申请日2017.09.05
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16
摘要
本发明提供了一种高氨氮焦化废水的处理装置和方法。该装置包括：进水池、进水管、中间池、厌氧SBR反应器、连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器、出水池和出水管;进水池连接进水提升泵，进水提升泵的出水管路通过进水管与厌氧SBR相连，厌氧SBR反应器的出水管路连接中间池，中间池的出水管连接中间提升泵，中间提升泵的出水管连接连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器，连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器通过出水管路与出水池相连，出水池的出水管通过回流泵与进水池相连。本发明降低了传统焦化废水处理工艺中部分蒸氨和冷却成本，不仅节省了蒸氨费用，而且进水池可以起到均化水质、调节水温的作用，从而降低了水处理成本。
权利要求书
1.一种高氨氮焦化废水的处理装置，其特征在于，包括：进水池、进水管、中间池、厌氧SBR反应器、连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器、出水池和出水管;
所述进水池连接进水提升泵，所述进水提升泵的出水管路通过进水管与厌氧SBR相连，所述厌氧SBR反应器的出水管路连接中间池，所述中间池的出水管连接中间提升泵，所述中间提升泵的出水管连接连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器通过出水管路与出水池相连，所述出水池的出水管通过回流泵与所述进水池相连。
2.根据权利要求1所述的高氨氮焦化废水的处理装置，其特征在于，所述厌氧SBR反应器的底部设有由流量计、气体循环泵和曝气头组成的气体回流管路，气体经过流量计和气体循环泵，通过曝气头重新回到厌氧SBR反应器内，如此往复。
3.根据权利要求2所述的高氨氮焦化废水的处理装置，其特征在于，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器为多格结构，所述中间提升泵的出水管通往所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的第一格，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的每个隔板上均有孔洞，使水流得以连续流动。
4.根据权利要求3所述的高氨氮焦化废水的处理装置，其特征在于，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器内置加热系统，该加热系统包括温控装置和加热棒。
5.根据权利要求4所述的高氨氮焦化废水的处理装置，其特征在于，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的最后一格设有溢流堰，所述溢流堰的外部出口通过出水管路与出水池相连，所述出水池的出水管一分支通往深度处理单元，另一分支为回流管，通过回流泵与进水池相连。
6.一种高氨氮焦化废水的处理方法，其特征在于，适用于权利要求1至5任一项所述的装置，所述方法包括：
步骤Ⅰ、煤焦化工艺中产生的焦化废水经过预处理过程后，其水量的2/3进入蒸氨塔，该蒸氨塔的蒸氨出水、剩余1/3未经蒸氨的废水及出水池回流的上清液进入进水池，再向进水池中注入清水;
步骤Ⅱ、所述进水池的出水经提升泵提升后，通过进水管进入厌氧SBR反应器，所述厌氧SBR反应器进行反硝化作用以去除废水中的COD和硝氮，所述厌氧SBR反应器的出水经出水管进入中间池;
步骤Ⅲ、所述中间池的出水经中间提升泵提升后，进入连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器进行硝化-厌氧氨氧化作用以去除废水中的氨氮，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的出水经溢流堰进入出水池;
步骤Ⅳ、所述出水池的出水经溢流堰通过循环泵进入所述进水池。
7.根据权利要求6所述的高氨氮焦化废水的处理方法，其特征在于，所述进水池中未经蒸氨的焦化废水与蒸氨后废水之比约为1:3，未经蒸氨的焦化废水与蒸氨后废水混合后得到混合焦化废水，混合焦化废水:回流上清液:清水=1:1:1;所述进水池的pH值为7.0～8.0。
8.根据权利要求7所述的高氨氮焦化废水的处理方法，其特征在于，所述厌氧SBR反应器中发生反硝化作用，反应方程式为：
9.根据权利要求7所述的高氨氮焦化废水的处理方法，其特征在于，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器中发生短程硝化作用、厌氧氨氧化作用，反应方程式为：
短程硝化：
厌氧氨氧化：
10.根据权利要求6到9任一项所述的方法，其特征在于，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的启动过程包括：
(a)接种污泥：①从实验室运行的一体式厌氧氨氧化反应器中取填料污泥，将填料污泥放入待启动的一体式厌氧氨氧化反应器内，填充率为30%;②将取自污水处理厂的絮体状态的污泥加入到连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器中，初始絮体污泥浓度保持在1g/L;
(b)启动阶段：①开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水总氮浓度为400～500mg/L，其中氨氮浓度为350～450mg/L;②检查系统的气密性，开启曝气系统，调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在1.0mg/L以下，保证填料污泥在反应区处于悬浮状态;③控制水力停留时间为48h，每12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，使出水中的硝态氮和亚硝态氮浓度均维持在15mg/L以下;④当出水中的亚硝态氮浓度低于5mg/L时，减少一个周期来缩短水力停留时间，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果;⑤每天固定一个时间从反应区排出混合污泥，排出的混合污泥体积占反应区体积的1/10～1/15;
在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，即单位体积反应器在单位时间内去除的氨氮的量，达到0.3kgNH4+-N/(m3·d)，同时总氮去除率超过75%时，则确定所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器启动成功，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器进入运行期;
(c)连续运行：在连续运行过程中，通过增加或减少混合污泥排放的总量，维持合理的污泥龄;控制进水量，保证稳定的基质浓度;维持温度，pH值的恒定。
说明书
高氨氮焦化废水的处理装置和方法
技术领域
本发明涉及焦化废水处理技术领域，尤其涉及一种高氨氮焦化废水的处理装置和方法。
背景技术
焦化废水是焦化厂在煤气净化、焦炭炼制及化工产品回收过程中产生的组成复杂、难降解并含有大量有毒、有害物质的工业废水。其主要来源有四个：一是剩余氨水，它是在煤干馏及煤气冷却过程中产生的废水，其水量占焦化废水总量的一半以上，是焦化废水的主要来源;二是在煤气净化过程中产生的废水，如煤气终冷水与粗苯分离水等;三是在焦油、粗苯等的精制过程中产生的废水;四是厂房和设备的冲洗水及其他场合产生的废水。
焦化废水的排放量大、成分复杂，不仅含有铵盐、硫化物、氰化物及硫氰化物等无机污染物，还含有苯、苯酚类、油类、萘、蒽及多环芳烃化合物(PAHs)等有机污染物，其中酚类和氨氮是水质的主要污染物。焦化废水水质变化幅度大，不同的焦化厂在煤质、炼焦操作条件、生产工艺方面存在差异，导致焦化废水水质有所不同。以首钢焦化厂为例，其焦化废水产水量为0.71～0.98m3/t焦。焦化废水主要污染物含量如下述表1所示。
表1
近年来，随着我国钢铁行业的迅猛发展，与之相配套的炼焦规模也空前扩大，产生的焦化废水排放量成倍增加，污染强度日趋加剧。2012年10月1日起，环保部开始实施《炼焦化学工业污染物排放标准(GB 16171-2012)》，这对炼焦行业的外排水水质提出了更加严格的要求。
目前，现有技术中的焦化废水的处理方法为：预处理-生化处理-深度处理。预处理过程主要包括：物理化学方法(包括蒸氨、脱酚、混凝等)、生物方法(包括活性污泥法、A/O及多级A/O工艺、A/A/O工艺、A/O/O工艺等)和高级氧化法(包括湿法氧化法、传统芬顿试剂法、电化学氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、光催化氧化法等)。
上述现有技术中的焦化废水的处理方法的缺点为：脱酚、蒸氨等预处理工艺成本高，现有蒸氨工艺的处理效果受温度影响大，能耗太大，操作复杂，高温高压条件下设备腐烛严重，运行费用高(6元/t以上)，且蒸氨出水温度很高，增加了冷却步骤，进一步增加了水处理成本;加之焦化废水毒性大，可生化性差，使得后续生化处理工艺出水水质大多难以达到最新的行业废水排放标准。
发明内容
本发明的实施例提供了一种高氨氮焦化废水的处理装置和方法，以实现降低现有焦化废水处理工艺中部分蒸氨和冷却成本。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种高氨氮焦化废水的处理装置，包括：进水池、进水管、中间池、厌氧SBR反应器、连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器、出水池和出水管;
所述进水池连接进水提升泵，所述进水提升泵的出水管路通过进水管与厌氧SBR相连，所述厌氧SBR反应器的出水管路连接中间池，所述中间池的出水管连接中间提升泵，所述中间提升泵的出水管连接连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器通过出水管路与出水池相连，所述出水池的出水管通过回流泵与所述进水池相连。
进一步地，所述厌氧SBR反应器的底部设有由流量计、气体循环泵和曝气头组成的气体回流管路，气体经过流量计和气体循环泵，通过曝气头重新回到厌氧SBR反应器内，如此往复。
进一步地，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器为多格结构，所述中间提升泵的出水管通往所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的第一格，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的每个隔板上均有孔洞，使水流得以连续流动。
进一步地，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器内置加热系统，该加热系统包括温控装置和加热棒。
进一步地，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的最后一格设有溢流堰，所述溢流堰的外部出口通过出水管路与出水池相连，所述出水池的出水管一分支通往深度处理单元，另一分支为回流管，通过回流泵与进水池相连。
一种高氨氮焦化废水的处理方法，所述方法包括：
步骤Ⅰ、煤焦化工艺中产生的焦化废水经过预处理过程后，其水量的2/3进入蒸氨塔，该蒸氨塔的蒸氨出水、剩余1/3未经蒸氨的废水及出水池回流的上清液进入进水池，再向进水池中注入清水;
步骤Ⅱ、所述进水池的出水经提升泵提升后，通过进水管进入厌氧SBR反应器，所述厌氧SBR反应器进行反硝化作用以去除废水中的COD和硝氮，所述厌氧SBR反应器的出水经出水管进入中间池;
步骤Ⅲ、所述中间池的出水经中间提升泵提升后，进入连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器进行硝化-厌氧氨氧化作用以去除废水中的氨氮，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的出水经溢流堰进入出水池;
步骤Ⅳ、所述出水池的出水经溢流堰通过循环泵进入所述进水池。
进一步地，所述进水池中未经蒸氨的焦化废水与蒸氨后废水之比约为1:3，未经蒸氨的焦化废水与蒸氨后废水混合后得到混合焦化废水，混合焦化废水:回流上清液:清水=1:1:1;所述进水池的pH值为7.0～8.0。
进一步地，所述厌氧SBR反应器中发生反硝化作用，反应方程式为：
进一步地，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器中发生短程硝化作用、厌氧氨氧化作用，反应方程式为：
短程硝化：
厌氧氨氧化：
进一步地，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器的启动过程包括：
(a)接种污泥：①从实验室运行的一体式厌氧氨氧化反应器中取填料污泥，将填料污泥放入待启动的一体式厌氧氨氧化反应器内，填充率为30%;②将取自污水处理厂的絮体状态的污泥加入到连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器中，初始絮体污泥浓度保持在1g/L;
(b)启动阶段：①开启水泵从储水箱中间歇式进水，进水总氮浓度为400～500mg/L，其中氨氮浓度为350～450mg/L;②检查系统的气密性，开启曝气系统，调整曝气管路的阀门，控制反应区的溶解氧在1.0mg/L以下，保证填料污泥在反应区处于悬浮状态;③控制水力停留时间为48h，每12h为一周期，每周期内曝气10.5h，沉淀1.5h，使出水中的硝态氮和亚硝态氮浓度均维持在15mg/L以下;④当出水中的亚硝态氮浓度低于5mg/L时，减少一个周期来缩短水力停留时间，并调整曝气系统和搅拌器以保证充氧和混合效果;⑤每天固定一个时间从反应区排出混合污泥，排出的混合污泥体积占反应区体积的1/10～1/15;
在上述条件下运行，当反应器的氨氮去除负荷，即单位体积反应器在单位时间内去除的氨氮的量，达到0.3kgNH4+-N/(m3·d)，同时总氮去除率超过75%时，则确定所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器启动成功，所述连续流一体式厌氧氨氧化生物膜反应器进入运行期;
(c)连续运行：在连续运行过程中，通过增加或减少混合污泥排放的总量，维持合理的污泥龄;控制进水量，保证稳定的基质浓度;维持温度，pH值的恒定。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例降低了现有焦化废水处理工艺中部分蒸氨和冷却成本，本发明实施例主要利用厌氧氨氧化菌作为工艺主体，该菌种具有独特的代谢途径，在厌氧的条件下可以利用亚硝酸盐作为电子供体，直接将氨氮氧化成氮气，并且这一过程不需要有机碳源，且厌氧条件意味着无需曝气。将厌氧氨氧化引入焦化废水处理工艺与普通的物化法相比有明显优势：厌氧氨氧化菌是化能自养菌，以无机碳作为碳源，无需额外投加碳源，且焦化废水较低的C/N比非常适合厌氧氨氧化菌的生长;短程硝化过程只需将50%的氨氮氧化至亚硝酸盐氮，工艺的需氧量减少，能耗大幅下降;厌氧氨氧化的脱氮效率和去除负荷较高，污泥产量少。该工艺符合可持续发展规律的工艺，应用市场广阔。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。