申请日2014.03.26
公开(公告)日2014.06.04
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种深度处理煤制气废水的设备及工艺，解决了现有煤制气废水采用生化工艺深度处理无法达标，而物化工艺处理成本过高的问题。步骤是：经过生化处理的煤制气废水经过第一段臭氧氧化池初步氧化难降大分子解有机物，出水进入动态活性焦生物滤池，以一种轻质活性焦为过滤吸附填料及微生物载体，去除大部分COD、悬浮物和色度，出水再进入第二段臭氧氧化池，进一步降解残余难降解有机物，最后进入活性焦生物滤池，完成污水的深度处理。本发明的优点是工艺技术路线简单，占地面积小，运行稳定，最终出水可用于循环水的补充水，达到减排目的。同时解决了传统生物滤池对难生物降解污染物和色度去除效率低，填料易堵塞等问题。
权利要求书
1.一种深度处理煤制气废水的设备，包括：臭氧发生器、鼓风机、第一段和第二段臭氧氧化池、上流式动态活性焦生物滤池、下流式活性焦生物滤池及沉淀池，其特征在于：在所述的第一段和第二段臭氧氧化池内部纵向分别设置着隔板，隔板将臭氧氧化池分割成两个腔室：臭氧氧化腔室与脱臭氧腔室，在隔板的底部设置着过水孔;在两个臭氧氧化腔室的底部均分别均布设置着带有曝气头的臭氧曝气管，臭氧曝气管与设置在臭氧氧化池外部的臭氧发生器相连接;在两个脱臭氧腔室的底部同样分别均布设置着带有曝气头的脱臭氧曝气管，脱臭氧曝气管与鼓风机相连接;在所述第一段臭氧氧化池臭氧氧化腔室上部设置着污水进水管，在脱臭氧腔室的上部设置着出水管，出水管与相邻的上流式动态活性焦生物滤池侧壁下部的进水管相连接;所述上流式动态活性焦生物滤池内底部均布设置着带有曝气头的反冲进气管，反冲进气管与鼓风机相连接，在该滤池底部侧壁上还设置着反冲进水管，在该滤池内反冲进气管上，从下往上依次设置着带有滤头的滤板、穿孔曝气管、承托层以及轻质球型活性焦滤料层，在该滤池的上部侧壁上还设置着与沉淀池相连接的反洗出水管以及与第二段臭氧氧化池臭氧氧化腔室上端相连接的出水管;在所述第二段臭氧氧化池脱臭氧腔室上端设置着与相邻的下流式活性焦生物滤池侧壁上端相连接的出水管，在所述的下流式活性焦生物滤池内底部也均布设置着带有曝气头的反冲进气管，反冲进气管与鼓风机相连接，在该滤池底部侧壁上还设置着反冲进水管以及污水出水管，在该滤池内反冲进气管上，从下往上依次设置着带有滤头的滤板、承托层及活性焦粒滤料层，在该滤池的上部侧壁上还设置着与沉淀池相连接的反洗出水管;上述沉淀池上方一侧壁上设置着与反洗出水管相连接的进水管，在另一侧壁则设置着与污水进水管相连接的出水管。
2.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述沉淀池一侧的出水管与提升泵相连接。
3.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述污水出水管与回用水池相连接。
4.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述的轻质球型活性焦滤料层中轻质球型活性焦按一定的质量比：其中，竹子10-20%、褐煤20-30%、焦油10-15%、水8-15%、硝酸铁0-5%及秸秆余量进行配置，经过高温热解、粉碎、造粒、活化、筛分制得，轻质球型活性焦滤料密度0.8～1.0g/cm3，粒径3-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述的活性焦粒滤料层中的活性焦粒是兰炭在隔绝空气的条件下，经过800-900度高温热解制得，活性焦粒滤料密度1.0～1.2g/cm3，粒径3-5mm。
6.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述的承托层为40-50cm高的卵石层，所述卵石的规格为5-15mm。
7.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述轻质球型活性焦滤料层高度为2-3m。
8.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：所述活性焦粒滤料层高度为2-3m。
9.根据权利要求1所述的一种深度处理煤制气废水的设备，其特征在于：在所述的下流式活性焦生物滤池上还设置着底部深入活性焦粒滤料层的旋转搅拌提升机。
10.一种深度处理煤制气废水的工艺，其特征在于，其实现方式包括如下步骤：
步骤1：将经过生化处理的煤制气废水沿污水进水管从上往下进入第一段臭氧氧化池的臭氧氧化腔室，采用池底曝气方式通过臭氧发生器连续投加臭氧，臭氧投加量为10-20ppm，水力停留时间2-4h，处理后，沿隔板底部设置的过水孔进入脱臭氧腔室曝气脱臭氧，具体操作：通过鼓风机，向在脱臭氧腔室底部均布设置着的带有曝气头的脱臭氧曝气管中，不断输送空气的方式曝气脱臭氧;
步骤2：经第一段臭氧氧化池处理的污水沿相邻的上流式动态活性焦生物滤池下部的进水管从下往上进入该滤池中进行过滤，水力停留时间3-5h，连续曝气充氧量按0.7-1.2kg O2/kgCOD计，进行污水处理;
步骤3：经上流式动态活性焦生物滤池处理的污水，沿设置在该滤池上部设置着的出水管从上往下进入第二段臭氧氧化池臭氧氧化腔室中，采用池底曝气方式通过臭氧发生器连续投加臭氧，臭氧投加量为5-10ppm，水力停留时间1-2h，处理后，沿隔板底部设置的过水孔进入脱臭氧腔室曝气脱臭氧，具体采用通过鼓风机，向在脱臭氧腔室底部均布设置着的带有曝气头的脱臭氧曝气管中，输送空气的方式曝气脱臭氧;
步骤4：经过第二段臭氧氧化池处理过的污水，沿设置在相邻的下流式活性焦生物滤池上部的进水管，从上往下进入下流式活性焦生物滤池进行处理，水力停留时间0.5-1h，处理后的污水则沿设置在该滤池底部的污水出水管排出。
11.根据权利要求10所述的一种深度处理煤制气废水的工艺，其特征在于：在步骤2中上流式动态活性焦生物滤池采用气水联合冲洗方式冲洗，反冲洗周期为48-120h，具体做法：鼓风机产生的气体沿反冲进气管进入滤池中，清洗水则沿反冲进水管进入滤池中进行冲洗，冲洗完毕后的反冲洗水沿设置在该滤池上部的反洗出水管进入沉淀池中。
12.根据权利要求10所述的一种深度处理煤制气废水的工艺，其特征在于：在步骤4中下流式活性焦生物滤池，同样采用气水联合冲洗方式冲洗，反冲洗周期按出水SS值<10mg/L为判断标准，具体做法：鼓风机产生的气体沿反冲洗气管进入滤池中，清洗水则沿反冲进水管进入滤池中进行冲洗，冲洗完毕后反冲洗水沿设置在该滤池上部的反洗出水管进入沉淀池中。
13.根据权利要求10所述的一种深度处理煤制气废水的工艺，其特征在于：所述步骤1中的煤制气废水为经过脱酚、脱氨、除油预处理和生物处理的废水，其中COD的浓度为120-200mg/l，NH4-N的浓度为40mg/L-80mg/L，色度为50-80倍，不含氰化物。
14.根据权利要求10所述的一种深度处理煤制气废水的工艺，其特征在于：所述步骤2、步骤4中的滤池反冲洗废水排入沉淀池中，沉淀池中的上清液经提升泵再次沿污水进水管回流至第一段臭氧氧化池中按照上述的步骤1-4的方式再次进行污水处理;在沉淀池中沉淀出来的污泥则进入污泥处理单元。
说明书
一种深度处理煤制气废水的设备及工艺
技术领域
本发明涉及污水处理的设备设计以及污水处理工艺的技术领域，特别是涉及一种深度处理煤制气废水的设备及工艺，用于污水深度处理领域。
背景技术
煤制气废水属于焦化废水的一种，主要来自煤气发生炉的煤气洗涤、冷凝以及净化等过程。废水排放量大，水质极其复杂，CODcr含量大多在5000mg/L左右、氨氮含量在200～500mg/L左右。其中的有机污染物主要有多环芳香化合物、酚类和含氧、氮、硫的杂环化合物等生物难降解大分子有机物，还有部分焦油及氰化物，是典型的含有难降解有机化合物的生产废水。国内煤制气企业工艺污水生化处理尾水普遍存在CODcr超标现象，因此在原有废水处理的工艺基础上研究一种高效率、低成本的深度处理工艺，使煤气化废水能够达标排放或回用，已经成为煤制气产业发展的迫切需求，将具有很高的经济与社会效益。
根据煤制气废水的水质特点，其治理技术一般采用三级处理：物化预处理、生物二级处理及深度处理。一级预处理是将高浓度的煤气化废水进行脱酚、脱酸、吹脱蒸氨、气浮除油等处理，提高可生化性，便于后续生化阶段的处理，目前预处理工艺的研究和应用都比较成熟。二级处理主要是以活性污泥为主的生物处理系统，主要作用是脱氮和去除CODcr，但煤制气废水中含高浓度酚类有机物、氰化物等有毒污染物，因此经过二级生物处理后的废水中剩余的难降解有机物使得出水的 COD 浓度和色度等指标仍难以达到排放标准，需要进行深度处理。三级处理又称为深度处理，是目前煤制气废水处理技术的研究重点。
目前，国内外深度处理的方法主要有：电化学法、混凝沉淀法、高级氧化法、膜处理技术、吸附法、生物滤池。电化学法处理成本高;混凝沉淀法药剂消耗量大，处理成本高，并且产生大量污泥;高级氧化法有臭氧氧化法、催化湿式氧化法、电催化氧化法等，效果显著，但对设备要求高，耗能高;膜分离法主要包括MBR法和反渗透法，虽然可以去除废水中多数有机物达到回用标准，但是处理成本高，处理量小，膜污染严重，同时还存在浓水问题，无法真正做到无害化处理;吸附法操作简单，且不增加新的污染物，适合处理难生物降解的废水处理。吸附剂材料有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、树脂、沸石、硅藻土、活性焦等，一般较为常用的是活性炭。但是活性碳生产成本高、机械强度低、易粉碎、再生难度大、再生损耗高等缺陷，制约了活性炭在水处理领域的应用。为了克服活性碳的上述缺陷，解决污水深处理技术难题，人们开始对活性炭进行改良，研究开发了活性焦，目前已在污水处理领域发挥了较大的作用，但仍需在活性焦本身的性能及其工程化应用上做进一步优化。生物滤池工艺运行管理方便，运行成本低，在废水的深度处理领域得到了广泛应用。
曝气生物滤池是建立在普通生物滤池基础之上，利用生长在滤料的生物膜中的微生物的氧化分解作用、滤料的吸附截留作用以及生物膜内部为环境和缺氧环境的反硝化作用处理废水，不仅具有去除SS、BOD、CODcr、硝化、脱氮除磷的功效，且其最大的特点是集中了生物氧化与过滤截留悬浮固体的作用。从生物滤池处理废水实际情况来看，生物膜载体滤料旳选择至关重要，它关系到微生物的生长挂膜及吸附截留效果。因此寻找一种孔隙发达、比表面积大、成本低廉、可再生的吸附剂，对于生物滤池的实际应用具有非常大的意义。
化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数，常以符号COD表示。CODcr是采用重铬酸钾(K2Cr2O7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数。CODcr是指用重铬酸钾为氧化剂测出的需氧量，是用重铬酸钾法测出COD的值，会有部分因素影响COD的值，导致CODcr≠COD，理论上COD>CODcr，实际应用中CODcr表示COD。
发明内容
本发明要解决两个技术问题1、设计一套深度处理煤制气废水的设备，该设备能够解决现有煤制气废水处理设备不够完善，处理废水不达标的技术难题;2、结合设计出来的处理设备，采用更加合理的生化工艺，优化处理参数，以便深度处理煤制气废水难生物降解有机物的技术问题。
本发明解决上述第一个技术问题采用的技术方案如下：一种深度处理煤制气废水的设备，包括：臭氧发生器、鼓风机、第一段和第二段臭氧氧化池、上流式动态活性焦生物滤池、下流式活性焦生物滤池及沉淀池，在所述的第一段和第二段臭氧氧化池内部纵向分别设置着隔板，隔板将臭氧氧化池分割成两个腔室：臭氧氧化腔室与脱臭氧腔室，在隔板的底部设置着过水孔;在两个臭氧氧化腔室的底部均分别均布设置着带有曝气头的臭氧曝气管，臭氧曝气管与设置在臭氧氧化池外部的臭氧发生器相连接;在两个脱臭氧腔室的底部同样分别均布设置着带有曝气头的脱臭氧曝气管，脱臭氧曝气管与鼓风机相连接;在所述第一段臭氧氧化池臭氧氧化腔室上部设置着污水进水管，在脱臭氧腔室的上部设置着出水管，出水管与相邻的上流式动态活性焦生物滤池侧壁下部的进水管相连接;所述上流式动态活性焦生物滤池内底部均布设置着带有曝气头的反冲进气管，反冲进气管与鼓风机相连接，在该滤池底部侧壁上还设置着反冲进水管，在该滤池内反冲进气管上，从下往上依次设置着带有滤头的滤板、穿孔曝气管、承托层以及轻质球型活性焦滤料层，在该滤池的上部侧壁上还设置着与沉淀池相连接的反洗出水管以及与第二段臭氧氧化池臭氧氧化腔室上端相连接的出水管;在所述第二段臭氧氧化池脱臭氧腔室上端设置着与相邻的下流式活性焦生物滤池侧壁上端相连接的出水管，在所述的下流式活性焦生物滤池内底部也均布设置着带有曝气头的反冲进气管，反冲进气管与鼓风机相连接，在该滤池底部侧壁上还设置着反冲进水管以及污水出水管，在该滤池内反冲进气管上，从下往上依次设置着带有滤头的滤板、承托层及活性焦粒滤料层，在该滤池的上部侧壁上还设置着与沉淀池相连接的反洗出水管;上述沉淀池上方一侧壁上设置着与反洗出水管相连接的进水管，在另一侧壁则设置着与污水进水管相连接的出水管。
所述沉淀池一侧的出水管与提升泵相连接。所述污水出水管与回用水池相连接。所述的轻质球型活性焦滤料层中轻质球型活性焦按一定的质量比：其中，竹子10-20%、褐煤20-30%、焦油10-15%、水8-15%、硝酸铁0-5%及秸秆余量进行配置，经过高温热解、粉碎、造粒、活化、筛分制得，轻质球型活性焦滤料密度0.8～1.0g/cm3，粒径3-5mm。所述的活性焦粒滤料层中的活性焦粒是兰炭在隔绝空气的条件下，经过800-900度高温热解制得，活性焦粒滤料密度1.0～1.2g/cm3，粒径3-5mm。所述的承托层为40-50cm高的卵石层，所述卵石的规格为5-15mm。所述轻质球型活性焦滤料层高度为2-3m。所述活性焦粒滤料层高度为2-3m。在所述的下流式活性焦生物滤池上还设置着底部深入活性焦粒滤料层的旋转搅拌提升机。
本发明解决上述第二个技术问题采用的技术方案如下：一种深度处理煤制气废水的工艺，其实现方式包括如下步骤：步骤1：将经过生化处理的煤制气废水沿污水进水管从上往下进入第一段臭氧氧化池的臭氧氧化腔室，采用池底曝气方式通过臭氧发生器连续投加臭氧，臭氧投加量为10-20ppm，水力停留时间2-4h，处理后，沿隔板底部设置的过水孔进入脱臭氧腔室曝气脱臭氧，具体操作：通过鼓风机，向在脱臭氧腔室底部均布设置着的带有曝气头的脱臭氧曝气管中，不断输送空气的方式曝气脱臭氧; 步骤2：经第一段臭氧氧化池处理的污水沿相邻的上流式动态活性焦生物滤池下部的进水管从下往上进入该滤池中进行过滤，水力停留时间3-5h，连续曝气充氧量按0.7-1.2kg O2/kgCOD计，进行污水处理;步骤3：经上流式动态活性焦生物滤池处理的污水，沿设置在该滤池上部设置着的出水管从上往下进入第二段臭氧氧化池臭氧氧化腔室中，采用池底曝气方式通过臭氧发生器连续投加臭氧，臭氧投加量为5-10ppm，水力停留时间1-2h，处理后，沿隔板底部设置的过水孔进入脱臭氧腔室曝气脱臭氧，具体采用通过鼓风机，向在脱臭氧腔室底部均布设置着的带有曝气头的脱臭氧曝气管中，输送空气的方式曝气脱臭氧; 步骤4：经过第二段臭氧氧化池处理过的污水，沿设置在相邻的下流式活性焦生物滤池上部的进水管，从上往下进入下流式活性焦生物滤池进行处理，水力停留时间0.5-1h，处理后的污水则沿设置在该滤池底部的污水出水管排出。
在步骤2中上流式动态活性焦生物滤池采用气水联合冲洗方式冲洗，反冲洗周期为48-120h，具体做法：鼓风机产生的气体沿反冲进气管进入滤池中，清洗水则沿反冲进水管进入滤池中进行冲洗，冲洗完毕后的反冲洗水沿设置在该滤池上部的反洗出水管进入沉淀池中。在步骤4中下流式活性焦生物滤池，同样采用气水联合冲洗方式冲洗，反冲洗周期按出水SS值<10mg/L为判断标准，具体做法：鼓风机产生的气体沿反冲洗气管进入滤池中，清洗水则沿反冲进水管进入滤池中进行冲洗，冲洗完毕后反冲洗水沿设置在该滤池上部的反洗出水管进入沉淀池中。所述步骤1中的煤制气废水为经过脱酚、脱氨、除油预处理和生物处理的废水，其中COD的浓度为120-200mg/l，NH4-N的浓度为40mg/L-80mg/L，色度为50-80倍，不含氰化物。所述步骤2、步骤4中的滤池反冲洗废水排入沉淀池中，沉淀池中的上清液经提升泵再次沿污水进水管回流至第一段臭氧氧化池中按照上述的步骤1-4的方式再次进行污水处理;在沉淀池中沉淀出来的污泥则进入污泥处理单元。
具体说明：将经过生化处理的煤制气废水提升进入第一段臭氧氧化池，利用臭氧的强氧化性对废水中难生物降解的多环和和杂环等有机物进行断键、断链，生成羧酸类等有机物，从而提高污水的可化性。采用池底曝气方式连续投加臭氧，臭氧投加量为10-20ppm，水力停留时间2-4h。为避免剩余臭氧对后续微生物活性的影响，出水端曝气脱臭氧，停留时间0.5h。
当第一段臭氧氧化池处理后的污水进入上流式动态活性焦生物滤池，利用轻质球型活性焦滤料层中的轻质球型活性焦滤料载有的大量微生物，快速降解有机污染物，同时利用轻质球型活性焦滤料的吸附作用截留污染物，被滤料上的微生物进一步降解。废水从下端带有滤头的滤板均匀布水，从下而上依次经过滤头、卵石承托层、轻质球型活性焦滤料层，从上部出水区出水。穿孔曝气管置于承托层下端，同时穿孔曝气管不断向滤料层曝气，用以微生物的氧化降解需氧量，充氧量按0.7-1.2kgO2/kgCOD计。以轻质球型活性焦滤料为填料，滤料层高度2.5m，曝气时使滤料一直处于悬浮状态，防止滤料板结，同时使微生物与污染物充分接触和吸附，水力停留时间3-5h;上流式动态活性焦生物滤池反冲洗周期为48-120h，洗脱轻质球型活性焦滤料表面老化的微生物膜和悬浮物，恢复微生物活性和滤料的吸附能力。采用气水联合冲洗方式冲洗该滤池，反冲洗水来自处理后的反冲洗废水排入沉淀池，上清液回流至第一段臭氧氧化池，沉淀池污泥排至污泥处理单元。当经过上流式动态活性焦生物滤池处理后的污水进入第二段臭氧氧化池，进一步氧化去除残留的难降解大分子有机物。采用池底曝气方式连续投加臭氧，臭氧投加量为5-10ppm，水力停留时间0-2h，出水端曝气脱臭氧，停留时间0.5h。从第二段臭氧氧化池处理后出来的污水进入下流式活性焦生物滤池，以活性焦粒为滤料，过滤吸附去除污染物。从上往下穿过活性焦粒滤料层、承托层(卵石)、滤头，从下端出水，污水沿污水出水管排至回用水池。活性焦粒滤料层高度为2-3m，水力停留时间0.5-1h，流速3-5m/h。该滤池设旋流搅拌提升机，通过旋流搅拌使活性焦粒提升与释放的循环与反洗水不断碰撞接触，洗脱活性焦粒截留的污染物，恢复孔隙，延长活性焦粒的再生周期。反冲洗水来可以来自处理后的回用水，反冲洗废水排入沉淀池，上清液则经过提升泵沿污水进水管回流至第一段臭氧氧化池，沿上述方式再次处理。沉淀池内的污泥进入污泥处理单元。气水反冲洗周期按出水SS值<10mg/L为判断标准。活性焦粒的饱和吸附量达100-200mg(COD)/g，保证出水主要污染物指标达到工业冷却循环水标准。饱和活性焦粒采用气提方式排出滤池进行再生。
上流式动态活性焦生物滤池中滤料采用一种轻质球型活性焦为生物载体和过滤吸附材料。所述的轻质球型活性焦滤料层中轻质球型活性焦按一定的质量比：其中，竹子10-20%、褐煤20-30%、焦油10-15%、水8-15%、硝酸铁0-5%及秸秆余量进行配置，经过高温热解、粉碎、造粒、活化、筛分制得，轻质球型活性焦滤料密度0.8～1.0g/cm3，粒径3-5mm。滤料在曝气时处于悬浮状态，增加滤料的有效比表面积，污染物与微生物不断接触碰撞吸，使轻质球型活性焦载体处于吸附-生物降解-再吸附过程，有效提高了生物滤池的微生物活性及难降解有机物的停留时间。此外，轻质球型活性焦滤料不会板结，堵塞滤池，便于反洗时洗脱滤料表面老化的微生物膜，恢复滤料性能。
下流式活性焦生物滤池中活性焦粒滤料，所述的活性焦粒是兰炭在隔绝空气的条件下，经过800-900度高温热解制得，活性焦粒滤料密度1.0～1.2g/cm3，粒径3-5mm。具有发达的5-10nm中孔结构和较高的强度，可再生后重复使用，降低运行成本。活性焦粒径不规则，为1-5mm的级配结构，形成密实的过滤层，截留难降解有机物和残留色度，出水能作为循环冷却水补充水。
本发明相对于现有技术具有如下优势：
1、本发明整套深度处理设备及工艺简单易行，采用臭氧氧化和滤料吸附过滤、微生物生物处理相结合，运行费用低，抗冲击能力强，处理效果好。
2、本工艺采用2段氧化+生化工艺，分段氧化、分段生化，提高了臭氧的利用效率和滤池的生化、吸附效果，对难降解有机物处理效率高，因此该工艺应用范围广。
3、上流式动态活性焦生物滤池以一种轻质球型活性焦为滤料，不但解决了现有生物滤池容易板结堵塞，反冲洗不彻底的问题， 而且滤料一直处于悬浮状态，能够充分接触和吸附水中的污染物，难降解有机物可以被滤料先吸附再降解。
4、下流式活性焦生物滤池采用活性焦粒作为滤料，来源广，成本低，强度大，而且以1-5mm的级配结构，便于布水均匀，不形成短流，而且滤料不易流失，出水SS、色度更低。
5、下流式活性焦生物滤池采用旋流搅拌气提反冲洗的方式，通过使活性焦粒提升与释放的循环与反洗水不断碰撞接触，洗脱活性焦粒截留的污染物，恢复孔隙，延长了活性焦粒的再生周期。