申请日2012.04.02
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12; C02F101/34; C02F101/18; C02F103/36
摘要
本发明涉及一种用于炼焦厂废水的生物净化的方法，所述炼焦厂废水负载有氮化合物、氰化物、酚和硫化物。将炼焦厂废水连同包含生物质的物质流引入解毒反应器从而除去阻碍硝化的有害物质，所述解毒反应器包括气体处理区和反应区。引入解毒反应器的进料混合物在气体处理区中用气态氧化剂加载。将用氧化剂富集的物质流引入反应区，在所述反应区中氰化物和其他阻碍硝化的有害物质生物分解。从反应区中取出物质流并返回至解毒反应器。此外，来自解毒反应器的废水流经由膜过滤分离成包含生物质的渗余物流和经净化的渗透流。从渗余物流中排出携带过量污泥的支流。渗余物流在分离出支流之后返回至解毒反应器。渗透流通过硝化和之后的脱氮进一步净化。
权利要求书
1.用于生物净化炼焦厂废水的方法，所述炼焦厂废水负载有氮化 合物、氰化物、酚和硫化物，
其中将炼焦厂废水连同包含生物质的物质流引入解毒反应器从而 除去阻碍硝化的有害物质，所述解毒反应器包括气体处理区和反应区，
其中引入解毒反应器的进料混合物在气体处理区中用气态氧化剂 加载，并将用氧化剂富集的物质流引入反应区，在所述反应区中氰化 物和其他阻碍硝化的有害物质生物分解，
其中从反应区中取出物质流并返回至解毒反应器，
其中来自解毒反应器的废水流经由膜过滤分离成包含生物质的渗 余物流和经净化的渗透流，
其中从渗余物流中排出携带过量污泥的支流，且渗余物流在分离 出支流之后返回至解毒反应器，和
其中渗透流通过硝化和之后的脱氮而净化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用来自城市污水 处理厂的活性污泥作为生物质用于解毒反应器的运行，所述活性污泥 通过数周的调适时间适应炼焦厂废水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，硝化在硝化反 应器中进行，所述硝化反应器具有气体处理区和反应区，来自反应区 的一个物质流返回至气体处理区并且在气体处理区中用气态氧化剂以 及渗透流进行富集，将来自硝化反应器的反应区的另一个物质流引入 污水净化池，所述污水净化池作为脱氮步骤操作，来自脱氮步骤的携 带生物质的物质流返回至硝化反应器，并且从脱氮步骤中取出经生物 净化的废水流。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，解毒反 应器和/或硝化反应器的反应区和气体处理区通过喷嘴连接，在所述喷 嘴中将液体从入口引入气体处理区，其中通过在喷嘴中形成的流夹带 来自反应区的液体。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，从在膜过滤时 在解毒反应器下游产生的渗透流中分支支流并且直接引入脱氮步骤。
6.根据权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，废水流 经由膜过滤进行后净化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将废水流分离成包 含生物质的渗余物流和经净化的渗透流，其中从渗余物流中排出携带 过量污泥的支流，并且其中渗余物流在分离出支流之后返回至脱氮步 骤。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，对于膜 过滤使用具有液体溢流膜的模块，并且膜上的溢流速度通过循环流动 的液体流量调节。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对于膜过滤使用超 滤膜。
10.用于进行根据权利要求1至9任一项所述的方法的装置，具 有
解毒反应器(1)，所述解毒反应器(1)用于除去阻碍硝化的有 害物质，
装置(2)，所述装置(2)用于在解毒反应器(1)中预净化的废 水流(A)的膜过滤，和
装置(3)，所述装置(3)用于通过硝化和脱氮对在膜过滤中产 生的渗透流(P)进行生物废水净化，
其中解毒反应器(1)具有上方反应区(4)、下方气体处理区(5) 和用于气态氧化剂的供应设备(6)以及用于使来自反应区(4)的液 体返回至气体处理区(5)的设备(7)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，解毒反应器(1) 下游的生物废水净化装置(3)具有硝化反应器(10)，所述硝化反应 器(10)具有上方反应区(4')、下方气体处理区(5')和用于气态 氧化剂的供应设备(6')和用于使来自反应区(4')的液体返回至气 体处理区(5')的设备(7')。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，在解毒反 应器(1)和/或硝化反应器(10)的反应区(4、4')和气体处理区(5、 5')中分别设置环管(8、8')用于产生液体循环，并且其中在两个区 (4、5、4'、5')之间设置喷嘴(9)，在所述喷嘴(9)中来自回路 和炼焦厂废水的液体或来自解毒反应器(1)的预净化的废水流(A) 夹带来自上方环管(8)的液体并且输送至气体处理区(5、5')。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，硝化反应 器(10)下游为作为脱氮步骤操作的污水净化池(11)，其中来自污 水净化池(11)的包含生物质的物质流可返回至硝化反应器(10)。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，脱氮步骤下游为 从污水净化池(11)中取出的经净化的废水流(A’)的膜过滤装置(2')。
说明书
用于炼焦厂废水的生物净化的方法和装置
本发明涉及用于炼焦厂废水的生物净化的方法，所述炼焦厂废水 负载有氮化合物、氰化物、酚和硫化物，以及用于实施所述方法的装 置。
炼焦厂废水由于其高浓度的阻碍硝化的毒性成分而属于特别成问 题的工业废水。在用常规生物方法处理时需要混凝土盆池结构类型的 低负载且大容量的生物反应器。敏感的生物过程(例如硝化)始终面 临被关键物质(例如氰化物和酚)冲击负荷的危险。通过将处理分离 成用于有机化合物分解、水解和脱氮的第一生物步骤和第二硝化步骤 以及通过硝酸盐回路连接这两个步骤，降低了生物反应器的容量需要， 并且保护敏感的缓慢生长的自养菌免受氰化物、酚和其他阻碍物质的 危害。
然而这种方法理念的混凝土建筑所需的空间要求和规模极大且因 此极为昂贵。由于炼焦厂中通常有限的空间供应，所述废水处理不适 合现存的炼焦厂。
由DE10318736A1已知用于净化炼焦厂废水的方法，其中待净 化的废水流过并入液体回路的反应器，所述反应器透气并且在内侧包 括流过含氧气体的膜式管。在膜式管的液体环流的外侧上支撑生物膜， 在所述生物膜中进行废水中包含的含氮化合物的选择性硝化形成硝酸 盐，同时在生物膜的贫氧外部区域中进行硝酸盐的脱氮形成单质氮。 所述方法在实践中尚未实现。所限定的生物膜的形成和支撑被证明是 困难的。此外，在膜表面上提供硝化和脱氮所需的交换表面是困难的。
在通过DE19842332A1已知的用于生物废水净化的方法中使用 这样的反应器，所述反应器具有用于将气态氧化剂引入待净化的液体 或者用于生物质与底物的最佳供应的气体处理区和用于杂质分解的反 应区。液体混合物从反应区返回至气体处理区并且在气体处理区中再 度用气体和底物进行富集。在所述方法中在气体处理区(其中将气体 引入液体并与液体混合)和反应区(其中杂质生物分解)之间进行严 格划分。所述方法可以用于城市废水的生物净化。在炼焦厂废水的生 物净化的情况下，存在炼焦厂废水负载有阻碍硝化的有害物质的问题。
出于该背景，本发明的目的在于提供用于生物净化炼焦厂废水的 方法，所述方法可以在紧凑装置中实现并且在有限的空间供应的情况 下可以用于现存的炼焦厂。
本发明的主题和该目的的解决方案是根据权利要求1的方法。
根据本发明的方法，将炼焦厂废水连同包含生物质的物质流引入 解毒反应器从而除去阻碍硝化的有害物质，所述解毒反应器包括气体 处理区和反应区。引入解毒反应器的进料混合物在气体处理区中用气 态氧化剂加载。将用氧化剂富集的物质流引入反应区，在所述反应区 中氰化物和其他阻碍硝化的有害物质生物分解。从反应区中取出物质 流并返回至反应器。此外，来自解毒反应器的废水流经由膜过滤分离 成包含生物质的渗余物流和经净化的渗透流。从渗余物流中排出携带 过量污泥的支流。渗余物流在分离出支流之后返回至解毒反应器。渗 透流最后通过硝化和硝化之后的脱氮而净化。
解毒反应器分成用于将气体引入液体或者用于生物质的最佳底物 供应的气体处理区和用于杂质分解的反应区。解毒反应器形成第一净 化步骤，在所述第一净化步骤中阻碍脱氮的有害物质分解，从而不再 预期其负面作用。从解毒反应器中排出并引入膜过滤的物质流的酚含 量和氰化物含量可以降低至低于阻碍硝化的浓度。这实现了氰化物的 几乎完全分解以及酚的基本完全分解。此外通过解毒反应器中的生物 处理使CSB-含量降低60至80%。有机氮化合物分解，使得几乎所有 氮在解毒反应器的处理过程中作为NH4-氮存在。
可以使用来自城市污水处理厂的活性污泥作为生物质用于解毒反 应器的运行，所述活性污泥通过数周的调适时间适应炼焦厂废水。
从解毒反应器中排出的废水通过膜过滤进行后净化。膜过滤用于 生物质的沉积和浓缩。膜过滤优选由超滤组成，其中使用具有液体溢 流膜的模块。膜上的溢流速度可以通过循环流动的液体流量调节。通 过控制流入和流出可以将连续取出的渗余物流中的生物质含量调节至 限定的值。渗余物优选以10至30g/l的生物质含量返回至解毒反应器。
硝化以及之后的脱氮可以以具有后净化的经典盆池技术进行。根 据本发明的一个优选的实施方案，硝化在硝化反应器中进行，所述硝 化反应器同样具有气体处理区和反应区，其中来自反应区的物质流返 回至气体处理区并且在气体处理区中用气态氧化剂以及进料的渗透流 进行富集。另一个物质流从硝化反应器的反应区引入污水净化池，所 述污水净化池作为脱氮步骤操作。携带生物质的物质流从脱氮步骤返 回至硝化反应器。此外，从脱氮步骤中取出经生物净化的废水流。
经生物净化的废水流优选经由膜过滤进行后净化。废水流在此分 离成包含生物质的渗余物流和经净化的渗透流。从渗余物流中排出携 带过量污泥的支流。渗余物流然后在分离出支流之后返回至脱氮步骤。 脱氮下游的膜过滤优选作为超滤操作，其中使用具有液体溢流膜的模 块，并且膜上的溢流速度通过循环流动的液体流量调节。
解毒反应器和硝化反应器的反应区和气体处理区适宜地通过喷嘴 连接，在所述喷嘴中将液体从入口引入气体处理区。通过在喷嘴中形 成的流夹带来自反应区的液体。反应器这样操作，使得在气体处理区 和反应区(其中杂质生物分解)之间进行严格划分。在此，气体处理 区和反应区不仅为了运送液体而彼此连接，而且还通过回流管路 (Rückkopplung)彼此连接。一部分液体在气体处理区和反应区之间 持续循环，同时引入废水和生物质并且通过出口排出经净化的水。
可以从在膜过滤时在解毒反应器下游产生的渗透流中分支支流并 且直接引入脱氮步骤。所述支流可以作为脱氮中的碳源使用。
本发明的主题还有根据权利要求10的用于实施所述方法的装置。 所述装置包括解毒反应器，所述解毒反应器用于除去阻碍硝化的有害 物质;装置，所述装置用于在解毒反应器中预净化的废水流的膜过滤， 以及装置，所述装置用于通过硝化和脱氮对在膜过滤中产生的渗透流 进行生物废水净化。解毒反应器在此具有上述结构，并且包括上方反 应区、下方反应区以及用于使来自反应区的液体返回至气体处理区的 设备。
解毒反应器下游的生物废水净化装置优选具有硝化反应器，所述 硝化反应器同样具有上方反应区、下方气体处理区和用于气态氧化剂 的供应设备以及用于使来自反应区的液体返回至气体处理区的设备。
在解毒反应器和/或硝化反应器的反应区和气体处理区中适宜地 分别设置环管用于产生液体循环。在两个区之间存在喷嘴，在所述喷 嘴中来自回路和炼焦厂废水的液体或来自解毒反应器的预净化的废水 流夹带来自上方环管的液体并且输送至气体处理区。
硝化反应器下游可以为作为脱氮步骤操作的污水净化池，其中来 自污水净化池的包含生物质的物质流可返回至硝化反应器。脱氮步骤 适宜地分配有从污水净化池中取出的经净化的废水流的膜过滤装置。
下文借助用于描述实施例的唯一附图解释本发明。唯一附图示意 性地显示了用于炼焦厂废水的生物净化的装置，所述炼焦厂废水负载 有氮化合物、氰化物、酚和硫化物。
图中显示的装置包括解毒反应器1，所述解毒反应器1用于除去 阻碍硝化的有害物质;装置2，所述装置2用于在解毒反应器1中预 净化的废水流的膜过滤，以及装置3，所述装置3用于通过硝化和脱 氮对在膜过滤中产生的渗透流P进行生物废水净化。解毒反应器1具 有上方反应区4、下方气体处理区5和用于气态氧化剂的供应设备6 以及用于使来自反应区4的液体返回至气体处理区5的设备7。在解 毒反应器1的反应区4和气体处理区5中分别设置环管8、8'用于产生 液体循环。在两个区4、5之间还设置喷嘴9，在所述喷嘴9中来自回 路的液体和待净化的炼焦厂废水夹带来自上方环管8的液体并且输送 至气体处理区5。
炼焦厂废水连同包含生物质的物质流引入解毒反应器1从而除去 氰化物、酚和阻碍硝化的其他有害物质。引入解毒反应器1的进料混 合物在气体处理区5中用气态氧化剂加载。将用氧化剂富集的物质流 引入解毒反应器1的反应区4，在所述反应区4中氰化物和其他阻碍 硝化的有害物质生物分解。从反应区4中取出物质流并返回至解毒反 应器1。此外，来自解毒反应器1的废水流A经由膜过滤分离成包含 生物质的渗余物流R和经净化的渗透流P。从渗余物流R中排出携带 过量污泥的支流T。渗余物流R在分离出支流T之后返回至解毒反应 器1。渗透流P通过硝化和之后的脱氮而净化。
解毒反应器1下游的生物废水净化装置3具有硝化反应器10，所 述硝化反应器10同样具有上方反应区4'、下方气体处理区5'和用于 气态氧化剂的供应设备6'以及用于使来自反应区4'的液体返回至气体 处理区5'的设备7'。物质流从反应区4'返回至气体处理区5'并且在气 体处理区5'中用气态氧化剂以及进料的渗透流P进行富集。另一个物 质流从硝化反应器的反应区引入污水净化池11，所述污水净化池11 作为脱氮步骤操作。携带生物质的物质流从脱氮步骤返回至硝化反应 器10。此外，从脱氮步骤中取出经生物净化的废水流并引入下游的膜 过滤2'。废水流通过膜过滤2'分离成包含生物质的渗余物流R'和经净 化的渗透流P'。从渗余物流R'中排出携带过量污泥的支流T'。在分 离出所述支流T'之后，渗余物流R'返回至脱氮步骤。
从图中显示的装置图可见，可以从在膜过滤时在解毒反应器1下 游产生的渗透流P中分支支流T"并且直接引入脱氮步骤。所述支流 T"可以作为脱氮中的碳源使用。
图中显示的生物废水净化包括解毒反应器1下游的膜过滤2以及 属于作为脱氮步骤操作的污水净化池11的另一膜过滤2'。膜过滤2、 2'优选作为超滤操作，其中使用具有液体溢流膜的模块。膜上的溢流 速度可以通过循环流动的液体流量调节。通过调节流入和流出可以影 响稠度，即渗余物流R、R'中的生物质含量。