專利名稱：復合生物流化床反應器處理淀粉廢水的制作方法
技術領域：
本發明屬化學反應工程領域廢水的生化處理是利用自然界存在的各種微生物來分解廢水中的有機物和某些無機毒物，從而使廢水得到凈化。工業生化處理的方法有多種。生物接觸氧化法是利用固定在填料上的生物膜吸附廢水中的有機物加以氧化分解，使廢水凈化。該法具有出水水質好而穩定的獨特優點，但處理廢水有機物負荷低。因此，生物接觸氧化法處理高負荷廢水并不理想。生物流化床反應器處理工業廢水，處理有機物負荷高，處理量大，但對廢水中較難降解的有機物去除效率低。近年來，組合式反應器處理廢水的方法引起了人們的關注。于是出現了各種不同型式的生物流化床與固定床組合而成的復合生物流化床反應器，用于處理廢水。該法兼有各單元設備的特點。
美國專利USP4，253，947(1981·3·3)和USP4，322，296(1982·3·30)中提出采用流化床和固定床兩段串聯的復合生物流化床反應器處理有機物廢水的方法。該法除具有組合式反應器的優點外，尚存在以下缺點不能連續操作，必須停車清洗;反應器結構復雜，需靠反應器外的電動機帶動升降裝置來移動多孔板;固定床內的多孔擋板阻攔載體流失，造成生物膜堵塞床層，清洗困難;等等。這兩篇專利中的反應器結構基本相同，不同的是前者在反應器固定床段裝有攪拌器設施，靠它將載體上的生物膜絮片打下，排走;后者作了改進，取消攪拌器，再生時，多孔板無須提升到床頂，只須升高一定距離，靠氣、液流作用，生物膜絮片經過多孔板隨洗水排走。另外，美國專利USP4，086，162(1978·4·25)提出了活性炭吸附流體中組分的吸附和解析裝置。該裝置上段為固定床，下段為流化床，兩者截面積之比為10∶1。該裝置在處理廢水時，再生仍存在與前面專利所述的反應器同樣的缺點。此法效率低，不適于工業生產使用。
本發明為了克服上述反應器的缺點，設計了一種新型高效復合生物流化床反應器，并成功地應用于淀粉廢水處理，它兼有生物流化床負荷高和接觸氧化法出水水質好的特點，既提高總的體積負荷，又保證出水水質，以達到高效生化處理廢水之目的。
本發明依據的反應原理利用原水及環境中的微生物在室溫下以活性炭為生物載體進行自然掛膜。靠氣、液流速的作用，使載體顆粒在床層內提升，達到流態化。加大氣液流速，使生物顆粒在床層內形成循環。床層流化加速了床層的傳質，流化顆粒表面的生物膜使廢水中的有機物進行降解，從而凈化廢水。由于流化顆粒比表面積大，加上循環和局部返混，氣液接觸好。流化顆粒間的相互摩擦使顆粒表面的生物膜不斷更新，有利于生物膜的生長。經過循環段處理后的廢水，有機物顯著減小，進入填料段與纖維填料上的生物膜接觸，使在循環段中難以降解的有機物進一步降解。同時，利用纖維束的漂浮作用抑制顆粒的流失，以維持反應器的穩定操作。
本發明反應器的流型為混合型與置換型的疊加。反應器結構見附
圖1。該反應器是由下部生物流化床和上部生物固定床兩段串聯組成，流化床內含多孔板1、篩網2和導流筒3等，固定床內含纖維軟質填料4。反應器上還有進料口9、出料口5、空氣入口10和排氣口6等。導流筒管徑De與流化床直徑Dc1之比為0.5～0.7，最好為0.64;導流筒高度Le與流化床直徑Dc1之比為5～7，最好為6.8。操作時，在流化床的導流筒內裝入活性炭載體7和活性污泥8。固定床內的纖維填料可以選擇維綸或丙綸或其他合成纖維，纖維束長大于12厘米，束間距約為5厘米。
本發明采用上述型式的高效復合生物流化床反應器處理淀粉廢水，其處理流程見圖2。本發明的操作方法如下1.生物膜的培養選擇粒徑為1.3～1.8毫米的活性炭作載體加入反應器的流化床內，同時加入活性污泥，加入高度約為總床高的20%。再加入稀釋過的淀粉廢水至床滿，并在床中按BOD5(生物需氧量)∶P(磷)＝100∶1比例加入適量磷酸二氫鉀營養鹽。加料完畢，通入空氣進行曝氣，其流速一般控制在床中載體剛好能夠循環為宜。經過一定時間曝氣后，停氣，活性污泥和載體逐漸沉降與水分離，放出上層清液，再注入新鮮廢水，按規定比例繼續加入營養鹽，重復上述步驟。悶曝4～7天以后，以每小時1升的流量流動進水。一般情況下，大約一周時間即可形成均勻穩定的生物膜。此刻可觀察到軟質填料的結節明顯增大，呈黃褐色球形，球體纖維絲上掛滿灰黃色的生物膜;活性炭載體表面也覆蓋了一層灰黃色生物膜。經過十多天這樣的培養馴化，使載體表面附載了一層具有生物降解能力的生物膜。
2.淀粉廢水的處理在生物膜培養成功后，淀粉廢水自高位槽1和空氣自空氣壓縮機2，分別經液體流量計3和氣體流量計4計量后進入反應器5的底部，混合后經過由多孔板和篩網組成的分布板進入反應器5的循環段(即流化床段)。控制一定的氣液比(可在40∶1～30∶1范圍內選擇)和加大氣、液流量，使載體和活性污泥隨之一起循環運轉，廢水中的有機物與流化顆粒接觸，在生物膜的作用下得到降解。經過流化床段處理的廢水再進入填料段(即固定床段)與該段纖維填料上的生物膜接觸，使有機物進一步降解。最后，處理后的廢水在反應器的擴大段與空氣分離后排出，進入沉降池沉降，生物膜沉淀下來，清水溢出。北京淀粉廠的玉米淀粉廢水用本發明方法處理〔氣液比為30∶1，進水水質COD(化學需氧量)為800毫克/升〕，停留時間為4小時，出水水質COD為85毫克/升;停留時間為5小時，出水COD為72毫克/升;停留時間為7小時，出水COD可達30毫克/升。反應器的最大COD容積負荷可達4.2公斤COD/天·米3。
本發明流程具有以下優點1.反應器結構簡單，無須機械傳動設施。
2.可連續操作;因固定床段為穗狀軟質填料，壓降低，流化床帶出的生物膜不會堵塞床層，實現了連續操作。
3.載體上的生物膜易于除去;因流化床段帶有導流筒，循環量大，載體與氣、液接觸時間長，生物膜易于除去。
4反應器上部擴大段裝有軟質填料，空間得到充分利用。
5操作穩定，出水水質好，處理能力大，效率高，能耗低。
本說明書中的附圖1是本發明復合生物流化床反應器的結構示意圖;圖2是本發明淀粉廢水處理流程示意圖。
實施例本試驗是在一個體積為11升、材質為有機玻璃(工業上可以采用普通碳鋼)的本發明反應器中進行的。該反應器的下段為φ100帶導流筒的流化床，上段為φ150維綸纖維束的軟質填料填充的固定床。試驗開始前，先在流化床內加入1.3毫米粒徑的活性炭300克，作為流化載體，然后加入活性污泥，加入高度約為總床高的20%。
1.生物膜的培養先將玉米淀粉廢水用水稀釋，使其化學需氧量COD由2000毫克/升降至734毫克/升。然后，將稀釋過的淀粉廢水加入反應器中至床滿，再加入10毫升濃度為10克/升的磷酸二氫鉀溶液，通入空氣進行曝氣。空氣流速以床中載體剛好能循環為宜。三天后停氣，沉降，排出上層清液，再注入新鮮稀釋廢水，在廢水高位槽中加入100毫升濃度為10克/升的磷酸二氫鉀溶液，重復上述步驟悶曝。一周后，開始連續進入廢水，流量為1升/小時;兩周后，可觀察到軟質填料結節明顯增大，在黃褐色球形纖維束的絲上掛滿灰黃色生物膜，活性炭載體表面也由亮灰色變成灰黃色表明生物膜培養成功。
2.淀粉廢水的處理生物膜培養成功后，淀粉廢水由高位槽、空氣由空氣壓縮機分別經流量計計量后從床層底部經過氣液分布板混合后進入反應器，廢水流量為2.7升/小時，空氣流量為100升/小時，在常溫下進行連續穩定操作。停留時間達4小時以后，取樣分析，出水COD為73毫克/升，此值小于國家規定的COD為100毫克/升的排放標準;反應器容積負荷達到3.97公斤COD/天·米3。
權利要求
1.一種淀粉廢水的處理方法，其特點在于在復合生物流化床反應器中，用附載在活性炭和纖維載體上的生物膜于室溫和一定的氣液比條件下連續處理廢水，使廢水中的有機物降解，達到出水COD小于國家規定的100毫克/升排放標準，最大反應器容積負荷在3.9公斤COD/天·米3以上。
2.一種用于淀粉廢水處理的復合生物流化床反應器，其特點是由生物流化床和生物固定床兩段串聯組成，流化床內含多孔分布板、導流筒，導流筒管徑與流化床直徑之比(De/Dc1)為0.5～0.7，導流筒高度與流化床直徑之比(Le/Dc1)為5～7，固定床內含纖維軟質填料。
3.一種如權利要求1所述的淀粉廢水的處理方法，其特點在于該生物膜的培養是將稀釋淀粉廢水送入含活性污泥、載體(活性炭和纖維填料)、磷酸二氫鉀營養鹽的反應器內，于室溫下經空氣曝氣、停氣、悶曝等馴化步驟，形成一層灰黃色生物膜附載于載體表面。
4.一種如權利要求1所述的淀粉廢水的處理方法，其特點在于進入復合生物流化床反應器進行處理的廢水流量與空氣流量的氣液比應控制在40∶1～30∶1范圍內。
5.一種如權利要求2所述的處理廢水的復合生物流化床反應器，其特點在于該反應器固定床段的纖維軟質填料是由中心串聯在一條繩索上的多個纖維束組成，呈穗狀，纖維填料為維綸或丙綸或其它合成纖維。
全文摘要
本發明是一種在復合生物流化床反應器中利用生物膜處理淀粉廢水的方法。該反應器的結構下段為帶有導流筒的流化床，內含活性炭和活性污泥；上段為含纖維軟質填料的固定床。該處理流程為在生物膜培養后，室溫下將廢水送入反應器，在一定氣液比下使活性炭生物顆粒循環，廢水中有機物經流化顆粒降解后，進入填料段與填料上的生物膜接觸進一步降解。出水，測定COD。該法的優點是連續操作，處理能力大。
文檔編號C02F1/10GK1055161SQ90101670
公開日1991年10月9日 申請日期1990年3月29日 優先權日1990年3月29日
發明者彭成中, 欒金義 申請人:化工部北京化工研究院