申请日2010.02.11
公开(公告)日2010.08.25
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; C02F3/34; C02F1/44
摘要
本发明提供一种煤气化废水生化处理设备和方法。该设备包括按以下顺序连通的厌氧生化处理单元、缺氧生化处理单元、一级或多级好氧生化处理单元和膜生物反应单元。此外，好氧生化处理单元还与厌氧生化处理单元连通，并且膜生物反应单元还与缺氧生化处理单元连通。各个生化处理单元具有生化和泥水分离一体化的特点。本发明的煤气化废水生化处理设备和方法具有高COD负荷和高氨氮负荷，并且可以实现高的COD去除率和高的氨氮去除率。
权利要求书
1.一种煤气化废水生化处理设备，所述设备包括按以下顺序连通的各个单元：
厌氧生化处理单元，所述厌氧生化处理单元包括：厌氧生化反应区，其中将原水在负载厌氧微生物的活性载体的存在下进行厌氧生化反应以得到第一水流;和内循环系统，其用于将第一水流的一部分循环到原水中;
缺氧生化处理单元，所述缺氧生化处理单元包括：缺氧生化反应区，其中将第一水流的另一部分在负载缺氧微生物的活性载体的存在下进行缺氧生化反应;和活性载体/水分离区，其用于在缺氧生化反应后将活性载体与水进行分离以得到第二水流，并且将活性载体返回到缺氧生化反应区中;
一级或多级好氧生化处理单元，所述好氧生化处理单元包括：好氧生化反应区，其中将第二水流在负载好氧微生物的活性载体的存在下进行好氧生化反应;用于将空气引入到好氧生化反应区内的装置;和活性载体/水分离区，其用于在好氧生化反应后将活性载体与水进行分离以得到第三水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中;和
膜生物反应单元，所述膜生物反应单元包括：好氧生化反应区，其中将第三水流的一部分在负载好氧微生物的活性载体的存在下进行好氧生化反应;用于将空气引入到好氧生化反应区内的装置;膜组件，其用于将经过好氧生化反应的水流的一部分进行膜过滤以得到目标水流;和活性载体/水分离区，其用于将经过好氧生化反应的水流的另一部分进行活性载体与水的分离以得到第四水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中，并且
好氧生化处理单元与厌氧生化处理单元连通，以将第三水流的另一部分循环到厌氧生化处理单元中，并且膜生物反应单元与缺氧生化处理单元连通，以将第四水流循环到缺氧生化处理单元中。
2.根据权利要求1所述的煤气化废水 生化处理设备，其中活性载体是污泥。
3.根据权利要求2所述的煤气化废水生化处理设备，其中缺氧生化处理单元中的活性载体/水分离区包括：混合液回流区，所述混合液回流区与缺氧生化反应区连通并且用于固液分离后的活性污泥返回到缺氧生化反应区;污泥浓缩区，所述污泥浓缩区与混合液回流区连通并且用于固液分离后的污泥积存;固液分离区，所述固液分离区与污泥浓缩区连通并且用于活性污泥的固液分离;和清水区，所述清水区与混合液回流区连通并且用于收集固液分离后的出水。
4.根据权利要求3所述的煤气化废水生化处理设备，其中缺氧生化处理单元还包括用于混合并且搅拌缺氧生化反应区内的废水的混合搅拌系统。
5.根据权利要求2所述的煤气化废水生化处理设备，其中好氧生化处理单元中的活性载体/水分离区以及膜生物反应单元中的活性载体/水分离区均包括：混合液回流区，所述混合液回流区与好氧生化反应区连通并且用于固液分离后的活性污泥返回到好氧生化反应区;污泥浓缩区，所述污泥浓缩区与混合液回流区连通并且用于固液分离后的污泥积存;固液分离区，所述固液分离区与污泥浓缩区连通并且用于活性污泥的固液分离;和清水区，所述清水区与混合液回流区连通并且用于收集固液分离后的出水。
6.根据权利要求2所述的煤气化废水生化处理设备，其中厌氧生化处理单元为升流式厌氧污泥床、膨胀颗粒污泥床或厌氧流化床。
7.根据权利要求1所述的煤气化废水生化处理设备，其中厌氧生化处理单元和缺氧生化处理单元中的每一个在内部还设有氧化还原电位控制仪，所述氧化还原电位控制仪用于控制循环液的溶解氧浓度和循环比。
8.根据权利要求1所述的煤气化废水生化处理设备，其中好氧生化处理单元和膜生物反应单元还设有用于控制废水的pH的在线pH计。
9.根据权利要求1所述的煤气化废水生化处理设备，其中在膜生物反应单元中的膜组件为浸没式超滤膜组件、平板式膜组件或中空纤维外压式膜组件。
10.一种煤气化废水生化处理方法，所述方法包括以下步骤：
a.在容纳有负载厌氧微生物的活性载体的厌氧生化反应区中，将原水进行厌氧生化反应以得到第一水流，并且将第一水流的一部分循环到原水中;
b.在容纳有负载缺氧微生物的活性载体的缺氧生化反应区中，将第一水流的另一部分进行缺氧生化反应，将活性载体与水进行分离以得到第二水流，并且将活性载体返回到缺氧生化反应区中;
c.在容纳有负载好氧微生物的活性载体的好氧生化反应区中，在将空气引入到好氧生化反应区内的条件下，将第二水流进行好氧生化反应，将活性载体与水进行分离以得到第三水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中，同时将第三水流的一部分循环到厌氧生化反应区中;
d.在容纳有负载好氧微生物的活性载体的好氧生化反应区中，在将空气引入到好氧生化反应区内的条件下，将第三水流的另一部分进行好氧生化反应，然后在将反应后的水流的一部分进行膜过滤以得到目标水流的同时，将反应后的水流的另一部分进行活性载体与水的分离以得到第四水流，然后将活性载体返回到好氧生化反应区中，并且将第四水流循环到缺氧生化反应区中。
11.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中在各个步骤中使用的活性载体是污泥。
12.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中活性载体的浓度为5000～15000mg/l。
13.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中将第一水流的一部分以1∶1～3的循环比进行循环。
14.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中将第三水流的一部分以1∶1～3的循环比进行循环。
15.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中将目标水流的一部分以1∶3～5的循环比进行循环。
16.根据权利要求13或14所述的煤气化废水生化处理方法，其中通过控制循环液的氧化还原电位而控制循环液的溶解氧浓度和循环比。
17.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中在步骤c和d中通过加入碱控制第二水流和第三水流的pH值。
18.根据权利要求10所述的煤气化废水生化处理方法，其中在步骤d中将微生物载体投加到第三水流的一部分中。
说明书
煤气化废水生化处理设备和方法
技术领域
本发明涉及一种煤气化废水生化处理设备和方法。
背景技术
煤气化废水(包括焦化废水)是一种高COD(化学需氧量)、高氨氮的难降解有机废水。目前煤气化废水的处理技术一般由预处理、生化处理、深度处理三大块组成。生化处理是去除煤气化废水COD、氨氮污染物的主要处理方式。在煤气化废水处理上所用的生化处理方法主要是A/O工艺(缺氧/好氧工艺)及A2/O(厌氧缺氧/好氧工艺)工艺，SBR工艺也有应用。现有的技术存在的主要问题是：对原水预处理要求高，常常需要对原水进行稀释处理，COD负荷和氨氮负荷低，停留时间长，处理深度不够，COD去除率和氨氮去除率低，投资和运行费用高，对氨氮的适应范围小、冲击能力不足，系统运行不稳定，处理高氨氮废水消耗碱度很大。
发明内容
本发明提供一种具有高COD负荷和高氨氮负荷，并且可以实现高的COD去除率和高的氨氮去除率的煤气化废水生化处理设备和方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
<1>一种煤气化废水生化处理设备，所述设备包括按以下顺序连通的各个单元：
厌氧生化处理单元，所述厌氧生化处理单元包括：厌氧生化反应区，其中将原水在负载厌氧微生物的活性载体的存在下进行厌氧生化反应以得到第一水流;和内循环系统，其用于将第一水流的一部分循环到原水中;
缺氧生化处理单元，所述缺氧生化处理单元包括：缺氧生化反应区，其中将第一水流的另一部分在负载缺氧微生物的活性载体的存在下进行缺氧生化反应;和活性载体/水分离区，其用于在缺氧生化反应后将活性载体与水进行分离以得到第二水流，并且将活性载体返回到缺氧生化反应区中;
一级或多级好氧生化处理单元，所述好氧生化处理单元包括：好氧生化反应区，其中将第二水流在负载好氧微生物的活性载体的存在下进行好氧生化反应;用于将空气引入到好氧生化反应区内的装置;和活性载体/水分离区，其用于在好氧生化反应后将活性载体与水进行分离以得到第三水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中;和
膜生物反应单元，所述膜生物反应单元包括：好氧生化反应区，其中将第三水流的一部分在负载好氧微生物的活性载体的存在下进行好氧生化反应;用于将空气引入到好氧生化反应区内的装置;膜组件，其用于将经过好氧生化反应的水流的一部分进行膜过滤以得到目标水流;和活性载体/水分离区，其用于将经过好氧生化反应的水流的另一部分进行活性载体与水的分离以得到第四水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中，并且
好氧生化处理单元与厌氧生化处理单元连通，以将第三水流的另一部分循环到厌氧生化处理单元中，并且膜生物反应单元与缺氧生化处理单元连通，以将第四水流循环到缺氧生化处理单元中。
<2>根据<1>所述的煤气化废水生化处理设备，其中活性载体是污泥。
<3>根据<2>所述的煤气化废水生化处理设备，其中缺氧生化处理单元中的活性载体/水分离区包括：混合液回流区，所述混合液回流区与缺氧生化反应区连通并且用于固液分离后的活性污泥返回到缺氧生化反应区;污泥浓缩区，所述污泥浓缩区与混合液回流区连通并且用于固液分离后的污泥积存;固液分离区，所述固液分离区与污泥浓缩区连通并且用于活性污泥的固液分离;和清水区，所述清水区与混合液回流区连通并且用于收集固液分离后的出水。
<4>根据<3>所述的煤气化废水生化处理设备，其中缺氧生化处理单元还包括用于混合并且搅拌缺氧生化反应区内的废水的混合搅拌系统。
<5>根据<2>所述的煤气化废水生化处理设备，其中好氧生化处理单元中的活性载体/水分离区以及膜生物反应单元中的活性载体/水分离区均包括：混合液回流区，所述混合液回流区与好氧生化反应区连通并且用于固液分离后的活性污泥返回到好氧生化反应区;污泥浓缩区，所述污泥浓缩区与混合液回流区连通并且用于固液分离后的污泥积存;固液分离区，所述固液分离区与污泥浓缩区连通并且用于活性污泥的固液分离;和清水区，所述清水区与混合液回流区连通并且用于收集固液分离后的出水。
<6>根据<2>所述的煤气化废水生化处理设备，其中厌氧生化处理单元为升流式厌氧污泥床、膨胀颗粒污泥床或厌氧流化床。
<7>根据<1>所述的煤气化废水生化处理设备，其中厌氧生化处理单元和缺氧生化处理单元中的每一个在内部还设有氧化还原电位控制仪，所述氧化还原电位控制仪用于控制循环液的溶解氧浓度和循环比。
<8>根据<1>所述的煤气化废水生化处理设备，其中好氧生化处理单元和膜生物反应单元还设有用于控制废水的pH的在线pH计。
<9>根据<1>所述的煤气化废水生化处理设备，其中在膜生物反应单元中的膜组件为浸没式超滤膜组件、平板式膜组件或中空纤维外压式膜组件。
<10>一种煤气化废水生化处理方法，所述方法包括以下步骤：
a.在容纳有负载厌氧微生物的活性载体的厌氧生化反应区中，将原水进行厌氧生化反应以得到第一水流，并且将第一水流的一部分循环到原水中;
b.在容纳有负载缺氧微生物的活性载体的缺氧生化反应区中，将第一水流的另一部分进行缺氧生化反应，将活性载体与水进行分离以得到第二水流，并且将活性载体返回到缺氧生化反应区中;
c.在容纳有负载好氧微生物的活性载体的好氧生化反应区中，在将空气引入到好氧生化反应区内的条件下，将第二水流进行好氧生化反应，将活性载体与水进行分离以得到第三水流，并且将活性载体返回到好氧生化反应区中，同时将第三水流的一部分循环到厌氧生化反应区中;
d.在容纳有负载好氧微生物的活性载体的好氧生化反应区中，在将空气引入到好氧生化反应区内的条件下，将第三水流的另一部分进行好氧生化反应，然后在将反应后的水流的一部分进行膜过滤以得到目标水流的同时，将反应后的水流的另一部分进行活性载体与水的分离以得到第四水流，然后将活性载体返回到好氧生化反应区中，并且将第四水流循环到缺氧生化反应区中。
<11>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中在各个步骤中使用的活性载体是污泥。
<12>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中活性载体的浓度为5000～15000mg/l。
<13>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中将第一水流的一部分以1∶1-3的循环比进行循环。
<14>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中将第三水流的一部分以1∶1～3的循环比进行循环。
<15>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中将目标水流的一部分以1∶3～5的循环比进行循环。
<16>根据<13>或<14>所述的煤气化废水生化处理方法，其中通过控制循环液的氧化还原电位而控制循环液的溶解氧浓度和循环比。
<17>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中在步骤c和d中通过加入碱控制第二水流和第三水流的pH值。
<18>根据<10>所述的煤气化废水生化处理方法，其中在步骤d中将微生物载体投加到第三水流的一部分中。
本发明以高效生物反应器处理单元为废水生化处理设备的核心，高效生物反应器处理单元具有气、液、固三相分离结构和功能，污泥浓度高，气力提升循环和充氧，不需要像流化床一样设置脱膜装置和回收填料载体，完全混合效果好，对水质抗冲击能力强。废水在厌氧、缺氧、好氧生化处理单元之间循环的流动，活性污泥不参与循环，同样有效地实现了硝化和反硝化的功能，由于各单元的污泥不相混合，因此每一个单元的活性污泥都具有独特的生物特征，表现出更高的活性和效率，这是和A/O和A2/O不同的之处，在本发明中的厌氧生化处理单元与A2/O工艺中的厌氧处理单元有本质区别，后者是为了脱磷的目的，前者是为了提高难降解物质的可生化性和去除部分氨氮的作用。膜过滤技术是一种新的污水处理技术，该技术的主要特点是用膜过滤技术替代传统的重力固液分离技术，效率高、水质好，本发明把膜生物反应单元串接到多级高效生化处理单元之后，主要是利用膜生物反应单元处理基质浓度较低的废水，在反应器维持较高的生物量的情况下，有一个较低的污泥负荷，这样对抑制膜的污染是十分有效的，在膜生物反应单元内还可以通过投加微生物载体(如生物活性碳、粉煤灰等颗粒性物质)，使膜生物反应单元内的微生物既具有活性污泥的特性又具有生物膜法的生物特性，可以最大限度地避免因高浓度活性污泥和高基质条件下膜组件的污染。
在本发明的生化处理设备中，生化处理单元具有生化和泥水分离一体化的特点，活性污泥或生物载体在生化处理单元内形成自循环，不需要专门的污泥回流设备，在生化单元内可以获得较高的活性污泥浓度，污泥浓度易于控制，不受污泥回流浓度的限制，污泥龄特别长，且不受水力停留时间的影响;每个独立的生化处理单元根据实际情况的需要，在串联使用时可以方便有效地控制各级处理单元的溶解氧的浓度、pH值等重要参数。高效生化处理单元具有平均处理有机负荷高，结构紧凑，污泥浓度高、不需要污泥回流设备、投资省、控制管理简单的特点。
因此，本发明的生化组合处理工艺具有高COD、高氨氮废水的适应性和抗冲击能力，可耐受进水COD5000mg/l以上、氨氮达到900mg/l的高浓度煤气化废水，可达到COD去除率大于93%，氨氮去除率大于99%的处理效果。
因此，该生化工艺组合适合于包括煤气化废水在内的各种高氨氮、难降解、低C/N比、可生化的工业废水处理。