CN102718371A - 煤化工废水的处理方法及处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤化工废水的处理方法及处理设备。该处理方法包括以下步骤：S1：将煤化工废水进行预处理，除去其中的悬浮物，得到预处理废水；S2：使预处理废水首先在反硝化反应区进行前置的反硝化反应，然后在亚硝化反应区进行亚硝化反应，随后使经过亚硝化反应处理的部分废水回流至反硝化反应区进行反硝化反应后再流入亚硝化反应区进行亚硝化反应，得到中间废水；以及S3：将中间废水进行泥水分离处理，获得清水。根据本发明的煤化工废水的处理方法，将硝化反应控制在亚硝化反应阶段，实现了短程硝化反应，减少了硝化反应的供氧量和反硝化反应的碳源消耗量及污泥产量。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体而言涉及一种煤化工废水的处理方法及处理设备。
背景技术
煤化工废水以高浓度煤气洗涤废水为主，含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物质。其中所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物；可降解类有机物主要有砒咯、萘、呋喃和眯唑类；难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯和三联苯。目前，煤化工废水治理工艺路线基本遵行“物化预处理+A/O生化处理+物化深度处理”的处理原则。
其中，物化预处理常用的方法有隔油、气浮等，因为煤化工废水中过多的油类会影响后续生化处理的效果，气浮法可以除去其中的油类并回收再利用，此外还起到预曝气的作用。但是无论是隔油法还是气浮法对煤化工废水中的悬浮物的处理都难以取得理想的效果。
对于预处理后的煤化工废水，国内外一般采用缺氧、好氧生物法处理（A/O工艺），但由于煤化工废水中的多环和杂环类化合物含量较高，单独采用好氧或缺氧技术处理煤化工废水并不能够达到令人满意的效果，因此，又逐渐发展了PACT法、载体流动床生物膜法、缺氧生物法和缺氧－好氧生物法对预处理后的煤化工废水进行生化处理。其中的缺氧－好氧生物法利用全程硝化反应降解其中的有机物，有机物的生物降解性能显著提高，使COD的去除率达90%以上，而且，较难降解的有机物萘、喹啉和吡啶的去除率分别为67%，55%和70％，相对于一般的好氧处理中这些有机物的去除率不到20％，其效果得到明显改善。但是，在该过程中由于进行了全程硝化反应碳源消耗量较大、耗时较长。
而且，煤化工废水经生化处理后，出水的COD、氨氮等浓度虽有极大的下降，但由于难降解有机物的存在使得出水的COD、色度等指标仍存在缺陷。因此，生化处理后的出水仍需进一步的处理。深度处理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技术、吸附法催化氧化法及反渗透等膜处理技术。上述深度处理需要在固定的场地进行，因此在场地十分有限的情况下，实施起来比较困难。
现有技术中缺氧-好氧生物法对煤化工废水中的有机物的降解效率较好，但是存在全程硝化反应碳源消耗量较大、耗时长、处理成本高的缺陷，亟需对其进行改进。
发明内容
本发明旨在提供一种煤化工废水的处理方法及处理设备，以解决现有技术中碳源耗量大、处理成本高的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种煤化工废水的处理方法，包括以下步骤：S1：将煤化工废水进行预处理，除去其中的悬浮物，得到预处理废水；S2：使预处理废水首先在反硝化反应区进行前置的反硝化反应，然后在亚硝化反应区进行亚硝化反应，随后使经过亚硝化反应处理的部分废水回流至反硝化反应区进行反硝化反应后再流入亚硝化反应区进行亚硝化反应，得到中间废水；以及S3：将中间废水进行泥水分离处理，获得清水。
进一步地，上述步骤S2中通过曝气的方式向亚硝化反应区中充入氧气。
进一步地，上述亚硝化反应处理的部分废水以3倍的回流比从亚硝化反应区回流至反硝化反应区。
进一步地，上述亚硝化反应区的温度为22~28℃，pH值在7.5~8.5之间，溶氧浓度为1mg/L，水力停留时间为30~35h。
进一步地，上述反硝化反应区中投加碳源使C/N维持在3~4之间，并保证初始反硝化过程水力停留时间为10~15h。
进一步地，上述步骤S3中，通过负压抽吸使中间废水流经生物膜组件，以进行泥水分离处理。
进一步地，上述步骤S1包括以下步骤：S11．向煤化工废水中添加凝聚剂和絮凝剂，快速搅拌使煤化工废水与凝聚剂和絮凝剂形成混合废水，快速搅拌的速度为70~90r/min；S12．慢速搅拌混合废水，使混合废水反应形成初反应废水，慢速搅拌的速度为7~10r/min，搅拌时间为10~15min；以及S13．利用沉淀分离法将初反应废水中的悬浮物分离出去，得到预处理废水。
进一步地，上述凝聚剂为碱式氯化铝，在混合废水中的浓度为22~28mg/L，絮凝剂为聚丙烯酰胺，在混合废水中的浓度为2.5~3.5mg/L。
根据本发明的另一方面，还提供了一种煤化工废水的处理设备，包括依次相连的预处理装置和生化处理装置，其特征在于，生化处理装置包括：用于进行反硝化反应的缺氧反应器，与预处理装置相连通；用于进行亚硝化反应的好氧反应器，与缺氧反应器通过进水管路和回流管路相连；液体泵，设置在回流管路上，将好氧反应器中的水回流至缺氧反应器。
进一步地，上述好氧反应器的内部具有上下依次设置的生物膜组件和曝气头。
进一步地，上述缺氧反应器还配备外加碳源槽。
进一步地，上述预处理装置包括：混合池，其中设有第一搅拌器，并配备加药箱；反应池，其中设有第二搅拌器；沉淀池，与缺氧反应器相连通；混合池、反应池和沉淀池顺序相连。
进一步地，上述生化处理装置还包括清水池，生物膜组件和清水池之间设置有自吸泵。
进一步地，上述处理设备还包括控制装置，控制装置包括电连接的PLC程序控制装置和计算机监控装置，PLC程序控制装置与曝气泵相连，通过在线溶氧检测器与好氧反应器相连；以及通过压力表、流量计和自吸泵前的膜抽吸管相连。
根据本发明的煤化工废水的处理方法，预处理过程中去除悬浮物，减少了悬浮物对后续生化处理的影响；将硝化反应控制在亚硝化反应阶段，实现了短程硝化反应，减少了硝化反应的供氧量和反硝化反应的碳源消耗量，又减少了污泥产量，进一步节约了废水处理的运行成本；使反硝化反应和亚硝化反应交替进行，从而达到较大程度去除总氮的目的。当利用本发明的处理方法时，煤化工废水可以得到更有效的处理。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的煤化工废水的处理设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种煤化工废水的处理方法，包括以下步骤：S1：将煤化工废水进行预处理，除去其中的悬浮物，得到预处理废水；S2：使预处理废水首先在反硝化反应区进行前置的反硝化反应，然后在亚硝化反应区进行亚硝化反应，随后使经过亚硝化反应处理的部分废水回流至反硝化反应区进行反硝化反应后再流入亚硝化反应区进行亚硝化反应，得到中间废水；以及S3：将中间废水进行污泥分离处理，获得清水。
根据本发明的煤化工废水的处理方法，预处理过程中去除悬浮物，减少了悬浮物对后续生化处理的影响；将硝化反应控制在亚硝化反应阶段，实现了短程硝化反应，减少了硝化反应的供氧量和反硝化反应的碳源消耗量，又减少了污泥产量，进一步节约了废水处理的运行成本；使反硝化反应和亚硝化反应交替进行，从而达到较大程度去除氨氮和总氮的目的。当利用本发明的处理方法时，煤化工废水可以得到更有效的处理。
为了更好的利用本发明的方法处理煤化工废水，在处理前优选对预处理的煤化工废水进行检测，并调节该煤化工废水满足以下指标为：COD：600~1000mg/L，BOD：300~500mg/L，NH3-N：150~200mg/L，SS：100~120mg/L，pH：6~9。
在本发明一种优选的实施例中，上述步骤S2中通过曝气的方式的亚硝化反应区中充入氧气。通过曝气的方式向亚硝化反应区中的亚硝化细菌提供氧气，不仅达到供氧的目的又使得污泥与废水充分混合，提高了亚硝化反应的效率。
优选地，上述亚硝化反应处理的部分废水以3倍的回流比从亚硝化反应区回流至反硝化反应区。将亚硝化反应处理的部分废水回流至反硝化反应区，反应液中的有机物为反硝化过程提供了部分碳源，减少了外加碳源的消耗量，并可以实现理想的脱氮效果；当回流比为3时，使得亚硝化反应生成的亚硝氮以及少部分的硝氮反硝化生成氮气，实现反硝化反应。
为了实现将好氧反应过程控制在亚硝化反应阶段，促进增值速率低的亚硝化细菌的截留、生长和繁殖，使其成长为优势菌种，优选将亚硝化反应区中温度控制为22~28℃，pH值在7.5~8.5之间，溶氧浓度为1mg/L，水力停留时间为30~35h。
反硝化过程中为了使反硝化细菌的反硝化能力得到充分发挥，并且由于反硝化反应从硝化反应的产物开始进行，所以反硝化细菌所需要的碳源可以适当的减少，因此，反硝化反应区中投加碳源使C/N维持在3~4之间，并保证反硝化过程水力停留时间为10~15h。
在本发明另一种优选的实施例中，上述步骤S3中，通过负压抽吸使中间废水流经生物膜组件，以进行生物反应以及泥水分离处理。对经过本发明的方法处理得到的清水进行监测，该指标为：COD：45~60mg/L，BOD：15~20mg/L，NH3-N：10mg/L，SS：5mg/L。采用生物膜组件将清水与污泥在好氧池中分离，省去了用于泥水分离的二沉池，节约了占地。
在本发明又一种优选的实施例中，上述步骤S1包括以下步骤：S11．向煤化工废水中添加凝聚剂和絮凝剂，快速搅拌使煤化工废水与凝聚剂和絮凝剂形成混合废水，快速搅拌的速度为70~90r/min；S12．慢速搅拌混合废水，使混合废水反应形成初反应废水，慢速搅拌的速度为7~10r/min，搅拌时间为10~15min；以及S13．利用沉淀分离法将初反应废水中的悬浮物分离出去，得到预处理废水。向所要处理的煤化工废水中加入凝聚剂和絮凝剂，并快速搅拌使得煤化工废水与凝聚剂和絮凝剂充分混合，待混合均匀形成混合废水后，在慢速搅拌的条件下，凝聚剂和絮凝剂使得煤化工废水中的悬浮物形成大颗粒絮状物，在重力的作用下形成沉淀，与废水分离，从而避免了悬浮物对后续生化处理的影响。
上述实施例中的凝聚剂为碱式氯化铝，在混合废水中的浓度为22~28mg/L，絮凝剂为聚丙烯酰胺，在混合废水中的浓度为2.5~3.5mg/L。碱式氯化铝和聚丙烯酰胺都是易得的凝聚剂，而且对煤化工废水中的悬浮物以及有机物悬浮形成的油污都有比较突出的絮凝效果。
在本发明的又一种典型的实施方式中，还提供了一种煤化工废水的处理设备，如图1所示，包括依次相连的预处理装置和生化处理装置，生化处理装置包括：用于进行反硝化反应的缺氧反应器4、用于进行亚硝化反应的好氧反应器5和液体泵12，缺氧反应器4与预处理装置相连通；好氧反应器5与缺氧反应器4通过进水管路和回流管路相连；液体泵12设置在回流管路上，将好氧反应器5中的水回流至缺氧反应器4。
本发明的处理设备的生化处理装置将缺氧反应器4和好氧反应器5分开设计，使得在其中进行的反硝化反应和亚硝化反应同时进行并相互不受影响，在两者之间设置回流管路，使好氧反应器5中经过亚硝化反应的水回流至缺氧反应器4中进行进一步的反硝化反应，使本发明的处理设备实现了低污泥负荷及长泥龄下运转，从设备中排出的污泥量少，进而降低了污泥处置的费用；在该处理设备中，煤化工废水中的大分子及难降解物质在体积有限的反应器内有足够的停留时间，有益于增殖速率低的亚硝化细菌的截留、生长和繁殖，使其成为优势菌种，利于亚硝化反应，实现较好的脱氮效果。
优选地，好氧反应器5的内部具有上下设置的生物膜组件13和曝气头14。曝气头14在生物膜组件13下方以一定强度的空气对膜进行抖动，既起到曝气充氧的作用，又能防止活性污泥附着在膜的表面造成膜污堵。
可用于本发明的膜组件13为中空纤维膜组件或平板式膜组件；可用于本发明的沉淀池3为斜管沉淀池。
为了满足当碳源不足时补给在缺氧反应器4中进行的反硝化反应所需的碳源，缺氧反应器4还配备外加碳源槽20。
在一种优选的实施例中，上述预处理装置包括：混合池1，其中设有第一搅拌器21，并配备加药箱10；反应池2，其中设有第二搅拌器22；沉淀池3，与缺氧反应器4相连通；混合池1、反应池2和沉淀池3顺序相连。将混合池1和反应池2分开设计，在混合池1中使煤化工废水与絮凝剂等混合形成均匀的混合物，然后该混合物流入反应池2中在其中进行反应，加快了水的预处理速度。
在另一种优选的实施例中，上述生化处理装置还包括清水池6，生物膜组件13和清水池6之间设置有自吸泵16。利用生物膜组件13的膜抽吸作用将清水与污泥在好氧反应器5进行泥水分离，污泥膨胀不会影响系统的正常运转和出水水质，便于管理；而且利用自吸泵16将清水从好氧反应器5中分离出来，省去了用于泥水分离的二沉池，节约了占地。
本发明的处理设备还包括控制装置，控制装置包括电连的PLC程序控制装置7和计算机监控装置8，PLC程序控制装置7与曝气泵15相连；通过在线溶氧监测器17与好氧反应器5相连；以及通过压力表18、流量计19和自吸泵16前的膜抽吸管相连。
利用控制装置实时监控水处理的进程，根据溶氧监测器17反馈的好氧反应器中的溶氧量调节曝气时的充氧量、碳源的加入量等，控制亚硝化反应和反硝化反应的进行，利用自吸泵16抽出清水。
本发明的煤化工废水处理设备还包括用于收集煤化工废水的废水箱9，并利用提升泵11将废水箱9中的煤化工废水输送到与处理装置的混合池1中。
以下将结合实施例，进一步说明采用本发明的有益效果。
实施例1
预处理过程：
废水箱中的煤化工废水通过提升泵以3.7l/h的流量泵入混合池，向混合池中中投加碱式氯化铝和聚丙烯酰胺，在混合池中以80r/min速率快速搅拌15min后形成混合废水，碱式氯化铝和聚丙烯酰胺在混合废水中的浓度分别为25mg／L和3mg／L；使混合废水进入反应池，在反应池中以8r/min的速率搅拌12min后出水进入斜管沉淀池，斜管沉淀池中填充斜管填料，其管径为50mm，斜长1m，倾斜角度60°，填料容积约1m3，在池壁与斜管的间隙处装设阻流板，以防止水流短路，斜管上缘向池子进水端后倾安装，悬浮物逐渐沉淀到底部的污泥斗，水从斜管下面穿过斜管流至池子上端集水槽，然后从集水槽中流入生化处理装置的缺氧反应器。经混凝反应沉淀后的水悬浮物的去除率达到80%以上。
生化处理过程：
生化处理设备的缺氧反应器的有效容积为50L、好氧反应器的有效容积为100L，反应器材质为有机玻璃，好氧反应器内置中空纤维膜组件，曝气器为旋混曝气器，并设置在中空纤维膜下方，可以以曝气器充入的空气对膜进行抖动。经过预处理的废水进入缺氧反应器后在其中停留15h以进行反硝化反应，在这期间进水中的碳氮比基本在3~4之间，所以无需外加碳源。之后使缺氧反应器中的水流入好氧反应器中进行亚硝化反应，在好氧反应器中水力停留时间为30h，并使好氧反应器的pH值维持在7.9~8.4之间，温度维持在25℃左右，通过在线溶氧仪测量好氧反应器的溶氧浓度，将溶氧浓度信号传送至PLC控制装置，由PLC程序自动控制曝气泵，利用曝气器向好氧反应器中曝气充氧使其中的溶氧浓度控制在1mg/L，同时使好氧反应器中的水以3倍的回流比回流至缺氧反应器中。好氧反应器中的水利用自吸泵产生的负压经过中空纤维膜后抽吸至清水池中。
经过上述处理的煤化工废水中COD、BOD、NH4+-N的去除率分别达到94%、95%、95%，而且，供氧量节约了近25%，碳源的消耗量减少了40%，大大降低了能耗。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种煤化工废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述煤化工废水进行预处理，除去其中的悬浮物，得到预处理废水；
S2：使所述预处理废水首先在反硝化反应区进行前置的反硝化反应，然后在亚硝化反应区进行亚硝化反应，随后使经过所述亚硝化反应处理的部分废水回流至所述反硝化反应区进行所述反硝化反应后再流入所述亚硝化反应区进行所述亚硝化反应，得到中间废水；以及
S3：将所述中间废水进行泥水分离处理，获得清水。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S2中通过曝气的方式向所述亚硝化反应区中充入氧气。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述亚硝化反应处理的部分废水以3倍的回流比从所述亚硝化反应区回流至所述反硝化反应区。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述亚硝化反应区的温度为22~28℃，pH值在7.5~8.5之间，溶氧浓度为1mg/L，水力停留时间为30~35h。
5.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述反硝化反应区中投加碳源使C/N维持在3~4之间，并保证初始反硝化过程水力停留时间为10~15h。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过负压抽吸使所述中间废水流经生物膜组件，以进行污泥分离处理。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11．向所述煤化工废水中添加凝聚剂和絮凝剂，快速搅拌使所述煤化工废水与所述凝聚剂和絮凝剂形成混合废水，所述快速搅拌的速度为70~90r/min；
S12．慢速搅拌所述混合废水，使所述混合废水反应形成初反应废水，所述慢速搅拌的速度为7~10r/min，搅拌时间为10~15min；以及
S13．利用沉淀分离法将所述初反应废水中的悬浮物分离出去，得到预处理废水。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述凝聚剂为碱式氯化铝，在所述混合废水中的浓度为22~28mg/L，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，在所述混合废水中的浓度为2.5~3.5mg/L。
9.一种煤化工废水的处理设备，包括依次相连的预处理装置和生化处理装置，其特征在于，所述生化处理装置包括：
用于进行反硝化反应的缺氧反应器（4），与所述预处理装置相连通；
用于进行亚硝化反应的好氧反应器（5），与所述缺氧反应器（4）通过进水管路和回流管路相连；
液体泵（12），设置在所述回流管路上，将所述好氧反应器（5）中的水回流至所述缺氧反应器（4）。
10.根据权利要求9所述的处理设备，其特征在于，所述好氧反应器（5）的内部具有上下依次设置的生物膜组件（13）和曝气头（14）。
11.根据权利要求9所述的处理设备，其特征在于，所述缺氧反应器（4）还配备外加碳源槽（20）。
12.根据权利要求9所述的处理设备，其特征在于，所述预处理装置包括：
混合池（1），其中设有第一搅拌器（21），并配备加药箱（10）；
反应池（2），其中设有第二搅拌器（22）；
沉淀池（3），与所述缺氧反应器（4）相连通；
所述混合池（1）、反应池（2）和沉淀池（3）顺序相连。
13.根据权利要求10所述的处理设备，其特征在于，所述生化处理装置还包括清水池（6），所述生物膜组件（13）和所述清水池（6）之间设置有自吸泵（16）。
14.根据权利要求13所述的处理设备，其特征在于，所述处理设备还包括控制装置，所述控制装置包括电连接的PLC程序控制装置（7）和计算机监控装置（8），所述PLC程序控制装置（7）与曝气泵（15）相连，通过在线溶氧监测器（17）与所述好氧反应器（5）相连；以及通过压力表（18）、流量计（19）和所述自吸泵（16）前的膜抽吸管相连。
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