CN105906158B - 一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法 - Google Patents

一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，具体包括以下步骤：(1)第一级氨氮吹脱：向含有高浓度氨氮的煤化工废水中通入空气，常温曝气吹脱至该煤化工废水中氨氮浓度小于300mg/L时停止；(2)水解酸化：将上述经过吹脱氨氮处理后的煤化工废水进行水解酸化，使B/C提高到0.3以上；(3)第二级氨氮吹脱：水解酸化的出水再次通入空气，常温曝气吹脱，减小废水中经过水解酸化产生的氨氮浓度，使得C/N提高到4.0‑5.0，氨氮浓度小于80‑100mg/L。与现有技术相比，本发明的独特之处是：可显著提高废水可生化性，并可实现总氮去除率可以达到60～65％，将C/N提高到4.0‑5.0左右，以强化后续生物脱氮效能。

Description

一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水预处理方法，尤其是涉及一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法。
背景技术
煤化工废水水量高达几千至几万m3/d，废水中含大量固体悬浮颗粒和溶解性有毒有害化合物，废水可生化性仅为0.28左右，有机污染物种类繁多，化学组成十分复杂，含有大量酚类、长链烷烃类、芳香烃类、杂环类、氨氮、氰等有毒有害物质，是一种典型的高浓度难生物降解的工业废水。
典型的煤化工废水中COD值一般为22000～35000mg/L，酚浓度高达4200～7500mg/L，氨氮浓度为3000～5000mg/L，总氮浓度可达6000～8000mg/L，pH为7.0～10.0。煤化工废水中含有一些多环芳香族化合物、杂环化合物、石油烃、氰化物、硫化物、砒啶、咔唑、联苯、三联苯等生物难降解有机物。
煤化工废水处理的一大难点就是碳氮比较低，其原水总氮中的有机氮含量较高而氨氮含量较低。目前，对于氨氮可以通过优化吹脱的方式去除，去除率一般可达到90％～95％左右。但是，吹脱无法去除有机氮，其浓度也高达3000～4000mg/L，如果直接进生化，经生化系统快速氨化后，氨氮含量水平仍很显著，高含量氨氮对微生物存在生化抑制，且此时生化系统进水碳氮比仍然较低(C/N＜3)，造成生化系统的生物脱氮效率较低；另外，由于一步吹脱并不能对难降解有机物进行转化，故其出水的可生化性较差，则后续生化系统仍需设置水解酸化或全程厌氧单元。
发明内容
本发明基于低碳氮比废水可生化性差、化学工艺降解有机氮分子运行费用高等的现状，提出了一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，针对煤化工废水高浓度总氮中复杂分子的有机氮含量高而氨氮含量低的问题，将煤化工废水经第一级氨氮吹脱去除原水中氨氮后，经水解酸化单元强化复杂分子有机氮向氨氮进行转化，再进行第二级氨氮吹脱，以实现总氮强化预去除和废水可生化性及碳氮比(C/N)的提高。该方法具体包括以下步骤：
(1)第一级氨氮吹脱：向含有高浓度氨氮的煤化工废水中通入空气，常温曝气吹脱至该煤化工废水中氨氮浓度小于300mg/L时停止；
(2)水解酸化：将上述经过吹脱氨氮处理后的煤化工废水进行水解酸化，使B/C(指的是可生化性，即BOD与COD的比值)提提高到0.3以上(0.3-0.5左右)；
(3)第二级氨氮吹脱：水解酸化的出水再次通入空气，常温曝气吹脱，减小废水中经过水解酸化产生的氨氮浓度，使得C/N(原子摩尔比)提高到4.0-5.0，氨氮浓度小于80-100mg/L。
第一级氨氮吹脱和第二级氨氮吹脱步骤中，采用的吹脱塔为填料塔，采用空气曝气。采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气-液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，以实现氨气从废水中解吸。
第一级氨氮吹脱步骤中，保持温度在25-30℃、气液比1000-1500，pH为9.5～10.5的反应条件下吹脱至氨氮浓度小于300mg/L时停止，在低耗的操作条件下，将煤化工废水(煤制气废水)进行第一级氨氮吹脱处理，以去除原水中含量不超过50％的氨氮。第一级氨氮吹脱要求不是很高，只要保证氨氮、总氮和总酚浓度能满足水解酸化过程即可，因为氨氮浓度小于300mg/L的时候就不会对活性污泥有抑制，故曝气量和曝气时间较一般传统煤化工废水氨氮吹脱有所减小，以保证能耗最低。另外，经过一级吹脱氨氮处理，可适当降低氨氮和总酚浓度，避免直接水解酸化时氨氮浓度较高且挥发酚大量存在对活性污泥造成毒性抑制。吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。
本发明中水解酸化过程，一方面可将废水中大分子、杂环类有机物分解成较简单有机物，从而提高废水可生化性。另一方面，经针对性地对总氮含量高的煤化工废水进行预处理，可实现大分子的有机氮转变为氨氮，通过吹脱去除，以强化后续生物脱氮效能。
水解酸化步骤中，水解酸化池型采取廊道式(单个廊道宽可同传统廊道式推流反应池，5-8m)，为促进混合效果采用末端廊道混合液回流到首端廊道的形式，混合液回流流量与进水流量比为1-2。
水解酸化步骤中，水解酸化单元温度为25℃，溶解氧浓度不超过0.5mg/L、pH为7.0-7.5、污泥浓度为3000～4000mg/L，水解酸化到出水B/C提升到0.3以上为准，因为当废水的B/C大于0.30时，废水可以生物降解，可生化性提高。
第二级氨氮吹脱步骤中，控制pH为9.5～10.5、温度在25-30℃、气液比2000-2500的反应条件下进行氨氮吹脱。
第二级氨氮吹脱步骤中，吹脱时间至氨氮浓度小于100mg/L且C/N为4.0-5.0时停止，以实现高浓度氨氮的去除，防止氨氮浓度过高或C/N过低而影响后续的生化处理过程。吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。
与现有技术相比，本发明提出结合水解酸化与氨氮吹脱效能，进而达到较好的总氮预脱除目的。一方面，利用水解酸化处理，可将废水中大分子、杂环类有机物分解成较简单有机物，从而提高废水可生化性；另一方面，经针对性地对总氮含量高的煤制气废水进行预处理，可实现总氮去除率可以达到60～65％，提高废水的C/N，以强化后续生物脱氮效能。本发明工艺原理明晰合理、运行稳定、处理成本低，且不存在二次污染问题，具有较高的实用价值和环境、经济效益。
附图说明
图1为水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理工艺示意图；
图2为填料塔结构示意图；
图2中1为废水分布装置、2为塔壳、3为废液再分布器、4为填料、5为支撑栅板、6为空气入口、7为煤化工废水入口、8为废气出口、9为废水出口。
图3为水解酸化池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，针对煤化工废水高浓度总氮中复杂分子的有机氮含量高而氨氮含量低的问题，将煤化工废水经第一级氨氮吹脱去除原水中氨氮后，经水解酸化单元强化复杂分子有机氮向氨氮进行转化，再进行第二级氨氮吹脱，以实现总氮强化预去除和废水可生化性及碳氮比(C/N)的提高。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
(1)第一级氨氮吹脱：向含有高浓度氨氮的煤化工废水中通入空气，常温曝气吹脱至该煤化工废水中氨氮浓度小于300mg/L时停止，操作条件是：保持温度在25-30℃、气液比1000-1500，pH为9.5～10.5的反应条件下吹脱至氨氮浓度小于300mg/L时停止，以去除原水中含量不超过50％的氨氮。吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。
(2)水解酸化：将上述经过吹脱氨氮处理后的煤化工废水进行水解酸化，水解酸化单元温度为25℃，溶解氧浓度不超过0.5mg/L、pH为7.0-7.5、污泥浓度为3000～4000mg/L，水解酸化到出水B/C提升到0.3以上为准。
(3)第二级氨氮吹脱：水解酸化的出水再次通入空气，控制pH为9.5～10.5、温度在25-30℃、气液比2000-2500的反应条件下进行氨氮吹脱，吹脱时间至氨氮浓度小于100mg/L，且C/N为4.0-5.0时停止。
第一级氨氮吹脱和第二级氨氮吹脱步骤中，采用的吹脱塔为填料塔，如图2所示，塔壳2内包括废水分布装置1、在废水分布装置1下方是填料4、废液再分布器3、填料4及支撑栅板5，在支撑栅板5下方设置空气入口6与废水出口9，在废水分布装置1上方设置煤化工废水入口7与废气出口8。采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气-液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，以实现氨气从废水中解吸。
水解酸化步骤中，水解酸化池型采取廊道式(单个廊道宽可同传统廊道式推流反应池，5-8m)，如图3所示，为促进混合效果采用末端廊道混合液回流到首端廊道的形式，混合液回流流量与进水流量比为1-2。
在下列实施例中，所用的煤制气废水中化学需氧量(COD)的浓度，采用重铬酸钾法(GB11914‐89)测定；总氮(TN)的浓度采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定；氨氮(NH4 +‐N)的浓度采用纳氏试剂光度法测定。
实施例1
本实施例以新疆某煤制气废水为处理对象。该处理废水中COD浓度为17061±1000mg/L，TN浓度为6992±100mg/L，氨氮浓度为3135±100mg/L，有机氮浓度为3857±100mg/L，C/N为2.44，pH值为8.82。
(1)一级吹脱：控制气液比为1000‐1500用空气作载体吹脱，吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。探究氨氮的去除情况随时间的变化情况，结果如表1所示。
表1一级吹脱后氨氮去除情况
时间(h) 0 2 3 5 6 7
氨氮浓度(mg/L) 3733 775 509 288 150 86
氨氮去除率(％) 0 79 86 92 96 98
COD浓度(mg/L) 17061 16040 14240 13540 13040 12952
COD去除率(％) 0 6 17 21 23 24
由表1可见，一级吹脱控制气液比为1000‐1500，在吹脱5h后，氨氮浓度下降到288±50mg/L，去除率达到92％；COD浓度下降到13540±1000mg/L，去除率达到21％。5h之后氨氮和COD浓度下降不明显，所以我们选定吹脱时间为5h，控制氨氮浓度小于300mg/L，进入到水解酸化处理装置。
(2)水解酸化：水解酸化单元溶解氧浓度不超过0.5mg/L，污泥浓度为3000～4000mg/L，测量B/C、COD和氨氮浓度随水解酸化时间的变化，结果如表2所示。
表2 B/C、COD和氨氮浓度的变化情况
由表2可见，一级吹脱后的煤化工废水经过水解酸化过程，在水解酸化反应时间为8h的时候，BOD/COD提高了0.14，继续延长停留时间，废水的BOD/COD的值并没有继续升高，在8小时处反应器的水解效率最高，因此，水解酸化反应器水力停留时间取8h为宜。此时，COD浓度降低为10932±1000mg/L，氨氮浓度提高为1534±100mg/L。
(3)二级氨氮吹脱：控制气液比为2000‐2500的反应条件下进行二级氨氮吹脱处理。C/N、COD、氨氮、总氮浓度的变化情况，结果如表3所示。
表3 COD、氨氮、总氮浓度、C/N的变化情况
时间(h) 0 2 3 5 6 7
COD浓度(mg/L) 10932 10901 10846 10802 10796 10781
氨氮浓度(mg/L) 1534 310 205 106 53 25
总氮浓度(mg/L) 4145 2921 2816 2717 2664 2636
C/N 2.64 3.6 3.9 4.0 4.1 4.1
由表3可见，水解酸化后的煤化工废水再次经过二级氨氮吹脱处理，调节气液比为2000‐2500，在二级氨氮吹脱反应时间为6h的时候，C/N提高到4.1，此时COD浓度为10796±1000mg/L，氨氮浓度为53±10mg/L，总氮浓度为2636±100mg/L，继续延长停留时间，废水的C/N的值并没有继续升高，因此，二级氨氮吹脱时间选择6h为宜，此废水有利于后续的生化处理。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，其特征在于，将煤化工废水经第一级氨氮吹脱去除原水中氨氮后，经水解酸化单元强化复杂分子有机氮向氨氮进行转化，再进行第二级氨氮吹脱，以实现总氮强化预去除和废水可生化性及碳氮比的提高，该方法具体包括以下步骤：
(1)第一级氨氮吹脱：向含有高浓度氨氮的煤化工废水中通入空气，常温曝气吹脱至该煤化工废水中氨氮浓度小于300mg/L时停止；
(2)水解酸化：将上述经过吹脱氨氮处理后的煤化工废水进行水解酸化，使B/C提高到0.3以上；
(3)第二级氨氮吹脱：水解酸化的出水再次通入空气，常温曝气吹脱，减小废水中经过水解酸化产生的氨氮浓度，使得C/N提高到4.0-5.0，氨氮浓度小于80-100mg/L；
水解酸化步骤中，水解酸化池型采取廊道式，为促进混合效果采用末端廊道混合液回流到首端廊道的形式，混合液回流流量与进水流量比为1-2；
第二级氨氮吹脱步骤中，吹脱时间至氨氮浓度小于100mg/L且C/N为4.0-5.0时停止，吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。
2.根据权利要求1所述的一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，其特征在于，第一级氨氮吹脱和第二级氨氮吹脱步骤中，采用的吹脱塔为填料塔，采用空气曝气。
3.根据权利要求1所述的一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，其特征在于，第一级氨氮吹脱步骤中，保持温度在25-30℃、气液比1000-1500，pH为9.5～10.5的反应条件下吹脱至氨氮浓度小于300mg/L时停止，吹脱后的尾气采用酸碱多级吸收后外排。
4.根据权利要求1所述的一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，其特征在于，水解酸化步骤中，水解酸化单元温度为25℃，溶解氧浓度不超过0.5mg/L、pH为7.0-7.5、污泥浓度为3000～4000mg/L，水解酸化到出水B/C提升到0.3以上为准。
5.根据权利要求1所述的一种水解酸化与氨氮吹脱相结合的煤化工废水预处理方法，其特征在于，第二级氨氮吹脱步骤中，控制pH为9.5～10.5、温度在25-30℃、气液比2000-2500的反应条件下进行氨氮吹脱。
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