CN105668949A - 一种高氨氮煤气化废水生物脱氮系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，由一级生化池和一级二沉池组成，分为4个反应区及一个脱气区，其特征在于，四个反应区包括两级缺氧区及两级好氧区，分别是前置反硝化区、好氧区、后置反硝化区、后曝气区及脱气区；前置反硝化区接收好氧区的回流混合液和下游二沉池的回流污泥；后置反硝化区设置酸和碳源投加系统；其结构紧凑，占地面积小，针对高毒性，低生物适应性的煤气化废水具有高脱氮率，两级缺氧好氧区的设计灵活，运行稳定，抗冲击负荷能力强。

Description

一种高氨氮煤气化废水生物脱氮系统和方法

技术领域

本发明涉及一种工业废水生物脱氮的工艺，具体地说是一种煤气化高氨氮废水的生物脱氮处理。

背景技术

煤气化技术在国内的煤化工及化工装置中得到广泛应用，煤气化工艺中产生的大量高污染工业废水主要是气化炉在制造煤气过程中产生的废水，包括气化炉排出的气化黑水和洗涤塔的循环排水经初步沉淀后的混合废水，其水质成分复杂，废水中不但存在大量悬浮固体和水溶性无机化合物，还含有高浓度的氨氮，并伴有大量的氰化物，硫化物，酚类化合物等有毒有害物质，属于较难生物降解的高浓度有机工业废水。因此，煤气化废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题。

目前治理氮素污染，生物脱氮是最经济有效的氮治理技术，然而针对煤化工废水的生物脱氮，则存在着有机物含量低，碱度不足，并且水中存在的大量有毒物质，包括氰化物，硫化物，酚类化合物等物质严重影响了活性污泥的生存活性，因而直接影响到活性污泥的脱氮效果。

因此，针对煤化工废水的生物脱氮措施需要解决的问题是，如何能够设计出一种有效的工艺，使微生物经过合理的培养及驯化，能够快速适应煤化工废水的复杂性和毒性。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单有效，运行稳定，抗毒性能力强的生物脱氮系统和工艺。

本发明所采用的技术方案是：一种高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，由一级生化池和一级二沉池组成，分为4个反应区及一个脱气区，其特征在于，四个反应区包括两级缺氧区及两级好氧区，分别是前置反硝化区、好氧区、后置反硝化区、后曝气区及脱气区；其中反应区和脱气区为合建结构；前置反硝化区接收好氧区的回流混合液和下游二沉池的回流污泥；后置反硝化区设置酸和碳源投加系统。

还提供一种高氨氮煤气化废水的生物脱氮处理系统的处理方法，包括下列过程，污水首先进入前置反硝化区，与二沉池的回流污泥和好氧区回流的混合液混合,其中前置反硝化区通过pH及氧化还原电位来监测反应区的缺氧状态；利用混合搅拌装置来保证前置反硝化区的活性污泥均匀混合并处于悬浮状态，在前置反硝化区分别补充前置反硝化区反硝化所需的磷源及碳源；

混合液经过前置反硝化区反硝化出水进入好氧区，好氧区设置有曝气装置，在好氧区设置有浸入式溶解氧在线分析仪，随时监测并控制调整好氧区的溶解氧状态，根据碳氧化硝化实际需氧量来调整曝气设备的供氧能力；好氧区通过投加碱补充好氧区硝化反应所需的碱度；

好氧区出水进入后置反硝化区，利用外加碳源进行后置反硝化反应，去除前置反硝化区/好氧区剩余的硝酸盐；在后置反硝化区需投加酸以中和反硝化过程产生的碱度，以保证适宜的pH值；

利用后曝气区去除后置反硝化区中未消耗完全的有机物，保证出水COD、BOD达标；

最后污水经过脱气区脱除生化池内产生的过饱和氮气气泡；此区分为三格，第一格通过设置的搅拌器提供扰动将后曝气区的污水中过饱和的溶解氮气脱出形成气泡，在第二格及第三格提供足够的停留时间使气泡释放出。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

结构紧凑，占地面积小。本技术工艺反应器内的污泥浓度较高，位于A1区及A2区内分别设置有外加碳源投加点，与传统的A2区中利用内源代谢物质进行反硝化的过程相比，可极大提高反应速率，相应的可减少反应区的容积，节约了占地。

针对高毒性，低生物适应性的煤气化废水的高脱氮率。本工艺设置的高回流比(内回流500％～600％)可极大降低进水对于微生物的毒害，并有效地稀释进水的氮浓度，保证了出水的氮去除率。试验过程中，某煤气化废水进水的总氮浓度和氨氮浓度分为500mg/l和488mg/l，启动过程历时一个月，总氮去除率基本稳定在95％左右。

两级缺氧好氧区的设计灵活，运行稳定，抗冲击负荷能力强。

后置的脱气区可有效去除活性污泥所夹带的氮气泡，从而改善了二沉池的污泥沉淀性能。

附图说明

图1是高氨氮煤气化废水生物脱氮工艺流程图

图2是高氨氮煤气化废水生物脱氮系统结构图

具体实施方式

下面结合附图1和2对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种针对高氨氮煤气化废水的生物脱氮工艺，主要构筑物由一级生化池和一级二沉池(F区)组成。生化池是生物脱氮的核心，分为4个反应区及一个脱气区，四个反应区包括两级缺氧区及两级好氧区。分别是前置反硝化区(A1区)，好氧区(O1区)，后置反硝化区(A2区)，后曝气区(O2区)及脱气区(D区)。反应区和脱气区为合建结构。

A1区：前置反硝化，充分利用原水中可被快速吸收的有机碳源，发生反硝化反应，接收OI区的回流混合液和下游二沉池的回流污泥，去除有机物和硝态氮；

O1区：好氧区，鼓风曝气，发生碳化反应和硝化反应，原水中的有机物将在此区域去除，原水中的氨氮全部转化为硝态氮。

A2区：后置反硝化，外加甲醇等碳源，发生反硝化反应，去除剩余硝态氮，降低出水总氮；

O2区：后曝气区，鼓风曝气，发生碳化反应，去除多余外加碳源，保证出水水质。

脱气区：机械搅拌，释放水中溶解的N2，保证后续二沉池良好的固液分离效果。

污水首先进入A1缺氧区，与二沉池的回流污泥和O1区回流的混合液混合，利用原水中容易降解的有机物和外加碳源进行反硝化反应，去除回流混合液中的硝态氮，同时去除原水中反硝化未利用的有机物；

O1出水进入A2区，主要利用外加碳源进行后置反硝化反应，去除A1/O1区剩余的硝酸盐，保证出水总氮合格，O2区则去除A2区中未消耗完全的有机物，保证出水COD、BOD达标；随后污水经过D区脱除生化池内产生的过饱和氮气，以避免对之后二沉池的泥水澄清过程产生干扰。

经过生物脱氮后的出水，经过后续的二沉池进行重力沉降后，通过污泥回流至A1区，以保证系统足够的污泥浓度。

由于进水中磷含量不足，为保证微生物良好的生长所需营养物质，污水进入生化池前需投加磷源。

本发明中采用的主要工艺为：

除碳：来自二沉池的回流污泥和脱氮系统产生的一定量的生物污泥在生物系统内与污水紧密接触，污泥中已同化的高效微生物首先吸附水中的污染物，随后利用氧进行好氧生物降解，将污染物转化为水、二氧化碳，产生新的微生物，以达到水质净化的目的。其中，除前置反硝化过程消耗一部分原水中容易生物降解的有机物外，原水中的有机物主要在O1区被降解。

除氮：

原污水在第一缺氧池中与第一好氧池的回流液混合，回流混合液中的NO3-N在反硝化菌作用下利用原污水中含碳有机物作为碳源在第一缺氧区中进行反硝化反应。出水进入第一好氧池进行含氮有机物的氨化及氨氮的硝化反应，第一缺氧池反硝化过程中产生的氮气也在第一好氧池通过曝气吹脱出。出水进入第二缺氧池，反硝化菌利用外加碳源进一步反硝化。

整个生物脱氮系统的运行控制系统及过程说明如下：

污水首先进入A1区，与二沉池的回流污泥和O1区回流的混合液混合,硝化液回流包括回流泵1.4及相应的管路，回流泵1.4为变频控制可调流量容积式潜水泵，二沉池污泥回流包括回流泵6及相应的管路，回流泵6为变频控制可调流量容积式泵；其中A1区设置有pH探头1.2及氧化还原电位(ORP)探头1.3，通过pH及氧化还原电位来监测反应区的缺氧状态；混合搅拌装置1.1保证A1区的活性污泥均匀混合并处于悬浮状态，混合搅拌装置为潜水涡轮式。另外，A1区设置有磷酸投加点a及甲醇投加点b，分别补充A1区反硝化所需的磷源及碳源。

混合液经过A1区反硝化出水进入O1区，O1区设置有曝气装置2.1，鼓风机提供好氧区所需的氧，鉴于此类污水中含有较高硬度造成结垢的危险，采用VIBRAIR振动式中孔曝气器(专利CN202785793)，氧输送效率高、能耗低、使用寿命长、无堵塞风险。同时，在O1区设置有pH探头2.3，并安装一个浸入式溶解氧在线分析仪2.2，随时监测并控制调整O1区的溶解氧状态，根据碳氧化硝化实际需氧量来调整曝气设备的供氧能力。O1区设置氢氧化钠投加点c，补充O1区硝化反应所需的碱度。

O1出水进入A2区，主要利用外加碳源进行后置反硝化反应，去除A1/O1区剩余的硝酸盐，保证出水总氮合格，设置硫酸投加点d和甲醇投加点e，保证提供足够的外加碳源；由于后置反硝化过程产生的碱度将会在A2区持续累积，因此A2区需投加酸以中和反硝化过程产生的碱度，以保证适宜的pH值。A2区设置有pH探头3.2及ORP探头3.3。

O2区则去除A2区中未消耗完全的有机物，保证出水COD、BOD达标；曝气装置4.1提供好氧区所需溶解氧，设置有pH探头4.3及浸入式溶解氧在线分析仪4.2，对此区的溶解氧及pH进行连续监测。控制调整曝气设备4.1的供氧能力。

随后污水经过D区(脱气区)脱除生化池内产生的过饱和氮气气泡，以避免对之后二沉池的泥水澄清过程产生干扰。此区分为三格，第一格通过设置的搅拌器5.1提供扰动将O2区的污水中过饱和的溶解氮气脱出形成气泡，第二格及第三格提供足够的停留时间使气泡释放出。

整个系统的运行过程需要注意的是：

1、控制曝气量，使好氧池的溶解氧含量需维持在2mg/l左右。

2、控制缺氧池搅拌强度，是缺氧池的氧化还原电位维持不高于150mv左右。

3、控制回流比，使硝化液回流比约500％～600％，由于随着季节变化进水水温改变，导致硝化和反硝化速率变化，混合液回流比也需及时通过回流泵1.4进行相应调整，保证脱氮效果。污泥回流比100％，保证系统有足够的污泥浓度(>3500mg/l)。

4、根据进水水质COD及BOD监测，控制A1区及A2区的碳源投加量，保证两区反硝化所需碳源。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，由一级生化池和一级二沉池组成，分为4个反应区及一个脱气区，其特征在于，四个反应区包括两级缺氧区及两级好氧区，分别是前置反硝化区、好氧区、后置反硝化区、后曝气区及脱气区；其中反应区和脱气区为合建结构；前置反硝化区接收好氧区的回流混合液和下游二沉池的回流污泥；后置反硝化区设置酸和碳源投加系统。

2.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，前置反硝化区设置磷源和碳源投加系统。

3.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，好氧区设置碱投加管路。

4.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，前置反硝化区和后置反硝化区中均设置有pH探头及氧化还原电位探头。

5.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，好氧区和后曝气区中均设置有pH探头及浸入式溶解氧在线分析仪。

6.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，前置反硝化区和后置反硝化区中均设置有混合搅拌装置。

7.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，好氧区和后曝气区中均设置有曝气装置，其中好氧区中采用VIBRAIR振动式中孔曝气器。

8.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，脱气区分为三格，第一格中设置混合搅拌装置提供扰动将后曝气区的污水中过饱和的溶解氮气脱出形成气泡，第二格及第三格提供污水足够的停留时间。

9.根据权利要求1所述的高氨氮煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于，回流混合液管路上设置有变频控制可调流量容积式潜水泵；回流污泥管路上设置有变频控制可调流量容积式泵。

10.一种基于权利要求1中高氨氮煤气化废水生物脱氮系统的脱氮处理方法，包括下列过程，污水首先进入前置反硝化区，与二沉池的回流污泥和好氧区回流的混合液混合,其中前置反硝化区通过pH及氧化还原电位来监测反应区的缺氧状态；利用混合搅拌装置来保证前置反硝化区的活性污泥均匀混合并处于悬浮状态，在前置反硝化区分别补充前置反硝化区反硝化所需的磷源及碳源；

混合液经过前置反硝化区反硝化出水进入好氧区，好氧区设置有曝气装置，在好氧区设置有浸入式溶解氧在线分析仪，随时监测并控制调整好氧区的溶解氧状态，根据碳氧化硝化实际需氧量来调整曝气设备的供氧能力；好氧区通过投加碱补充好氧区硝化反应所需的碱度；

好氧区出水进入后置反硝化区，利用外加碳源进行后置反硝化反应，去除前置反硝化区/好氧区剩余的硝酸盐；在后置反硝化区需投加酸以中和反硝化过程产生的碱度，以保证适宜的pH值；

利用后曝气区去除后置反硝化区中未消耗完全的有机物，保证出水COD、BOD达标；

最后污水经过脱气区脱除生化池内产生的过饱和氮气气泡；此区分为三格，第一格通过设置的搅拌器提供扰动将后曝气区的污水中过饱和的溶解氮气脱出形成气泡，在第二格及第三格提供足够的停留时间使气泡释放出。