CN103833097A

CN103833097A - 一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法及装置

Info

Publication number: CN103833097A
Application number: CN201410125602.XA
Authority: CN
Inventors: 王朝阳; 杨强; 汪华林; 陈秀荣; 许萧; 卢浩
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103833097B

Abstract

本发明涉及一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法与装置。该方法包括如下步骤：在旋流脱氧装置中通过污水自身的流动形成的离心场与压力梯度场对污水中溶解的氧气进行分离，脱氧后的污水进入厌氧区处理；分离出来的富氧气相则可排放到好氧区进行利用；好氧区产生的高浓度溶氧硝酸盐混合液也可通过旋流离心脱氧对污水中溶解的氧气进行分离，脱去溶解氧的硝酸盐液相进入缺氧区进行硝化反应，氧气相收集回好氧区。本发明实现对溶氧污水中微小气泡及溶解氧气进行有效去除，操作简单、运转周期长，有效地提高了厌氧工艺中的污水处理效率、降低了污水处理过程的能耗。

Description

一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法及装置

技术领域

本发明涉及一种适用于厌氧工艺的富有机物污水脱氧的方法及装置，尤其对进入厌氧区前的污水和对好氧区产生的高浓度溶氧硝酸盐混合液的高效脱氧技术。

背景技术

当前，水资源匮乏是世界各国普遍面临的急需解决的问题之一。在水资源日益紧张的情况下，人们对石油化工、制药、化肥厂等企业在排放工业污水方面的关注度日益提高。富有机物污水是以高浓度有机污染物为主的污水，易于造成周围环境的水质富营养化，危害较大。厌氧工艺处理富有机物污水方法是工业废水和生活污水中普遍采用的一项常用技术。厌氧生物处理污水工艺主要是生物脱氮工艺（A/O）、生物脱氮除磷工艺（A²/O）。其中，A²/O生物脱氮除磷工艺主要是通过硝化和反硝化两个生化过程完成的。硝化过程的污水中含氮化合物经异养型氨化细菌作用分解成NH₄ ⁺-N，然后在好氧条件下，通过亚硝酸菌和硝酸菌的作用将氨氮氧化成亚硝酸氮（NO₂ ^--N）和硝酸氮（NO₃ ^--N）。反硝化过程在缺氧条件下，兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用下，在氢供给体充分的条件下，将NO₂ ^--N和NO₃ ^--N还原成N₂排入空气。期间，在其他好氧生物的作用下降解水中的有机物。废水进入好氧区，聚磷菌再吸收，利用污水中残剩的可生物降解有机物的同时，主要通过分解体内储存的PHB（聚β羟基丁酸）释放能量来维持自生生长繁殖，同时过量摄取回用环境中的溶解磷，最终完成脱氮除磷和去除有机物的功能厌氧工艺的污水处理方法及装置的设备能耗低，占地少，厌氧反应器容积能耗远低于好氧法，单位反应器容积的有机物去除量高。厌氧工艺污水处理方法备受关注，所应用行业越来越广。

目前厌氧工艺污水处理主要是工业污水稍作脱氧处理或直接进入厌氧池，进行处理。在好氧区生成的硝酸盐混合液，也未能在脱氧的情况下进入缺氧或厌氧池，未能合理利用好污水处理产物的资源（管位农,朱晓玫,潘新明.厌氧生物技术在污水处理中的应用[J].甘肃科技,2004,20(11):29.33）。其中，厌氧反应器主要采用上流失厌氧污泥床（UASB）。UASB上流失厌氧污泥床在反应底部浓度很高且沉降性能良好的颗粒污泥形成的，反应器进水应与污泥保持良好的接触。污水从反应器的底部通过配水系统输配到反应器内部。反应器内污泥在高速搅拌器的作用下，和有机物发酵。但是，由于厌氧区中的污泥沉重，需要不停的搅动，耗能明显增加。并且，搅拌沉重的污泥，不可避免使大部分的污泥落入厌氧区底部，无法及时高效处理溶氧污水（管锡,郑西来.现行UASB反应器的设计问题及改良的可行性[J].环境工程,2004,20(2):17-19）。目前在厌氧工艺污水处理方面应用较广泛的是一种预脱氧-厌氧-缺氧-多级好氧/缺氧设备。中国发明专利CN101723510A中介绍了一种预脱氧-厌氧-缺氧-多级好氧/缺氧生物脱氮除磷的方法（赵卫兵，马殿旗,李云飞,耿天甲,姜楠.预脱氧-厌氧-缺氧-多级好氧/缺氧生物脱氮除磷的方法和装置[P].中国：CN101723510A，2008），但该工艺的装置每一节都需要内置潜水搅拌器进行不间断的搅拌，增加了能耗和维修难度，且在处理脱氧方面的性能也有待提高，操作复杂，不利于后期维修。目前污水通过底部墙壁的孔洞流经厌氧区、缺氧区、好氧区，其流体流量难以控制，非常不利于厌氧工艺中物质间的有效接触，即降低了厌氧反应的效率。因此需采用便于控制反应需要的流量、且使反应充分混合的旋流脱氧技术，实现更高效、节能、便于维修更换的厌氧工艺污水脱氧处理一体化技术的处理。

发明内容

为了提高上述现有技术的处理效率，本发明提供了一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法与装置，对溶氧污水中的微小气泡及氧气进行有效去除，操作简单、运转周期长，有效地提高了厌氧工艺的污水处理效率、降低了污水处理过程的能耗。

具体的技术方案为：

一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法，包括以下步骤：

（1）利用污水自身流动形成的压力梯度场和离心场，在5～45℃下于旋流脱氧装置中对所述污水进行脱氧处理；脱氧后得到液相污水和富氧气相，所述液相污水流入厌氧区，所述富氧气相排入好氧区形成高浓度溶氧硝酸盐混合液；

所述污水的进口压力为0.05～0.8MPa，所述压力梯度场的最低进口压力为-0.05～0.4MPa，所述液相污水的溶氧量DO效果为0.1～0.2mg/L；出水COD＜55mg/L、氨氮＜0.2mg/L；

（2）在5～45℃下于所述旋流脱氧装置中对所述高浓度溶氧硝酸盐混合液进行脱氧处理（脱除溶解的氧气及微小气泡），得到氧气富集气相和硝酸盐混合液液相，所述硝酸盐混合液液相流入缺氧区，所述氧气富集气相排回好氧区；

所述高浓度溶氧硝酸盐混合液的压力为0.1～0.4MPa。

所述污水是富有机物的污水。

一种实现前述厌氧工艺脱氧方法的污水脱氧装置，所述污水脱氧装置是旋流脱氧装置，所述旋流脱氧装置包括腔体和设置于所述腔体内的旋流脱氧管；

所述腔体的顶部具有气相出口、底部具有液相出口，所述腔体的下半部设置有污水进口，并且，在所述腔体的上半部和下半部各设有一个液位计；

所述旋流脱氧管包括由脱氧管腔和位于所述脱氧管腔上部的脱氧管外溢流管腔组成的封闭腔体，所述脱氧管腔的上部具有脱氧管液气两相切向进口、下部具有脱氧管液相出口，所述脱氧管腔的底部内表面上设有脱氧管内椎体；所述脱氧管外溢流管腔的顶部具有脱氧管气相出口、下半部具有脱氧管二次液出口。

所述脱氧管液气两相切向进口从所述脱氧管腔的上表面中心以切向方向插入所述脱氧管腔的内部，所述脱氧管液相出口从所述脱氧管腔的下表面以切向方向伸出所述脱氧管腔。

所述脱氧管气相出口的上方依次连接着脱氧管第一溢流管腔、脱氧管环形槽和脱氧管第二溢流管腔，所述脱氧管气相出口的两端设置有脱氧管溢流管倒锥。

所述脱氧管内椎体的底部直径大于所述脱氧管内椎体的顶部直径，并且，所述脱氧管内椎体的底部直径略小于所述脱氧管腔的底部直径。

所述旋流脱氧管并联设置。

本发明的有益效果在于：本发明采用旋流脱氧的方法利用溶氧污水自身的流动形成的离心场与压力梯度场对溶氧富有机物污水进行脱氧处理，该压力下的溶解于污水的氧气和微小气泡依靠径向截面自外向内压力逐渐降低的压力梯度场和内置内锥对氧气气相及微小气泡向上的作用力被有效的去除。

本发明所述方法中，如工艺中富有机物污水依靠流体自身的流动旋流形成离心场脱氧，这样可减少厌氧工艺中设备需要的能耗。如污水在进厌氧池之前先旋流分离脱氧、后在好氧区产生的高浓度硝酸盐混合液经过旋流脱氧流回缺氧区，这样既可以提高整个厌氧污水处理的效率，又可以回收利用工艺流程中的氧气资源。

本发明采用的设备具有操作简单、占地面积小、脱气效率高、便于后期维修更换、厌氧工艺集成化等优点，避免了目前富有机物污水进入好氧区或厌氧区前搅动产生的耗能高、厌氧区污水处理反应不充分使得BOD、COD没有明显下降的问题，可广泛应用于石油化工过程、制药过程、制纸过程的厌氧工艺污水处理过程。

附图说明

图1是利用本发明的污水脱氧装置进行脱氧处理的工艺流程图；

图2是实施例1的污水脱氧装置的结构示意图；

图3是实施例中旋流脱氧管的结构示意图；

图4是旋流脱氧管的截面的压力云图。

符号说明：

1腔体；11气相出口；12污水脱氧装置上腔；13旋流脱氧管；14液相出口；

20脱氧管腔；21脱氧管外溢流管腔；22脱氧管液气两相切向进口；

23脱氧管液相出口；24脱氧管内椎体；25脱氧管气相出口；26脱氧管二次液出口；

27脱氧管第一溢流管腔；28脱氧管环形槽；29脱氧管第二溢流管腔；

30脱氧管溢流管倒锥。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，厌氧工艺中，溶氧富有机物污水在进入厌氧区之前，先在旋流离心脱气装置中通过污水自身的流动形成的离心场与压力梯度场对其中溶解的氧气进行分离，依靠旋流离心脱气装置的压力梯度及离心力场的加速污水沉降和强化液气分离过程，溶解于富有机物污水的氧气由于压力梯度场分压的降低而实现脱除，脱氧后的污水进入厌氧区进行硝化反应过程，而分离出来的富氧气相则可排放到好氧区进行利用；好氧区产生的高浓度溶氧硝酸盐混合液流入旋流离心脱气装置通过自身的流动形成的离心场与压力梯度场对污水中溶解的氧气进行分离，脱氧后的硝酸盐混合液进入缺氧区为反硝化菌的反硝化处理提供硝酸盐和污水中可生物降解的有机物为主的碳源，达到同时降低有机物与脱氮的目的，氧气气相收集回好氧区。本发明实现对溶氧富有机物污水中的氧气及微小气泡进行有效去除，达到同时降低有机物与脱氮除磷、提高资源利用率和厌氧工艺污水处理效率的目的。

如图2和图3所示，作为污水脱氧装置的旋流脱氧装置，包括腔体1和设置于腔体内的旋流脱氧管13；腔体1的顶部具有气相出口11、底部具有液相出口14，腔体1的下半部设置有污水进口，并且，在腔体1的上半部和下半部各设有一个液位计。气相出口11在污水脱氧装置上腔12的上面。

旋流脱氧管13包括由脱氧管腔20和位于脱氧管腔20上部的脱氧管外溢流管腔21组成的封闭腔体，脱氧管腔20的上部具有脱氧管液气两相切向进口22、下部具有脱氧管液相出口23，脱氧管腔20的底部内表面上设有脱氧管内椎体24；脱氧管外溢流管腔21的顶部具有脱氧管气相出口25、下半部具有脱氧管二次液出口26，脱氧管二次液出口26使得脱氧管溢流口气相中的微小液滴因重力分离更有效地排出脱氧管。

脱氧管内椎体24的底部直径大于脱氧管内椎体24的顶部直径，并且，脱氧管内椎体24的底部直径略小于脱氧管腔20的底部直径。脱氧管内椎体24的顶部是一较小直径的圆台，为旋流脱氧管13中心轴低压处的氧气提供向上的作用力，有利于污水中氧气气相的脱除。

脱氧管液气两相切向进口22从脱氧管腔20的上表面中心以切向方向插入脱氧管腔20的内部，脱氧管液相出口23从脱氧管腔20的下表面以切向方向伸出脱氧管腔20。

脱氧管气相出口25的上方依次连接着脱氧管第一溢流管腔27、脱氧管环形槽28和脱氧管第二溢流管腔29，脱氧管气相出口25的两端设置有脱氧管溢流管倒锥30，流体依靠自身的流动形成离心场产生压力梯度，造成腔体内中心轴处压力明显偏低，便于析出污水中的氧气。旋流脱氧管13可由多个进行并联设置。

为了便于观察，其余附图中的旋流离心脱气脱氧管不再作细节标识。

厌氧污水处理工艺流程通常通过以下步骤实现：溶氧富有机物污水未脱氧或未充分脱氧进入厌氧池经搅拌进行搅拌反应处理，分离出的液相进一步通过缺氧区和好氧区。

表1为某石油化工厂厌氧工艺处理污水装置中溶氧富有机物污水的性质及操作参数。

表1

项目	溶氧污水
		流速	15m/s
压力	0.5MPa
		温度	0～35℃
溶氧量DO	5mg/L
		COD	400～600mg/L

依照上述流程工艺，各装置污水混合通过入口进入脱氧装置，旋流脱氧管13的边壁压力为0.2MPa、中心位置接近0，气相出口11的截面位置压力为＜0.001Mpa；脱氧污水通过旋流脱氧装置的液相出口14流出，溶氧量DO＜0.2mg/L的液相流入缺氧区进行硝化反应。好氧区中经过脱氧后回流脱氧硝酸盐混合液以溶氧量DO为0.15mg/L，进入缺氧区进行反硝化过程。出水COD＜55mg/L、氨氮＜0.2mg/L。

本实施例的效果：采用该技术在溶氧富有机物污水进入缺氧区之前，使得常温下达到液相出口污水溶氧量DO为0.2mg/L的分离效果，充分的脱除污水中的氧气及其他微小气泡。在回流脱氧硝酸盐混合液的过程中，节约了处理污水时间。

与原工艺流程（即溶氧富有机物污水未脱氧或稍作脱氧处理直接进入厌氧池经搅拌进行为不充分接触而反应的污水处理）相比，存在以下有益效果：

1、大部分氧气在旋流离心脱氧过程有效回收，提高了氧气回收率；

2、旋流脱气脱氧管利用溶氧富有机物污水自身的流动形成强大的离心力场实验脱氧为厌氧工艺提供有效的反应环境，且可降低厌氧工艺处理污水过程的能耗；

3、对好氧区中高浓度溶氧硝酸盐-有机物混合液进行了有效的脱氧处理，降低混合液夹带大量氧气对厌氧区反应效率的影响。

4、脱氧后的污水较现有设备工艺的污水，温度达到厌氧工艺的需要。

综上所述仅为发明的较佳实施例而已，例如，有些部件可以省略或合并，因此，上述实施例并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述污水的进口压力为0.05～0.8MPa，所述压力梯度场的最低进口压力为-0.05～0.4MPa，所述液相污水的溶氧量DO效果为0.1～0.2mg/L；

（2）在5～45℃下于所述旋流脱氧装置中对所述高浓度溶氧硝酸盐混合液进行脱氧处理，得到氧气富集气相和硝酸盐混合液液相，所述硝酸盐混合液液相流入缺氧区，所述氧气富集气相排回好氧区；

所述高浓度溶氧硝酸盐混合液的压力为0.1～0.4MPa。

2.根据权利要求1的污水脱氧方法，其特征在于，所述污水是富有机物的污水。

3.一种适用于厌氧工艺中的污水脱氧装置，其特征在于，所述污水脱氧装置是旋流脱氧装置，所述旋流脱氧装置包括腔体和设置于所述腔体内的旋流脱氧管；

4.根据权利要求3所述的污水脱氧装置，其特征在于，所述脱氧管液气两相切向进口从所述脱氧管腔的上表面中心以切向方向插入所述脱氧管腔的内部，所述脱氧管液相出口从所述脱氧管腔的下表面以切向方向伸出所述脱氧管腔。

5.根据权利要求3所述的污水脱氧装置，其特征在于，所述脱氧管气相出口的上方依次连接着脱氧管第一溢流管腔、脱氧管环形槽和脱氧管第二溢流管腔，所述脱氧管气相出口的两端设置有脱氧管溢流管倒锥。

6.根据权利要求3所述的污水脱氧装置，其特征在于，所述脱氧管内椎体的底部直径大于所述脱氧管内椎体的顶部直径，并且，所述脱氧管内椎体的底部直径略小于所述脱氧管腔的底部直径。

7.根据权利要求3所述的污水脱氧装置，其特征在于，所述旋流脱氧管并联设置。