一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法

摘要

本发明涉及一种苯甲酸生物滤床净化方法，包括以下步骤：⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能新型净化槽中排出。本发明将经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸废水与生活污水合并调节，在生物滤床中连续进行生化处理，考察了苯甲酸废水与生活污水不同体积比条件下处理后的出水水质，可满足国家城镇污水排放一级标准，NH4+-N的处理效果能达到二级标准，从而验证了低浓度苯甲酸废水通过一级厌氧和两级好氧生物滤床能得到很好的降解去除效果。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物 滤床净化方法。

背景技术

苯甲酸又称安息香酸，是生产食品防腐剂苯甲酸钠的主要原料。苯甲酸主要 在有机酸金属盐催化作用下生产制备，同时还有一些副产物苯甲醛和苯甲醇等有 机化合物。苯甲酸生产过程中产生的高浓有机废水经甲苯萃取后，废水中仍然含 有60-100mg/L的苯甲酸和苯甲醇；由于这些有机物可溶的特性会残余在水中， 导致其COD浓度高于20000mg/L，属于高浓有机废水，因而难以用生物降解的 方法直接进行处理。目前，该类废水常用的处理方法有大孔树脂吸附法和萃取法。

近年来，本发明者致力于处理此类高浓有机废水的研究工作。研究结果表明， 结合苯甲酸生产工艺选择甲苯萃取技术进行预处理效果较好，该技术不仅能有效 萃取回收废水中有价值的苯甲酸、苯甲醇和苯甲醛；同时经过两次萃取后苯甲酸、 苯甲醇和苯甲醛浓度显著降低到65.9、62.3和0mg/L。尽管甲苯萃取过程大大地 降低了废水中有机污染物的浓度，但是废水仍不能达标排放，必须进行后续的生 化处理。

现有技术中并没有对甲苯萃取后的苯甲酸废水采用自制生物反应器进行生 物降解的相关文献记载。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种将苯甲酸废水与生 活污水进行调配，采用串联生物滤床连续处理工艺，使得BOD₅/COD生化指标 下降，各项出水指标均达标，满足国家城镇污水排放一级标准。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，其特征在于：包括以 下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。

而且，步骤⑴所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取 过后的苯甲酸废水。

而且，步骤⑴所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比 Vb:Vs为1:10-3:2。

而且，本净化方法采用连续进水的方式。

而且，步骤⑵所述的多功能新型净化槽包括槽体、进水管和出水管，槽体 的内部通过隔板依次分隔成厌氧区、一级好氧区、二级好氧区、沉淀区和消毒区， 进水管安装在槽体的左侧壁上且与厌氧区连通，出水管安装在槽体的右侧壁上且 与消毒区连通；厌氧区、一级好氧区和二级好氧区内均安装生物滤床；在一级好 氧区和二级好氧区内均安装曝气装置。

而且，所述的厌氧区和一级好氧区之间，一级好氧区与二级好氧区之间、 二级好氧区与沉淀区之间均采用反水结构连接；厌氧区和一级好氧区之间，一级 好氧区与二级好氧区之间的反水结构是在其下端开口的反水槽结构；二级好氧区 与沉淀区之间的反水结构是其隔板的下端开口形式。

而且，所述的沉淀区的底部制成倾斜面，消毒区设置在出水管部位的沉 淀区上。

而且，所述的生物滤床的填料为波纹板填料，且厌氧区波纹板波纹的宽度 小于两级好氧区波纹板波纹的宽度。

而且，所述的曝气装置包括曝气管、气体阀门和气泵，一级好氧区和二级 好氧区内均设置一个曝气管，该两个曝气管的上端共同连接气泵，每个曝气管上 均安装一个独立的气体阀门或者两个曝气管共用一个气体阀门。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明对甲苯萃取后的苯甲酸废水采用自制生物反应器进行生物降解。 将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，采用串联生物滤床连续 处理工艺进行合并处理。处理过程中设置一级厌氧和两级好氧，通过实验证明了 生活污水中微生物对苯甲酸降解的作用，测定生物反应器各区出水COD、BOD₅和NH4+-N以及有机物苯甲酸和苯甲醇的浓度变化情况，有效的为下一步的科学 实验提供了理论指导。

2、随着苯甲酸废水配比的增加，BOD₅/COD生化指标稍有下降，当体积比 小于3:2时，各项出水指标均达到较好水平，其中出水中有机物苯甲酸和苯甲醇 浓度均小于1.5mg/L，COD和BOD₅分别为16.8mg/L和13.0mg/L，满足国家城 镇污水排放一级标准，NH4+-N(30.0mg/L)的处理效果能达到二级标准。由此 可见低浓度苯甲酸废水通过一级厌氧和两级好氧生物滤床能得到很好的降解去 除效果。

3、与进水浓度相比，经生物降解处理后的BOD₅、COD、NH4+-N、苯甲 酸和苯甲醇浓度明显降低，证明了生物滤床对萃取后的苯甲酸废水有一定的去除 效果；苯甲酸废水和生活污水混合的生物处理方法，与化学方法相比，此方法在 处理过程中化学药品使用少，操作简便，处理费用低，而且本发明中所使用的生 活污水可以采用工厂自身排出的生活污水，其获取方便，能降低处理费用，最重 要的是实现了工厂生活污水的合理再利用，减少了污染。

4、本发明中所使用的多功能新型净化槽采用流体力学、反应动力学等原理， 采用一级厌氧和两级好氧。废水先进入厌氧区酸化水解，然后进入一级好氧区和 二级好氧区，提高生物降解速度，最后经由沉淀区和消毒区排出。

本净化槽厌氧在前，好氧在后，能降低能耗、减少好氧区负荷，使好氧区 污染物的浓度相对较低且稳定。进入净化槽的混合苯甲酸废水依靠各区之间的势 能差形成自然流动，不需加额外动力。厌氧区的平推流流动模式则抑制了高浓度 废水流入低浓度区；好氧区在曝气搅拌下实现全混流，微生物在稳定条件下降解 污染物；各区之间使用生物滤床的形式，提高单位体积内的微生物量，减少了污 泥的产生量，提高了抗冲击能力。

5、多功能净化槽分别在厌氧、一级好氧和二级好氧区添加填料，使微生物 固定并附着在其表面，形成生物滤床，从而对萃取后的苯甲酸废水进行处理，有 利于提高生物处理效果。

附图说明

图1为多功能新型净化槽装置图；

图2为各区BOD₅随不同混合进水体积比的变化情况；

图3为各区COD随不同体积比的变化情况；

图4为各区NH4+-N随不同体积比的变化情况；

图5为各区苯甲酸浓度随不同体积比的变化情况；

图6为各区苯甲醇随不同体积比的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述 性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，包括以下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸 废水，苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比Vb:Vs为1:10-3:2， 如1:4、2:3、1:1等等；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。本净化方法采用连续进水的方式。

所述的多功能新型净化槽包括槽体13、进水管1和出水管12，槽体采用有 机玻璃制成，槽体的内部通过隔板9依次分隔成厌氧区2、一级好氧区6、二级 好氧区7、沉淀区10和消毒区11，进水管安装在槽体的左侧壁上且与厌氧区连 通，沉淀区的底部制成倾斜面，消毒区设置在出水管部位的沉淀区上，出水 管安装在槽体的右侧壁上且与消毒区连通。

厌氧区和一级好氧区之间，一级好氧区与二级好氧区之间、二级好氧区与 沉淀区之间均采用反水结构3连接。即：厌氧区和一级好氧区之间，一级好氧区 与二级好氧区之间的反水结构是在其下端开口的反水槽结构；二级好氧区与沉淀 区之间的反水结构是其隔板的下端开口形式。

厌氧区、一级好氧区和二级好氧区内均安装生物滤床5，生物滤床与槽体底 部之间均具有间隙。该生物滤床的填料为波纹板填料；生物滤床选用不同规格的 波纹板作为填料，且厌氧区波纹板波纹的宽度小于两级好氧区波纹板波纹的宽 度。即：厌氧区采用细波纹的波纹板，好氧区采用粗波纹的波纹板。

在一级好氧区和二级好氧区内均安装曝气装置。曝气装置包括曝气管4、气 体阀门和气泵8，一级好氧区和二级好氧区内均设置一个曝气管，该两个曝气管 的上端共同连接气泵，每个曝气管上均安装一个独立的气体阀门或者两个曝气管 共用一个气体阀门。

实施例一：

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，包括以下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸 废水，苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比Vb:Vs为1:4；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。本净化方法采用连续进水的方式。

所述的多功能新型净化槽包括槽体、进水管和出水管，槽体采用有机玻璃 制成，槽体的内部通过隔板依次分隔成厌氧区、一级好氧区、二级好氧区、沉淀 区和消毒区，进水管安装在槽体的左侧壁上且与厌氧区连通，沉淀区的底部制 成倾斜面，消毒区设置在出水管部位的沉淀区上，出水管安装在槽体的右侧壁 上且与消毒区连通。

厌氧区和一级好氧区之间，一级好氧区与二级好氧区之间、二级好氧区与 沉淀区之间均采用反水结构连接。即：厌氧区和一级好氧区之间，一级好氧区与 二级好氧区之间的反水结构是在其下端开口的反水槽结构；二级好氧区与沉淀区 之间的反水结构是其隔板的下端开口形式。

厌氧区、一级好氧区和二级好氧区内均安装生物滤床，生物滤床与槽体底 部之间均具有间隙。该生物滤床的填料为波纹板填料；生物滤床选用不同规格的 波纹板作为填料，且厌氧区波纹板波纹的宽度小于两级好氧区波纹板波纹的宽 度。即：厌氧区采用细波纹的波纹板，好氧区采用粗波纹的波纹板。

在一级好氧区和二级好氧区内均安装曝气装置。曝气装置包括曝气管、气 体阀门和气泵，一级好氧区和二级好氧区内均设置一个曝气管，该两个曝气管的 上端共同连接气泵，每个曝气管上均安装一个独立的气体阀门或者两个曝气管共 用一个气体阀门。

实施例二：

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，包括以下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸 废水，苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比Vb:Vs为2:3；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。本净化方法采用连续进水的方式。

多功能新型净化槽结构同实施例一。

实施例三：

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，包括以下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸 废水，苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比Vb:Vs为1:1；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。本净化方法采用连续进水的方式。

多功能新型净化槽结构同实施例一。

实施例四：

一种苯甲酸生产废水甲苯萃余相生物滤床净化方法，包括以下步骤：

⑴.将苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水进行调配，形成混合溶液；

所述的苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水是经过甲苯两次萃取过后的苯甲酸 废水，苯甲酸生产废水甲苯萃余相废水与生活污水的体积比Vb:Vs为3:2；

⑵.将调配后的混合溶液送入多功能新型净化槽中，混合溶液先经过一级厌 氧酸化水解处理，再经过两级好氧处理，最后经过沉淀消毒处理，最后由多功能 新型净化槽中排出，即为完成净化过程。本净化方法采用连续进水的方式。

多功能新型净化槽结构同实施例一。

本发明的实验过程：

实验所用的生活污水取自学生生活区，苯甲酸废水的浓度是根据二次萃取 后的苯甲酸和苯甲醇的浓度自行调配，调配后的苯甲酸和苯甲醇浓度分别为 100mg/L。

实验采用连续进水的方式，一级好氧区和二级好氧区的曝气量选定为 2.4L/min和1.2L/min。实验总进水量为30L/d，不同体积比下的进水水质参数如 表1，每次改变苯甲酸废水和生活污水的投加量时，均待系统稳定7-8天使填料 上微生物膜生长达到稳定，然后连续4-5天测定各区内的水质状况。实验数据采 用试验周期里水样分析值的平均值，调查各区BOD₅、COD、NH4+-N、苯甲酸 和苯甲醇浓度及去除率。

表1不同体积比混合后水质参数

由表1可知，随着苯甲酸废水浓度的增加，混合废水中BOD₅和COD都有 明显增加，但生化性能BOD₅/COD值却没有明显下降，这说明苯甲酸和苯甲醇 都有被生物降解的趋势，同时也说明作为食品防腐剂的苯甲酸对生物的毒性在一 定浓度范围内是有限的，这也是生物方法处理此类废水的科学依据。

本发明的实验结果分析：

1、不同体积比对各区出水BOD₅的影响

稳定运行下各区中的BOD₅变化情况表示在图2中。横坐标为Vb:Vs，纵 坐标分别为各区出水BOD₅浓度和去除率。

由图2可知，随着进水体积比的增大，废水体积增加，苯甲酸和苯甲醇浓 度增加，混合后的废水中污染物浓度增多。生化处理过程中，同一体积比下的各 区BOD₅浓度逐渐降低。从图2中可以看出，不同比例下的BOD₅的去除率平缓 增加，在进水Vb:Vs为3:2时达到最高，为92.78％，出水浓度为13mg/L，达到 国家城镇污水排放一级标准。

由2图可知，经过生化处理后废水BOD₅较进水有明显降低，表明微生物 对苯甲酸废水产生了降解作用。在实验开始时，分别测量了生活污水BOD₅、COD 和苯甲酸废水COD，经计算获得了理论B/C，将理论和实际B/C对比结果如表2 所示，由表2中可以看出，随着体积比的增大水中污染物增加，理论B/C逐渐 降低，在体积比为3:2和4:1时不能满足生化处理条件，但在实验过程中，实际 B/C值大于理论值，证明了在生化处理过程中微生物对废水中的苯甲酸和苯甲醇 产生了降解作用。

表2混合废水理论和实际可生化性对比

2、不同体积比对各区出水COD的影响

稳定运行下各区中的COD变化情况表示在图3中。横坐标为Vb:Vs，纵坐 标分别为各区COD浓度和去除率。

如图3所示，随废水Vb:Vs的增加，污染物浓度增大，进水COD浓度逐 渐上升，同一体积比下COD浓度逐渐降低。Vb:Vs为4:1时，一级好氧、二级 好氧和出水COD出现明显抬升。综合考虑苯甲酸的处理量、厂区生活污水的有 限性以及出水标准，现将Vb:Vs确定为3:2。

经过厌氧区后COD出水浓度并没有显著降低，在此过程中COD的去除包 含两部分，一部分为生物滤床对混合废水中颗粒物产生的拦截作用，另一部分为 厌氧微生物对污染物的降解作用，由此可见厌氧过程中，微生物对苯甲酸和苯甲 醇的去除效率不明显。经过两级好氧时，COD得到显著降低，这主要是由于经 过厌氧区生物滤床的拦截与厌氧生物降解，大分子有机物被水解酸化为小分子物 质，降低了好氧区有机污染物浓度，有利于好氧微生物降解作用的发挥。同时好 氧生物膜的使用可有效地提高单位体积中的微生物量，经过两级好氧区微生物的 降解及沉淀区的分离作用，使得出水水质变得更好。在Vb:Vs为3:2时，能够 达到国家城镇污水排放一级标准。

3、不同体积比对各区出水NH4+-N的影响

稳定运行下各区中的NH4+-N变化情况表示在图4中。横坐标为Vb:Vs， 纵坐标分别为各区NH4+-N浓度和去除率。

生物降解过程中，NH4+-N主要来自于生活污水，随着废水比例的增加， 生活污水体积逐渐减少，NH4+-N浓度逐渐降低。

有研究表明，很多细菌对苯甲酸具有厌氧降解能力，其中，主要包括光合 细菌、反硝化细菌和硫铁还原细菌等。通常条件下，生活污水常规生物处理过程 中NH4+-N去除率高达70％左右，但是由图4可以看出，本实验在各种配水条 件下，厌氧区NH4+-N去除率均显著降低(低于10％)，当进水混合比例为4:1 时，NH4+-N的去除效率也仅仅达到47％(出水浓度最低为7.8mg/L)。由此推断 苯甲酸废水的投加会对厌氧区反硝化作用脱氮产生抑制。本实验在混合比例为 4:1时出水NH4+-N达到国家城镇污水排放一级标准。

4、不同体积比对各区出水苯甲酸浓度的影响

稳定运行下各区中的苯甲酸变化情况表示在图5中。横坐标为Vb:Vs，纵 坐标分别为各区苯甲酸浓度和去除率。

随着进水苯甲酸体积的增加，厌氧和一级好氧区苯甲酸浓度呈现明显增加， 而二级好氧和出水苯甲酸浓度几乎恒定不变，出水浓度总体低于4mg/L；在体积 比为3:2时，苯甲酸出水浓度为1.3mg/L，去除率高达98.27％。

由图5可知，经过厌氧和一级好氧处理以后，废水中苯甲酸浓度显著降低， 去除率均超过80％。当配水比例为1:4-3:2时，二级好氧和出水口苯甲酸浓度基 本一致，浓度之间变化不明显。配水比例为3:2之后苯甲酸的出水浓度略有上升。 苯甲酸体积增加的同时，生活污水投加量的减少，污染物增加而生物滤床上的微 生物量相对减少，造成了出水浓度增加。以苯甲酸在食品添加剂中的用量作为出 水标准，在食品添加剂中苯甲酸的用量为0.2-2g/Kg，由此可见，当配水比例小 于或等于为3:2时，苯甲酸出水浓度能够满足排放要求。

5、不同体积比对各区苯甲醇出水的影响

稳定运行下各区中的苯甲醇变化情况表示在图6中。横坐标为Vb:Vs，纵 坐标分别为各区苯甲醇浓度和去除率。通过液相色谱对各区的苯甲醇浓度进行定 量分析。由图6可知，一级好氧、二级好氧和出水浓度互相接近，图中显示的三 条线几乎重合。当体积比为3:2时，出水浓度为0.8mg/L，去除率最高为98.62％。

随着苯甲醇进水体积的增加，微生物处理负荷相对增大，出水浓度相应增 加，经测量混合水体中不同体积比的出水浓度总体小于2mg/L。以苯甲醇在食品 添加剂中的用量作为出水标准，在食品添加剂中苯甲醇的用量为15-220mg/Kg。 按照此标准，在体积比为3:2时的苯甲醇出水浓度满足排放要求。

实验结果表明，与进水浓度相比，经生物降解处理后的BOD₅、COD、 NH4+-N、苯甲酸和苯甲醇浓度明显降低，当体积比小于3:2时，各项出水指标 均达到较好水平，其中出水中有机物苯甲酸和苯甲醇浓度均小于1.5mg/L，COD 和BOD₅分别为16.8mg/L和13.0mg/L，满足国家城镇污水排放一级标准， NH4+-N(30.0mg/L)的处理效果能达到二级标准。由此可见低浓度苯甲酸废水 通过一级厌氧和二级好氧生物滤床能得到很好的降解去除效果。