CN101638270B

CN101638270B - 一种高氨氮浓度废水的生化处理系统

Info

Publication number: CN101638270B
Application number: CN 200810012684
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 黎元生; 张全
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-08-02
Also published as: CN101638270A

Abstract

本发明公开了一种高氨氮浓度废水的生化处理系统，该系统包括厌氧段、缺氧段和好氧段，其中好氧段使用多层螺旋式生物反应器，厌氧段使用折流板式生物反应器，缺氧段使用多层螺旋式生物反应器或折流板式生物反应器。本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统中，使用的螺旋式生物反应器除了具有推流式反应器的容积利用率高、“股流”长径比大等优点外，还具有不需要动力装置，能耗低；底部曝气，反应器空间利用率高；形成的狭长水道，可以大幅度提高曝气和传质效率，使污染物能够进行超深度处理等优点。本发明根据不同性质高氨氮浓度废水进行了生化处理流程和生化处理反应器形式，获得了处理效果好、操作简单、能耗低等效果。

Description

一种高氨氮浓度废水的生化处理系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种高氨氮浓度废水的生化处理系统。

背景技术

近年来，随着工农业的发展，对工业废水(如炼油废水、催化剂废水、合成氨废水)，垃圾填埋场渗滤水以及生活污水的排放限制越来越严格，污水处理技术越来越受到重视，特别是对微生物生化反应的动力学特征、内在反应机理和高效去除率的操作和反应条件等方面研究较多，对于污水处理来说只有将良好的工艺与先进的反应技术结合在一起才能达到量佳的处理效果。

随着世界各国对外排废水达标排放要求的日趋强化以及环保执法力度的不断加强，使氨氮含量高的废水处理难度增大。各国的污水处理厂都在试图寻求技术适用、经济可行的氨氮废水的处理方法，特别是某些催化剂废水，因其有机物含量很少而氨氮浓度高，普通的处理方法不能达到良好的效果。

废水中的氨氮虽然可采用气提吹脱、离子交换、化学氧化等物理化学方法进行处理，但这些方法存在副产物二次污染和效率低等问题。相比之下，生物法是控制水体氨氮污染的较好方法。

生物法处理含氨氮废水时，一般包括硝化和反硝化过程，因此需要适宜的生化处理反应器系统来实现。

生化反应器中的流体分布和流动状态对反应性能有很大影响。间歇反应器(Batch reactor，BR)和推流反应器(Plug flow reactor，PFR)由于具有时间和空间推流流态，因而反应效果较好，但是考虑到间歇反应器的停工时间等影响因素，则反应效率以PFR为高。属于BR单元的SBR系列反应器虽然具有良好的浓度效应，但是其间歇运行方式不利于工程应用。A²/O系列反应器虽然属于连续流的方式有利于工程应用，但是其单元基本上属于连续搅拌罐式反应器(Continuous stirred tank reactor，CSTR)，反应效率较低。氧化沟反应形式按推流式设计，但实际上返混仍然比较严重，因而影响了反应效果。现有的内循环三相流化床水处理装置由于结构简单、传质性能较好而得到广泛应用，但是由于在床体上只安装一个反应内筒，这种装置由于流道截面大，使得单位体积单位时间内氧传质不够充分，导致反应速率较低。

CN1478732A中提出了一种复式内循环生物反应器，它的特点是在底部封闭的床体内设有三个循环内筒，该结构虽然在一定程度上解决了单筒全返混、传质效率低的问题，但该反应器放大后仍然存在与单筒反应器同样的问题。污水处理反应器实际上是为微生物提供一个生存空间，这就需要反应器内具有适于微生物生存的稳定而均匀的气液分布和返混流态。连续进料式全返混反应器虽然混合效果很好，但是由于器内污染物浓度均匀，导致一部分污染物未经充分降解就被排出，因此达不到超深度脱除污染物的要求。

CN1454855A提出了一种上升螺旋流生物反应器，其主要特征就是在立式反应器中设置螺旋升流设备，进水口和出水口分别设在反应器的下部和上部；其中的螺旋升流设备是导流螺旋推进器。该反应器虽然提供了有利于微生物共存和互生的推流流态环境，但是由于推进器需要电机来带动，额外消耗能量，并且对于好氧微生物来说，从侧壁曝气不利于氧气在反应器内的均匀分布，进而影响反应器的处理效率。

因此需要一种流动横截面上能够充分混合、流动方向上又存在较缓浓度梯度的反应器，如果污水处理工艺的每一个单元过程都有利于生化反应较为彻底的完成，则良好的工艺技术将会发挥更好的作用，而且可以大大缩短工艺流程、减小反应器容积，大幅度提高处理效果。

对于废水的厌氧生物处理方面对折流板反应器的研究较多，但主要用来处理有机废水。CN200310100513.1公开了一种一体式高浓度有机废水处理装置，采用先厌氧后好氧的折流板反应器，其过程是采用厌氧污泥对高浓度有机废水中的有机质进行酸化，然后再利用好氧污泥进一步处理。CN200310121766.7公开了一种好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺，采用好氧-厌氧多次耦合的方法处理高浓度有机废水，但该工艺的成本相对较高。CN200420068573.X公开了一种厌氧折流板反应器，该反应器可以实现厌氧污泥及污水的停留时间分离，从而获得了很好的厌氧处理效果，但是由于整个反应器没有曝气，只是单一的厌氧环境，所以出水COD(化学需氧量，有机物含量指标)较难达到排放标准，而且不能实现污泥的减量。CN200610012070.4公开了一种折流板反应器及其处理污水的方法，实现好氧-厌氧耦合处理废水的同时达到污水处理污泥减量的同时进行。然而对于含氨氮废水的处理，特别是催化剂生产过程中产生的高浓度氨氮废水，由于其中COD的含量非常低甚至没有，所以采用上述现有方法处理时的技术效果需进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、易于操作、对高氨氮浓度废水处理效果好的生化处理系统。

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统包括厌氧段、缺氧段(或者称兼氧段)和好氧段，其中好氧段使用多层螺旋式生物反应器，厌氧段使用折流板式生物反应器，缺氧段使用多层螺旋式生物反应器或折流板式生物反应器。

所述的多层螺旋式生物反应器结构为在反应器内设置竖直多层螺旋板，形成多层螺旋通道，螺旋通道底部设置布气管，反应器进水口设置在多层螺旋通道的中心，反应器出水口设置在多层螺旋通道的边缘。螺旋式生物反应器可以由金属、有机玻璃或树脂等材料制成，反应器外形可以是圆柱形或者立方体形等适宜形状，底部设置盘管式空气布气管。好氧段反应器的出水口设置在反应器的上部，出水溢流至废水收集器后排出。

所述的折流板式生物反应器可以采用现有技术中各种结构的折流板式生物反应器，如上下折流式生物反应器，或左右折流式生物反应器等。

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统中，厌氧段在封闭的反应器中进行，厌氧段不需要空气。缺氧段可以在开口的反应器中进行，也可以在封闭的反应器中进行，采用开口式反应器时，一般不需通入空气就可以达到反应系统的要求，采用封闭式反应器时，通入少量空气维持反应系统的缺氧条件。好氧段需要在通入空气的条件下操作。各反应段的具体反应条件可以根据所处理的污水性质，需要达到的处理效果等，按本领域普通知识确定。

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统中，具体可以采用以下处理流程：

(1)需处理的高氨氮浓度废水首先经厌氧段处理，然后进行缺氧段处理，最后经过好氧段处理，好氧段处理后可以达标排放或进一步处理，其中缺氧段处理出水部分循环回厌氧段。该流程最适宜于氨氮浓度高、COD值低的废水处理，因为将废水中全部有机物(COD)作为厌氧过程的碳源，废水综合处理效果好。

(2)需处理的高氨氮浓度废水首先经好氧段处理，然后进行缺氧段处理，最后经过厌氧段处理，厌氧段处理后可以达标排放或进一步处理。该流程最适宜于氨氮浓度高，同时COD值较高的废水处理，因为在有效脱除氨氮的同时还可以有效去除COD。

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统至少包括一个多层螺旋式生物反应器，该反应器可以使污水在反应器内先形成局部返混状态，然后逐渐通过由螺旋通道设置成的狭长水道而排出，这和全返混反应器相比有利于超深度脱除污染物，同时这种结构的反应器能为微生物提供一种稳定的推流流态的生存环境，有利于生物与污染物以及气体的充分接触，保证了良好的传质性能，大大提高处理效果。本实用新型螺旋式生物反应器可以单独应用，或者多个螺旋式生物反应器组合应用，或者螺旋式生物反应器与其它类型的生物反应器组合应用。

本发明使用的螺旋式生物反应器除了具有推流式反应器的容积利用率高、“股流”长径比大等优点外，还具有以下特殊的优点：

(1)该反应器形成的推流流态不需要推进器，反应器内无需其它动力装置，主要依靠曝气混合、重力作用自流，这样可以降低部分能耗。

(2)该反应器均采用底部曝气，这样保证了反应器空间的有效利用，使固液气三相混合更加充分。

(3)该反应器所形成的狭长水道，可以大幅度提高曝气和传质效率，径向返混比较充分，避免全返混存在的不足，使污染物能够进行超深度处理。

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统针对废水的不同性质优化了生化处理流程和生化处理反应器形式，获得了处理效果好、操作简单、能耗低等效果。

附图说明

图1是螺旋式生物反应器的横向切面结构示意图。

图2是螺旋式生物反应器的纵向切面结构示意图。

图3是一种上下折流的折流板反应器的侧面图。作为厌氧反应器时密封，为单一的厌氧环境；作为缺氧反应器时敞口，为一种缺氧环境。

图4是包括螺旋式生物反应器的废水处理系统。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明所用螺旋式生物反应器的一种具体结构和使用效果，以及包括螺旋式生物反应器的高氨氮废水生化处理系统。

本发明高氨氮废水生化处理系统中涉及的多层螺旋式反应器操作简单、湍动程度好、传质效率高、易于控制，在流动横截面上能够充分混合、流动方向上又存在较缓浓度梯度。通过处理流程的优化和不同反应段反应器结构的优化，提高了污水处理效率，特别是在处理催化剂废水中的氨氮污染物方面，能够使该污染物降到15mg/L以下，总氨氮去除率可达90％以上。

本发明所用的螺旋式生物反应器结构为在反应器内设置竖直多层螺旋板，形成多层螺旋通道，螺旋通道底部设置布气管，反应器进水口设置在多层螺旋通道的中心，反应器出水口设置在多层螺旋通道的边缘。本发明所用螺旋式生物反应器可以由金属、有机玻璃或树脂等材料制成，反应器外形可以是圆柱形或者立方体形等适宜形状，底部设置盘管式空气布气管。

螺旋式生物反应器中螺旋板可以设置2～40层，折流式反应器中折流板可以设置1～30段，按反应器规模及处理废水的情况具体确定。各反应器的生化处理反应条件按所处理废水的性质及需要达到的指标按本领域现有知识确定。

这种结构的反应器可以使污水在反应器内先形成局部返混状态，然后逐渐通过由螺旋板设置成的狭长水道而排出，这和全返混反应器相比有利于超深度脱除污染物，同时这种结构的反应器能为微生物提供一种稳定的推流流态的生存环境，有利于生物与污染物以及气体的充分接触，保证了良好的传质性能，大大提高处理效果。本实用新型螺旋式生物反应器可以单独应用，或者多个螺旋式生物反应器组合应用，或者螺旋式生物反应器与其它类型的生物反应器组合应用。

本发明包括多层螺旋式好氧生物反应器的污水处理系统技术方案包括：该系统采用一个上述结构的螺旋式反应器作为好氧反应器，采用两个折流板反应器分别作为厌氧反应器和缺氧反应器，其中的厌氧反应器为全封闭的，缺氧反应器为敞开的；或者采用两个上述结构的螺旋式反应器分别作为好氧反应器和缺氧反应器，采用一个折流板反应器作为厌氧反应器。用管路将三个反应器依次连接，最后接入沉淀池构成。

上述两种组合的污水处理系统可以实现如下处理工艺过程：污水先进行反硝化反应，然后进行缺氧反应器进行部分硝化反应和部分反硝化反应，最后进入螺旋式生物反应器进行硝化反应；或者，污水先通过螺旋式生物反应器所形成的狭长水道高效完成硝化反应，然后低浓度氨氮水进入缺氧反应器继续进行硝化反应及部分反硝化反应，最后富含硝酸盐的水进入折流板反应器进行反硝化反应。

该系统中硝化反应器和废水收集池可以采用套筒结构，一方面可以避免硝化菌体的流失，另一方面可以节省占地面积。

这种组合的污水处理系统一方面能为微生物提供一种稳定的推流流态的生存环境，有利于生物与污染物以及气体的充分接触，保证了良好的传质性能，大大提高处理效果，同时还能防止硝化菌体的流失；另一方面可以节省空间，节约成本，降低能耗。利用该系统可以处理高浓度氨氮废水并可以在连续运转过程中大大缩短水力停留时间，提高处理效果。由于污水中存在大量消耗碳源的微生物脱氮反应，微生物以絮凝颗粒形式存在，不产生大量污泥。

如果污水处理工艺的每一个单元过程都有利于生化反应较为彻底的完成，则良好的工艺技术将会发挥更好的作用，而且可以大大缩短工艺流程、减小反应器容积，在降低处理成本的同时可大幅度提高处理效果。

如图1所示，本发明使用螺旋式生物反应器包括外筒壳体1，在壳体1内部设置竖直多层螺旋板3，形成多层螺旋通道，螺旋通道底部设置盘式布气管2，布气管2与空气进气口4相通，反应器进水口5设置在多层螺旋通道的中心，反应器出水口6设置在多层螺旋通道的边缘。

在使用时，进水在多层螺旋通道中心进入反应器，然后沿螺旋通道流动至多层螺旋反应器边缘的出水口，在流动过程中进行生化反应。

实施例1

本发明高氨氮浓度废水的生化处理系统使用的一种具体结构的螺旋式生物反应器。

如图1所示，发明所用螺旋式生物反应器包括壳体1、盘式布气管2、螺旋隔板3、进气口4、进水口5和出水口6。该反应器的壳体可以是圆柱体，也可以是立方体，最好采用圆柱体。可以如图1中所示从反应器的中心轴以管线连接到布气管供气，也可以从反应器的底部侧壁直接管线连接布气管供气，也可以上述两种方式同时使用。废水从反应器的中轴进入反应器，从反应器的中心沿着螺旋折板方向由内向外流动，最后通过类似狭长管道从接近螺旋折板末端的排水口6排出。

实施例2

本发明一种具体形式的高氨氮浓度废水的生化处理系统。

如图4所示，高效污水处理系统包括厌氧反应器A、缺氧反应器B、好氧反应器C、废水收集器D，它们之间依次由管路14连接。厌氧反应器A和缺氧反应器B使用折流板式生物反应器，好氧反应器C使用螺旋式生物反应器。在进水泵11的作用下，污水从进水管12与从缺氧反应器B接出的回流管15中的水经循环泵13汇接后进入厌氧反应器A底部，从厌氧反应器A的上部出水进入缺氧反应器B的底部，缺氧反应器B的出水进入好氧反应器C底部，从好氧反应器C的上部溢流口16溢流到废水收集器D，最后经出水管路17排出整个系统的出水。各个反应器都设有取样口18，在好氧反应器内设置有空气分布器19。在好氧反应器的溢流口16设置污泥拦截器。

利用本发明提出的污水处理系统，进行日处理量为20M³连续进出水的脱除某污水处理厂的氨氮废水试验，废水中氨氮含量为1543mg/L，COD值为930mg/L。厌氧反应器A设置4个折流段，总停留时间为16h，缺氧反应器B设置6个折流段，总停留时间为16h，好氧反应器C设置8层螺旋板，总停留时间为18h，缺氧反应器B出水的20％循环回厌氧反应器A，好氧反应溶解氧为8mg·L^-1，各反应器温度均为25℃，最终结果表明出水总氮为14.8mg/L，氨氮浓度为13.7mg/L，均达到国家一级排放标准。

比较例

按照实施例2所述的过程，将好氧反应器C更换为设置8个折流段的折流板式反应器，各反应器操作条件与实施例2相同。最终结果表明出水总氮为71mg/L，氨氮浓度为67mg/L，均达不到国家一级排放标准。

Claims

1.一种高氨氮浓度废水的生化处理系统，包括厌氧段、缺氧段和好氧段，其特征在于：所述的好氧段使用多层螺旋式生物反应器，厌氧段使用折流板式生物反应器，缺氧段使用多层螺旋式生物反应器或折流板式生物反应器；生化处理系统采用如下流程：需处理的高氨氮浓度废水首先经好氧段处理，然后进行缺氧段处理，最后经过厌氧段处理，厌氧段处理后达标排放或进一步处理。

2.按照权利要求1所述的生化处理系统，其特征在于：所述的多层螺旋式生物反应器结构为在反应器内设置竖直多层螺旋板，形成多层螺旋通道，螺旋通道底部设置布气管，反应器进水口设置在多层螺旋通道的中心，反应器出水口设置在多层螺旋通道的边缘。

3.按照权利要求1或2所述的生化处理系统，其特征在于：所述的螺旋式生物反应器由金属、有机玻璃或树脂材料制成，反应器外形是圆柱形或者立方体形，底部设置盘管式空气布气管。

4.按照权利要求1或2所述的生化处理系统，其特征在于：所述好氧段反应器的出水口设置在反应器的上部，出水溢流至废水收集器后排出。

5.按照权利要求1所述的生化处理系统，其特征在于：所述的折流板式生物反应器为上下折流式生物反应器，或者是左右折流式生物反应器。

6.按照权利要求1所述的生化处理系统，其特征在于：所述的厌氧段在封闭的反应器中进行。

7.按照权利要求1所述的生化处理系统，其特征在于：所述的缺氧段在开口的反应器中进行，或者在封闭的反应器中进行，在封闭的反应器中进行时通入少量空气维持反应系统的缺氧条件。

8.按照权利要求1所述的生化处理系统，其特征在于：所述的好氧段在通入空气的条件下操作。