一种处理含布洛芬废水的装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种处理含布洛芬废水的装置及方法。

背景技术

活性污泥絮体是好氧微生物通过胞外聚合物黏附在由丝状菌构成的骨架上所形成的生物群落。活性污泥利用活性污泥中好氧微生物的新陈代谢作用将污水中的有机物降解去除，从而达到净化污水的效果。与其他物化工艺相比，活性污泥法运行成本低、处理量大，结构相对简单，但是在活性污泥法工艺运行的过程中，依旧暴露出一些不足之处，比如：能耗较高，剩余污泥量大以及污泥膨胀等。

为了解决上述问题，低溶解氧活性污泥工艺应运而生。在低溶解氧活性污泥工艺中，通过人为操控曝气池中的溶解氧，可以使丝状菌保持在一个适当的丰度，使得丝状菌形成的网状结构可以有效网捕污水中的悬浮物，并且不会导致污泥产生恶性丝状菌膨胀。同时，在低溶解氧条件下，污泥产量也随之降低，从而节约了污泥处理费用。在低溶解氧环境下，在污泥絮体内部自外而内分别存在着好氧、兼氧与缺氧三种环境，硝化菌与亚硝化菌可以共存于污泥絮体中并相互协同，甚至实现短程硝化反硝化，保证了氨氮的高效去除。

布洛芬属于非甾体类抗炎镇痛药物，通过抑制环氧化酶（COX）的活性，从而减轻炎症和疼痛，并且可作用于下丘脑体温调节中枢，从而使体温回到正常，既可作为镇痛药也可作为退烧与消炎药使用。

研究表明，药品经由人体摄入以后并不会全部被吸收利用，最终以原形态随尿液或粪便排出，并通过污水处理系统汇入污水处理厂中。早在20世纪80年代，布洛芬就在各个国家与地区的不同水体与污水处理厂中被检出，布洛芬在污水处理过程中未被完全降解进而进入自然水体。持续的输入导致布洛芬具有伪持久性，尽管环境残留水平较低，但长期暴露依旧会对微生物、无脊椎动物以及人体造成慢性和累积毒性。研究表明，进入污水处理系统的布洛芬会对微生物的酶活性和呼吸作用产生影响，干扰微生物的正常代谢，尤其是针对低溶解氧活性污泥法，会严重影响低溶解氧活性污泥法的处理效果，甚至导致生物处理系统的崩溃。因此需要开发新的工艺，在保留低氧活性污泥法优点的同时，能够应对布洛芬对活性污泥的冲击，并实现布洛芬的高效去除。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种处理含布洛芬废水的装置及方法。本发明的装置与方法结合能够实现水中布洛芬的高效去除。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

本发明的方案中将活性污泥分为两个部分，非响应状态下保持活性污泥处于低氧状态，当检测到进水中含有布洛芬时，将其中一部分活性污泥进行适当的饥饿处理，富集具有高效降解布洛芬功能的污泥，另一部分污泥则处于溶解氧浓度较高的条件下，并利用富集得到的饥饿污泥对含有布洛芬的污水进行处理，一方面可以应对布洛芬对活性污泥呼吸作用造成的抑制以保证常规污染物的去除效果，另一方面饥饿污泥对布洛芬的降解效率更高，从而实现污水中布洛芬的高效去除。

为此，本发明的一个实施例提供了一种处理含布洛芬废水的装置，包括：

并联设立的低氧曝气池与变氧曝气池，以及与分别与所述低氧曝气池与变氧曝气池串联的二沉池；

可调式空气泵，包括两个，分别设置于所述低氧曝气池与所述变氧曝气池池底，用于曝气；

溶解氧控制装置，包括两个，分别与可调式空气泵的其中一个连接并监测低氧曝气池与变氧曝气池中溶解氧浓度，用于调节两个曝气池溶解氧浓度；其中，每一个所述溶解氧控制装置包括溶解氧探头和控制器，所述溶解氧探头位于所述变氧曝气池中用于监测并反馈调节曝气池溶解氧，所述控制器与所述可调式空气泵连接以控制所述可调式空气泵曝气量；

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的装置，所述低氧曝气池与变氧曝气池之间通过污泥输送管并联连接，所述低氧曝气池还包括低氧曝气池进水管，所述变氧曝气池还包括变氧曝气池进水管。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的装置，所述二沉池包括排泥管与排水管；所述二沉池与所述低氧曝气池之间通过第一污泥收集管和第一污泥回流管串联连接，所述二沉池与所述变氧曝气池之间通过第二污泥收集管和第二污泥回流管串联连接。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的装置，所述低氧曝气池与所述变氧曝气池的污泥龄为20 d。过长的污泥龄会导致污泥老化，降低处理效果；过短的污泥龄会导致污泥浓度持续下降。

本发明的另一个实施例还提供了一种处理含布洛芬废水的方法，在于采用处理含布洛芬废水的装置进行处理，所述方法包括以下步骤：

S1：当进水中未检测到布洛芬或者布洛芬浓度未达到一定阈值时，装置处于非响应状态，打开所述低氧曝气池的进出水口、第一污泥收集管以及第一污泥回流管阀门，关闭污泥输送管的阀门；

S2：当进水中检测到一定浓度布洛芬时，装置进入响应状态，关闭所述低氧曝气池的进出水口以及第一污泥收集管阀门，打开污泥输送管的阀门，使所述低氧曝气池中污泥处于饥饿状态，并将二沉池中沉淀污泥通过第一污泥回流管补充至所述低氧曝气池中，将所述低氧曝气池中的饥饿污泥通过污泥输送管输送至所述变氧曝气池中。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S1中所述低氧曝气池与变氧曝气池的污泥浓度在4000~6000 mg/L之间；所述低氧曝气池与变氧曝气池的溶解氧为1.0~1.5 mg/L。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S2中所述低氧曝气池污泥浓度在5000~10000 mg/L之间；所述变氧曝气池污泥浓度在2000~4000 mg/L之间；所述低氧曝气池的溶解氧为1.0~1.5 mg/L，所述变氧曝气池的溶解氧为3.0±0.5 mg/L。

在步骤S1和S2中，低氧曝气池污泥浓度太低会降低富集饥饿污泥的效率，变氧曝气池污泥浓度太高易导致污泥流失与消解。

在步骤S1中低氧曝气池与变氧曝气池溶解氧含量下，由丝状菌引发的污泥膨胀可以控制在一个合理的范围内，同时保障出水水质不会恶化。

在步骤S1中，低氧曝气池溶解氧太低会抑制好氧过程，过高的溶解氧会浪费能源，变氧曝气池进水中的布洛芬会抑制污泥呼吸速率，过低的溶解氧会导致污泥处理效率下降甚至导致生物处理系统崩溃。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S1中所述低氧曝气池与变氧曝气池的水力停留时间为10~12 h。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S2中所述变氧曝气池水力停留时间为12~15 h；所述低氧曝气池污泥停留时间为3~5天，即每天将1/5~1/3的污泥通过污泥输送管接种至所述变氧曝气池中，并从所述低氧曝气池中补充相应的污泥，以保持所述变氧曝气池中污泥量不变。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S1中所述阈值为100 μg/L。

根据本发明上述实施例提供的一种处理含布洛芬废水的方法，步骤S2中进水布洛芬浓度下限为100 μg/L。高于此浓度的布洛芬即会对活性污泥的活性造成影响。

非响应状态下控制两池（低氧曝气池和变氧曝气池）中溶解氧为1.0~1.5 mg/L并关闭污泥输送管阀门，两池正常进行污水处理；当检测到进水中布洛芬浓度高于100 μg/L时，关闭低氧曝气池进出水阀门使该池污泥处于饥饿条件，调节变氧曝气池溶解氧至3±0.5 mg/L，使该池污泥处于好氧条件以维持处理效果，同时定期将低氧曝气池中饥饿污泥通过污泥输送管送入变氧曝气池中以处理布洛芬，将二沉池中污泥送入低氧曝气池使污泥处于饥饿状态。

与现有技术比，本发明取得的有益效果是：

(1) 本发明在非响应状态下使用低氧活性污泥法，可以有效降低能耗并减少污泥膨胀现象。

(2) 本发明有效利用曝气池。在非响应状态下，两个曝气池可作为低氧活性污泥工艺的生物处理单元对污水进行处理；当进水中含有一定量布洛芬后，可在短时间内实现工艺流程更改并及时响应，避免活性污泥因布洛芬的冲击导致系统处理效率下降甚至崩溃。

(3) 本发明在响应状态下的污水处理过程中，污泥通过空间上的移动使得状态处于“饥饿-处理-再饥饿”循环，即使处理单元只剩变氧曝气池，也可保持较高污泥的利用率，从而不会过多降低处理效果。

(4) 本发明在非响应状态下使用低溶解氧活性污泥工艺，污泥产率相较于传统活性污泥法大幅降低，在响应状态下低氧曝气池富集饥饿污泥的过程中，又会导致污泥中有机物被消耗，以及部分污泥的消解，从而大大降低整个系统的剩余污泥量。

(5)本发明将污泥分成两部分，进水中含有布洛芬时，一部分污泥进行饥饿处理，另一部分用于处理含布洛芬的废水，并通过污泥输送管将两池污泥进行轮换，该过程操作简单，充分利用曝气池，有较高的实际使用价值。本发明通过富集饥饿污泥，可以有效提升曝气池中活性污泥对布洛芬的去除效率，并可避免购买与投加布洛芬降解菌的步骤，减少功能菌种购买与贮存的成本。

附图说明

图1为本发明的处理含布洛芬废水的装置示意图；

图2为实施例1中COD去除率随溶解氧的变化；

图3为实施例1中氨氮去除率随溶解氧的变化；

图4为实施例2中COD与氨氮去除率随布洛芬浓度的变化；

图5为实施例3中COD、氨氮与布洛芬去除率随时间的变化。

图中：10，11、可调式空气泵；20，21、溶解氧控制装置；100、低氧曝气池；101、变氧曝气池；102、二沉池；200、低氧曝气池进水管；201、变氧曝气池进水管；210、第一污泥收集管；211、第二污泥收集管；212、排水管；300、污泥输送管；312、排泥管；320、第一污泥回流管；321、第二污泥回流管。

实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

如图1所示，本发明的较佳实施例提供了一种处理含布洛芬废水的装置，包括并联设立的低氧曝气池100与变氧曝气池101，以及与分别与低氧曝气池100与变氧曝气池101串联的二沉池102。可调式空气泵包括两个，分别示为10,11，分别设置于低氧曝气池100与变氧曝气池101池底。可调式空气泵的用途包括两个：1、大幅改变曝气池中溶解氧浓度，如从1mg/L提高至3 mg/L；2、维持曝气池中溶解氧处于一个稳定的范围，一般为利用自动监测系统通过负反馈调节控制曝气量，更具体地说，通过PID算法获得所需曝气量，对比所需曝气量与实测值的差异，之后再提高或降低空气泵的曝气量，以实现曝气池溶解氧稳定控制；溶解氧控制装置也包括两个，分别示为20,21，分别与可调式空气泵10与11连接并监测低氧曝气池100与变氧曝气池101中溶解氧浓度，用于调节两个曝气池溶解氧。优选地，溶解氧控制装置20,21的每一个均包括溶解氧探头和控制器，所述溶解氧探头位于曝气池（低氧曝气池100或变氧曝气池101）中用于调节曝气池溶解氧，控制器与可调式空气泵连接以控制所述可调式空气泵曝气量。低氧曝气池100与变氧曝气池101之间通过污泥输送管300并联连接。低氧曝气池100还包括低氧曝气池进水管200。氧曝气池101还包括变氧曝气池进水管201。二沉池102包括排泥管312与排水管212。二沉池102与低氧曝气池100之间通过第一污泥收集管和第一污泥回流管串联连接，所述二沉池与所述变氧曝气池之间通过第二污泥收集管和第二污泥回流管串联连接。低氧曝气池100与变氧曝气池的污泥龄为20 d，过长的污泥龄会导致污泥老化，降低处理效果；过短的污泥龄会导致污泥浓度持续下降。

非响应状态下污泥输送管300关闭，污水通过低氧曝气池100和变氧曝气池101的进水口进入池中，停留一定时间后处理完毕的泥水混合液通过出水口进入二沉池102中，二沉池的部分沉降污泥通过第一、第二污泥回流管320与321回流至两个曝气池中，剩余污泥通过排泥管312排出，上清液通过排水管212排出；当进水（指定为使用液相色谱检测沉淀池出水或低氧曝气池进水布洛芬含量）中布洛芬含量达到一定程度时，关闭低氧曝气池的进出水管阀门，低氧曝气池部分污泥通过污泥输送管300 进入变氧曝气池，污泥输送周期大约为3~5天，变氧曝气池101溶解氧调整至3.0±0.5 mg/L，含有布洛芬的废水由进水管进入变氧曝气池101中并与饥饿污泥混合，一段时间后，处理完毕的泥水混合物通过第二污泥收集管211进入二沉池102中沉淀，上清液通过排水管212排出，沉淀污泥一部分通过第一污泥回流管320回流至低氧曝气池101以补充低氧曝气池100损失的污泥，一部分经由排泥管312排出。

运行操作如上所述。其中，在非响应状态下，低氧曝气池与变氧曝气池污泥浓度在4000~6000 mg/L范围内，水力停留时间为10~12 h，污泥龄为20 d；在响应状态下，低氧曝气池污泥浓度控制在5000~10000 mg/L范围内，溶解氧维持在1.0~1.5 mg/L，排泥周期为3~5天，变氧曝气池污泥浓度控制在2000~4000 mg/L范围内，溶解氧维持在3.0±0.5 mg/L以应对布洛芬对污泥呼吸作用的抑制，水力停留时间在12~15 h。

上述设置是因为低氧曝气池污泥浓度太低会降低富集饥饿污泥的效率，变氧曝气池污泥浓度太高易导致污泥流失与消解。低氧曝气池与变氧曝气池溶解氧浓度为1-1.5mg/L时，由丝状菌引发的污泥膨胀可以控制在一个合理的范围内，同时保障出水水质不会恶化。低氧曝气池溶解氧太低会抑制好氧过程，过高的溶解氧会浪费能源，变氧曝气池进水中的布洛芬会抑制污泥呼吸速率，过低的溶解氧会导致污泥处理效率下降甚至生物处理系统崩溃。

实施例1:本实施例中所接种污泥取自南京市某污水处理厂二沉池，污泥浓度约为4100 mg/L。污泥分为两组A与B，处理模式均为连续流法，进水采用人工配水，含有COD约300mg/L，NH

实验结果如图2 （COD去除率）与图3 （氨氮去除率）所示，发现进水中不含布洛芬时，溶解氧降低到1.0 mg/L时，污染物的去除效率基本没有下降，直到溶解氧降低至0.5mg/L时，好氧活性污泥系统才无法维持稳定，出水水质大幅恶化；而当进水中含有5 mg/L布洛芬时，溶解氧低于2.5 mg/L时氨氮去除效果就已经发生明显下降，溶解氧达到1.0 mg/L时COD去除效率也受到明显抑制。实验证明低氧活性污泥法溶解氧最低可控制在1.0~1.5mg/L，进水中含有5 mg/L布洛芬时溶解氧低于2.5 mg/L就会导致系统除污能力大幅下降。

实施例2:本实施例中所接种污泥取自南京市某污水处理厂二沉池，污泥浓度约为3300 mg/L。进水采用人工配水，含有COD约300 mg/L，NH

实验结果如图4所示，可以发现布洛芬的浓度对COD去除效果影响不太明显，即使浓度达到5000 μg/L，污泥对COD的去除效果依旧保持在90%以上，但是当布洛芬浓度达到100 μg/L时就会抑制污泥对氨氮的去除效果。

实施例3:本实施例中所接种污泥取自南京市某污水处理厂二沉池，变氧曝气池中污泥浓度为2900 mg/L，溶解氧控制在2.5 mg/L，水力停留时间为12 h；低氧曝气池中污泥浓度为6700 mg/L，溶解氧控制在1.0 mg/L，排泥周期为4 d。进水采用人工配水，含有COD约300 mg/L，NH

实验结果如图5所示。运行过程中污泥性质稳定，未出现污泥膨胀现象，出水水质较好，布洛芬去除效果也达到约80%。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

最后所要说明的是：以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。