电镀废水COD的生物活性炭处理设备及方法

摘要

本发明涉及一种电镀废水COD的生物活性炭处理设备及方法。该处理设备包括：砂滤罐、过水槽、溶气压力泵、溶气罐以及生物活性炭反应器。本发明的特点是，该溶气罐的进水口连接该溶气压力泵的输出端以部分地输入来自该溶气压力泵的进水，该进气口输入压缩空气，从而在该溶气罐内进行加压溶气。该生物活性炭反应器输入废水并去除废水中的有机物，该生物活性炭反应器的活性炭柱下方布置有溶气出水管，该溶气出水管上分布有小孔以排出废水及减压释放而产生的微细、粒度均匀的气泡。

权利要求

1.一种电镀废水COD的生物活性炭处理设备，包括：

砂滤罐，该砂滤罐具有砂滤进水口及砂滤出水口，该砂滤进水口输入电镀废水，该砂滤出水口输出过滤后的电镀废水；

过水槽，具有进水端及出水端，该进水端连接该砂滤罐的砂滤出水口；

溶气压力泵，连接该过水槽的该出水端；

溶气罐，具有进水口、出水口及进气口，该溶气罐的进水口连接该溶气压力泵的输出端以部分地输入来自该溶气压力泵的进水，该进气口输入压缩空气，从而在该溶气罐内进行加压溶气；

生物活性炭反应器，具有进水口和出水口，该生物活性炭反应器的进水口连接该溶气罐的出水口及该溶气压力泵的输出端，以输入废水并去除废水中的有机物，该生物活性炭反应器的活性炭柱下方布置有溶气出水管，该溶气出水管上分布有小孔以排出废水及减压释放而产生的微细、粒度均匀的气泡；以及承托层，设置在该活性炭柱和该溶气出水管之间，该承托层由卵石组成。

2.如权利要求1所述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备，其特征在于，还包括反洗泵，该砂滤罐还具有砂滤反洗进水口和砂滤反洗出水口，且该该过水槽还具有反洗供水口，该反洗泵的输入端连接该反洗供水口，该反洗泵的输出端连接该砂滤反洗进水口。

3.如权利要求1所述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备，其特征在于，该活性炭柱内包含多个相互独立的分段模块，每一分段模块内装填有活性炭。

4.如权利要求3所述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备，其特征在于，该多个分段模块上下相互间隔。

5.如权利要求3所述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备，其特征在于，每一分段模块具有可打开的上顶盖及下顶盖，该上顶盖的周围均匀安装有多个吊环。

6.一种电镀废水COD的生物活性炭处理方法，包括以下步骤：

将经过化学沉淀的电镀废水经过一砂滤罐以去除悬浮颗粒物；

从该砂滤罐输出废水至一过水槽；

从该过水槽的输出部分废水至一溶气罐，并向该溶气罐中通入压缩空气，进行加压溶气以提高废水中空气的溶解度；

从该溶气罐输出废水，并从该过水槽输出另一部分废水至一生物活性炭反应器停留一预设时间，以去除废水中的有机物，其中废水进入该生物活性炭反应器的活性炭柱下方的溶气出水管后，废水中加压溶入的气体减压释放而产生的微细、粒度均匀的气泡，并与废水一并从该溶气出水管的小孔排出，在无需配水室的条件下经过一承托层达到气水混合的作用。

7.如权利要求6所述的电镀废水COD的生物活性炭处理方法，其特征在于，在该活性炭柱中装设多个相互独立的分段模块，每一分段模块内装填有活性炭。

8.如权利要求7所述的电镀废水COD的生物活性炭处理方法，其特征在于，该多个分段模块是上下相互间隔的。

9.如权利要求7所述的电镀废水COD的生物活性炭处理方法，其特征在于，还包括定期从该活性炭柱中取出各个分段模块，并更换最底部的一个分段模块。

说明书

电镀废水COD的生物活性炭处理设备及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及废水处理领域，尤其是涉及一种电镀废水COD的生物活性炭处理设备及方法。

背景技术

[0002] 在电镀行业中，按照镀种和电镀工艺的不同，在生产过程中产生的废水中有机废物包括含油废水、含不同络合难降解有机物物废水等。随着电镀废水处理排放标准和监察力度的提高，电镀废水中COD（化学需氧量）的达标排放成为处理和治理的难点。电镀废水存在以下特点：盐分较高；COD的主要来源为难生物降解有机污染物。目前的电镀废水处理技术（如化学沉淀和离子交换）可以使废水重金属离子达到排放标准，但这些技术对于废水中COD、氨氮和总磷的去除效果较差，一般这些污染物经上述处理仍达不到排放要求。

[0003] 生物活性炭是将微生物接种于活性炭柱中，利用活性炭的吸附以及活性炭层内微生物氧化和有机分解作用，对活性炭进行“生物再生”。由于活性炭吸附能力较强，可以先将难降解有机物截留于活性炭柱中待生物氧化碳化。同时活性炭作为微生物的生存载体，抵消了外界环境的一些不良影响，如盐分高等。生物活性炭不仅可以有效地降低电镀废水中COD，而且具有一定的脱氮除磷作用。

[0004] 目前生物活性炭工艺已普遍应用于城市污水和给水处理领域，但总结下来普遍存在以下问题：

[0005] 1、生物活性炭工艺通过加设细孔的曝气设备，鼓入空气达到充氧效果，该方式存在滤料易于堵塞曝气管，维护运行费用较高的问题；

[0006] 2、活性炭老化等问题需定期更换，但由于目前生物活性炭设备均为周围密封结构，更换活性炭时需人工将活性炭挖出再装入新活性炭。此方式不仅操作麻烦，而且破坏了长期运行形成的含特定微生物群的生物膜。更换活性炭后，需运行较长时间才能恢复处理效果。

发明内容

[0007] 本发明提出一种电镀废水COD的生物活性炭处理设备及方法，以解决现有方法存在的问题。

[0008] 本发明的一个方面提出一种电镀废水COD的生物活性炭处理设备，包括：砂滤罐、过水槽、溶气压力泵、溶气罐以及生物活性炭反应器。该砂滤罐具有砂滤进水口及砂滤出水口，该砂滤进水口输入电镀废水，该砂滤出水口输出过滤后的电镀废水。该过水槽具有进水端及出水端，该进水端连接该砂滤罐的砂滤出水口。该溶气压力泵连接该过水槽的该出水端。该溶气罐具有进水口、出水口及进气口，该溶气罐的进水口连接该溶气压力泵的输出端以部分地输入来自该溶气压力泵的进水，该进气口输入压缩空气，从而在该溶气罐内进行加压溶气。该生物活性炭反应器具有进水口和出水口，该生物活性炭反应器的进水口连接该溶气罐的出水口及该溶气压力泵的输出端，以输入废水并去除废水中的有机物，该生物活性炭反应器的活性炭柱下方布置有溶气出水管，该溶气出水管上分布有小孔以排出废水及减压释放而产生的微细、粒度均匀的气泡。

[0009] 在本发明的一实施例中，上述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备还包括反洗泵，该砂滤罐还具有砂滤反洗进水口和砂滤反洗出水口，且该该过水槽还具有反洗供水口，该反洗泵的输入端连接该反洗供水口，该反洗泵的输出端连接该砂滤反洗进水口。

[0010] 在本发明的一实施例中，上述的活性炭柱内包含多个相互独立的分段模块，每一分段模块内装填有活性炭。

[0011] 在本发明的一实施例中，上述的多个分段模块上下相互间隔。

[0012] 在本发明的一实施例中，每一分段模块具有可打开的上顶盖及下顶盖，该上顶盖的周围均匀安装有多个吊环。

[0013] 在本发明的一实施例中，上述的电镀废水COD的生物活性炭处理设备还包括设置在该活性炭柱和该溶气出水管之间的承托层。

[0014] 本发明的另一方面提出一种电镀废水COD的生物活性炭处理方法，包括以下步骤：将经过化学沉淀的电镀废水经过一砂滤罐以去除悬浮颗粒物；从该砂滤罐输出废水至一过水槽；从该过水槽的输出部分废水至一溶气罐，并向该溶气罐中通入压缩空气，进行加压溶气以提高废水中空气的溶解度；以及从该溶气罐输出废水，并从该过水槽输出另一部分废水至一生物活性炭反应器停留一预设时间，以去除废水中的有机物，其中废水进入该生物活性炭反应器的活性炭柱下方的溶气出水管后，废水中加压溶入的气体减压释放而产生的微细、粒度均匀的气泡，并与废水一并从该溶气出水管的小孔排出。

[0015] 在本发明的一实施例中，在该活性炭柱中装设多个相互独立的分段模块，每一分段模块内装填有活性炭。

[0016] 在本发明的一实施例中，该多个分段模块是上下相互间隔的。

[0017] 在本发明的一实施例中，上述方法还包括定期从该活性炭柱中取出各个分段模块，并更换最底部的一个分段模块。

[0018] 本发明由于采用以上技术方案，通过加压溶气的方式在废水中溶入大量的气体，而在废水进入生物活性炭反应器后，气体减压释放会产生微细、粒度均匀的气泡。这些气泡上浮稳定、对液体扰动微小、充氧效果较好。与现有的曝气技术相比，本发明不需使用细孔径的曝气管，因而避免了滤料堵塞的问题。而且，水和气同步推流式上升，减小了滤料对水的阻力，又便于废水保持稳定的流速，因此无需设置配水室，从而减小了设备的体积和高度。

附图说明

[0019] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

[0020] 图1示出本发明一实施例的生物活性炭处理设备结构示意图。

[0021] 图2A示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的上部平面图。

[0022] 图2B示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的底部平面图。

[0023] 图3A示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的分段模块侧视图。

[0024] 图3B示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的分段模块的俯视图。

[0025] 图4示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的分段模块的布置图。

[0026] 图5示出本发明一实施例的生物活性炭处理方法流程图。

[0027] 图6示出本发明一实施范例的废水COD处理效果图。

具体实施方式

[0028] 本发明的实施例针对电镀废水中COD的特点，结合生物活性炭工艺独特的优点，提出利用生物活性炭处理电镀废水中COD。本发明实施例的重点是发挥生物的氧化作用。

[0029] 生物活性炭法是利用活性炭表面生长的微生物降解与活性炭吸附作用共同去除有机物。由于微生物能优先降解水中的有机物，降低了活性炭的吸附负荷，增加了炭床在达到“穿透”或“失效”时通水倍数，延长了活性炭的使用周期,减少了活性炭的再生频率，从而降低生产成本与能耗。

[0030] 活性炭强大的吸附功能，为微生物生长提供了有利条件。与普通生物法比，生物活性炭法在处理低浓度、难降解废水方面具有很大优势，主要因为:

[0031] (1)活性炭表面对有机物的富集功能:Rittmann与McCarty提出最小基质（Smin）理论，有机物浓度低于Smin时生物膜无法形成，如乙酸的Smin为0.66mg/L。但采用生物活性炭法时，即使液相中有机物浓度低于Smin时，由于活性炭的吸附能提高炭粒周围有机物浓度，利于生物活性炭中生物降解作用的发生。此外，一些基质浓度高于Smin，也可以作为一级基质促进生物膜形成，然后将其它浓度低于Smin的有机物作为二级基质共代谢去除。

[0032] (2)活性炭吸附可去除大部分对微生物有毒害作用的有机物，降低处理水的毒性，减小废水对微生物的抑制性，利于微生物生长。活性炭有发达的孔隙结构，一般活性炭的微孔的孔隙容积为高达0.95mL/g，孔隙数量约为1020个/g，能吸附达自身重量几倍的有机物。Eherhadt与Rehm分别采用游离与固定化菌种降解苯酚，结果发现游离细菌对苯酚的耐受浓度为1.5g/L，而活性炭固定菌种对苯酚的耐受浓度最高可达15g/L，对炭粒吸附酚的降解率高达90%。W.Nishijima指出，活性炭作为生物载体，可将有机物的生物降解速率由无烟煤的1.7提高到4.9，采用活性炭作为生物载体能刺激生物活性，但不改变细菌的组成与菌数。

[0033] (3)活性炭粗糙的表面与巨大的比表面积，利于微生物栖息；而且炭粒在表面由于对流与扩散受到限制，活性炭表面的pH，温度及各种物质的浓度变化相对于外界较为缓和。活性炭具有强大的吸附功能，使微生物能比较牢固地吸附在活性炭表面，在受到水流、气流冲刷时，微生物损失较少。

[0034] 图1示出本发明一实施例的生物活性炭处理设备结构示意图。参照图1所示，生物活性炭处理设备主要包括砂滤罐10、反洗泵20、过水槽30、溶气压力泵40、溶气罐50、以及生物活性炭反应器60。砂滤罐10具有砂滤进水口11、砂滤出水口12、砂滤反洗进水口13和砂滤反洗出水口14。电镀废水从砂滤进水口11进入砂滤罐10，经过滤后从砂滤出水口12输出。过水槽30具有进水端及出水端。过水槽30的进水端连接砂滤罐10的砂滤出水口12。过水槽30还具有反洗供水口，可向反洗泵20提供出水。反洗泵20的进水口连接过水槽30，出水口连接砂滤罐10的砂滤反洗进水口13。反洗泵20的进水可由阀门31控制。过水槽30的出水端连接溶气压力泵40的输入端，并且可由阀门32控制。

[0035] 承上述，过水槽30的出水经溶气压力泵40一部分（例如进入溶气压力泵40的水流量的90%-95%）地进入溶气罐50。溶气罐50具有进水口51、出水口52及进气口53。进水口51连接溶气压力泵40的输出端。进气口53则输入压缩空气。在压缩空气的输入管路上可设有电磁阀54，控制管路的开和闭。溶气罐50内进行的是加压溶气过程。也就是说，通过往溶气罐50内加入压缩空气，使气体能够以更大的溶解度溶解在废水中。溶气罐50经出水口52输出溶气后的废水到生物活性炭反应器60。溶气罐50还可具有液位计55，以检测罐内的液位。

[0036] 另一方面，过水槽30的出水经溶气压力泵40后一部分（例如进入溶气压力泵40的水流量的5%-10%）直接进入生物活性炭反应器60。

[0037] 生物活性炭反应器60具有进水口61和出水口62。进水口61同时连接溶气压力泵40的出水端及溶气罐50的出水口52。图2A示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的上部平面图。参照图2A所示，生物活性炭反应器60内设有排水堰63，在排水堰之外是排水槽64。

[0038] 图2B示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的底部平面图。参照图2B所示，生物活性炭反应器60内的底部布置一个溶气进水管66和多个溶气出水管67。这些溶气释放管布置在反应器的活性炭柱之下。溶气进水管66可视为主管，多个溶气出水管67可视为支管。这些溶气出水管67分散布置在生物活性炭反应器60内，并且均与溶气进水管66连通。溶气出水管67的端部封闭，管壁上均匀布置有孔径在数mm的小孔。这些小孔用以排出气体和水。具体地说，溶气进水管66引入溶解有气体的废水，之后溶入废水的气体经骤然减压释放，经小孔排出。在此，减压释放产生的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大、而且上浮稳定、对液体扰动微小、充氧效果较好。另外值得注意的是，来自过水槽30的废水仅有一部分经过加压溶气后进入生物活性炭反应器60，而另一部分直接经溶气压力泵40输送到生物活性炭反应器60，这种部分加压的方式可以节约能源。

[0039] 在较佳实施例中，在溶气释放管和活性炭柱之间布置有承托层，以避免活性炭柱中的炭微粒落入溶气释放管的孔径中。承托层可简单地由卵石组成。

[0040] 相比细孔径的曝气管，本实施例溶气释放管的孔径更大，不仅可以避免滤料堵塞，而且水和气同步推流式上升，减小了滤料对水的阻力，又便于废水保持稳定的流速，因此可直接通过加压溶气水的低压释放后经过承托层达到气水混合的作用而无需另设配水室。因此只需简单铺设由卵石组成的承托层，从而减小了设备的体积和高度。

[0041] 生物活性炭反应器60还具有反冲洗进水管68。在此由于溶气出水管为粗孔径，因此也可作为反冲洗布水和布气管，而无需另设反冲洗装置。

[0042] 图4示出本发明一实施例的生物活性炭反应器的分段模块的布置图。参照图4所示，生物活性炭反应器60的主体为生物活性炭柱65。本实施例的生物活性炭柱65分为内外结构，外部为周围密封柱状结构的外壳体，内部放置分段模块70。这些模块70设置成可自由吊装的圆饼式模块，装入活性炭柱65中。分段模块70的示意图见图3A及3B所示，该模块上、下部的顶盖71、72均可以打开。上、下顶盖71、72可均为一定孔径的钢丝网（钢丝网孔径应小于装填活性炭的孔径）。模块上部（具体为上顶盖）外周均匀安装吊环73，以便在吊装时被抓取。

[0043] 另外，各个吊环73在分段模块70安装到活性炭柱内时还能起到间隔作用。参照图4所示，在活性炭柱内装有3段分段模块70，它们之间被各自的吊环73间隔开。各分段模块70内填入活性炭，活性炭不应装满分段模块70，而应预留少量的空间。

[0044] 在一个实施例中，可使用一个分段模块的容器来铺设卵石，作为承托层，并放在各分段模块的最底部。在另一实施例中，可直接在最底部的分段模块的底部设置承托层，再在其上填入活性炭。

[0045] 本实施例采用分段模块化的构造极大降低了更换活性炭的难度。在定期更换时，只需将各个分段模块吊出后更换活性炭，而且只需将最底部的分段模块更换掉，而不更换上部的其它活性炭层。另外，可将新的分段模块置于最顶部。这样不仅节约活性炭更换成本，而且可以保持特定微生物群的稳定，不致需长时间恢复处理效果。此种结构还具有多级塔式生物滤池的作用。

[0046] 图5示出本发明一实施例的生物活性炭处理方法流程图。参照图5并结合图1所示，本实施例的生物活性炭处理方法流程如下。

[0047] 在步骤501，将经过化学沉淀的电镀废水经过砂滤罐10，以去除悬浮颗粒物。

[0048] 在步骤502，从砂滤罐10输出经过滤的废水至过水槽30。

[0049] 在步骤503，从过水槽30的输出一部分废水至溶气罐50，并向溶气罐50中通入压缩空气，进行加压溶气以提高废水中空气的溶解度。

[0050] 在步骤504，从溶气罐50输出废水，并从过水槽30输出另一部分废水至生物活性炭反应器60停留一段预设时间，以去除废水中的有机物。这里，废水从该生物活性炭反应器的活性炭柱底部注入，废水中加压溶入的气体经骤然减压释放而产生气泡。所产水的气泡不仅微细、粒度均匀、密集度大、而且上浮稳定、对液体扰动微小、充氧效果较好。

[0051] 废水在生物活性炭反应器60中停留一定时间进行反应后，直接出水排放。

[0052] 下面给出本发明的一个实际实施的范例。

[0053] 处理实际的镀锌厂产生的电镀废水，该废水已基本去除重金属离子。采用本发明实施例的处理方法及设备，具体方案如下：生物活性炭反应器的直径0.9m，总高度5m，有效高度（活性炭高度）2.5m，距离反应器底部0.2m处布有溶气释放管，主管（溶气进水管）采用DN32，支管（溶气出水管）采用DN25，且在支管上均匀布置6mm的小孔。在距底部0.3m出设有反冲洗管，距底部0.4m处设有承托层。承托层为0.2m厚直径2cm左右的卵石，其上再填充2.5m厚直径1~2mm的活性炭。采用人工挂膜的方式培养生物膜（活性污泥已经过驯化），3
待形成稳定生物膜后，以设计处理水量2m/h运行，水力停留时间约1h，反冲洗方式采用气水联合反冲，冲洗周期为5d（天）。

[0054] 本范例稳定期间处理结果见图6。由图6可知，在进水COD浓度为138~207mg/L的情况下，出水基本维持于60mg/L以下，去除率维持60%以上，处理效果稳定。

[0055] 虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。