，運行更加穩定；可根據廢水的水質、水量情況，將設計中池體構筑物與設備組件相互交替，從而進一步降低過程造價，提高土地利用率，同時便于操作與設施設備維護維修；承受廢水水質、水量變化的抗沖擊負荷能力強，對PH和有毒物質具有較大的降解作用；按照本工藝與裝置發明處理有機廢水，BOD去除率90％，COD去除率可達88％，色度去除率達98％，氨氮去除率達95％，無污染源、無毒副產物。
圖1是本發明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
實施例一本實施例是這樣實現的廢水由進水口1進入儲水池2，流經格柵3去除較大的懸浮物后，進入調節池4內，在pH在線測定儀5的控制下，通過加藥裝置6調節pH維持在4.5～5.5；調節pH后的廢水由原水泵7泵入一個預處理器8內進行過濾介質的吸附截留；將預處理后的廢水通過溫控裝置9，使廢水維持在25～50℃后，采用升流的方式從底部進入一級固定化酶反應器10內，再流經二級固定化酶反應器11、三級固定化酶反應器12，廢水停留時間為1～3小時；經酶催化反應降解后的出水進入過渡水池13，由加壓泵14送進過濾裝置15；在過濾裝置15內被截留下來的濃水經加壓泵16返回酶反應器10內進行再處理，通過過濾裝置15的出水被達標排放出來。
其中，所用的預處理器8為沙濾罐，進行物化處理，達到去除SS以及大顆粒雜物，同時降解色度、COD、BOD值；所用的固定化酶反應器可裝填有脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、單加氧酶、過氧化物酶等酶種的床層或粒狀固定化酶；該固定化酶可由加壓泵17從加酶罐18中泵入；多級酶反應器采用并聯和串聯相結合的方式，每一工段出水口的水質狀況，設定控制指標值，連接用管閥自動開啟或閉合。
(1)制作前端的預處理器沙濾罐罐殼體用鋼質、玻璃鋼等耐酸耐堿抗壓抗氧化的材料制成殼體，加裝所需進水或出口的管閥門控制件。
(2)制造固定化酶反應器將多孔陶瓷或者顆粒性藻土以及空心微珠，經活化劑激活，放入于活力單位1500～2000U/ML以上的酶液中進行吸附，經12小時至24小時的吸附，讓酶在載體上大量富集，制得固定化酶材料，取出在自然條件下風干備用。
(3)超濾機。選用國內廠家質量穩定的機型。
將上述裝置從廢水進入經調節池---預處理罐(池)---酶反應器---超濾，組成整體工藝與裝置，在每一個單元進行在線控制水質與水量及其生化理化指標。該工藝與裝置可連續化作業，使用一個季度至半年反沖洗保養一次。
實施例二根據實施例一的工藝與裝置處理2噸/小時的工業有機廢水，其中調節池的容量設定為6～15噸；預處理采用精密過濾器，為2立方米/小時，其殼體采用不銹鋼材質。
廢水經前端調節池在線PH值及溫度調節以及濾除雜物及部分大顆粒懸浮物后，進入酶反應器，由底端采用升流式進水，反應器水力停留的時間為1.5小時，出水后進入過濾液水池，然后由連接水池的加壓泵送水進入超濾機，超濾機膜孔徑為5萬到8萬分子量。通過的水達標直排70％，30％的濃水返回酶反應器中再進行降解處理。
實施例三以一個日處理2000噸的印染廠工業廢水為例。沉淀池的容積為300～500立方米，在廢水出水管上裝管道射流混合器直接將配好的藥劑高壓泵入管道中調節PH值。經格柵及PH調節后，調節池工段可添加絮凝劑，脫色劑等進行預處理，水送入處理能力為100T/h的過濾裝置，該裝置可用兩種方式，采用內刷式滾筒過濾器，過濾器面積為8平方米，直徑800CM，長度3米，水流速度為10米/秒(濾速為8～15米/秒的過濾器裝置)，再經接連端的溫度控制器將水溫調整至30～50℃(南方地區及夏季可不需要加設該裝置)，印染廢水的出水溫度一般在50～70℃之間，所以經適當調溫后，水溫適應于后工段酶反應器的反應條件。經預處理的水質去除懸浮物及部分COD、BOC后，進入三級酶反應器，水流在反應器中的停留時間為2.5小時反應，反應器中的兩種以上的酶對有機物進行降解，根據水質的情況，選用酶種與上述發明中的固定化酶，去除氨氮等有機類污染物，此工段水質處理效果、各項指標可達到去除率90％以上。出水后進入過渡水池，起儲水作用，此工段達標水可直接排放，超濾機為80～100噸/小時。過渡水池超濾機用水泵連接，使過渡水池中的水進入超濾機，通過的水外排，截留下的水返回到酶反應器中進行二次處理。同時超濾機出水可再進入下一工段進行中水回用處理。
采用本工藝技術，過程造價預算為構筑物20萬元，酶反應器組合設備30萬元，超濾機10萬元，自動控制系統8萬元，安裝工程及其它12萬元，工程總造價90萬元，每噸水處理運行成本0.6～0.8元。大大節省土地資源和工程造價，降低運行費用。
本發明工藝流程簡單、設備運行可靠、操作簡便，且廢水處理速度快、高效、直接，具有較大的應用推廣價值。
權利要求
1.一種酶法處理有機廢水的工藝，其特征在于該工藝按下列步驟進行(1)廢水由進水口進入儲水池或沉淀池，流經格柵去除較大的懸浮物后，進入調節池內，在pH在線測定儀的控制下，通過加藥裝置調節pH維持在3～8；(2)調節pH后的廢水由原水泵泵入預處理器內進行過濾介質的吸附截留；(3)將預處理后的廢水通過溫控裝置，使廢水維持在25～50℃后，采用升流的方式從底部進入固定化酶反應器內進行一級或者多級處理，廢水停留時間為1～3小時；(4)經酶催化反應降解后的出水進入過渡水池，由加壓泵送進過濾裝置，通過過濾裝置的出水被達標排放出來；(5)在過濾裝置內被截留下來的濃水經加壓泵返回酶反應器內進行再處理。
2.如權利要求1工藝中用的預處理器，其特征在于該裝置為沙濾罐、精密過濾器、滾筒內篩式過濾器中的一種或多種相串接構成。
3.如權利要求1工藝中用的固定化酶反應器，其特征在于該裝置由載體材料、固定化在載體材料上的酶解劑和用于填充載體材料的殼體材料構成，所述載體材料為多孔陶瓷或其它不溶性載體材料，所述酶解劑由脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、漆酶、纖維素酶、單加氧酶、過氧化物酶中的一種或者多種構成，所述殼體材料為土建構筑物、鋼體容器、材質容器或鋼化玻璃容器中的一種。
4.如權利要求1工藝中用的過慮裝置，其特征在于該裝置為超濾機，采用膜孔徑為5～8萬分子量的抗滲透性較好的濾膜。
5.如權利要求1所述的酶法處理有機廢水的工藝，其特征在于所述固定化酶反應器內的固定化酶需要調整和補充時，由加壓泵從加酶罐中泵入補充。
6.如權利要求1所述的酶法處理有機廢水的工藝，其特征在于該工藝所用裝置在使用過后，可采用清水反向沖洗的方式將雜物或非反應物排除出。
全文摘要
一種酶法處理有機廢水的工藝，其特征在于該工藝按下列步驟進行廢水由進水口進入儲水池或沉淀池，流經格柵后進入調節池內，在pH在線測定儀的控制下，通過加藥裝置調節pH維持在3～8；調pH后的廢水由原水泵泵入預處理器內；將預處理后的廢水通過溫控裝置，使廢水維持在25～50℃，采用升流方式從底部進入固定化酶反應器內進行一級或多級處理，廢水停留時間為1～3小時；經酶催化降解后的出水進入過渡水池，由加壓泵送進過濾裝置，通過過濾裝置的出水被達標排放；在過濾裝置內被截留下來的濃水經加壓泵返回酶反應器內進行再處理。本發明工藝流程簡單、設備運行可靠、操作簡便，且廢水處理速度快、高效、直接，具有較大的應用推廣價值。
文檔編號C02F9/14GK1686874SQ20051020020
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月5日 優先權日2005年4月5日
發明者孫祥章, 任超, 敖小平, 張慶祥 申請人:孫祥章