CN102718362A

CN102718362A - 一种丙烯腈生产废水的生物处理方法

Info

Publication number: CN102718362A
Application number: CN2012102051901A
Authority: CN
Inventors: 刘广民; 李广彬; 王爱军; 李金春子; 贾凡凹
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明提供的是一种丙烯腈生产废水的生物处理方法。（1）丙烯腈生产废水进入快速均质调节池后向废水中投加磷盐；（2）将均质调节池内的废水泵入缺氧反应区进行缺氧状态下的生化处理；（3）经过缺氧反应区处理的废水进入好氧反应区进行生物氧化处理；（4）好氧反应区的处理出水在进入硝化反应区前与外加碳源补充液充分混合；（5）硝化反应区对废水硝化处理。本发明以连续流方式运行；对丙烯腈生产废水中的各类污染物处理效果好、运行稳定；操作简单灵活。

Description

一种丙烯腈生产废水的生物处理方法

技术领域

本发明涉及的是一种水处理方法，具体地说是一种针对丙烯腈生产废水的生物处理方法。

背景技术

作为一种重要的化工原料，丙烯腈产品与工业发展息息相关，以它为原材料的化工产品已经应用到了人类生活的方方面面，成为了人们不可或缺的日常必须产品，丙烯腈工业生产能力的扩大在所难免。然而，生产丙烯腈过程中产生的高毒性、难降解的丙烯腈生产废水对环境的污染和对人类健康产生了巨大的威胁。目前，国内外科研工作者在这一研究领域已经有包括物化法、化学法和生物法在内的多种工艺技术被研究和报道，并且他们中的一些也在部分丙烯腈生产企业中得到了初步的应用，但是真正能够达到工业企业处理要求，实现处理成本低廉、处理效果稳定的方法并不多。因此如何实现丙烯腈生产废水的有效处理已成为该行业实现达标排放的最大制约。

丙烯腈生产废水生物处理工艺是针对Sohio法生产丙烯腈过程中产生的工业废水水质特点的一种生物处理工艺，对于该类废水的处理技术研究，国内外研究较少，已有的针对类似废水的主要处理工艺包括：

1、专利申请号为02138637.4的发明专利文件中公开的“治理高浓度丙烯腈废水的聚合混凝法”中所涉及的方法，混凝处理后的固体产物产量大、处置难度高、成本投入经济性差；

2、专利申请号为96110742.1的发明专利中公开的“丙烯腈工厂废水的处理方法”所涉及的方法，处理条件要求较为苛刻，成本投入大；

3、专利申请号为200810226861.6的发明专利中公开的“一种丙烯腈废水的辐照处理方法”中所涉及的方法，设备要求较高，处理能力有限，较适合于低水量丙烯腈废水的处理。

4、专利申请号为201110086981.2的发明专利中公开的“一种处理高浓度丙烯腈废水的吸附氧化方法”中所涉及的方法，工艺复杂，需要外加药剂量较大，需要再生装置等辅助系统造成成本投入增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理效果好，运行稳定，成本低廉，操作简单灵活的丙烯腈生产废水的生物处理方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

（1）丙烯腈生产废水进入快速均质调节池后向废水中投加磷盐补充生物代谢过程所需的磷元素；

（2）将均质调节池内的废水泵入缺氧反应区进行缺氧状态下的生化处理，将废水中的低聚物、AN、CN及其它难降解和对生物有毒害作用的污染物分解为小分子、易降解并对生物无毒或低毒的污染物，将含N有机物中的含氮基团转化为游离氨氮，同时完成对废水COD_cr的部分去除，并且通过缺氧环境中反硝化细菌的反硝化作用，将废水中含有的NO₃ ^--N脱除；

（3）经过缺氧反应区处理的废水进入好氧反应区，对废水中含有的小分子、易降解污染物进行彻底的生物氧化处理，实现废水中COD_cr45%~75%的去除；

（4）好氧反应区的处理出水在进入硝化反应区前与外加碳源补充液充分混合，补充易生物降解碳源含量，通过一级基质的添加实现硝化反应区内生物共代谢和偶发代谢的进行，从而完成对废水中残留的难降解、高生物抑制毒性污染物的有效处理；

（5）硝化反应区对废水硝化处理，通过供氧环境中硝化细菌的硝化作用将水中的氨氮转化为硝酸盐氮，并通过系统的硝化液回流与缺氧反应区内的反硝化过程一起实现废水中氨氮的去除，使出水水质达到GB8978-1996综合废水一级排放标准。

其中，本发明的方法中快速均值调节池的HRT=5～10min，按照COD_cr:P=80~100:1的比例投加磷盐补充磷源。

本发明所述方法中其它控制条件为：

本发明方法的特点和优点包括：

本发明是利用不同微生物在不同环境和底物条件下的代谢特点，通过工艺上的合理布置实现微生物对丙烯腈生产废水中特征污染物彻底降解处理的一种生物处理工艺。其特点有：处理工艺以连续流方式运行；生物相与污染物接触效果好；利用微生物种群在不同反应条件下的差异和代谢特点对丙烯腈生产废水中的特征污染物分批降解处理；特征污染物降解彻底；微生物代谢活性高；工艺处理效果稳定；成本低廉；操作简单灵活。

附图说明

附图为丙烯腈生产废水生物处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详述本发明一种丙烯腈生产废水生物处理工艺的具体步骤。

如图所示：工艺流程包括均质调节池、缺氧反应区、好氧反应区、硝化反应区、二沉池（可选）、碳源补充装置、回流系统、温控系统和曝气系统；缺氧反应区包括池体、位于池体中部的填料区和位于反应区底部的布水器，布水器通过管路、控制阀、供水泵与工艺进水管相连；好氧反应区由池体、位于反应区中部的填料区和位于反应区底部的布气器和布水器构成，布水器通过管路与缺氧反应区出水管相连；硝化反应区由池体、位于反应区中部的填料区和位于反应区底部的布气器和布水器构成，布水器通过管路与好氧反应区出水管相连；回流系统包括管路、控制阀和回流泵三部分，通过控制阀按回流比将硝化反应区出水通过回流管路回流至缺氧反应区；碳源补充装置包括外壳、进水管、搅拌器、控制阀和加药管组成，进水管通过管路和控制阀连接自来水管道，搅拌器用于将固体碳源和自来水混合均匀并形成药剂溶液，控制阀控制流量通过加药管将药剂溶液输入硝化反应区进水管道；温控系统包括控制器、传感器和加热终端组成，通过调节控制器向加热终端输出信号控制各反应区体系温度，传感器用于实时监测各区温度；曝气系统包括空气泵、控制器和管路，通过控制器将确定流量的空气通过空气泵和管路输送到工艺中的布气器。

丙烯腈生产废水首先通过管道进入均质调节池实现中和水质调节水量的作用，由于丙烯腈生产车间的生产能力相对稳定，因此采用短停留时间即可（HRT=5~10min），考虑未来改扩建，可为增加均质调节池处理能力预留空地。

由于丙烯腈生产过程产生的废水中P含量极低，无法提供微生物生长代谢所需的磷元素，因此向均质调节池内投加磷盐，投加量以保证废水中COD_cr:P=80~100:1为宜，利用均值调节池内的水力作用或外加机械搅拌作用实现废水与磷盐的充分均匀混合。

均质调节池内的废水泵入缺氧反应区开始进行生物处理，控制缺氧反应区内DO＜0.3mg/L和T=28~32℃，利用缺氧环境中微生物的代谢特点，主要完成大分子、难降解和有生物抑制毒性有机污染物分解为小分子、易降解、无毒或低毒性有机物的过程。由于丙烯腈生产废水中含有3-氰基吡啶、丙烯腈、烟酰胺等多种降解难度大、对微生物毒性强的特征污染物，因此需要通过增加反应区内的生物量和适当延长HRT来实现特征污染物的有效去除。通过向缺氧反应区加入半软性填料进行挂膜，其生物量可以得到大幅增加。在MLVSS=6000~8000mg·L^-1、MLSS=8000～12000mg·L^-1、HRT=15.0~31.9h（为好氧反应区和硝化反应区总停留时间的35%~50%）条件下，在容积负荷为1.10~2.10kgCOD_cr·m^-3·d^-1时可以实现丙烯腈生产废水中特征污染物种类减少50~80%、10~25%的COD_cr得到去除、B/C可以从0.1左右提高到0.3以上，可生化性大大改善。此外，在缺氧反应区内通过反硝化细菌的反硝化作用，85%以上的NO₃ ^--N可以得到脱除。

可生化性大大提高的缺氧反应区出水通过布水装置进入好氧反应区，控制反应区DO=3.0~4.0mg/L、T=25~30℃、添加填料挂膜提高生物量（MLVSS=6000~8000mg·L^-1、MLSS=8000～12000mg·L^-1）、HRT=13.3~21.3h（为硝化反应区停留时间的45%~50%），在容积负荷为0.40～1.50kgCOD_cr·m^-3·d^-1时进一步减少特征污染物种类（剩余1~2种），并实现废水中COD_cr45%~75%的去除。通过这一阶段的生物氧化处理，出水中的污染物以极难降解的生物抑制性有机污染物为主（尤其是对硝化作用抑制能力较强），因此延长该阶段的HRT对于出水水质改善基本没有作用，反而增加了成本投入且不利于体系中微生物的正常生长代谢。

针对好氧反应区出水水质特点，利用微生物的共代谢和偶发代谢完成极难降解的生物抑制性有机污染物的去除并最终实现硝化细菌正常硝化作用的恢复。废水在进入硝化反应区之前进行碳源的补充，其目的在于添加一级基质来引发微生物的共代谢和偶发代谢并为微生物的正常代谢提供充足的可利用碳源。碳源的补充由碳源补充装置实现，它将固体碳源进行充分溶解，通过搅拌制成高浓度碳源补充液并与废水在硝化反应区进水管中实现充分均匀混合，一起进入硝化反应区进行生化反应。

混合了一、二级基质的好氧反应区出水通过布水装置进入硝化反应区，控制反应区DO=3.0~4.0mg/L、T=25~30℃、添加填料挂膜提高生物量（MLVSS=6000~8000mg·L^-1、MLSS=8000～12000mg·L^-1）、HRT=29.5~42.5h，在容积负荷为0.15~1.30kgCOD_cr·m^-3·d^-1时完成特征污染物的彻底去除。伴随特征污染物的含量下降，在系统硝化细菌的硝化作用下废水中的氨氮得到有效脱除。该阶段出水中的氨氮和COD_cr含量可以达到GB8978-1996综合废水一级排放标准。

为了实现整个生物处理系统的脱氮效果，硝化反应区设置硝化液回流，回流比为0.9~1.1:1，回流至缺氧反应区前端，其目的在于平衡碱度、进行反硝化过程。硝化反应区出水进入二沉池（可选用）进行进一步沉淀后即可排放。若选用二沉池，其沉淀后的剩余污泥无需回流，直接进行污泥处置。

Claims

1.一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：

（1）丙烯腈生产废水进入快速均质调节池后向废水中投加磷盐；

（2）将均质调节池内的废水泵入缺氧反应区进行缺氧状态下的生化处理；

（3）经过缺氧反应区处理的废水进入好氧反应区进行生物氧化处理；

（4）好氧反应区的处理出水在进入硝化反应区前与外加碳源补充液充分混合；

（5）硝化反应区对废水硝化处理。

2.根据权利要求1所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述投加磷盐是按照COD_cr:P=80~100:1的比例投加磷盐补充磷源。

3.根据权利要求2所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述缺氧状态下的生化处理的处理时间为15.0~31.9h、温度为28~32℃。

4.根据权利要求3所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述生物氧化处理的处理时间为13.3~21.3h、温度为25~30℃。

5.根据权利要求4所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是外加碳源COD当量为：相当于好氧反应区出水COD当量的80~120%。

6.根据权利要求5所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述硝化处理的处理时间为29.5~42.5h、温度为25~30℃。

7.根据权利要求1-6任何一项所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：硝化反应区设置硝化液回流，回流比为0.9~1.1:1，回流至缺氧反应区前端。

8.根据权利要求1-6任何一项所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述缺氧状态下的生化处理、生物氧化处理和硝化处理的pH值均控制在6.5~10.0。

9.根据权利要求7所述的一种丙烯腈生产废水的生物处理方法，其特征是：所述缺氧状态下的生化处理、生物氧化处理和硝化处理的pH值均控制在6.5~10.0。