CN103342443B

CN103342443B - 一种提高煤气化废水处理效果的装置及利用该装置处理煤气化废水的方法

Info

Publication number: CN103342443B
Application number: CN201310331997.4A
Authority: CN
Inventors: 韩洪军; 贾胜勇; 侯保林; 方芳; 徐鹏; 庄海峰; 张凌瀚; 赵茜; 徐春艳
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology Water Resource Nationality Engineering Study Loca Co., Ltd.
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: CN103342443A

Abstract

一种提高煤气化废水处理效果的装置及利用该装置处理煤气化废水的方法，涉及一种处理废水的装置及利用该装置处理废水的方法。本发明是要解决现有煤气化废水处理技术水力停留时间过长、总氮去除效率不高的问题。装置包括进水管、放空口、污泥回流管、污泥回流泵、第一废水处理单元、抽水管、抽水泵和集水池。方法：一、废水从进水管进入缺氧反应区内，投加活性污泥和颗粒活性炭，打开搅拌器，废水进入纯氧曝气反应区；二、经过纯氧曝气反应区处理后废水进入生物流化床反应区；三、经过生物流化床反应区处理后的水进入膜生物反应区；四、经过膜生物反应区处理后的水通过真空抽吸管成为出水，进入集水池，即完成处理煤气化废水。本发明用于水处理领域。

Description

一种提高煤气化废水处理效果的装置及利用该装置处理煤气化废水的方法

技术领域

本发明涉及一种处理废水的装置及利用该装置处理废水的方法。

背景技术

对于不同的煤种或不同的煤气化工艺，煤制气废水水质都有较大的差异。煤制气废水中有机污染物浓度很高，废水中COD的50%以上是酚类物质。典型的煤制气废水具有高COD、高挥发酚、高氨氮、高硫化氢等特征。在煤制气废水中有毒有害、难生物降解的污染物种类繁多且浓度很高，因此煤制气废水一直是国内外工业废水处理领域的一大难题。根据煤制气废水的水质特点，煤制气废水处理主要包括物化预处理、生物处理和深度处理三部分。

物化处理包括脱酚、脱酸、蒸氨、除油等过程。生物处理包括厌氧生物处理工艺、SBR工艺、膜生物处理工艺、好氧生物膜法等。深度处理包括混凝沉淀、高级氧化技术、吸附等工艺。

为了降解高浓度的含有毒有害、难降解物质的煤制气废水，厌氧或缺氧工艺被选择作为第一步。在以废水降解为主要目的的工艺中，选择缺氧工艺，使微生物只进行水解发酵反应。然而，煤制气废水中有毒有害物质会对微生物产生抑制甚至毒害作用，因此，缺氧反应器中要保留较高的污泥浓度，同时将后续的好氧出水进行回流已达到稀释作用，降低毒害作用。经缺氧水解发酵后的出水中BOD₅含量得到大幅提高，可生化性提高，但整体的有机物含量还很高，在后续的好氧工艺中会抑制硝化细菌的自养作用，从而抑制硝化作用。若后续接纯氧曝气，高的DO浓度会加快DO在废水中的传质速率，同时会极大的提高好氧微生物的活性，能够在短时间内降解大量的有机物。生物流化床的应用可以大幅提高脱氮能力，在填料表面形成的生物膜不仅可以固着世代期较长的硝化细菌，还可以提供进行反硝化过程的厌氧微环境，实现总氮的去除。膜生物反应器的应用可以有效的实现污泥停留时间和水力停留时间的完全分离，可以在膜生物反应器内部实现很高的污泥浓度，同时可以避免污泥膨胀，出水浊度很低，是实现出水回用或零排放不可或缺的处理单元。

发明内容

本发明是要解决现有煤气化废水处理技术水力停留时间过长、总氮去除效率不高的问题，提供一种提高煤气化废水处理效果的装置及利用该装置处理煤气化废水的方法。

本发明提高煤气化废水处理效果的装置包括进水管、放空口、污泥回流管、污泥回流泵、第一废水处理单元、抽水管、抽水泵和集水池，所述第一废水处理单元包括隔板、搅拌器、进水口、污泥回流口、第一插板、第二插板、曝气管、曝气头、填料隔离网、板式膜、真空抽吸管、真空抽吸泵、真空压力表和喷头；进水管与第一废水处理单元的进水口连通，进水管上设置放空口，污泥回流管一端与进水管连通，污泥回流管的另一端与第一废水处理单元的污泥回流口连通，污泥回流管上设置污泥回流泵，第一废水处理单元被隔板、第一插板和第二插板分隔为4个区域，分别为缺氧反应区、纯氧曝气反应区、生物流化床反应区和膜生物反应区，缺氧反应区底部设置进水口，进水口上方设置搅拌器，隔板上部设置4个矩形出水口，每个矩形出水口上分别设置颗粒阻截装置和出水堰，纯氧曝气反应区、生物流化床反应区和膜生物反应区底部设置曝气管，纯氧曝气反应区和生物流化床反应区底部曝气管的上方设置曝气头，污泥回流口设置在膜生物反应区底部，所述第一插板和第二插板底部均设置出水口，生物流化床反应区的曝气头上方设置填料隔离网，在膜生物反应区底部曝气管的上方设置3个板式膜，真空抽吸管的一端连接在板式膜上，真空抽吸管的另一端与集水池连通，真空抽吸管上设置真空抽吸泵和真空压力表，抽水管的一端与集水池连通，抽水管的另一端连接喷头，喷头设置在膜生物反应区的上方，抽水管上设置抽水泵。

利用上述装置处理煤气化废水的方法，按以下步骤进行：

一、将COD≤1200mg/L、BOD₅≤300mg/L、挥发酚≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总氮≤100mg/L且pH值为7.2～7.5的煤气化废水以1.65L/h的流量从进水管进入缺氧反应区内，在缺氧反应区内投加活性污泥，再投加颗粒活性炭，打开搅拌器，控制MLSS为7800～8200mg/L，DO＜1.0mg/L，控制废水在缺氧反应区的处理时间为5～8h，之后废水经过隔板上部的矩形出水口进入纯氧曝气反应区；

二、在纯氧曝气反应区内投加活性污泥，控制MLSS为4000～5000mg/L、DO≥7.0mg/L，水力停留时间为4～6h，经过纯氧曝气反应区处理后的废水通过第一插板的出水口进入生物流化床反应区；

三、在生物流化床反应区内投加活性污泥和悬浮填料，控制DO为1.5mg/L～2.0mg/L，悬浮填料投加率为15%～40%，MLSS为4000～5000mg/L，水力停留时间为4～6h，SRT为50天，经过生物流化床反应区处理后的水通过第二插板的出水口进入膜生物反应区；

四、在膜生物反应区内投加活性污泥和粉末活性炭，控制DO为4.0～6.0mg/L，使MLSS为5000～12000mg/L，水力停留时间为8～16h，SRT≥50天，经过膜生物反应区处理后的水通过真空抽吸管成为出水，进入集水池，同时打开抽水泵，通过抽水泵从集水池中抽吸出水经过喷头喷洒在膜生物反应区，即完成处理煤气化废水。

本发明的工作原理：煤气化废水由进水管进入缺氧反应区，可通过流量计控制进水量。进入缺氧反应区的废水发生水解酸化作用。缺氧反应区的出水通过隔板的出水堰进入纯氧曝气反应区，纯氧曝气反应区内的溶解氧浓度非常高，可以加快氧在混合液中的传质速率，提高好氧活性污泥的生物活性，达到在较短的时间内降解有机物的目的。纯氧曝气反应区的出水通过第一插板的的出水口进入生物流化床反应区，在生物流化床反应区内投加了悬浮填料，填料表面通过吸附、固着作用形成一定厚度的生物膜。生物膜的形成一方面可以固着一些世代期较长的细菌如硝化菌，增加反应区内的生物量；另一方面，在生物膜的内部形成厌氧/缺氧微环境，可以促进反硝化反应的生成。生物流化床反应区的主要作用是完成硝化作用和一部分的反硝化作用。生物流化床反应区的出水通过第二插板的出水口进入膜生物反应区。在膜生物反应区内保持了很高的污泥浓度，并投加了粉末活性炭，进一步去除难降解物质，保证出水的悬浮物浓度处于很低水平；同时，可以将残留的氨氮进一步去除，转化为硝态氮或亚硝态氮。

若进水污染物浓度很高，可考虑将三个废水处理单元串联使用，废水按一定流量比例同时进入三个废水处理单元，处理水最终通过第一废水处理单元的膜生物反应区排出。第二废水处理单元、第三废水处理单元膜生物反应区的出水进入到总进水管内，与原废水混合后分别进入到三个废水处理单元缺氧反应区，目的有如下几方面：1、可以稀释原废水中的有毒有害物质浓度，减轻对缺氧池中微生物的抑制作用；2、第二废水处理单元、第三废水处理单元膜生物反应区出水中含有的硝态氮、亚硝态氮可以随原废水进入各级缺氧区，各级缺氧区内均有原水进入，提供了丰富碳源，在缺氧区内发生反硝化作用，完成总氮的去除。3、三个废水处理单元串联，可形成缺氧/好氧交替过程，则前一好氧区处理出水可进入下一缺氧区进行反硝化脱氮作用。由于煤制气废水中含有大量的表面活性剂类物质，在各级膜生物反应区内为减轻膜污染而采用大气泡曝气，因而可能导致各级膜生物反应区内将产生一定规模的泡沫，泡沫的大量产生将导致活性污泥随气泡浮出反应区，同时也将影响工作环境，因此本装置采用了消泡系统。

本发明的优点：

1、本发明的纯氧反应区和生物流床反应区的相对容积可调（通过第一插板和第二插板进行调节），可以满足不同水力停留时间的需求。同时，可以根据实际煤制气废水进水指标的不同，可以采用一个废水处理单元，也可以两个或三个废水处理单元联用，操作方便；

2、在三个废水处理单元联用时，本发明的装置采用一体化构造，将三个废水处理单元的纯氧曝气反应区、生物流化床反应区、膜生物反应区有机结合，可以节省基建成本；

3、本发明的废水处理方法可以实现氮的高效去除和有机污染物的快速去除，并且可以保证出水的水质明显优于传统的二沉池出水。本发明中设置的缺氧反应区内可以实现反应区整个环境下的反硝化脱氮、各级生物流化床反应区可以实现在填料生物膜内部微环境的反硝化脱氮。同时，控制各缺氧反应区不同的进水比例、控制各级生物流化床反应区不同的溶解氧浓度和反应时间，在最大程度上既满足硝化反硝化的要求，又可以缩短反应时间。本发明采用纯氧曝气，可以提高氧在混合液中的扩散速率、增强好氧微生物的活性，在短时间内去除有机污染物，缩短反应时间。本发明末端设置的膜生物反应器可以实现出水的低浊度，对一些难以降解的大分子污染物起到截留作用，提高出水水质，有利于实现水的回用和零排放。

附图说明

图1为本发明提高煤气化废水处理效果的装置的结构示意图；图2为本发明第一插板的形状示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式提高煤气化废水处理效果的装置包括进水管1、放空口2、污泥回流管3、污泥回流泵4、第一废水处理单元5、抽水管6、抽水泵7和集水池8，所述第一废水处理单元5包括隔板9、搅拌器10、进水口11、污泥回流口12、第一插板13、第二插板14、曝气管15、曝气头16、填料隔离网17、板式膜18、真空抽吸管19、真空抽吸泵20、真空压力表21和喷头22；进水管1与第一废水处理单元5的进水口11连通，进水管1上设置放空口2，污泥回流管3一端与进水管1连通，污泥回流管3的另一端与第一废水处理单元5的污泥回流口12连通，污泥回流管3上设置污泥回流泵4，第一废水处理单元5被隔板9、第一插板13和第二插板14分隔为4个区域，分别为缺氧反应区23、纯氧曝气反应区24、生物流化床反应区25和膜生物反应区26，缺氧反应区23底部设置进水口11，进水口11上方设置搅拌器10，隔板上部设置4个矩形出水口27，每个矩形出水口上分别设置颗粒阻截装置27-1和出水堰27-2，纯氧曝气反应区24、生物流化床反应区25和膜生物反应区26底部设置曝气管15，纯氧曝气反应区24和生物流化床反应区25底部曝气管15的上方设置曝气头16，污泥回流口12设置在膜生物反应区26底部，所述第一插板13和第二插板14底部均设置出水口，生物流化床反应区25的曝气头16上方设置填料隔离网17，在膜生物反应区26底部曝气管15的上方设置3个板式膜18，真空抽吸管19的一端连接在板式膜18上，真空抽吸管19的另一端与集水池8连通，真空抽吸管19上设置真空抽吸泵20和真空压力表21，抽水管6的一端与集水池8连通，抽水管6的另一端连接喷头22，喷头22设置在膜生物反应区26的上方，抽水管6上设置抽水泵7。

所述第一插板13的形状如图2所示，第二插板14与第一插板13相同。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式提高煤气化废水处理效果的装置还包括第二废水处理单元28，第二废水处理单元28与第一废水处理单元5串联，第二废水处理单元28与第一废水处理单元5连接处的底部设置第一连通口30，第二废水处理单元28与第一废水处理单元5的进水流量比为2:1。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

所述第二废水处理单元28与第一废水处理单元5相同，第二废水处理单元28的真空抽吸管的一端连接在板式膜上，第二废水处理单元28的真空抽吸管的另一端与进水管连通。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式提高煤气化废水处理效果的装置还包括第三废水处理单元29，所述第三废水处理单元29、第二废水处理单元28与第一废水处理单元5串联，第三废水处理单元29与第二废水处理单元28连接处的底部设置第二连通口31，第三废水处理单元29、第二废水处理单元28与第一废水处理单元5的进水流量比为3:2:1。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

所述第三废水处理单元29与第二废水处理单元28相同，第三废水处理单元29的真空抽吸管的一端连接在板式膜上，第三废水处理单元29的真空抽吸管的另一端与进水管连通。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式通过进水流量计控制进水管1的进水量。其它组成和连接关系与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：利用具体实施方式一所述的装置处理煤气化废水的方法，按以下步骤进行：

一、将COD≤1200mg/L、BOD₅≤300mg/L、挥发酚≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总氮≤100mg/L且pH值为7.2～7.5的煤气化废水以1.65L/h的流量从进水管1进入缺氧反应区23内，在缺氧反应区23内投加活性污泥，再投加颗粒活性炭，打开搅拌器10，控制MLSS为7800～8200mg/L，DO＜1.0mg/L，控制废水在缺氧反应区23的处理时间为5～8h，之后废水经过隔板9上部的矩形出水口27进入纯氧曝气反应区24；

二、在纯氧曝气反应区24内投加活性污泥，控制MLSS为4000～5000mg/L、DO≥7.0mg/L，水力停留时间为4～6h，经过纯氧曝气反应区24处理后的废水通过第一插板13的出水口进入生物流化床反应区25；

三、在生物流化床反应区25内投加活性污泥和悬浮填料，控制DO为1.5mg/L～2.0mg/L，悬浮填料投加率为15%～40%，MLSS为4000～5000mg/L，水力停留时间为4～6h，SRT为50天，经过生物流化床反应区25处理后的水通过第二插板14的出水口进入膜生物反应区26；

四、在膜生物反应区26内投加活性污泥和粉末活性炭，控制DO为4.0～6.0mg/L，使MLSS为5000～12000mg/L，水力停留时间为8～16h，SRT≥50天，经过膜生物反应区26处理后的水通过真空抽吸管19成为出水，进入集水池8，同时打开抽水泵7，通过抽水泵7从集水池8中抽吸出水经过喷头22喷洒在膜生物反应区26，即完成处理煤气化废水。

其中MLSS为污泥浓度，SRT为污泥龄，DO为溶解氧。

本实施方式步骤一所述活性污泥取自中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司的污水处理站的厌氧池。步骤二、步骤三和步骤四所述活性污泥取自中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司的污水处理站的好氧池。

本实施方式步骤一中所述颗粒活性炭、步骤三中所述悬浮填料和步骤四所述粉末活性炭均为市售产品，可购买得到。

实施例1：

结合图1说明本实施例，本实施例利用具体实施方式一所述的装置处理煤气化废水的方法，按以下步骤进行：

一、将COD≤1200mg/L、BOD₅≤300mg/L、挥发酚≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总氮≤100mg/L且pH值为7.2～7.5的煤气化废水以1.65L/h的流量从进水管1进入缺氧反应区23内，在缺氧反应区23内投加活性污泥，再投加颗粒活性炭，打开搅拌器10，控制MLSS为8000mg/L，DO＜1.0mg/L，控制废水在缺氧反应区23的处理时间为6h，之后废水经过隔板9上部的矩形出水口27进入纯氧曝气反应区24；

二、在纯氧曝气反应区24内投加活性污泥，控制MLSS为4500mg/L、DO≥7.0mg/L，水力停留时间为4h，经过纯氧曝气反应区24处理后的废水通过第一插板13的出水口进入生物流化床反应区25；

三、在生物流化床反应区25内投加活性污泥和悬浮填料，控制DO为2.0mg/L，悬浮填料投加率为30%，MLSS为5000mg/L，水力停留时间为5h，SRT为50天，经过生物流化床反应区25处理后的水通过第二插板14的出水口进入膜生物反应区26；

四、在膜生物反应区26内投加活性污泥和粉末活性炭，控制DO为6.0mg/L，使MLSS为12000mg/L，水力停留时间为12h，SRT≥50天，经过膜生物反应区26处理后的水通过真空抽吸管19成为出水，进入集水池8，同时打开抽水泵7，通过抽水泵7从集水池8中抽吸出水经过喷头22喷洒在膜生物反应区26，即完成处理煤气化废水。

采用GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》检测本实施例的出水指标：COD为86.29±10.16mg/L、BOD₅为17.33±5.26mg/L、挥发酚＜0.45mg/L、氨氮≤1.2mg/L、总氮＜19.37mg/L，符合GB二级标准，其中COD的去除率为91.96%，挥发酚的的去除率为99.89%，氨氮去除率为98.5%，总氮的去除率为80.63%。

Claims

1.一种提高煤气化废水处理效果的装置，其特征在于该装置包括进水管（1）、放空口（2）、污泥回流管（3）、污泥回流泵（4）、第一废水处理单元（5）、抽水管（6）、抽水泵（7）和集水池（8），所述第一废水处理单元（5）包括隔板（9）、搅拌器（10）、进水口（11）、污泥回流口（12）、第一插板（13）、第二插板（14）、曝气管（15）、曝气头（16）、填料隔离网（17）、板式膜（18）、真空抽吸管（19）、真空抽吸泵（20）、真空压力表（21）和喷头（22）；进水管（1）与第一废水处理单元（5）的进水口（11）连通，进水管（1）上设置放空口（2），污泥回流管（3）一端与进水管（1）连通，污泥回流管（3）的另一端与第一废水处理单元（5）的污泥回流口（12）连通，污泥回流管（3）上设置污泥回流泵（4），第一废水处理单元（5）被隔板（9）、第一插板（13）和第二插板（14）分隔为4个区域，分别为缺氧反应区（23）、纯氧曝气反应区（24）、生物流化床反应区（25）和膜生物反应区（26），缺氧反应区（23）底部设置进水口（11），进水口（11）上方设置搅拌器（10），隔板上部设置4个矩形出水口（27），每个矩形出水口上分别设置颗粒阻截装置（27-1）和出水堰（27-2），纯氧曝气反应区（24）、生物流化床反应区（25）和膜生物反应区（26）底部设置曝气管（15），纯氧曝气反应区（24）和生物流化床反应区（25）底部曝气管（15）的上方设置曝气头（16），污泥回流口（12）设置在膜生物反应区（26）底部，所述第一插板（13）和第二插板（14）底部均设置出水口，生物流化床反应区（25）的曝气头（16）上方设置填料隔离网（17），在膜生物反应区（26）底部曝气管（15）的上方设置3个板式膜（18），真空抽吸管（19）的一端连接在板式膜（18）上，真空抽吸管（19）的另一端与集水池（8）连通，真空抽吸管（19）上设置真空抽吸泵（20）和真空压力表（21），抽水管（6）的一端与集水池（8）连通，抽水管（6）的另一端连接喷头（22），喷头（22）设置在膜生物反应区（26）的上方，抽水管（6）上设置抽水泵（7）。

2.根据权利要求1所述的一种提高煤气化废水处理效果的装置，其特征在于提高煤气化废水处理效果的装置还包括第二废水处理单元（28），第二废水处理单元（28）与第一废水处理单元（5）串联，第二废水处理单元（28）与第一废水处理单元（5）连接处的底部设置第一连通口（30），第二废水处理单元（28）与第一废水处理单元（5）的进水流量比为2:1。

3.根据权利要求2所述的一种提高煤气化废水处理效果的装置，其特征在于提高煤气化废水处理效果的装置还包括第三废水处理单元（29），第三废水处理单元（29）、第二废水处理单元（28）与第一废水处理单元（5）串联，第三废水处理单元（29）与第二废水处理单元（28）连接处的底部设置第二连通口（31），第三废水处理单元（29）、第二废水处理单元（28）与第一废水处理单元（5）的进水流量比为3:2:1。

4.根据权利要求1所述的一种提高煤气化废水处理效果的装置，其特征在于通过进水流量计控制进水管（1）的进水量。

5.利用权利要求1所述的装置，其特征在于处理煤气化废水的方法，按以下步骤进行：

一、将COD≤1200mg/L、BOD₅≤300mg/L、挥发酚≤400mg/L、氨氮≤80mg/L、总氮≤100mg/L且pH值为7.2～7.5的煤气化废水以1.65L/h的流量从进水管（1）进入缺氧反应区（23）内，在缺氧反应区（23）内投加活性污泥，再投加颗粒活性炭，打开搅拌器（10），控制MLSS为7800～8200mg/L，DO＜1.0mg/L，控制废水在缺氧反应区（23）的处理时间为5～8h，之后废水经过隔板（9）上部的矩形出水口（27）进入纯氧曝气反应区（24）；

二、在纯氧曝气反应区（24）内投加活性污泥，控制MLSS为4000～5000mg/L、DO≥7.0mg/L，水力停留时间为4～6h，经过纯氧曝气反应区（24）处理后的废水通过第一插板（13）的出水口进入生物流化床反应区（25）；

三、在生物流化床反应区（25）内投加活性污泥和悬浮填料，控制DO为1.5mg/L～2.0mg/L，悬浮填料投加率为15%～40%，MLSS为4000～5000mg/L，水力停留时间为4～6h，SRT为50天，经过生物流化床反应区（25）处理后的水通过第二插板（14）的出水口进入膜生物反应区（26）；

四、在膜生物反应区（26）内投加活性污泥和粉末活性炭，控制DO为4.0～6.0mg/L，使MLSS为5000～12000mg/L，水力停留时间为8～16h，SRT≥50天，经过膜生物反应区（26）处理后的水通过真空抽吸管（19）成为出水，进入集水池（8），同时打开抽水泵（7），通过抽水泵（7）从集水池（8）中抽吸出水经过喷头（22）喷洒在膜生物反应区（26），即完成处理煤气化废水。