申请日2020.12.30
公开（公告）日2021.04.23
IPC分类号C02F9/14; C02F103/36
摘要
本发明公开的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，属于火炸药行业生产废水治理领域。本发明包括回流曝气池、接触混合池、生化中和池、沉淀池、自动控制柜、回流泵、曝气风机、布水板、导流板、pH探头、曝气区、曝气器、DO探头、填料区、横向导流板和进水泵；内部采用隔板串联设置回流曝气池、接触混合池、生化中和池、沉淀池四个单元；回流曝气池底部设有曝气器，生化中和池分为填料区与曝气区两个区域，填料区中部设置生物填料，曝气区下部设置曝气器；沉淀池进水侧设竖向导流板，导流板下部设水平下倾布水板；本装置使废水处理设施能够稳定运行的同时又能够降低工艺装备维护成本，显著减轻后续污水处理工艺的处理压力。
权利要求书
1.一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：来自于火炸药厂醋酐法HMX合成生产线、精制蒸馏后的高酸度HMX生产废水，首先进入接触混合池，与来自回流曝气池的曝气后本生化中和系统出水按设定比例1：0.85～1·C酸度混合，确保混合池出水pH≥3.5；
步骤二：接触混合池出水进入生化中和池，进行生化中和；
步骤三：生化中和池中混合液出水进入沉淀池，进行泥水分离；
步骤四：合格废水中的部分排放出去，部分进入回流曝气池作为系统出水参与废水中和。
2.如权利要求1所述的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：步骤二的具体步骤为：接触混合池出水进入生化中和池；生化中和池流态为完全混合式，强化对废水高酸度冲击的缓冲能力；生化中和池酸度负荷设定为800～1200g NaOH/(m3·d)，且停留时间不小于12小时；生化中和池中设置生物填料，可供耐酸产碱类微生物的富集和生长；其中微生物以生物膜和活性污泥两种形式存在于生化中和池中，生化中和池中生物量MLSS控制在7500～15000mg/L范围；生化中和池中设置曝气器，微生物生物氧化作用采用好氧氧化，控制生化中和池内溶解氧DO≥3mg/L，以加快污染物降解速率及体系中酸性代谢产物的排出；同步监测生化中和池中混合液pH，并保持混合液pH≥6.5；如混合液pH低于6.5时，停止原废水入流，直至生化中和池中混合液pH恢复至7以上。
3.如权利要求2所述的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：所述生物填料采用聚乙烯球形悬浮填料，其具有生物附着能力强、化学和生物稳定性好、比表面积大、孔隙率高、亲水性能强等特点；生化中和池工作时，生长微生物的填料课在池中随曝气搅拌悬浮于水中并在全池均匀流化，且填料在流化过程中会切割分散气泡，使得布气均匀，氧利用率提高。
4.如权利要求2所述的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：所述微生物利用相关火炸药厂综合废水处理站好氧池污泥在本生化中和系统中进行驯化、培养和富集后获得；生物中和系统初始接种污泥浓度MLSS约为10000mg/L，培养温度为20～30℃，采用高酸度HMX废水进水负荷逐步提高的方法驯化培养；经30～60天培养后，生化中和系统内微生物性状、生化中和效能和污染物去除指标等趋于稳定，可实现系统连续稳定运行。
5.如权利要求1所述的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：步骤三的具体步骤为：生化中和池中混合液出水进入沉淀池，进行泥水分离；活性污泥沉淀后回流至生化中和池，补充生化中和池微生物生物量；经澄清后出水，部分至后续污水综合处理设施处理或检测达标后排放，部分回流至出水回流曝气池。
6.如权利要求1所述的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法，其特征在于：步骤四的具体步骤为：出水回流曝气池回流量控制在0.85～1·C酸度·QHMX废水；其中，C酸度为HMX生产废水总酸度值，以g NaOH/L计；QHMX废水表示HMX生产废水系统进水量；曝气池中设置空气曝气器，控制曝气池中DO≥8mg/L，强化对出水中酸性代谢产物的吹脱，可使曝气后回流水pH值大于8，提高其稀释中和酸性废水的能力；回流曝气池停留时间不低于30min。
7.一种高酸度HMX生产废水生化中和处理装置，其特征在于：包括回流曝气池(1)、接触混合池(2)、生化中和池(3)、沉淀池(4)、自动控制柜(5)、回流泵(6)、布水板(8)、导流板(9)、曝气区(11)、曝气器(12)、填料区(14)；
装置内部采用隔板串联设置回流曝气池(1)、接触混合池(2)、生化中和池(3)、沉淀池(4)四个单元；回流曝气池(1)底部设有曝气器(12)，回流曝气池(1)与所述接触混合池(2)之间隔板底部设置过流孔，接触混合池(2)底部设有HMX生产废水进水口并连接HMX生产废水进水管路，接触混合池(2)与生化中和池(3)之间隔板上部设置过流孔；所述生化中和池(3)分为填料区(14)与曝气区(11)两个区域，填料区(14)和曝气区(11)之间设置隔板，隔板上部和底部均开设过流孔；填料区(14)中部设置生物填料；曝气区(11)下部设置曝气器(12)；所述生化中和池(3)与沉淀池(4)之间设有隔板，隔板上部和底部均开设过流孔，沉淀池(4)进水侧设竖向导流板(9)，导流板(9)下部设水平下倾的布水板(8)，沉淀池(4)下部设置向生化中和池(4)侧倾斜的泥斗；沉淀池(4)侧壁上方设有出水口，出水口连接的出水管路上设有回流水管路分支，回流水管路上设有回流泵(6)。
8.如权利要求7所述的种高酸度HMX生产废水生化中和处理装置，其特征在于：所述回流曝气池(1)两侧侧壁交替设置一端开口的横向导流板(15)，通过改变气泡升流方向、速度，促进气泡与回流水充分混合，提高吹脱效率；
所述回流曝气池(1)内部设DO探头(13)，并与自动控制柜(5)相连，通过检测回流曝气池(1)中的溶解氧DO值，控制曝气量大小；
所述接触混合池(2)两侧侧壁交替设置一端开口的横向导流板(15)，防止过流短路，促进HMX生产废水和回流水充分混合。
所述接触混合池(2)上部设置pH探头(10)，在线检测接触混合池中pH值，并与控制柜相连，通过调整出水回流泵控制装置出水回流量；
所述生化中和池(3)的曝气区(11)上部设有pH探头(10)，同步监测生化中和池中混合液pH，并与自动控制柜(5)相连，保证混合液pH≥6.5；如混合液pH低于6.5时，则关闭进水泵(16)，停止原废水流入，直至生化中和池(3)中混合液pH恢复至7以上。
9.如权利要求7所述的种高酸度HMX生产废水生化中和处理装置，其特征在于：所述HMX进水管路上设置进水泵(16)，并与自动控制柜(5)相连，控制进水流量.
所述生化中和池(3)的填料区上部设有DO探头(13)，在线检测回流曝气池中的溶解氧DO值，并与控制柜相连，并保证溶解氧DO≥3mg/L。
10.如权利要求7所述的种高酸度HMX生产废水生化中和处理装置，其特征在于：所述曝气器(12)均与曝气风机(7)连接，回流曝气池(1)中的曝气器(12)用于曝气吹脱装置回流出水中所含酸性代谢产物，提升pH值；生化中和池(3)的曝气区中的曝气器(12)通过鼓风曝气为混合液充氧，同时对生化反应形成的酸性代谢产物进行吹脱，并为水流上升提供动力；
所述自动控制柜(5)通过控制线路与pH探头(10)、DO探头(13)、回流泵(6)、进水泵(16)、曝气风机(7)连接。
说明书
高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置
技术领域
本发明公开的高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，属于火炸药行业生产废水治理领域。
背景技术
奥克托今(HMX)，化学名环四亚甲基四硝胺，是目前综合性能最好的单质猛炸药；广泛用于导弹、核武器、反坦克弹战斗部装药和高性能固体推进剂、枪炮发射药装药。当前，HMX的主要生产方法为醋酐法，生产过程中会大量使用和产生醋酸酐和醋酸(乙酸)类物质。但该方法产率不高，HMX精制蒸馏后会产生大量HMX生产废水；其中不仅可能残留HMX及其中间体等难降解物质，还含有高浓度的乙酸，使其酸度和有机污染物指标(COD)极高。因此，在现有的HMX生产废水处理过程中，需首先通过投加大量的强碱性药剂，如氢氧化钠、氢氧化钙等，采用化学中和的方法将废水pH调整至中性条件后，再进行相应的后续处理。但在实际生产中，化学中和过程往往造成大量的不溶性物质沉积、严重的管路堵塞和设备腐蚀等问题。既影响了废水处理设施的稳定运行，又增加了工艺装备的维护成本；同时，大量的化学药剂投加也使得废水处理费用居高不下。因此，高酸度HMX生产废水的中和处理成为相关火炸药生产企业在污染防治工作中的一个难点。
在众多的污水处理技术中，生化法具有经济、高效、广谱，且绿色环保的特点，已广泛成为各类污水处理工程的核心工艺方法，探索新型高效的生物处理技术也是当前火炸药生产废水处理领域的研究热点。利用生物，特别是微生物，具有的种类数量多、功能丰富、环境耐受能力强等特点，针对HMX生产废水乙酸含量高、潜在可生化性好的水质特点，开展工艺创新集成，开发一种环境友好、成本低廉、效果稳定的高酸度HMX生产废水生化法中和处理技术，对火炸药生产行业更好实现HMX生产过程的污染防治和清洁生产具有紧迫的现实意义和较高的应用价值。
发明内容
为解决现有高酸度HMX生产废水化学中和处理过程中存在容易造成大量的不溶性物质沉积、严重的管路堵塞和设备腐蚀的问题，本发明公开一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，在不添加碱性化学中和剂的条件下，仅通过生化处理过程，即可使处理后高酸度HMX生产废水pH达到中性范围；且主要污染指标可同步大幅消减。有效消除了现有化学中和工艺中容易造成大量的不溶性物质沉积、严重的管路堵塞和设备腐蚀的弊端，使废水处理设施能够稳定运行的同时又降低了工艺装备的维护成本，大大减轻了后续污水处理工艺的处理压力。
为达到上述目的本发明采用如下技术方案：
本发明公开的一种高酸度HMX生产废水生化中和处理方法：
步骤一：来自于火炸药厂醋酐法HMX合成生产线、精制蒸馏后的高酸度HMX生产废水，首先进入接触混合池，与来自回流曝气池的曝气后本生化中和系统出水按设定比例1：0.85～1·C酸度混合(C酸度为HMX生产废水总酸度值，以g NaOH/L计)，确保混合池出水pH≥3.5。
步骤二：接触混合池出水进入生化中和池；生化中和池流态为完全混合式，强化对废水高酸度冲击的缓冲能力；生化中和池酸度负荷设定为800～1200g NaOH/(m3·d)，且停留时间不小于12小时；生化中和池中设置生物填料，可供耐酸产碱类微生物的富集和生长。微生物以生物膜和活性污泥两种形式存在于生化中和池中，生化中和池中生物量(MLSS)控制在7500～15000mg/L范围；生化中和池中设置曝气器，微生物生物氧化作用采用好氧氧化，控制生化中和池内溶解氧(DO)≥3mg/L，以加快污染物降解速率及体系中酸性代谢产物的排出；同步监测生化中和池中混合液pH，并保持混合液pH≥6.5；如混合液pH低于6.5时，停止原废水入流，直至生化中和池中混合液pH恢复至7以上。
生物填料采用聚乙烯球形悬浮填料，其具有生物附着能力强、化学和生物稳定性好、比表面积大、孔隙率高、亲水性能强等特点；生化中和池工作时，生长微生物的填料课在池中随曝气搅拌悬浮于水中并在全池均匀流化，且填料在流化过程中会切割分散气泡，使得布气均匀，氧利用率提高。
本发明中所用微生物(活性污泥和生物膜)利用相关火炸药厂综合废水处理站好氧池污泥在本生化中和系统中进行驯化、培养和富集后获得。生物中和系统初始接种污泥浓度MLSS约为10000mg/L，培养温度为20～30℃，采用高酸度HMX废水进水负荷逐步提高的方法驯化培养；经30～60天培养后，生化中和系统内微生物性状、生化中和效能和污染物去除指标等趋于稳定，可实现系统连续稳定运行。
步骤三：生化中和池中混合液出水进入沉淀池，进行泥水分离；活性污泥沉淀后回流至生化中和池，补充生化中和池微生物生物量；经澄清后出水，部分至后续污水综合处理设施处理或检测达标后排放，部分回流至出水回流曝气池。
步骤四：合格废水中的部分排放出去，部分进入回流曝气池作为系统出水参与废水中和。出水回流曝气池回流量控制在0.85～1·C酸度·QHMX废水；其中，C酸度为HMX生产废水总酸度值，以g NaOH/L计；QHMX废水表示HMX生产废水系统进水量；曝气池中设置空气曝气器，控制曝气池中DO≥8mg/L，强化对出水中酸性代谢产物的吹脱，可使曝气后回流水pH值大于8，提高其稀释中和酸性废水的能力；回流曝气池停留时间不低于30min。
所述装置包括：回流曝气池、接触混合池、生化中和池、沉淀池、自动控制柜、回流泵、曝气风机、布水板、导流板、pH探头、曝气区、曝气器、DO探头、填料区、横向导流板和进水泵。
装置主体为规则长方体形状，内部采用隔板串联设置回流曝气池、接触混合池、生化中和池、沉淀池四个单元。回流曝气池底部设有曝气器，回流曝气池与所述接触混合池之间隔板底部设置过流孔，接触混合池底部设有HMX生产废水进水口并连接HMX生产废水进水管路，接触混合池与生化中和池之间隔板上部设置过流孔；所述生化中和池分为填料区与曝气区两个区域，填料区和曝气区之间设置隔板，隔板上部和底部均开设过流孔；填料区中部设置高附着力、大比表面积生物填料，为耐酸产碱类微生物的富集和生长提供场所；曝气区下部设置曝气器；所述生化中和池与沉淀池之间设有隔板，隔板上部和底部均开设过流孔，沉淀池进水侧设竖向导流板，导流板下部设水平下倾布水板，沉淀池下部设置向生化中和池侧倾斜的泥斗；沉淀池侧壁上方设有出水口，出水口连接的出水管路上设有回流水管路分支，回流水管路上设有回流泵；沉淀池泥斗下方空间设为装置间，放置曝气风机、回流泵、进水泵和自动控制柜及部分管线。
所述回流曝气池两侧侧壁交替设置一端开口的导流挡板，通过改变气泡升流方向、速度，促进气泡与回流水充分混合，提高吹脱效率。
所述回流曝气池内部设DO探头，并与控制柜相连，通过检测回流曝气池中的DO值，控制曝气量大小。
所述HMX进水管路上设置进水泵，并与控制柜相连，控制进水流量；
所述接触混合池两侧侧壁交替设置一端开口的导流挡板，防止过流短路，促进HMX生产废水和回流水充分混合。
所述接触混合池上部设置pH探头，在线检测接触混合池中pH值，并与控制柜相连，通过调整出水回流泵控制装置出水回流量。
所述生化中和池的填料区上部设有DO探头，在线检测回流曝气池中的DO值，并与控制柜相连，并保证DO≥3mg/L；
所述生化中和池的曝气区上部设有pH探头，同步监测生化中和池中混合液pH，并与控制柜相连，保证混合液pH≥6.5；如混合液pH低于6.5时，则关闭进水泵，停止原废水入流，直至生化中和池中混合液pH恢复至7以上。
所述曝气风机分别与回流曝气池的曝气器和生化中和池的曝气区中的曝气器相连，回流曝气池中的曝气器用于曝气吹脱装置回流出水中所含酸性代谢产物，提升pH值；生化中和池的曝气区中的曝气器通过鼓风曝气为混合液充氧，同时对生化反应形成的酸性代谢产物进行吹脱，并为水流上升提供动力；
所述自动控制柜通过控制线路与pH探头、DO探头、回流泵、进水泵、曝气风机连接。
有益效果：
1.本发明公开的高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，克服了现有化学中和过程中，存在的强碱性化学药剂投加量大、管路堵塞和设备腐蚀严重等问题，无须强碱性化学药剂投加，环境友好、成本低廉、效果稳定，可为相关火炸药生产中产生的高酸度废水中和提供新型的解决方案。
2.本发明公开的高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，布置合理、结构紧凑、占地面积小、应用场景灵活，可就地实现高酸度HMX生产废水的中和处理。
3.本发明公开的高酸度HMX生产废水生化中和处理方法及一体化装置，装置内部无活动部件，性能可靠，并可根据来水水质和运行条件变化实现自动控制，具有较高的实用价值和应用前景。
（发明人：姜鑫;武春艳;徐德福;方华;崔剑;郝亚婷;景庄;邵天华;桑欣欣）