CN104085988A - 悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置及方法，属于焦化废水处理领域。该装置由微氧反应池和污泥沉降池组成，微氧反应池中设置微孔曝气系统、悬浮型颗粒填料、膜组件和搅拌系统。微氧反应池中活性污泥以附着在悬浮型颗粒填料上的生物膜为主，悬浮态活性污泥通过污泥沉降池收集分离并排出系统。在微氧条件下，经搅拌系统的搅拌流化，悬浮型填料上生物膜的同步硝化反硝化作用增强，从而达到同步去除焦化废水中COD和总氮的处理效果。该装置显著降低了曝气量，降低了运行费用；由于活性污泥以附着态的生物膜为主，降低了活性污泥与膜组件过滤表面的接触频率，再加上悬浮型颗粒填料的刮擦作用，有效减缓了膜污染过程。

Description

悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及焦化废水处理领域，提供一种利用悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置及方法。 
背景技术
焦化废水是在煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水。焦化废水中主要含有酚类、多环芳香族化合物、含氮杂环化合物等有机污染物和氨氮、硫氰化物、氰化物等无机污染物。焦化废水具有污染物浓度高、水质波动大的特点，是一种典型有毒有害难降解的工业有机废水。 
目前，国内大部分焦化厂在对焦化废水进行蒸氨、脱酚等预处理后，都采用A/O、A/A/O等组合工艺进行生化除碳脱氮处理，其中A段大都采用生物膜法，O段大都采用活性污泥法。但是，由于焦化废水水质波动大，现有工艺处理效果并不稳定，在冲击负荷的作用下，微生物对污染物的降解活动受到抑制，甚至出现污泥膨胀，导致活性污泥流失而使系统失效。另外，现有工艺的脱氮效果取决于混合液回流比，回流比越大，总氮去除率越高，一般回流比控制为进水的3～5倍，造成大量消耗，同时造成二沉池表面负荷过大，投资升高。 
在O段工艺上，如果采用膜生物反应器代替活性污泥法，可以凭借膜组件的截留作用，维持较高的污泥浓度，很好的解决污泥流失的问题，保证处理系统的稳定运行，同时，膜组件可以替代二沉池，节省基建投资。但是，污泥浓度的升高加快了膜的污染速率，这是制约膜生物反应器发展的关键问题之一。 
发明内容
本发明的目的是为了解决目前焦化废水处理过程中运行费用高、膜污染严重等问题，提出了用悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置及方法。 
一种用悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，包括微氧反应池和污泥沉降池两部分，其中，微氧反应池中设置微孔曝气器、泵型曝气机、悬浮型填料、膜组件、搅拌系统、进水泵和抽吸泵；污泥沉降池底部连接污泥 泵，微氧反应池和污泥沉降池中间下部由内置挡板分隔，上部装有防流失网；悬浮型填料分布在微氧反应池中，膜组件与抽吸泵相连，微孔曝气器为膜片式或管式，设在微氧反应池底部，并与泵型曝气机相连。 
微氧反应池和污泥沉降池中下部由内置挡板分隔，上部安装防流失网，保持液面连通并防止悬浮型填料由微氧反应池进入污泥沉降池。污泥沉降池底部设有排泥管，排泥管与污泥泵相连，用于排放沉降于污泥沉降池底部的剩余污泥。污泥沉降池用于降低微氧反应池内悬浮态污泥浓度，从而保证悬浮型填料上生物膜在包括悬浮污泥在内的总生物量上占主导地位，同时，降低膜组件与活性污泥的接触频率，延缓膜组件的污染速率。 
膜组件为中空纤维膜或平板膜，膜组件的材料为PVDF、PE、PVC或陶瓷，膜组件的孔径大小为微滤或超滤。膜组件安装于微氧反应池，并与抽吸泵相连，在抽吸泵的作用下，出水经过膜组件过滤后排出。 
悬浮型填料为聚丙烯材质悬浮生物填料，填料为空心圆柱体，内部有交叉隔板，表面呈波纹状，凸凹不平，长为10～15mm，直径为8～30mm。悬浮型填料投加于微氧反应池，投加体积为微氧反应池容积的40％～70％。 
搅拌系统为立轴折浆式、水平式或双曲面搅拌装置，安装于微氧反应池，用于流化悬浮型填料，悬浮填料在流化状态下，对膜组件有刮擦作用，从而延缓膜组件的污染速率。 
本发明中利用悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的方法如下： 
首先，由进水泵将焦化废水送入微氧反应池中，采用微孔曝气器和泵型曝气机控制微氧反应池内为微氧环境，即反应池内溶解氧浓度范围为0.3～1.0mg/L。水力停留时间控制范围为10～20h。在搅拌系统的搅拌作用下，悬浮型填料在微氧反应池内充分流化，焦化废水中的有机污染物在悬浮型填料上生物膜的作用下进行生物降解，微氧环境同时强化了生物膜的同步硝化反硝化作用，使焦化废水中的氨氮在生物膜的同步硝化反硝化作用下以氮气形式脱除，然后，在抽吸泵的作用下，出水经过膜组件过滤排出。悬浮型填料上有生物膜，生物膜在填料之间的碰撞和摩擦下不断更新脱落，并保持一定厚度，脱落的生物膜在水力作用下，被收集到污泥沉降池，形成剩余污泥，剩余污泥由污泥沉降池底部的排泥管与污泥泵排出。 
本发明具有积极有益的效果： 
1.该发明利用微氧条件下生物膜的同步硝化反硝化作用，实现了对焦化废水中COD和总氮的同步去除，经过大量实验结果表明，该设备对焦化废水中COD去除率达85％以上，氨氮去除率达96％以上，总氮去除率达71％左右。 
2.该设备工艺过程简单，操作简易，运行成本低。与现有的A/O、A/A/O工艺相比，该设备没有回流系统，为运行管理提供了方便。该设备溶解氧控制在微氧状态，降低了曝气量，降低了运行成本。 
3.该设备具备耐冲击负荷能力，适应焦化废水水质波动大的水质特征。该设备中生物量主要为生物膜，生物膜具有极强的耐冲击负荷能力，并且不存在污泥膨胀等问题，设备运行具有较高的稳定性。 
4.有限控制膜组件的污染速率，延长膜组件使用周期。该设备中生物量主要为生物膜，通过污泥沉降池的收集沉降作用，降低了悬浮态活性污泥浓度，减少了活性污泥和膜组件的接触频率，另外，悬浮型填料对膜组件表面的刮擦作用，可以有效抑制膜表面泥饼层的形成，减缓了膜组件的污染速率。 
附图说明
图1是悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置结构示意图。 
其中：1-微氧反应池；2-污泥沉降池；3-搅拌系统；4-膜组件；5-微孔曝气器；6-悬浮型填料；7-泵型曝气机；8-进水泵；9-内置挡板；10-防流失网；11-抽吸泵；12-污泥泵。 
具体实施方式
如图1所示，为本发明悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置结构示意图，该装置包括微氧反应池1和污泥沉降池2，在微氧反应池1中设置搅拌系统3、膜组件4、微孔曝气器5、悬浮型填料6、泵型曝气机7、进水泵8和抽吸泵11；内置挡板9将微氧反应池1和污泥沉降池2分隔开，内置挡板9上部安装防流失网10；进水由进水泵8送入微氧反应池1；膜组件4和抽吸泵11连接，在抽吸泵11作用下，出水经过膜组件4过滤排出；污泥沉降池2底部铺设排泥管与污泥泵12相连，用于排放剩余污泥。 
其中，搅拌系统3采用双曲面搅拌器，膜组件4采用聚氯乙烯(PVDF)的平板膜，膜孔径0.2μm，微孔曝气器5采用管式。 
利用上述处理设备处理济源市某焦化厂的焦化废水，原水水质COD平均值为2255mg/L，氨氮平均值为196mg/L，总氮平均值为301mg/L。在启动期，接种污泥来自该焦化厂污水处理站好氧池回流污泥，初始接种浓度为1000mg/L，将原水稀释一倍，水力停留时间控制为18h，开始小流量低浓度连续流挂膜培养，经过一个月的连续培养，生物膜培养成熟，然后，将进水水质调整成原水，并逐步降低水力停留时间为16h，膜组件的膜通量恒定在25L/(h·m2)，此时，该处理设备中，活性污泥浓度达到4025mg/L，其中，生物膜量为3767mg/L，悬浮态活性污泥浓度为258mg/L，该处理设备对焦化废水COD去除率达到85％以上，氨氮去除率达96％以上，总氮去除率达71％左右，跨膜压差上升速率为0.13kPa/d。由实验结果可以看出，该处理设备在同步去除COD和总氮方面取得良好效果。 
为对比考察该处理设备对膜污染控制效果，作为对照组，一个传统膜生物反应器被同时运行。传统膜生物反应器内没有添加填料，因此，反应器内活性污泥均为悬浮态，浓度为4100mg/L，跨膜压差上升速率为0.32kPa/d。由实验结果可以得知，与传统膜生物反应器相比，与该发明处理设备的膜污染速率下降59.4％。 

Claims (7)

1.悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：该装置由微氧反应池(1)和污泥沉降池(2)两部分组成；其中，微氧反应池(1)中设置微孔曝气器(5)、泵型曝气机(7)、悬浮型填料(6)、膜组件(4)、搅拌系统(3)、进水泵(8)和抽吸泵(11)；污泥沉降池(2)底部连接污泥泵(12)，微氧反应池(1)和污泥沉降池(2)中间下部由内置挡板(9)分隔，上部装有防流失网(10)；悬浮型填料(6)分布在微氧反应池(1)中，膜组件(4)与抽吸泵(11)相连，微孔曝气器(5)设在微氧反应池(1)底部，并与泵型曝气机(7)相连。
2.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：悬浮型填料(6)为聚丙烯材质悬浮生物填料，填料为空心圆柱体，内部有交叉隔板，表面呈波纹状，凸凹不平，长为10～15mm，直径为8～30mm，悬浮型填料(6)投加体积为微氧反应池(1)容积的40％～70％。
3.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：所述微孔曝气器(5)为膜片式或管式。
4.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：所述搅拌系统(3)为立轴折浆式、水平式或双曲面搅拌装置。
5.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：所述膜组件(4)为中空纤维膜或平板膜，膜组件(4)的材料为PVDF、PE、PVC或陶瓷，膜组件(4)的孔径大小为微滤或超滤，在抽吸泵(11)的作用下，出水经过膜组件(4)过滤后排出。
6.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置，其特征在于：污泥沉降池(2)底部设有排泥管，排泥管与污泥泵(12)相连，用于排放沉降于污泥沉降池(2)底部的剩余污泥。
7.根据权利要求1所述的悬浮填料-微氧膜生物反应器处理焦化废水的装置所用方法，其特征在于：由进水泵(8)将焦化废水送入微氧反应池(1)中，采用微孔曝气器(5)和泵型曝气机(7)控制微氧反应池(1)内为微氧环境，即反应池内溶解氧浓度范围为0.3～1.0mg/L；水力停留时间控制范围为10～20h；在搅拌系统(3)的搅拌作用下，悬浮型填料(6)在微氧反应池(1)内充分流化，焦化废水中的有机污染物在悬浮型填料(6)的作用下进行生物降解；然后，在抽吸泵(11)的作用下，出水经过膜组件(4)过滤排出；悬浮型填料(6)上有生物膜，生物膜在填料之间的碰撞和摩擦下不断更新脱落，脱落的生物膜在水力作用下，被收集到污泥沉降池(2)，形成剩余污泥，剩余污泥由污泥沉降池(2)底部的排泥管与污泥泵(12)排出。
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