CN103043847A - 一种超稠油污水的气浮-生化处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超稠油污水的气浮-生化处理方法，将废水通入多级环流气浮分离塔的鼓泡段；加入除油剂、絮凝剂、助凝剂和表面活性剂，在塔底通入空气；将大部分乳化油从废水中分离；分离后的废水通入多级环流厌氧好氧耦合流化床的生化反应器，有机物被降解；水、废气和部分夹带污泥通过三相分离器，废气从三相分离器顶部排出，水和夹带污泥经过沉降分离后，污泥从三相分离器底部的挡板处倒流返回生化反应器内进行循环利用，水在三相分离器壁和外导流筒之间向上折流，经过二次沉降后溢流到溢流槽，等液位达到出水口时，处理后废水排出；本方法使超稠油污水的COD从15000～40000mg/l降低到100mg/l以下，达到国家排放标准。

Description

一种超稠油污水的气浮-生化处理方法及设备

技术领域

本发明涉及一种油污废水的处理方法及设备，具体而言是一种超稠油废水的气浮-生化处理方法，应用于炼化、采油废水的处理技术领域。

背景技术

超稠油废水中含有较难降解的烃类和芳香类化合物，且乳化严重、污染物种类多、油水密度差小、难分离、可生化性差。因此，在进入生化处理前，必须先采用物理和化学的方法进行预处理，而预处理的核心环节就是脱除乳化油。由于超稠油废水的乳化程度高，乳滴非常小且异常稳定，稳定的油滴在气泡界面的吸附量也非常小，因此需要大量的气泡界面吸附乳滴，需要多级气浮以达到需要的分离效果。

气升式环流反应器由于其能耗低、传质效果好被广泛应用于化肥厂和炼油厂废水的处理，高浓度有机废水的处理，苯酚废水的处理及皂化废水的处理。CN1435275A在传统鼓泡式反应器基础上公开了一种多级环流反应器，塔内置有导流筒，导流筒底部设有气体分布器，但该反应器未见在超稠油废水中的处理应用。US5897772公开了一种多级环流泡沫分离塔，它是在环流反应器基础上开发的气浮分离设备。与一般的气浮设备相比，该技术对于大小在10μm以上的乳化油有较高的分离效率，但对粒径更小、界面流动性差的重质油乳滴，分离效率仍然较低。

生物法处理难降解废水的工艺中，分段式厌氧、好氧工艺是目前主要的处理方式。但是这类技术存在工艺路线复杂、运行成本高、能耗高、处理效率较低、抗冲击能力差、占地面积大等缺点。因此，便出现了许多好氧和厌氧一体式的污水处理设备和工艺。CN1421401公开了一种由内筒、分隔筒和外筒同轴线地套置一起，分别构成厌氧反应区和好氧反应区，适用于有机废水的生物处理设备。内外筒中分别填充有不同类型的微生物载体。此法仅在氨氮浓度比较高的有机废水中有所运用。CN101381163A提供了一种由两个串联的气升式内循环生物流化床构成的水解酸化-厌氧好氧耦合生化降解系统。前者为采用微量曝气操作的厌氧生物流化床，主要完成水解酸化处理，后者为通过装填大孔载体而构建的厌氧-好氧耦合生物流化床，完成有机物的彻底降解。该方法在一定程度上增加了生物处理阶段的设备投资和工艺流程，操控难度增大，设备集成化降低。CN101003406A公开了一种厌氧好氧耦合气升式环流生化反应器及用于化纤废水处理方法，但缺少微生物附着的载体，生化处理效率大大降低。

还有一些新的高效高浓度有机废水的处理设备和工艺相继被报道，如200810228362则采用絮凝处理-高负荷好氧生物处理-水解酸化处理-低负荷好氧生物处理等过程，将高COD、NH3-N浓度的废水有效处理，但也只能将COD在3000～4000mg/l范围内的废水净化达标。ZL200920173235.5则发明了一种厌氧水解-好氧-沉降分离一体化的废水处理设备，但由于集成化比较高，导致生物体系的抗冲击能力不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用多级环流气浮技术和多级环流厌氧/好氧耦合工艺联合处理较难处理的超稠油废水，最终使超稠油废水达标排放的污水处理方法，超稠油废水的初始COD为15000～40000mg/l。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明由多级环流气浮分离塔、中间调节池和多级环流厌氧/好氧耦合塔依次串联构成。前者为多级环流气浮分离塔，在该流化床中主要完成乳化油的去除工作。后者为通过装填载体而构建的多级环流厌氧-好氧耦合生物流化床，在该流化床中完成有机物的彻底降解。

1.多级环流气浮分离过程的实现

所述的多级环流气浮分离塔5为一种由鼓泡段1和泡沫段2构成的气升式多级内环流塔。

下部鼓泡段1为气升式内环流反应器，由导流筒4和气体分布器3构成。其中导流筒为多级导流筒或单级导流筒，单级导流筒为常规设计，多级导流筒按照专利CN1435275设计，专利CN1435275提供了一种用于各类气-液两相和气-液-固三相化学反应多级环流反应器，包括塔体、导流筒、气体分布器，导流筒位于塔体内，且与塔体同轴，导流筒底部装有气体分布器，塔身总高与内径之比为3～12，导流筒直径与塔身内径之比为0.3～0.9。

位于鼓泡段1上方的泡沫段2为溢流槽式的气液分离器，包括溢流堰8和泡沫排出口7。多级环流气浮分离塔鼓泡段和泡沫段的直径比为1∶1.4～1∶1.8，高度比为1∶0.4～1∶0.8；泡沫段溢流槽堰和鼓泡段直径的比为1∶1～1.4∶1，溢流槽堰和泡沫段的高度比为0.1∶1～0.3∶1。

超稠油废水经泵13从多级环流气浮分离塔底部进入反应器内；空气经压缩机16、稳压阀和流量计14控制后，经气体分布器3进入反应器内；缓慢流加20％的氢氧化钠或0.1M的稀盐酸，调节废水的pH到8-9之间(常温下)；除油剂、絮凝剂、助凝剂、表面活性剂等灵活选用泵10、11、12进入多级环流气浮分离塔。在污水的湍动和表面活性剂的作用下，气泡形成了细小稳定的泡沫，在导流筒4内上升，同时在导流筒外壁和环流气浮分离塔5内壁之间向下运动，形成了围绕导流筒壁的快速环流运动。这些细小的气泡在环流气浮分离塔污水内快速运动，并与污水中的絮凝物相互作用并结合，最后富集了絮凝物的泡沫由环流气浮分离塔上部泡沫溢出口7流出。通过在泡沫段收集泡沫，将乳化油从废水中分离。废水在多级环流反应器内停留1.5-3h后从取样口9取样分析，COD达到3000mg/l以下时，处理后的污水进入中间调节池15，多级环流气浮处理后的污水自然沉降2小时，待絮体沉降完全后，往中间调节池中缓慢滴加20％的氢氧化钠或0.1M的稀盐酸，将pH调节至6.5-7.5(常温)。

上述多级环流气浮分离过程中，空塔气速为0.5～1.5cm/s，最佳为0.9cm/s；除油剂为KR-1，环烷基咪唑啉类，克拉玛依石化公司制，浓度范围为0.18～0.4g/L之间，流加速率为130mg/(h·L.污水)。絮凝剂为常规的聚合氯化铝，浓度为0.18g/(L.污水)，流加速度为130mg/(h.L.污水)；助凝剂为聚丙烯酰胺，浓度范围为0.025mg/(L.污水)，流加速度为40g/(h.L.污水)；表面活性剂为市售商品十二烷基硫酸钠SDS，浓度范围为0.5～0.6g/(L.污水)，流加速度为150mg/(h·L.污水)。

2.厌氧好氧耦合过程的实现

所述的多级环流厌氧/好氧耦合生物流化床由生化反应器19和三相分离器20两部分构成。

生化反应器19内支撑着导流筒30，两者同轴，气体分布器31固定在塔体的底部，平均孔径为3μm。所述的导流筒侧壁上，绕导流筒轴均匀打孔形成一段或多段，孔径为0.01～10cm，段间距离为5～120cm，最顶级孔中心低于液面10～300cm。反应器的塔体与导流筒的直径比在1～2之间，高度比在1～2之间。

三相分离器20位于生化反应器19的上方，三相分离器的器壁26与内导流筒24、外导流筒25同轴设计，且内外导流筒直径比在0.6～0.8之间，高度比在0.5～1.0之间；外导流筒与三相分离器外壁的直径比为0.55～0.65之间，高度比为0.5～1.0之间；设计有溢流槽23，且溢流槽位于出水口22下方。

从中间调节池出来的污水经泵18从底部进入多级环流厌氧/好氧耦合生物流化床29。空气经压缩机16、稳压阀和流量计17控制后，经气体分布器31进入多级环流厌氧/好氧耦合生物流化床的生化反应器内。生化反应器19内加入一定数量的多孔载体28。活性污泥中的厌氧微生物附着在载体内部，好氧微生物一部分附着在多孔载体外部，一部分悬浮在废水中，通过连续通入空气和废水，实现有机物的降解。从而把厌氧和好氧耦合在一起，实现了厌氧和好氧的统一。废水在反应器内生化处理16-36h，从取样口21取样分析，COD达到100mg/l以下时，水、废气和部分夹带污泥通过三相分离器20，废气从三相分离器顶部排出，水和夹带污泥从内导流筒24溢流到内外导流筒之间，经过自然沉降分离后，污泥从三相分离器底部的挡板32处倒流返回生化反应器内进行循环利用，水在三相分离器壁26和外导流筒25之间向上折流，经过二次沉降后溢流到溢流槽23，等液位达到出水口22时，处理后废水排出。

所述厌氧好氧耦合过程中，空塔气速在0.04～0.07cm/s之间，最佳空塔气速为0.05cm/s；加入的载体为10～20cm见方的高强度海绵，且载体的填充率为10％～40％；反应器中的活性污泥浓度为3.5～5.5g/L污水。

本发明的优点和有益效果在于：

多级环流气浮技术和多级环流厌氧-好氧耦合技术的工艺联合，具有混合均匀、传质系数高、主体溶氧高、去除率较高、夹带率较低等诸多优点。该工艺组合大幅提高了小粒径乳化油分离效率。经该工艺不超过40小时的处理后，超稠油废水的初始COD从15000～40000mg/l降低到100mg/l以下，达到国家排放标准，氨氮和硫含量降低到检出限以下，去除率将近100％。污泥质量和出水COD稳定，说明该系统具有较强的自我更新的能力和良好的长周期稳定运行能力。该系统还能使泥水分离彻底，显著减少了剩余污泥量的产量，这对工业应用具有实际价值。另外，联合工艺流程简单，占地小，操作环节少，使得设备的投资和过程的能耗有效降低。

附图说明

图1为超稠油废水的连续操作工艺流程图。

图2为三相分离器结构图。

其中：1-鼓泡段；2-泡沫分离段；3、-气体分布器；4、-导流筒；5-多级环流气浮分离塔；6-气浮后出水口；7-泡沫溢出口；8-溢流堰；19-生化反应器；20-三相分离器；10、11、12、13、18-泵；9、21、27-取样口；15-中间调节池；16-空气压缩机；14、17-稳压阀和流量计；22-生化后出水口；23-溢流槽；24-内导流筒；25-外导流筒；26-三相分离器器壁；28-多孔载体；29-多级环流厌氧/好氧耦合塔；30-导流筒；31-气体分布器；32-挡板。

具体实施方式

本发明所述的一种超稠油污水的气浮-生化处理装置，由多级环流气浮分离塔5、中间调节池15和多级环流厌氧/好氧耦合塔29构成；

多级环流气浮分离塔5由下部鼓泡段1和上部泡沫段2构成，鼓泡段1为气升式内环流反应器，由导流筒4和位于导流筒底部的气体分布器3构成，气体分布器3通过稳压阀和流量计14与空气压缩机16连接；位于鼓泡段上方的泡沫段2为溢流槽式的气液分离器，由溢流堰8和泡沫排出口7构成；多级环流厌氧/好氧耦合塔29由生化反应器19和三相分离器20构成，生化反应器19内设导流筒30，与生化反应器19筒体同轴，气体分布器31固定在塔体的底部和导流筒30内底部，通过稳压阀和流量计17与空气压缩机16连接；生化反应器19内加入一定数量的多孔载体28，多级环流气浮分离塔气浮后出水口6通过管线与中间调节池15顶部连通，中间调节池15底部通过泵18与多级环流厌氧/好氧耦合塔底部连通，泵10、11、12、13分别与多级环流气浮分离塔连接，多级环流气浮分离塔5、中间调节池15和多级环流厌氧/好氧耦合塔29分别设有取样口9、21、27。活性污泥中的厌氧微生物附着在载体内部，好氧微生物一部分附着在多孔载体外部，一部分悬浮在废水中。

三相分离器20由

实施例1：

废水为某炼油厂稠油加工污水。废水总CODcr为15000mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr为12000mg/L，氨氮为155mg/L，硫化物130mg/L。在环流气浮分离阶段，调节污水的pH为8.6，加入除油剂的浓度为0.18g/L，流加速率为130mg/(h·L污水)，聚丙烯酰胺的浓度0.025mg/L，流加速率为40g/(h·L污水)，SDS的浓度为0.5g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速为0.6cm/s，停留时间2h。气浮处理后的出水CODcr为1500mg/L，氨氮和硫化物含量在检出限以下。含油量为150mg/L。调节污水的pH为7.5，进入多级环流厌氧/好氧耦合生物阶段，悬浮污泥浓度为3.5g/L，载体量为20％，气速为0.05cm/s，水力停留时间为24h。出水CODcr降低到70mg/L左右，含油量为11mg/L。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：废水为辽河超稠油加工污水，废水总CODcr为31000mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr位28000mg/L，氨氮为120mg/L，硫化物为154mg/L。调节污水的pH为8.2。所加的水处理剂为除油剂，用量为400mg/L，流加速度为130mg/(h·L污水)。SDS的浓度为21g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)。空塔气速为0.9cm/s，水力停留时间为2.5小时。气浮处理后的出水CODcr为2800mg/L，含油量为180mg/L。生化阶段：载体量为35％，水力停留时间为28h。处理后辽河废水的CODcr可以从2800mg/L左右降低到100mg/L左右，含油量为18mg/L。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于：所处理的废水为委内瑞拉超稠油加工污水。废水CODcr为6000mg/L，含油量为1800mg/L，氨氮为180mg/L，硫化物为201mg/L。调节污水的pH为8.5。所加的水处理剂为除油剂，用量为200mg/L，流加速度为130mg/(h·L污水)，SDS的浓度为0.25g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速为0.9cm/s，水力停留时间为1.5小时。气浮后委内瑞拉超稠油加工污水的CODcr可以从6000mg/L左右降低到1000mg/L左右，含油量降至120mg/L。载体量为20％，水力停留时间为16h。进行生化处理后，委内瑞拉超稠油加工污水的CODcr可以降低到50mg/L左右，含油量为10mg/L。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于：所处理的废水为某炼油厂重质油冷焦污水。废水总CODcr为40000mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr位25000mg/L含油量为800mg/L，氨氮为230mg/L，硫化物为300mg/L。调节污水的pH为9，所加的水处理剂为除油剂，用量为400mg/L，流加速度为130mg/(h·L污水)，SDS的浓度为0.6g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速为0.9cm/s，水力停留时间为3小时。气浮后污水的CODcr可以从40000mg/L左右降低到1700mg/L左右，含油量降至1180mg/L。载体量为35％，水力停留时间为36h，经生化处理后，某炼油厂重质油冷焦污水的CODcr可以降低到90mg/L左右，含油量为78mg/L。

实施例5：

废水为某炼油厂稠油加工污水。废水总CODcr为15060mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr约10000mg/L，氨氮为150mg/L，硫化物为129mg/L。在环流气浮分离阶段，调节污水的pH为8，加入的聚合氯化铝的浓度为0.18g/L，流加速率为130mg/(h·L污水)，聚丙烯酰胺的浓度0.025mg/L，流加速率为40g/(h·L污水)，SDS的浓度为0.25g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速依次为在0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0cm/s，停留时间均为2h。气浮处理后的出水CODcr为1500-2300mg/L，氨氮和硫化物含量在检出限以下。

实施例6：

废水为某炼油厂稠油加工污水。废水总CODcr为15500mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr约10000mg/L，氨氮为148mg/L，硫化物为94mg/L。在环流气浮分离阶段，调节污水的pH为8.5，加入的聚合氯化铝的浓度为0.18g/L，流加速率为130mg/(h·L污水)，聚丙烯酰胺的浓度的浓度0.025mg/L，流加速率为40g/(h·L污水)，SDS的浓度为0.25g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速为0.9cm/s，停留时间2h。气浮处理后的出水CODcr为1500mg/L，氨氮和硫化物含量在检出限以下。调节污水的pH为6.5～7.5，进入多级环流厌氧/好氧耦合生物阶段，悬浮污泥浓度为3.5g/L，载体填充率依次为10％，20％，30％，40％，气速为0.05cm/s，水力停留时间为24h。出水CODcr在50～150mg/L之间，均达到排放标准。

载体填充率	10％	20％	30％	40％
					生化后COD(mg/L)	150	126	50	90

实施例7：

废水为某炼油厂稠油加工污水。废水总CODcr为13500mg/L，其中乳化油和其他胶状悬浮物所占CODcr为11000mg/L，氨氮为141mg/L，硫化物为65mg/L。在环流气浮分离阶段，调节污水的pH为8.5，加入除油剂的浓度为0.18g/L，流加速率为130mg/(h·L污水)，聚丙烯酰胺的浓度0.025mg/L，流加速率为40g/(h·L污水)，SDS的浓度为0.5g/L，流加速率为150mg/(h·L污水)，空塔气速为0.6cm/s，停留时间2h。气浮处理后的出水CODcr为1450mg/L，氨氮和硫化物含量在检出限以下，含油量为1400mg/L。调节污水的pH为7.5，进入多级环流厌氧/好氧耦合生物阶段，悬浮污泥浓度为3.5g/L，载体量为30％，气速依次调整为0.04cm/s、0.05cm/s、0.06cm/s、0.07cm/s，水力停留时间为24h。出水CODcr降低到85mg/L左右，含油量为13mg/L。

Claims (4)

1.一种超稠油污水的气浮-生化处理方法，超稠油污水的COD为15000～40000mg/l，其特征在于：气浮-生化处理装置是由多级环流气浮分离塔、中间调节池和多级环流厌氧/好氧耦合塔依次串接而成；

调节废水的pH为8～9，将废水通入多级环流气浮分离塔的鼓泡段；加入除油剂、絮凝剂、助凝剂和表面活性剂，在塔底通入空气；在污水的湍动和表面活性剂的作用下，气泡形成细小泡沫，在导流筒内上升，同时在导流筒外壁和环流气浮分离塔内壁之间向下运动，形成了围绕导流筒壁的快速环流运动，这些细小的气泡在环流气浮分离塔污水内快速运动，并与污水中的絮凝物相互作用并结合，通过在泡沫段收集泡沫，将大部分乳化油从废水中分离；多级环流气浮分离塔分离后的废水经自然沉降后，调节pH为6.5～7.5，然后通入多级环流厌氧好氧耦合流化床的生化反应器，在塔底通入空气，生化反应器内加入多孔载体；活性污泥中的厌氧微生物附着在载体内部，好氧微生物一部分附着在多孔载体外部，一部分悬浮在废水中，通过连续通入空气和废水，有机物被降解；废水在反应器内生化反应完全后，水、废气和部分夹带污泥通过三相分离器，废气从三相分离器顶部排出，水和夹带污泥从内导流筒溢流到内外导流筒之间，经过自然沉降分离后，污泥从三相分离器底部的挡板处倒流返回生化反应器内进行循环利用，水在三相分离器壁和外导流筒之间向上折流，经过二次沉降后溢流到溢流槽，等液位达到出水口时，处理后废水排出；

多级环流气浮分离过程中，空塔气速为0.5～1.5cm/s；除油剂为KR-1，环烷基咪唑啉类，克拉玛依石化公司，浓度范围为0.18～0.4g/L之间，流加速率为130mg/(h·L.污水)；絮凝剂为聚合氯化铝，浓度为0.18g/(L.污水)，流加速度为130mg/(h.L.污水)；助凝剂为聚丙烯酰胺，浓度范围为0.025mg/(L.污水)，流加速度为40g/(h.L.污水)；表面活性剂为十二烷基硫酸钠SDS，浓度范围为0.5～0.6g/(L.污水)，流加速度为150mg/(h·L.污水)；

多级环流厌氧/好氧耦合生物流化床的空塔气速在0.04～0.07cm/s之间；污泥浓度在3.5～5.5g/L之间；

载体为10～20cm见方的聚氨酯型、聚乙烯型、聚苯乙烯型中的一种或几种组合的海绵载体，载体的填充率为塔体积的10％～40％。

2.一种权利要求1所述的超稠油污水的气浮-生化处理装置，其特征在于：由多级环流气浮分离塔(5)、中间调节池(15)和多级环流厌氧/好氧耦合塔(29)构成；

多级环流气浮分离塔由下部鼓泡段(1)和上部泡沫段(2)构成，鼓泡段(1)为气升式内环流反应器，由导流筒(4)和位于导流筒底部的气体分布器(3)构成，气体分布器(3)通过稳压阀和流量计(14)与空气压缩机(16)连接；位于鼓泡段上方的泡沫段(2)为溢流槽式的气液分离器，由溢流堰(8)和泡沫排出口(7)构成；多级环流厌氧/好氧耦合塔由生化反应器(19)和三相分离器(20)构成，生化反应器(19)内设导流筒(30)，与生化反应器(19)筒体同轴，气体分布器(31)固定在塔体的底部和导流筒(30)内底部，通过稳压阀和流量计(17)与空气压缩机(16)连接；生化反应器(19)内有多孔载体(28)。

3.根据权利要求2所述的一种超稠油污水的气浮-生化处理装置，其特征在于：多级环流气浮分离塔为气升式多级级内环流塔，由有机玻璃制成，塔身总高与内径之比为3～12，导流筒直径与塔身内径之比为0.3～0.9，鼓泡段和泡沫段的直径比为1∶1.4～1∶1.8，高度比为1∶0.4～1∶0.8；泡沫段溢流槽堰和鼓泡段直径的比为1∶1～1.4∶1，溢流槽堰和泡沫段的高度比为0.1∶1～0.3∶1，底部装有微孔气体分布器，平均孔径为3μm。

4.根据权利要求2所述的一种超稠油污水的气浮-生化处理装置，其特征在于：多级环流厌氧/好氧耦合生物流化床，由有机玻璃制成，底部装有微孔气体分布器，平均孔径为3μm，生化反应器的导流筒侧壁上，绕导流筒轴均匀打孔形成一段或多段，孔径为0.01～10cm，段间距离为5～120cm，最顶级孔中心低于液面10～300cm，生化反应器的塔体与导流筒的直径比在1～2之间，高度比在1～2之间，三相分离器的器壁与内导流筒、外导流筒同轴设计，且内外导流筒直径比在0.6～0.8之间，高度比在0.5～1.0之间，外导流筒与三相分离器外壁的直径比为0.55～0.65之间，高度比为0.5～1.0之间，出水口下方设计有溢流槽。

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