申请日2018.01.18
公开(公告)日2018.09.21
IPC分类号C02F9/14; C02F103/34
摘要
本发明提供一种油气化造气废水处理系统，所述系统包括在线监测分析系统、PLC可编程逻辑控制器和废水处理模块，在线监测分析系统用于对油气化造气废水的水质成分和温度进行监测分析，并将监测分析数据传送至PLC可编程逻辑控制器;PLC可编程逻辑控制器对所述监测分析数据处理后输出控制信号至废水处理系统;废水处理模块包括依次连接的一级预处理模块、二级生化处理模块和三级深度处理模块;一级预处理模块、二级生化处理模块和三级深度处理模块根据PLC可编程逻辑控制器输出的控制信号指令对油气化造气废水进行处理。该系统及方法进行工艺耦合集成与参数化设计，有效提高了油气化造气废水的模块化、智能化、集成化程度。
权利要求书
1.一种油气化造气废水处理系统，其特征在于，包括在线监测分析系统、PLC可编程逻辑控制器和废水处理模块，所述在线监测分析系统用于对油气化造气废水的水质成分和温度进行监测分析，并将监测分析数据传送至所述PLC可编程逻辑控制器;所述PLC可编程逻辑控制器对所述监测分析数据处理后输出控制信号至所述废水处理模块;所述废水处理模块包括依次连接的一级预处理模块、二级生化处理模块和三级深度处理模块;所述一级预处理模块、所述二级生化处理模块和所述三级深度处理模块根据所述PLC可编程逻辑控制器输出的控制信号指令对油气化造气废水进行处理;
所述一级预处理模块包括可提式细格栅筐和截留调温池，所述可提式细格栅筐位于所述截留调温池的进口，所述可提式细格栅筐进口连接油气化造气废水出口;
所述二级生化处理模块包括依次连接的微处理调节反应器和CANON反应器;所述微处理调节反应器底部设有进水管和回流污泥管;所述微处理调节反应器进口连接所述截留调温池出口;
所述三级深度处理模块包括依次连接的高密沉淀池、曝气生物滤池和活性炭吸附罐，所述高密沉淀池进口连接所述CANON反应器出口，所述高密沉淀池包括混合区、絮凝区和沉淀区。
2.根据权利要求1所述的一种油气化造气废水处理系统，其特征在于，所述截留调温池划分为若干个小池，每个小池中均设置搅拌器。
3.根据权利要求1所述的一种油气化造气废水处理系统，其特征在于，所述高密度沉淀池沉淀区设置为若干边长为1.1～1.5m的正方形小格，每个小格内均设置搅拌器;所述絮凝区设置为网格式三段反应区;所述沉淀区设置有与水平面倾角为60°的若干个平行斜板，斜板间距为25mm，斜板长度为1m。
4.根据权利要求1所述的一种油气化造气废水处理系统，其特征在于，所述微处理调节反应器、所述曝气生物滤池、所述活性炭吸附罐进口处均设有电磁开关，所述电磁开关由所述PLC可编程逻辑控制器控制启闭。
5.一种油气化造气废水处理方法，是采用权利要求1所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将油气化造气废水引入可提式细格栅筐先除去废水中较大物质;
步骤二，启动截留调温池，调节水质水量水温;
步骤三，在线监测分析截留调温池出口的水质指标，当氰化物浓度≥50mg/L，或挥发酚浓度≥0.05mg/L，或硫化物浓度≥60mg/L时，进入步骤四，否则进入步骤六;
步骤四，在线监测分析截留调温池出口的水温值，直至温度≥60℃;
步骤五，启动微处理调节反应器，去除水中的有毒污染物;
步骤六，启动CANON反应器，去除水中的污染物;
步骤七，启动高密沉淀池，对废水进行沉淀排泥;
步骤八，在线监测分析高密沉淀池出口的水质指标，当COD浓度≥100mg/L，或氨氮浓度≥60mg/L，或氰化物浓度≥0.3mg/L，或悬浮物浓度≥70mg/L，或石油类浓度≥10mg/L，或挥发酚浓度≥0.02mg/L，或硫化物浓度≥1mg/L时，进入步骤九，否则直接进入步骤十;
步骤九，启动曝气生物滤池，去除水中的污染物;
步骤十，在线监测分析曝气生物滤池出口的水质指标，当COD浓度≥100mg/L，或氨氮浓度≥60mg/L，或氰化物浓度≥0.3mg/L，或悬浮物浓度≥70mg/L，或石油类浓度≥10mg/L，或挥发酚浓度≥0.02mg/L，或硫化物浓度≥1mg/L，或色度≥30时，进入步骤十一，否则直接排放;
步骤十一，启动活性炭吸附罐，去除水中的污染物。
6.根据权利要求5所述的一种油气化造气废水处理方法，其特征在于，所述步骤五中启动微处理调节反应器去除水中的有毒污染物的具体控制参数为：回流污泥与进水量质量比例为1∶1，上升流速为2～5m/h，水力停留时间为6h，反应温度为40～45℃。
7.根据权利要求5所述的一种油气化造气废水处理方法，其特征在于，所述步骤六中启动CANON反应器去除水中的污染物的具体控制参数为：曝气量为5.5～7ml·min-1，水力停留时间为48h，反应温度为35～38℃，pH值控制在7.5～8.0，一个运行周期包括进水16h，曝气3h，静置沉淀时间4.5h，出水8h。
8.根据权利要求5所述的一种油气化造气废水处理方法，其特征在于，所述步骤七中启动高密沉淀池对废水进行沉淀排泥的具体控制参数为：高密度沉淀池沉淀区设置为若干边长为1.1～1.5m的正方形小格，每个小格内均设置搅拌器，混合区混合时间为75s;絮凝区设置为网格式三段反应区，絮凝时间分别为7min、4min和10min;沉淀区设置有与水平面倾角为60°的若干个平行斜板，斜板间距为25mm，斜板长度为1m，沉淀区表面负荷为1.2～1.4m3/(m2·h)，沉淀药剂为PAC，投加量为25mg/L。
9.根据权利要求5所述的一种油气化造气废水处理方法，其特征在于，所述步骤九中启动曝气生物滤池去除水中的污染物的具体控制参数为：负荷为1.2～1.5kgN/(m3·d)，滤池滤速为2～5m/h，温度为20℃;采用气水联合冲洗，冲洗水量为曝气生物滤池进废水量质量的8～10%，气冲洗强度为10～15L/(m3·s)，冲洗时间为3～5min，水冲洗强度为4～6L/(m3·s)，冲洗时间为4～6min。
10.根据权利要求5所述的一种油气化造气废水处理方法，其特征在于，所述步骤十一中启动活性炭吸附罐去除水中的污染物的具体控制参数为：活性炭吸附罐具体为升流式固定床，炭层厚度为3.5～4m，过滤线速度为12～15m/h，接触时间为30～40min，反冲洗水线速度为22～25m/h，反冲洗时间为5min，反冲洗周期为72h，水在炭层停留时间为20min。
说明书
一种油气化造气废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废水集成化处理技术，特别涉及一种油气化造气废水处理系统及方法，针对氮肥工业企业在生产过程中产生的油气化造气废水处理的问题，进行工艺集成与参数化设计，实现工艺模块化、智能化、集成化。
背景技术
我国是人口大国，也是农业大国。农业增产离不开化肥，化肥对农业增产所起的作用约占40%，因此，化肥生产在国民经济发展中始终处于十分重要的地位。我国化肥工业经过新中国成立以来的建设，特别是改革开放以来的迅猛发展，现已具备相当规模;氮肥产量已为世界之冠，2009年全国氮肥产量为4553.36万吨。
氮肥工业的原料路线，采用了煤、焦为主(占64～67%)，油气并存的路线，天然气占19～20%。不同的原料路线有不同的生产工艺，相同的原料路线也有不同的生产工艺，生产工艺不同，废水的来源也不同。氮肥工业废水按其性质，可分为煤造气含氰废水、油造气炭黑废水、含硫废水和含氨(氨氮)废水，其中以油气化造气废水对水环境影响最大。
油气化造气废水污染物主要指标见表1，由表1的数据可以看出，油气化造气废水特点十分突出，其COD含量相对较低，但氨氮含量却很高，其C/N比远远低于传统反硝化过程中对碳的需求。另外还含有有毒物质，例如氰化物和硫化物等。
表1油气化造气废水污染物主要指标
项目单位浓度值项目单位浓度值
吨氨排水量t3-8硫化物mg/L30-140
水温℃70-90CODmg/L24-370
pH值
6.6-9.4氨氮mg/L46-674
氰化物mg/L17-110油mg/L约10
挥发酚mg/L0.01-1炭黑mg/L约30
目前，油气化造气废水的治理方法主要有以下几种，分别为：沉淀-冷却法，沉淀-冷却—生化法，空气催化氧化法以及回收法等。其中，沉淀-冷却法处理造气污水具有流程简单、操作方便、易管理、投资省、运行费用低等优点，但当氰化物、酚等含量超过一定数值时会造成二次污染。沉淀-冷却-生化法，是在沉淀-冷却法的基础上，利用微生物的作用，使有机物和有害物质得到降解。空气催化氧化法，其原理是在催化剂和药剂的作用下，利用空气中的氧，把造气废水的氰化物氧化成CO2和N2。回收法，主要是将造气污水沉淀去除悬浮物后，往污水中加入少量的辅助剂，然后在一定的温度压力下(脱除设备)，将氰化物自污水中提出，然后用相应的化学物质固定，生产成副产品回收，水经过冷却后回用。
上述几种方法处理油气化造气废水虽然取得一定的效果，但也存在以下问题：
(1)沉淀-冷却法为目前应用最多的油气化造气废水处理方法，但是其流程十分简单，处理效果十分不稳定，特别是只采用沉淀的方法，难以处理较高浓度的氨氮，当处理氨氮浓度较高的废水时，出水往往不达标，对企业的影响极大;
(2)在沉淀-冷却法基础上，加入生化法进一步处理，利用微生物的作用，使有机物和有害物质得到降解。但是目前广泛采用的是传统的全程式生物脱氮，而油气化造气废水的C/N极低，想要去除氨氮，需要投加大量的有机碳，极大地增加了运行费用;
(3)空气催化氧化法和回收法，需要投加大量的催化剂或辅助剂，并且需要精准的控制系统，不但需要专业的运行，并且投资和运行费用都很大，给企业造成了一定的经济负担，目前采用的很少;
(4)油气化造气废水会因为工艺和原材料的不同而导致废水指标有很大的变化，导致处理系统面对较大负荷变化，出水指标不稳定;
(5)油气化造气废水对环境的影响极大，但是目前技术深度、自动化程度、设备质量等方面水平较低，极大地阻碍了氮肥工业的发展。
因此，本发明提出一种模块化集成工艺系统及方法，针对油气化造气废水的特点和目前处理系统存在的问题，筛选效果优良、节能降耗的先进处理工艺，进行工艺耦合集成与参数化设计，实现工艺模块化、智能化、集成化。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种油气化造气废水处理系统及方法。本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种油气化造气废水处理系统，包括在线监测分析系统、PLC可编程逻辑控制器和废水处理模块，所述在线监测分析系统用于对油气化造气废水的水质成分和温度进行监测分析，并将监测分析数据传送至所述PLC可编程逻辑控制器;所述PLC可编程逻辑控制器对所述监测分析数据处理后输出控制信号至所述废水处理模块;所述废水处理模块包括依次连接的一级预处理模块、二级生化处理模块和三级深度处理模块;所述一级预处理模块、所述二级生化处理模块和所述三级深度处理模块根据所述PLC可编程逻辑控制器输出的控制信号指令对油气化造气废水进行处理;
所述一级预处理模块包括可提式细格栅筐和截留调温池，所述可提式细格栅筐位于所述截留调温池的进口，所述可提式细格栅筐进口连接油气化造气废水出口;
所述二级生化处理模块包括依次连接的微处理调节反应器和CANON反应器;所述微处理调节反应器底部设有进水管和回流污泥管;所述微处理调节反应器进口连接所述截留调温池出口;
所述三级深度处理模块包括依次连接的高密沉淀池、曝气生物滤池和活性炭吸附罐，所述高密沉淀池进口连接所述CANON反应器出口，所述高密沉淀池包括混合区、絮凝区和沉淀区。
进一步地，所述截留调温池划分为若干个小池，每个小池中均设置搅拌器。
进一步地，所述高密度沉淀池沉淀区设置为若干边长为1.1～1.5m的正方形小格，每个小格内均设置搅拌器;所述絮凝区设置为网格式三段反应区;所述沉淀区设置有与水平面倾角为60°的若干个平行斜板，斜板间距为25mm，斜板长度为1m。
进一步地，所述微处理调节反应器、所述曝气生物滤池、所述活性炭吸附罐进口处均设有电磁开关，所述电磁开关由所述PLC可编程逻辑控制器控制启闭。
进一步地，所述活性炭吸附罐具体为升流式固定床。
第二个方面，本发明提供一种油气化造气废水处理方法，是采用上述系统，包括以下步骤：
步骤一，将油气化造气废水引入可提式细格栅筐先除去废水中较大物质;
步骤二，启动截留调温池，调节水质水量水温;
步骤三，在线监测分析截留调温池出口的水质指标，当氰化物浓度≥50mg/L，或挥发酚浓度≥0.05mg/L，或硫化物浓度≥60mg/L时，进入步骤四，否则进入步骤六;
步骤四，在线监测分析截留调温池出口的水温值，直至温度≥60℃;
步骤五，启动微处理调节反应器，去除水中的有毒污染物;
步骤六，启动CANON反应器，去除水中的污染物;
步骤七，启动高密沉淀池，对废水进行沉淀排泥;
步骤八，在线监测分析高密沉淀池出口的水质指标，当COD浓度≥100mg/L，或氨氮浓度≥60mg/L，或氰化物浓度≥0.3mg/L，或悬浮物浓度≥70mg/L，或石油类浓度≥10mg/L，或挥发酚浓度≥0.02mg/L，或硫化物浓度≥1mg/L时，进入步骤九，否则直接进入步骤十;
步骤九，启动曝气生物滤池，去除水中的污染物;
步骤十，在线监测分析曝气生物滤池出口的水质指标，当COD浓度≥100mg/L，或氨氮浓度≥60mg/L，或氰化物浓度≥0.3mg/L，或悬浮物浓度≥70mg/L，或石油类浓度≥10mg/L，或挥发酚浓度≥0.02mg/L，或硫化物浓度≥1mg/L，或色度≥30时，进入步骤十一，否则直接排放;
步骤十一，启动活性炭吸附罐，去除水中的污染物。
进一步地，所述步骤二中截留调温池的污水停留时间为2h。
进一步地，所述步骤五中启动微处理调节反应器去除水中的有毒污染物的具体控制参数为：回流污泥与进水量质量比例为1∶1，上升流速为2～5m/h，水力停留时间为6h，反应温度为40～45℃。
进一步地，所述步骤六中启动CANON反应器去除水中的污染物的具体控制参数为：曝气量为5.5～7ml·min-1，水力停留时间为48h，反应温度为35～38℃，pH值控制在7.5～8.0，一个运行周期包括进水16h，曝气3h，静置沉淀时间4.5h，出水8h。
进一步地，所述步骤七中启动高密沉淀池对废水进行沉淀排泥的具体控制参数为：高密度沉淀池沉淀区设置为若干边长为1.1～1.5m的正方形小格，每个小格内均设置搅拌器，混合区混合时间为75s;絮凝区设置为网格式三段反应区，絮凝时间分别为7min、4min和10min;沉淀区设置有与水平面倾角为60°的若干个平行斜板，斜板间距为25mm，斜板长度为1m，沉淀区表面负荷为1.2～1.4m3/(m2·h)，沉淀药剂为PAC，投加量为25mg/L。
进一步地，所述步骤九中启动曝气生物滤池去除水中的污染物的具体控制参数为：负荷为1.2～1.5kgN/(m3·d)，滤池滤速为2～5m/h，温度为20℃;采用气水联合冲洗，冲洗水量为曝气生物滤池进废水量质量的8～10%，气冲洗强度为10～15L/(m3·s)，冲洗时间为3～5min，水冲洗强度为4～6L/(m3·s)，冲洗时间为4～6min。
进一步地，所述步骤十一中启动活性炭吸附罐去除水中的污染物的具体控制参数为：活性炭吸附罐具体为升流式固定床，炭层厚度为3.5～4m，过滤线速度为12～15m/h，接触时间为30～40min，反冲洗水线速度为22～25m/h，反冲洗时间为5min，反冲洗周期为72h，水在炭层停留时间为20min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用生化和物化相结合的处理工艺，彻底解决传统处理方式即单独采用物化处理技术存在出水不稳定的问题;并且通过自动控制转换工艺，保证出水水质的同时最大限度地节省造价以及降低系统运行费用;
2、本发明中采用的主体工艺为CANON反应器，特别适用于进水氨氮浓度高、碳源不足的油气化造气废水，解决了传统生化技术需要额外投加碳源，从而提高运行投资的问题;并且在反应器前设置微处理调节反应器，可以有效地去除水中有毒污染物对CANON反应器的影响;
3、本发明的工艺组合模块化程度高，有利于技术转化为集成设备，节省空间;并且工艺组合技术先进，极大地降低了企业生产成本的同时还实现了出水稳定达标。
综上，本发明针对油气化造气废水的特点和目前处理系统存在的各种问题，提出一种筛选效果优良、节能降耗的先进处理系统及方法，该系统及方法进行工艺耦合集成与参数化设计，有效提高了油气化造气废水处理的模块化、智能化、集成化程度，具有较高的工业价值。