用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器

摘要

本发明公开了属于有机废水的深度处理技术领域的一种用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器。该反应器由进水口、空气阀、检查孔、连接棒、整流板、布水板、多功能吸附剂、吸附剂出口、砂石、出水口、砾石、筛网、承托板、反应器主体和吸附剂入口组成。反应器主体由上下两个球面和中间圆柱体组成。进水口、空气阀和检查孔在反应器主体的顶部；连接棒将整流板悬挂在反应器主体的上部，布水板置于整流板下方，砾石填充在反应器主体的底部，砾石上部依次为筛网、砂石、承托板和多功能吸附剂。本发明的有益效果是，该吸附-生物降解反应器对煤化工废水进行深度处理时效率高、成本低、操作简单。

说明书

技术领域

本发明属于有机废水的深度处理技术领域，具体涉及用于煤化工废水深度处理的吸附- 生物降解反应器。

背景技术

煤化工废水具有成份复杂、味臭色浊、有机物和盐分浓度高、强碱性、难于生物降解等 特点。在煤化工废水中除含有氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物等数十种无机物外，还含有 酚类、单环及多环芳香族化合物、含氮、硫、氧的杂环化合物、吡啶、咔唑、联苯等多种有 机化合物，对水体-水生植物-水生动物及人体健康危害严重。目前国内处理煤化工废水的技 术主要采用生化法，工艺路线基本遵行“物化预处理+A／O生化处理+物化深度处理”。吸附- 生物降解作为一种联合水处理技术在污水的深度处理中占有重要作用。目前吸附有机污染物 最常用的吸附材料可分为物理吸附材料，化学吸附材料和生物吸附材料。其中，物理吸附材 料有活性炭、分子筛、沸石、活性白土和粘土矿石等具有高比表面积的固体，具有脱出效率 高、富集功能强的优点，但也存在稳定性差、容易脱附、易受温度变化影响等不足。化学吸 附材料主要包括硅胶、合成纤维、树脂、利用生物化学以及高分子合成的分子印迹聚合物等。 常用的生物吸附材料有阔叶植物，真菌、土壤和水中的微生物等。但是，目前还缺少针对煤 化工废水深度处理的吸附材料。

在微生物降解有机物的过程中，需要磷营养元素的参与，煤化工废水中所含有的磷无法 满足微生物的要求，但是具有缓释磷功能的吸附剂可以满足这一要求。为增强吸附剂对煤化 工废水进行深度处理的效果，需要开发新型的吸附反应器。同时，将反应器的开发和与之相 匹配的吸附材料制备相结合进行，使吸附材料的吸附效率得到充分发挥是目前研究的重点之 一。目前，还缺少将反应器的开发和与之相匹配的吸附材料制备相结合方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器。本发明的具体内 容如下：

用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器由进水口(1)、空气阀(2)、检查孔(3)、 连接棒(4)、整流板(5)、布水板(6)、多功能吸附剂(7)、吸附剂出口(8)、砂石(9)、 出水口(10)、砾石(11)、筛网(12)、承托板(13)、反应器主体(14)、吸附剂入口(15) 组成。反应器主体(14)由三部分构成，分别为上下两个球面和中间圆柱体。进水口(1)、 空气阀(2)和检查孔(3)在反应器主体(14)的顶部；连接棒(4)、整流板(5)、布水板 (6)、多功能吸附剂(7)、砂石(9)、砾石(11)、筛网(12)、承托板(13)在反应器主体 (14)的内部，连接棒(4)将整流板(5)悬挂在反应器主体(14)的上部，布水板置于整 流板下方20cm，砾石(11)填充在反应器主体(14)的底部，砾石(11)上部依次为筛网(12)、 砂石(9)、承托板(13)和多功能吸附剂(7)；出水口(10)在反应器主体(14)的底部； 吸附剂出口(8)和吸附剂入口(15)分别在反应器主体(14)外部，吸附剂出口(8)位于 左下侧，紧邻承托板(13)，吸附剂入口(15)位于右上侧，紧邻布水板(6)下方。

其中，所述多功能吸附剂由如下方法制备：

(1)将100mL浓度为0.35mol／L的NH₄HCO₃溶液和100mL浓度为0.62mol／L的 NH₄H₂PO₄混合均匀，得到混合液A1，然后用浓度为0.01mol／L的NH₄OH溶液和浓度为 0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液A1的pH值为9.0，得混合液A；

(2)将200mL混合液A在搅拌条件下缓慢滴加到300mL浓度为0.025mol／L的Ca(NO₃)₂溶液中，得到混合液B；

(3)向混合液B中逐滴加入浓HNO₃至澄清，得到混合液C；

(4)用浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.01mol／L的盐酸溶液调节混合液C的pH 值为3.5，得到混合液D；

(5)向混合液D中加入100mL浓度为1.1mol／L的NH₄Cl水溶液，混合均匀后得到混合 液E；

(6)向混合液E中加入50mL浓度为0.15mol／L的乙二胺四乙酸钙钾溶液，混合均匀后得 到混合液F；

(7)将200mL质量分数为11.5％的苯乙烯氯仿溶液、40mL质量分数为9.5％的二乙烯苯 氯仿溶液和40mL质量分数为1.5％的偶氮二异丁腈氯仿溶液充分混合，得到混合液M；

(8)将70mL混合液F在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液M中，然后在1000r／min条 件下搅拌8min，得到混合液O；

(9)将420mL混合液O在1000r／min搅拌条件下滴加到210mL质量分数为5.5％的聚乙 烯醇溶液中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液P；

(10)将1380mL质量分数为0.7％的聚乙烯醇溶液加入到混合液P中，在1000r／min条 件下搅拌7～8h，然后在转速为6000r／min条件下进行离心分离，然后用去离子水洗涤3次， 冷冻干燥得到具有磷缓释功能的吸附剂；

(11)将步骤(10)得到的吸附剂在石油烃降解菌培养液中培养24h，使石油烃降解菌 吸附固定在吸附剂上，其中石油烃降解菌培养液的含菌量为5×10¹⁰CFU／ml，培养液的组成为： NH₄NO₃：2.0g·L^-1，NaCl：10.5g·L^-1，KH₂PO₄：2.5g·L^-1，FeCl₃：0.10g·L^-1，MgSO₄：3.5g·L^-1，CaCl₂.2H₂O： 0.15g·L^-1；

(12)将步骤(11)得到的吸附剂取出风干，即可得到多功能吸附剂。

本发明的有益效果是，该吸附-生物降解反应器对煤化工废水进行深度处理时效率高、成 本低、操作简单。

附图说明

附图1是用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器的示意图。附图1中1为进水 口，2为空气阀，3为检查孔，4为连接棒，5为整流板，6为布水板，7为多功能吸附剂，8 为吸附剂出口，9为砂石，10为出水口，11为砾石，12为筛网，13为承托板，14为反应器 主体，15为吸附剂入口。

具体实施方式

实施例

(1)用于煤化工废水深度处理的吸附-生物降解反应器的制备过程如下：

反应器主体采用不锈钢材料制作而成，其由三部分构成，分别为上下两个球面和中间圆 柱体，球面半径77cm，角度88°，圆柱直径100cm，高度120cm。进水口管道直径8cm，位 于上部球面中心一侧6.5°，空气阀直径8cm，位于上部球面中心另一侧6.5°，检查孔直径 20cm，位于空气阀下侧18°。连接棒直径2cm，位于上部球面中心点，长度15cm。整流板 半径35cm，厚度1cm，内部带有直径1cm的小孔。布水板厚度为10cm，直径为100cm，布 水板上分布有直径为1cm的小孔。吸附剂入口直径5cm，吸附剂出口直径10cm。砂石为粒 径0.1～1cm的石英砂，装填高度为10cm。承托板直径100cm，为可透水的陶瓷板。砾石为直 径1～2cm鹅卵石，填充于下部球面。筛网的直径为100cm，筛孔尺寸20目。出水口直径5cm， 位于下部球面中心点。

(2)多功能吸附剂由如下过程制备：

将100mL浓度为0.35mol／L的NH₄HCO₃溶液和100mL浓度为0.62mol／L的NH₄H₂PO₄混合均匀，得到混合液A1，然后用浓度为0.01mol／L的NH₄OH溶液和浓度为0.01mol／L的盐 酸溶液调节混合液A1的pH值为9.0，得混合液A；将200mL混合液A在搅拌条件下缓慢 滴加到300mL浓度为0.025mol／L的Ca(NO₃)₂溶液中，得到混合液B；向混合液B中逐滴加 入浓HNO₃至澄清，得到混合液C；用浓度为0.01mol／L的NaOH溶液和浓度为0.01mol／L的 盐酸溶液调节混合液C的pH值为3.5，得到混合液D；向混合液D中加入100mL浓度为 1.1mol／L的NH₄C1水溶液，混合均匀后得到混合液E；向混合液E中加入50mL浓度为 0.15mol／L的乙二胺四乙酸钙钾溶液，混合均匀后得到混合液F；

将200mL质量分数为11.5％的苯乙烯氯仿溶液、40mL质量分数为9.5％的二乙烯苯氯仿 溶液和40mL质量分数为1.5％的偶氮二异丁腈氯仿溶液充分混合，得到混合液M；

将60mL混合液F在1000r／min搅拌条件下滴加到混合液M中，然后在1000r／min条件下 搅拌8min，得到混合液O；

将420mL混合液O在1000r／min搅拌条件下滴加到210mL质量分数为5.5％的聚乙烯醇 溶液中，然后在1000r／min条件下搅拌8min，得到混合液P；

将1380mL质量分数为0.7％的聚乙烯醇溶液加入到混合液P中，在1000r／min条件下搅 拌7～8h，然后在转速为6000r／min条件下进行离心分离，然后用去离子水洗涤3次，冷 冻干燥得到具有氮磷缓释功能的吸附剂；

将具有氮磷缓释功能的吸附剂在石油烃降解菌培养液中培养24h取出风干，即可得到多 功能吸附剂。

(3)降解实验

运用本发明得到的吸附-生物降解反应器对煤化工废水进行了吸附-生物降解试验，结果 表明该吸附-生物降解反应器能够高效去除煤化工废水中的多种难降解有机化合物，当进水 COD为124mg/L时，连续运行35天，处理后出水中的COD均能降低到20mg/L以下。