降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统及调控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，包括：反应器；和多个折流板，竖直设置在所述反应器内，多个所述折流板将所述反应器分隔为多个串联的格室，每个格室包括下流室和上流室；多个所述格室沿水流推进方向分为异养区和自养区；所述异养区的上流室内分别填充污泥床，下流室分别设置进水管、形成分段进水的结构；所述自养区的上流室内分别填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。本申请ABR系统对于碳氯比不协调的高氯酸盐废水的处理具有明显的优势。

ABR System for Degrading High Concentration Perchlorate Wastewater and Its Control Method

The invention discloses an ABR system for degrading high concentration perchlorate wastewater, which comprises a reactor, a plurality of baffles arranged vertically in the reactor, and a plurality of baffles dividing the reactor into a plurality of cells in series, each of which comprises a downflow chamber and an upstream chamber, and a plurality of cells divided into heterotrophic and autotrophic zones along the direction of water flow advancement. The upper chamber of the autotrophic zone is respectively filled with a sludge bed, and the lower chamber is respectively provided with a water inlet pipe to form a segmented water inlet structure. The upper chamber of the autotrophic zone is respectively filled with a double-layer filler formed by sulfur particles and quartz sand. The application of ABR system has obvious advantages in the treatment of perchlorate wastewater with inconsistent C/C ratio.

【技术实现步骤摘要】
降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统及调控方法
本专利技术属于工业废水生物处理领域，具体涉及一种降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统及基于该ABR系统降解高浓度高氯酸盐废水的调控方法。
技术介绍
高氯酸盐是一种特殊的化学物质，被广泛地应用于航天及军火工业等领域。近年来随着我国航天事业以及工业的飞速发展，在工业生产过程中，会产生含高浓度的高氯酸盐废水，并排放至水环境中，因此高效去除水体中的高氯酸盐迫在眉睫。高氯酸盐在自然水体中具有持久性、强稳定性和高溶解性等特点。当少量的高氯酸盐进入人体内时，可抑制人体甲状腺对碘离子的吸收，并影响甲状腺激素的合成与分泌，从而严重危害人体的健康。因此，美国、日本等发达国家已将高氯酸盐列为第一类污染物，在2005年，美国环保署所确定饮用水中的高氯酸盐的安全阈值不得超过24.5μg/L。近些年来，在我国大部分地区的地表水及地下水都出现了高氯酸盐污染超标的现象，并导致了非常严峻的水环境问题，然而我国对此污染物去除技术的研究存在较明显的滞后，因此必须开展相应的研究工作来高效地去除水环境中的高氯酸盐。目前对高氯酸盐的去除方法主要有物化处理法及生物处理法，物化处理法只是将高氯酸盐进行了富集，需二次处理，并且花费的成本较高，不适于大规模工业废水处理。相比之下生物法具有效率高，成本低及可实现高氯酸盐的无害化转化等特点，成为目前本领域的研究热点。根据微生物代谢类型的不同，生物还原高氯酸盐的方法主要分为异养法和自养法。异养法以有机物为电子供体，高氯酸盐作为电子受体。该方法具有较高的还原效率，但该方法常需要投加适量的有机物以实现高氯酸盐的高效去除，当有机物投加过量时，会对出水造成二次污染；有机物投加不足时，导致高氯酸盐得不到有效还原。自养法以无机物作为电子供体，高氯酸盐作为电子受体。硫自养法具有产泥量低及不需要额外碳源的投加等优点，其中硫磺颗粒作为众多科研工作者首选的自养电子供体。但硫自养工艺还原高氯酸盐是一个产酸的过程，因此在该过程中需要投加碱度，实现体系内酸碱平衡，以保障微生物的活性，这导致工艺成本费用的增加。并且硫自养工艺去除高浓度高氯酸盐会导致出水含大量硫酸盐，易造成出水硫酸盐二次污染，因此该工艺适合去除含低浓度高氯酸盐废水。
技术实现思路
针对异养法和自养法各自独立使用时的缺陷，本专利技术提供一种降解高浓度高氯酸盐废水的ABR(AnaerobicBaffLtedReactor，厌氧折流板反应器)系统，其将串联的格室设置为异养-自养联用的系统，并设置异养区分段进水结构，以达到近乎100％降解高浓度高氯酸盐废水的效果。以及，本专利技术还提供了一种基于上述ABR系统降解高浓度高氯酸盐废水的调控方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案1为：一种降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，包括：反应器；和多个折流板，竖直设置在所述反应器内，多个所述折流板将所述反应器分隔为多个串联的格室，每个格室包括下流室和上流室；多个所述格室沿水流推进方向分为异养区、过渡区和自养区；所述异养区的上流室内分别填充污泥床，下流室分别设置进水管、形成分段进水的结构；所述自养区的上流室内分别填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。在一个实施例中，在所述异养区和自养区之间还设有过渡区，所述过渡区的上流室内填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。可选的，所述异养区、过渡区和自养区的体积比为60％-70％:10％-15％:20％-30％。可选的，所述异养区的下流室进水量沿水流推进方向梯度分布；其中，异养区的前端格室中，每个下流室的进水量不高于总进水量的40％；异养区的后端格室中，每个下流室的进水量不高于总进水量的20％；所述前端格室占所述异养区体积的50-70％。在一个实施例中，所述ABR系统还包括：回流桶，与所述反应器的出水口连通；所述回流桶还设有废水出口以及与所述自养区进水端连通的回流管。在一个实施例中，所述所述ABR系统还包括：控制单元，用于接收高氯酸盐传感器、硫酸根浓度传感器和COD传感器采集的信号，控制所述进水管的进水量和所述回流泵的回流量，所述进水管上设有流量调节阀；所述高氯酸盐浓度传感器、硫酸根浓度传感器和COD传感器分别分布在每个所述下流室的取水口处及回流桶的取水口处。传统的异养-自养工艺去除高氯酸盐主要是将两个反应器进行串联构成两级反应，但这大大增加了工艺的基建费用以及运营费用。本申请中是在一个反应器内构建成不同的功能区，其中异养区是以废水中的有机物作为电子供体，进行异养高氯酸盐还原；自养区是以硫磺颗粒作为电子供体，进行自养高氯酸盐还原；从而建立了异养区、自养区为一体的ABR系统。该ABR系统对于碳氯比不协调的高氯酸盐废水的处理具有明显的优势。当有机物不足时，异养区高氯酸盐的去除效率较低，串联的过渡区和自养区可继续进行自养降解剩余的高氯酸盐；当有机物相对较高时，异养区出水含过量的COD，后续串联的过渡区可对未完全去除的COD继续进行降解，实现异养高氯酸盐的还原。因此，本ABR系统可高效去除高氯酸盐及COD，减少有机物二次污染风险，自养工艺充当保障工艺，使本系统运行更加灵活，且适应的碳氯比范围更宽。采用上述技术方案的产生的有益效果在于：(1)相比于单一的异养工艺，本方案中异养-自养工艺结合分段进水策略，可有效调控ABR系统实现高浓度高氯酸盐的高效去除；相比于单一的硫自养工艺，去除的高氯酸盐负荷可提高10-15倍。(2)通过分段进水策略，在同一进水浓度条件下，可提高异养区对高氯酸盐的还原效率，并且由于不同功能区，实现异养高氯酸盐还原和自养高氯酸盐还原在各自的功能区稳定运行，功能区之间相互协同，高效并长期稳定运行；(3)由于异养区还原高氯酸盐产生碱度，自养区消耗碱度，因此通过异养-自养工艺可使异养区产生的碱度补充在自养区消耗的碱度中，同时避免了额外碱度的投加，有效减少了工艺的运营成本。在其中一个实施例中，在自养区增加了回流操作，将ABR系统出水回流至自养区进水端，减少了废水与填料的接触时间，从而减少了在自养区硫歧化反应的发生，并有效减缓了硫酸盐的产生。本专利技术还提供了基于上述ABR系统降解高浓度高氯酸盐废水的调控方法，包括以下步骤：所述控制单元获取所述高氯酸盐传感器、所述硫酸根传感器和所述COD传感器的浓度信息，判断是否超出对应设定的阈值；当高氯酸盐的浓度高于对应设置的阈值，调低对应格室的进水比例；当硫酸根的浓度高于对应设置的阈值，调高所述回流比；当异养区出水的COD浓度高于设定的阈值，调低系统的进水量。采用上述调控方法产生的有益效果在于：通过控制单元自动控制进水量的分配以及回流量的大小，使系统保持稳定运行，降低运行成本；该方法不仅有效降解高氯酸盐，而且使出水硫酸根浓度保持在规定的范围内，减少二次污染。附图说明图1为本专利技术实施例提供的ABR系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的ABR系统运行高氯酸盐进出水浓度变化图；图3为本专利技术实施例提供的ABR系统运行进出水pH及碱度变化图；图4为本专利技术实施例提供的ABR系统污染物的沿程变化图；图5为本专利技术实施例提供的ABR系统各室内高氯酸盐物料守恒图；图6为本专利技术实施例提供的ABR系统稳定运行硫酸盐出水变化图；图7为反应器自养区有无回流出水硫酸盐对比图；图中，10-异养区11-上流室12-下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，包括：反应器；和多个折流板，竖直设置在所述反应器内，多个所述折流板将所述反应器分隔为多个串联的格室，每个格室包括下流室和上流室；其特征在于：多个所述格室沿水流推进方向分为异养区和自养区；所述异养区的上流室内分别填充污泥床，下流室分别设置进水管、形成分段进水的结构；所述自养区的上流室内分别填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。

【技术特征摘要】
1.降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，包括：反应器；和多个折流板，竖直设置在所述反应器内，多个所述折流板将所述反应器分隔为多个串联的格室，每个格室包括下流室和上流室；其特征在于：多个所述格室沿水流推进方向分为异养区和自养区；所述异养区的上流室内分别填充污泥床，下流室分别设置进水管、形成分段进水的结构；所述自养区的上流室内分别填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。2.如权利要求1所述的降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，其特征在于，在所述异养区和自养区之间还设有过渡区，所述过渡区的上流室内填充硫磺颗粒及石英砂形成的双层填料。3.如权利要求2所述的降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，其特征在于，所述异养区、过渡区和自养区的体积比为60％-70％:10％-15％:20％-30％。4.如权利要求1-3任一项所述的降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，其特征在于，所述异养区的下流室进水量沿水流推进方向梯度分布；其中，异养区的前端格室中，每个下流室的进水量不高于总进水量的40％；异养区的后端格室中，每个下流室的进水量不高于总进水量的20％；所述前端格室占所述异养区体积的50-70％。5.如权利要求2所述的降解高浓度高氯酸盐废水的ABR系统，其特征在于，所述ABR系统还包括：回流桶，与所述反应器的出水口连通；所述回流桶还设有废水出口以及与所述自养区进水端连通的回流管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建博，李昆，李海波，宋圆圆，逯彩彩，韩懿，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12