CN101302069A - 一种同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统及方法,它涉及一种处理废水的装置及方法。本发明解决了现有技术脱除废水中碳氮硫的工艺复杂、运行成本高、处理效率低,及单质硫难以分离的缺点。本发明工艺系统碳氮硫同步脱除装置的出水口与硝化反应器的进水口连通,硝化反应器的出水口与沉淀池的进水口连通。本发明方法是将废水中的有机物、硫酸盐和氨氮分别转化为二氧化碳、单质硫和氮气,将气相中代谢产生的H2S和NH3转化为单质硫和氮气,并将微生物生长产生的污泥降解掉。本发明方法的处理效率高、无二次污染、工艺简单、运行费用低及单质硫被全部回收等优点;本发明工艺系统占地面积省且便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水的处理装置及方法;特别涉及一种处理含碳氮硫废水的工艺系统及方法。
背景技术
随着发酵、制药、食品加工等产业的迅猛发展,大量含硫含氮有机废水排入受纳水体。含氮化合物(如氨氮)能够加速藻类等水生生物大量繁殖,引发水体富营养化,造成水华、赤潮等现象。含硫化合物(如硫酸盐)在厌氧条件下能够被微生物还原为硫化物,不仅引起生物腐蚀,还会产生有毒有害的硫化氢气体,对人们的生产生活带来极大的危害。因此,开发高效低成本的含硫含氮有机废水有效治理方法是非常必要和迫切的。
目前,国内外对于高浓度含硫含氮有机废水的处理,多采用复杂的工艺系统进行分别脱硫和脱氮。脱硫工艺主要采用硫酸盐还原工艺→生物氧化脱硫工艺,脱氮工艺主要采用硝化后→反硝化方式。从整体上看,脱硫工艺虽然能够将硫酸根转化为单质硫,但是处理负荷低,生成的单质硫黏附于细胞表面难以分离。脱氮工艺往往流程繁琐,操作运行成本昂贵,处理效率不高。因此,采用分别脱氮和脱硫的方式处理高浓度含硫含氮废水,不仅工艺系统复杂,而且处理效果普遍不理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术脱除废水中碳氮硫的工艺复杂、运行成本高、处理效率低,及单质硫难以分离的缺点;而提供了一种同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统及方法。本发明解决了长期以来含硫含氮废水不能同时去除碳氮硫的难题。
本发明同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统是由调节池、第一换热器、第一提升水井、硫酸盐还原和有机物去除装置、第一沼气贮罐、生物脱臭塔、第一单质硫分离装置、单质硫回收装置、混合池、第二换热器、第二提升水井、碳氮硫同步脱除装置、第二单质硫分离装置、硝化反应器、沉淀池、集泥井、浓缩池、厌氧污泥硝化装置、污泥离心装置、第二沼气贮罐、排出管、连接管、虹吸管、鼓风机、曝气头和进水管组成;进水管的出水口与调节池的进水口连通,调节池下部的出水口与第一换热器顶部的进水口连通,第一换热器底部的出水口与第一提升水井底部的进水口连通,第一提升水井底部的出水口与硫酸盐还原和有机物去除装置顶部的进水口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置上部的出水口与混合池下部的进水口连通,混合池下部的出水口与第二换热器底部的进水口连通,第二换热器顶部的出水口与第二提升水井底部的进水口连通,第二提升水井底部的出水口与碳氮硫同步脱除装置下部的进水口连通,碳氮硫同步脱除装置上部的出水口与硝化反应器上部的进水口连通,硝化反应器上部的出水口与沉淀池上部的进水口连通,沉淀池上部的出水口与位于混合池底部的进水口连通,沉淀池靠近内壁一侧设置有虹吸管,虹吸管的一端伸入到沉淀池下部,虹吸管的另一端与大气相通,虹吸管中部的出泥口与集泥井的进泥口连通,集泥井下部的出泥口分别与浓缩池顶部的进泥口、硝化反应器上部的进泥口连通,同时浓缩池顶部的进泥口与硫酸盐还原和有机物去除装置底部的出泥口连通,连接管的进泥口穿过浓缩池池壁伸入浓缩池的底部,连接管的出泥口与厌氧污泥硝化装置的进泥口连通,厌氧污泥硝化装置溢水堰底部的出泥口与污泥离心装置顶部的进泥口连通,排出管的进口分别与浓缩池上部的出水口和污泥离心装置底部的出泥口连通,厌氧污泥硝化装置顶部的出气口与第二沼气贮罐底部的进气口连通,硝化反应器底部设置有曝气头,曝气头的进气口与鼓风机的出气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置顶部的沼气出气口与第一沼气贮罐底部的进气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置顶部的H2S气体出气口与生物脱臭塔下部的进气口连通,生物脱臭塔下部的出气口与第一单质硫分离装置下部的进口连通,单质硫回收装置底部的进口分别与第一单质硫分离装置及第二单质硫分离装置下部的出口连通,碳氮硫同步脱除装置下部的出水口与第二单质硫分离装置下部的进口连通。
所述的硫酸盐还原和有机物去除装置4为专利号为ZL 00206243.7(其公告号为CN2420272,公告日为2001.02.21)中所述的一体化两相厌氧生物处理反应器或厌氧折流板式反应器。碳氮硫同步脱除装置12是中国专利申请号为200710072195.0(其公开号为CN101050031,公开日为2007.10.10)中所述的反应器或颗粒污泥膨胀床反应器。硝化反应器14为专利号为ZL96251960.X(其公告号为CN2258163,公开日为1997.07.23)中所述的交叉流污水生物处理装置。
本发明同步脱除废水中碳氮硫的方法是由下述步骤实现的:一、调节废水使其硫酸根的浓度在1000~10000mg/L范围内,并调节COD与SO4 2-的质量比大于3;二、调节经步骤一处理后的无机废水的温度为25~35℃;三、采用颗粒污泥对经步骤二处理后的废水进行处理,有机物大部分转化为CO2,剩余的有机物转化为小分子有机酸,硫酸盐还原菌将硫酸根代谢生成H2S和S2-,其中将pH值控制在8.0~10.0,水力停留时间为24~72小时;四、将步骤三处理后的废水与回流废水混合,然后调节水温为25~35℃,水中的小分子有机酸转化为CO2,S2-转化为单质硫,硝酸盐全部反硝化为N2;同时将步骤三得到的H2S气体转化为单质硫,回收单质硫;并将步骤三产生的沼气储存;五、经步骤四处理后的废水进行硝化处理,pH控制在7.5~9.5之间,DO为2~40mg/L,水力停留时间(HRT)控制在4~12h,温度控制在25~35℃,氨氮浓度为100mg/L~3000mg/L;六、将经步骤五处理后的废水沉淀1~5h,将沉淀后的废水回流;七、将经沉淀处理的污泥与步骤三排出的剩余污泥浓缩,将浓缩处理后的废水排放,然后将浓缩处理后的污泥进行厌氧硝化处理,厌氧硝化的温度为25~35℃,以CaO计将碱度控制在100~150度,生污泥与熟污泥质量比为5%~12%,碳氮比为10~20∶1,将产生的沼气储存,将剩余污泥排出。其中步骤三中回流废水为经步骤六沉淀处理后的废水;步骤六中的出水回流率在50%~400%之间。
本发明工艺系统及方法将水中的碳氮硫同时去除,将废水中的有机物、硫酸盐和氨氮分别转化为二氧化碳、单质硫和氮气,将气相中代谢产生的H2S和NH3转化为单质硫和氮气,并将微生物生长过程中产生的污泥降解掉,从而实现废水中碳氮硫的同步去除,并将产生的生物固体中单质硫被回收再利用,剩余污泥经稳定化和减量化后再利用,且出水中不含亚硝酸盐。本发明方法的处理效率高、工艺简单、无二次污染、运行费用低及单质硫全部被回收等优点;有机物、硫酸盐和氨氮的转化率均在95%以上。本发明的工艺系统占地面积省、且便于操作。
附图说明
图1是本发明工艺系统的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1进行说明,本实施方式中同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统是由调节池1、第一换热器2、第一提升水井3、硫酸盐还原和有机物去除装置4、第一沼气贮罐5、生物脱臭塔6、第一单质硫分离装置7、单质硫回收装置8、混合池9、第二换热器10、第二提升水井11、碳氮硫同步脱除装置12、第二单质硫分离装置13、硝化反应器14、沉淀池15、集泥井16、浓缩池17、厌氧污泥硝化装置18、污泥离心装置19、第二沼气贮罐20、排出管21、连接管22、虹吸管23、鼓风机24、曝气头25和进水管26组成;进水管26的出水口与调节池1的进水口连通,调节池1下部的出水口与第一换热器2顶部的进水口连通,第一换热器2底部的出水口与第一提升水井3底部的进水口连通,第一提升水井3底部的出水口与硫酸盐还原和有机物去除装置4顶部的进水口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置4上部的出水口与混合池9下部的进水口连通,混合池9下部的出水口与第二换热器10底部的进水口连通,第二换热器10顶部的出水口与第二提升水井11底部的进水口连通,第二提升水井11底部的出水口与碳氮硫同步脱除装置12下部的进水口连通,碳氮硫同步脱除装置12上部的出水口与硝化反应器14上部的进水口连通,硝化反应器14上部的出水口与沉淀池15上部的进水口连通,沉淀池15上部的出水口与位于混合池9底部的进水口连通,沉淀池15靠近内壁一侧设置有虹吸管23,虹吸管23的一端伸入到沉淀池下部,虹吸管23的另一端与大气相通,虹吸管23中部的出泥口与集泥井16的进泥口连通,集泥井16下部的出泥口分别与浓缩池17顶部的进泥口、硝化反应器14上部的进泥口连通,同时浓缩池17顶部的进泥口与硫酸盐还原和有机物去除装置4底部的出泥口连通,连接管22的进泥口穿过浓缩池17池壁伸入浓缩池17的底部,连接管22的出泥口与厌氧污泥硝化装置18的进泥口连通,厌氧污泥硝化装置18溢水堰底部的出泥口与污泥离心装置19顶部的进泥口连通,排出管21的进口分别与浓缩池17上部的出水口和污泥离心装置19底部的出泥口连通,厌氧污泥硝化装置18顶部的出气口与第二沼气贮罐20底部的进气口连通,硝化反应器14底部设置有曝气头25,曝气头25的进气口与鼓风机24的出气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置4顶部的沼气出气口与第一沼气贮罐5底部的进气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置4顶部的H2S气体出气口与生物脱臭塔6下部的进气口连通,生物脱臭塔6下部的出气口与第一单质硫分离装置7下部的进口连通,单质硫回收装置8底部的进口分别与第一单质硫分离装置7及第二单质硫分离装置13下部的出口连通,碳氮硫同步脱除装置12下部的出水口与第二单质硫分离装置13下部的进口连通。
本实施方式单质硫回收和污泥回收各种装置均按照常规设计即可,无其他特殊要求。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是硫酸盐还原和有机物去除装置4为专利号为ZL 00206243.7(其公告号为CN2420272,公告日为2001.02.21)中所述的一体化两相厌氧生物处理反应器或厌氧折流板式反应器。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是碳氮硫同步脱除装置12是中国专利申请号为200710072195.0(其公开号为CN101050031,公开日为2007.10.10)中所述的反应器或颗粒污泥膨胀床反应器。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同是硝化反应器14为专利号为ZL96251960.X(其公告号为CN2258163,公开日为1997.07.23)中所述的交叉流污水生物处理装置。
具体实施方式五:本实施方式同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统及方法是由下述步骤实现的:一、调节废水使其硫酸根的浓度在1000~10000mg/L范围内,并调节COD与SO4 2-的质量比大于3;二、调节经步骤一处理后的无机废水的温度为25~35℃;三、采用颗粒污泥对经步骤二处理后的废水进行处理,有机物大部分转化为CO2,剩余的有机物转化为小分子有机酸,硫酸盐还原菌将硫酸根代谢生成H2S和S2-,其中将pH值控制在8.0~10.0,水力停留时间为24~72小时;四、将步骤三处理后的废水与回流废水混合,然后调节水温为25~35℃,水中的小分子有机酸转化为CO2,S2-转化为单质硫,硝酸盐全部反硝化为N2;同时将步骤三得到的H2S气体转化为单质硫,回收单质硫;并将步骤三产生的沼气储存;五、经步骤四处理后的废水进行硝化处理,pH控制在7.5~9.5之间,DO为2~40mg/L,水力停留时间(HRT)控制在4~12h,温度控制在25~35℃,氨氮浓度为100mg/L~3000mg/L;六、将经步骤五处理后的废水沉淀1~5h,将沉淀后的废水回流;七、将经沉淀处理的污泥与步骤三排出的剩余污泥浓缩,将浓缩处理后的废水排放,然后将浓缩处理后的污泥进行厌氧硝化处理,厌氧硝化的温度为25~35℃,以CaO计将碱度控制在100~150度,生污泥与熟污泥质量比为5%~12%,碳氮比为10~20∶1,将产生的沼气储存,将剩余污泥排出。
本实施方式步骤三中回流废水为经步骤六沉淀处理后的废水;步骤六中的出水回流率在50%~400%之间。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中COD与SO4 2-的质量比为5~20。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中COD与SO4 2-的质量比为10。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体方式五不同的是:步骤一中颗粒污泥为产甲烷菌颗粒污泥。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体方式五不同的是:步骤二中调节经步骤一处理后的无机废水的温度为30℃。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式五不同的是:步骤七中厌氧硝化处理使用的功能菌为产甲烷菌。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式十一:结合图1进行说明,本实施方式同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统及方法是由下述步骤实现的:一、将废水通入调节池1,调节废水使其硫酸根的浓度在1000~10000mg/L范围内,并调节COD与SO4 2-的质量比大于3;二、再将经步骤一处理后的废水通入第一换热器2,调节废水的温度为25~35℃;三、将步骤二处理后的废水然经第一提升井3后通入硫酸盐还原和有机物去除装置4中,硫酸盐还原和有机物去除装置4内接种的产甲烷菌颗粒污泥对污水进行处理,产甲烷菌颗粒污泥的接种量为总容积的20%~50%,有机物大部分生成CO2,其余小分子有机酸,硫酸盐还原菌将硫酸根代谢生成H2S和S2-,其中硫酸盐还原和有机物去除装置4内的pH值控制在8.0~10.0,水力停留时间(HRT)为24~72小时;四、将步骤三处理后的废水与沉淀池15回流的废水一同通入混合池9,再经第二换热器10、第二提升水井11流入碳氮硫同步脱除装置12,水中的小分子有机酸转化为CO2,S2-转化为单质硫,硝酸盐全部反硝化为N2;同时将步骤三得到的H2S气体经生物脱臭塔6、第一单质硫分离装置7处理后得到单质硫,再与第二单质硫分离装置13处理得到单质硫同被单质硫回收装置8回收;并且硫酸盐还原和有机物去除装置4排出的沼气储于第一沼气贮罐5内;步骤四中碳氮硫同步脱除装置12内运行的工艺条件:运行温度为25~35℃,水力停留时间(HRT)为4~12小时,进水的pH值为7.5~9.5,出水回流控制上升流速在3~10m/h,进水中碳、氮、硫的摩尔比为3/4~1.26∶1∶1,进水硫化物浓度为100mg/L~1000mg/L。五、经步骤四处理后的废水通入硝化反应器14,对废水进行硝化处理,其中pH控制在7.5~9.5之间,DO在2~40mg/L,水力停留时间(HRT)控制在4~12h,温度控制在25~35℃,氨氮浓度为100mg/L~3000mg/L;六、将经步骤五处理后的废水通入沉淀池15进行沉淀1~5h,经沉淀处理的废水通入混合池9,出水回流率在50%~400%之间;七、将沉淀得到的污泥通入集泥井16,然后与硫酸盐还原和有机物去除装置4内的剩余污泥一同通入浓缩池17,再通入厌氧污泥硝化装置18,在25~35℃条件下,在产甲烷微生物的作用下,以CaO计将碱度控制在100~150度,生污泥与熟污泥质量比为5%~12%,碳氮比为10~20∶1,将产生的沼气储于第二沼气贮罐20内,将剩余污泥采用污泥离心装置19离心后排放,并将浓缩池17处理的废水排出。
本实施方式的步骤二中接种污泥采用产甲烷颗粒污泥,接种量为总容积的30%.步骤四中接种污泥采用产甲烷颗粒污泥,接种量为总容积的40%~60%。步骤四生物脱臭塔6进气浓度250~1700mg/m3,即容积负荷在13~90g/(m3·h);控制循环液喷淋量为10~60L/s;气体流速为100~400L/s;气体停留时间控制在20~70秒;pH控制在2~7;温度控制在15~30℃;添加循环液的周期为9~15天,每升循环液组成成份如下:0.08~0.12g萄萄糖、0.5~1.0g蛋白胨、0.55~0.65g磷酸氢二钾、0.55~0.65g磷酸二氢钾、0.08~0.12g氯化镁、0.18~0.22gNH4Cl、0.015~0.03g硫酸亚铁、0.015~0.03g硫酸镁和余量为水。
经检测,本实施方式中有机物、硫酸盐和氨氮的转化率均在95%以上。
Claims (8)
1、一种同步脱除废水中碳氮硫的工艺系统,它是由调节池(1)、第一换热器(2)、第一提升水井(3)、硫酸盐还原和有机物去除装置(4)、第一沼气贮罐(5)、生物脱臭塔(6)、第一单质硫分离装置(7)、单质硫回收装置(8)、混合池(9)、第二换热器(10)、第二提升水井(11)、碳氮硫同步脱除装置(12)、第二单质硫分离装置(13)、硝化反应器(14)、沉淀池(15)、集泥井(16)、浓缩池(17)、厌氧污泥硝化装置(18)、污泥离心装置(19)、第二沼气贮罐(20)、排出管(21)、连接管(22)、虹吸管(23)、鼓风机(24)、曝气头(25)和进水管(26)组成;其特征在于进水管(26)的出水口与调节池(1)的进水口连通,调节池(1)下部的出水口与第一换热器(2)顶部的进水口连通,第一换热器(2)底部的出水口与第一提升水井(3)底部的进水口连通,第一提升水井(3)底部的出水口与硫酸盐还原和有机物去除装置(4)顶部的进水口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置(4)上部的出水口与混合池(9)下部的进水口连通,混合池(9)下部的出水口与第二换热器(10)底部的进水口连通,第二换热器(10)顶部的出水口与第二提升水井(11)底部的进水口连通,第二提升水井(11)底部的出水口与碳氮硫同步脱除装置(12)下部的进水口连通,碳氮硫同步脱除装置(12)上部的出水口与硝化反应器(14)上部的进水口连通,硝化反应器(14)上部的出水口与沉淀池(15)上部的进水口连通,沉淀池(15)上部的出水口与位于混合池(9)底部的进水口连通,沉淀池(15)靠近内壁一侧设置有虹吸管(23),虹吸管(23)的一端伸入到沉淀池下部,虹吸管(23)的另一端与大气相通,虹吸管(23)中部的出泥口与集泥井(16)的进泥口连通,集泥井(16)下部的出泥口分别与浓缩池(17)顶部的进泥口、硝化反应器(14)上部的进泥口连通,同时浓缩池(17)顶部的进泥口与硫酸盐还原和有机物去除装置(4)底部的出泥口连通,连接管(22)的进泥口穿过浓缩池(17)池壁伸入浓缩池(17)的底部,连接管(22)的出泥口与厌氧污泥硝化装置(18)的进泥口连通,厌氧污泥硝化装置(18)溢水堰底部的出泥口与污泥离心装置(19)顶部的进泥口连通,排出管(21)的进口分别与浓缩池(17)上部的出水口和污泥离心装置(19)底部的出泥口连通,厌氧污泥硝化装置(18)顶部的出气口与第二沼气贮罐(20)底部的进气口连通,硝化反应器(14)底部设置有曝气头(25),曝气头(25)的进气口与鼓风机(24)的出气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置(4)顶部的沼气出气口与第一沼气贮罐(5)底部的进气口连通,硫酸盐还原和有机物去除装置(4)顶部的H2S气体出气口与生物脱臭塔(6)下部的进气口连通,生物脱臭塔(6)下部的出气口与第一单质硫分离装置(7)下部的进口连通,单质硫回收装置(8)底部的进口分别与第一单质硫分离装置(7)及第二单质硫分离装置(13)下部的出口连通,碳氮硫同步脱除装置(12)下部的出水口与第二单质硫分离装置(13)下部的进口连通。
2、利用权利要求1所述的工艺系统同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于同步脱除废水中碳氮硫的方法是由下述步骤实现的:一、调节废水使其硫酸根的浓度在1000~10000mg/L范围内,并调节COD与SO4 2-的质量比大于3;二、调节经步骤一处理后的无机废水的温度为25~35℃;三、采用颗粒污泥对经步骤二处理后的废水进行处理,有机物大部分转化为CO2,剩余的有机物转化为小分子有机酸,硫酸盐还原菌将硫酸根代谢生成H2S和S2-,其中将pH值控制在8.0~10.0,水力停留时间为24~72小时;四、将步骤三处理后的废水与回流废水混合,然后调节水温为25~35℃,水中的小分子有机酸转化为CO2,S2-转化为单质硫,硝酸盐全部反硝化为N2;同时将步骤三得到的H2S气体转化为单质硫,回收单质硫;并将步骤三产生的沼气储存;五、经步骤四处理后的废水进行硝化处理,pH控制在7.5~9.5之间,DO为2~40mg/L,水力停留时间控制在4~12h,温度控制在25~35℃,氨氮浓度为100mg/L~3000mg/L;六、将经步骤五处理后的废水沉淀1~5h,将沉淀后的废水回流;七、将经沉淀处理的污泥与步骤三排出的剩余污泥浓缩,将浓缩处理后的废水排放,然后将浓缩处理后的污泥进行厌氧硝化处理,厌氧硝化的温度为25~35℃,以CaO计将碱度控制在100~150度,生污泥与熟污泥质量比为5%~12%,碳氮比为10~20∶1,将产生的沼气储存,将剩余污泥排出。
3、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤三中回流废水为经步骤六沉淀处理后的废水。
4、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤一中COD与SO4 2-的质量比为5~20。
5、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤一中COD与SO4 2-的质量比为10。
6、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤一中颗粒污泥为产甲烷菌颗粒污泥。
7、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤二中调节经步骤一处理后的无机废水的温度为30℃。
8、根据权利要求2所述的同步脱除废水中碳氮硫的方法,其特征在于步骤七中厌氧硝化处理使用的功能菌为产甲烷菌。
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