CN106495328B - 一种高效处理煤化工废水的组合工艺和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生态池，以及基于该生态池的高效处理煤化工废水的系统及工艺，该系统包括依次连接设置的：调节池，用于调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理；厌氧处理装置；全程自养脱氮反应器，经厌氧处理装置处理后的废水进入全程自养脱氮反应器进行脱氮；附有纳滤膜装置的生态池，在生态池的水面上设置有生态浮床，底层设有曝气装置；旋转蒸发装置，经过纳滤膜装置过滤后得到的滤液进入所述旋转蒸发装置。经过本发明中调节池、厌氧处理装置、全程自养脱氮反应器、生态浮床处理得到的洁净出水水质，以及生态池中的曝气装置，均可有效减少纳滤膜的堵塞，延长纳滤膜的使用寿命。且整个工艺具有能耗低、不二次污染环境的优点。

Description

一种高效处理煤化工废水的组合工艺和系统
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高效处理煤化工废水的组合工艺及系统。
背景技术
煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主，含有大量的有机物、盐类、氨氮和重金属等有毒、有害物质。煤化工废水的排放会导致严重的水体污染，为了保护生态环境，我国要求煤化工行业在生产过程中产生的生产废水应全部用于回用，对外界不排放，即达到“零排放”。但是由于煤化工废水水量大、污染物成分十分复杂，因此给废水处理带来了很大的难度。
现有技术中，中国专利文献CN103288298A公开了一种用于处理煤化工废水的工艺。该工艺包括以下步骤：(1)预处理：通过调节、隔油和气浮、过滤等，去除水中的油类、悬浮物等；(2)树脂吸附：采用树脂吸附罐对步骤1处理的废水进行吸附；(3)空气吹脱：采用空气吹脱塔对步骤(2)得到的废水进行处理；通过步骤(2)、(3)，去除水中大部分的COD和NH3-N；(4)利用生物处理对步骤(3)的废水进行处理，进一步去除水中的COD和NH3-N，从而优化整个处理系统，所述生物处理包括缺氧和两级好氧生物处理。上述工艺利用前处理以及缺氧-好氧生物工艺对煤化工废水进行处理，虽然能够去除水中的大部分COD和氨氮，但却无法同时去除水中的重金属，且传统工艺需要外加碳源，耗费能源，增大占地面积，且造成二次污染，并且虽然其出水水质能够达到污水排放标准中的二级排放标准，但仍旧含有一定量的COD和NH3-N，这给后续的深度脱盐处理造成困难。
因此，如何能够高效脱除煤化工废水中的有机物、氮和盐类，达到煤化工废水“零排放”的要求，且能耗低、绿色环保、无二次污染，是现有技术急需解决的问题。
发明内容
本发明解决的一个技术问题是如何高效脱除煤化工废水中的有机物、氨氮和重金属，同时实现深度脱盐处理，进而提供一种节能环保、具有优良处理效率的煤化工废水处理系统及工艺。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种生态池，所述生态池设置有进水口，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置；与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物。
所述植物为香根草、蜈蚣草、鳞苔草、紫叶花苕、油菜、水葫芦、凤眼莲中的一种或者多种。
一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，包括依次连接设置的：调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理；厌氧处理装置，与所述调节池连接设置；全程自养脱氮反应器，与所述厌氧处理装置连接设置；生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置；与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物；旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置的出水口连通设置。
所述全程自养脱氮反应器包括：反应器筒体，在所述反应器筒体的底部设置有进水口，顶部设置有排气口；亚硝化-厌氧氨氧化区，设置在所述反应器筒体的上部，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件；反硝化区，设置在所述反应器筒体的下部，在所述反硝化区设置有第二填料组件；膜组件，位于所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口；曝气头，设置在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方；在所述第一填料组件上设置有曝气通道，所述曝气通道沿竖直方向设置；在所述第一填料组件和所述膜组件之间还设置有第一三相分离器。
所述第一三相分离器包括分离板，每组分离板设置有导向板和挡流板；其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板上端所在的反应器筒体横截面的上方；所述分离板与所述曝气通道对应设置，所述分离板的导向板设置在所述曝气通道的正上方。
所述曝气通道设置有多个，所述曝气头也设置有多个，所述多个曝气头分别位于所述多个曝气通道的下方；所述第一三相分离器包括多组分离板，所述多组分离板与所述多个曝气通道一一对应设置，每组所述分离板的导向板均设置在对应的所述曝气通道的正上方。
所述曝气通道靠近所述反应器筒体的内壁面设置，在所述曝气通道的内侧设置有回流通道，所述分离板的挡流板设置在所述回流通道的正上方。
所述导向板与水平方向的夹角为30-40度；所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度。
在所述反硝化区和所述亚硝化-厌氧氨氧化区之间设置有第二三相分离器；所述第二三相分离器包括：第一挡板，呈圆台形且沿所述反应器筒体的圆周方向设置，所述第一挡板沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板的中心位置设置有水流通孔；第二挡板，位于所述第一挡板上方；所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体下方设置的圆锥形，所述第二挡板的上端与所述反应器筒体的内壁面之间设置有水流间隙；所述第一挡板和第二挡板之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道；所述曝气头设置在所述第二挡板的上端边缘上。
一种高效处理煤化工废水的组合工艺，包括如下步骤：
(1)将所述煤化工废水送入调节池，将pH值调节至7-7.5，向所述调节池内的煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理；
(2)对完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水进行厌氧处理；
(3)将经厌氧处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理；
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入附有纳滤膜装置的生态池进行处理，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置；与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物；
(5)对所述纳滤膜装置出水口的出水进行旋转蒸发操作。
本发明所述的高效处理煤化工废水的生态池和组合工艺及系统，优点在于：
(1)本发明所述的生态池，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置；与所述纳滤膜的出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物。所述纳滤膜组件可有效截留二价及多价离子(Ca、Mg离子等)及分子量介于200～500Da之间的有机物，而单价离子(Na、Ka离子等)则可通过所述纳滤膜，因此所述纳滤膜可实现杂盐分类，即含有单价离子的废水可通过旋转蒸发的工艺进行脱盐处理，从而得到高纯度的盐，便于对其进行综合利用；而多价金属离子在生态池中等待植物吸收。本发明将所述纳滤膜组件设置在生态池中，一方面，生态池本身可除去水体中的有机物和氨氮等污染物，能够有效净化水质，因此可作为纳滤膜装置的预处理；另一方面，现有技术中，纳滤膜截留下来的浓水部分含有较高的二价盐分，难以有效处理，本发明中所述生态池内设置的生态浮床可有效吸收废水中的Ca、Mg、Mn、Hg等金属盐离子，从而实现纳滤膜装置浓水的净化，防止其盐浓度不断累积。并且，所述纳滤膜在长期运行后容易产生污染和堵塞，本发明通过将所述纳滤膜设置在生态池内，有效利用了生态池内的曝气装置，利用曝气装置的上升气流对纳滤膜进行冲刷，可实现对膜的清洁，实现装置的长期稳定运行。
(2)本发明所述的高效处理煤化工废水的组合系统，依次设置有调节池、厌氧处理装置、全程自养脱氮反应器、附纳滤膜装置的生态池和旋转蒸发装置。其中所述的调节池，用于对废水进行pH调节和絮凝沉降处理，可降低水的浊度、色度，去除部分高分子有机物和重金属。经过絮凝处理后的废水进入厌氧处理装置，去除部分有机物，所述厌氧处理装置将复杂的高分子有机聚合物转化成为简单、稳定的小分子化合物；完成厌氧处理后的废水进入全程自养脱氮反应器，在下部区域完成反硝化脱氮过程、在上部区域完成部分亚硝化-厌氧氨氧化脱氮过程，从而除去废水中的氮；从所述自养脱氮装置出来的废水中仍旧含有小分子有机物和少量的氮、磷，废水进入后续的设置有生态浮床的生物池，所述生态浮床用于去除污水中的重金属、以及氮、磷和小分子有机物。进入生物池的废水中含有的氮、磷和有机物为生态浮床上植物的生长提供了养分，从而使得植物可维持良好的生长状态，保证了生态浮床的长期运行。生物池中设置的曝气装置一方面可以创造好氧环境，有利于污染物在植物和微生物作用下去除，另一方面还可以加速生态池内部水流快速流动，促进内部混合。此外，该生态池中设有膜组件，且靠近曝气装置放置，可有效防止长期使用而造成的堵塞现象；生态池水质较为清澈，浊度降低，且含少量氮、磷及有机物，因此可有效减少纳滤膜的堵塞，延长纳滤膜的使用寿命。所述纳滤膜组件可有效截留二价及多价离子(Ca、Mg离子等)及分子量介于200～500Da之间的有机物，使得单价离子(NaCl)和分子量低于200Da的有机物透过纳滤膜，随出水进入改良型旋转蒸发装置。
本发明通过使用生态浮床处理有机物、氮磷与重金属，相比于传统的生化方法，具有不带来二次污染，不破坏周围环境，处理效率高，维护运行稳定等优点。
作为优选的实施方式，本发明采用空气源热泵作为旋转蒸发装置的加热源，大量节省了能源且能避免空气污染。空气源热泵可升温至60度，本发明通过对旋转瓶减压，可使内部液体沸点降低，仅采用空气源热泵即可满足加热温度的要求，大幅度降低了能耗。从纳滤系统出来的废水进入旋转蒸发装置，有效进行脱盐处理，从而使得出水达到零排放的标准。
(3)本发明所述的高效处理煤化工废水的组合系统，在所述全程自养脱氮反应器的反应器筒体的上部设置有亚硝化-厌氧氨氧化区，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件，在所述第一填料组件的表面内层附着有厌氧氨氧化菌，在所述第一填料组件的表面外层附着有亚硝化菌；在所述反应器筒体的下部设置有反硝化区；在所述反硝化区设置有附着有反硝化菌的第二填料组件；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端设置有膜组件，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方设置有曝气头。使用本发明中所述的反应器进行脱氮反应时，进入所述反应器的废水先在下部进行反硝化处理，完成反硝化处理后的废水经由曝气装置曝气充氧后进入亚硝化-厌氧氨氧化区，先与所述第一填料组件上的所述亚硝化菌和厌氧氨氧化菌相接触，发生亚硝化和厌氧氨氧化反应。完成厌氧氨氧化反应后的废水经膜组件过滤后由所述出水口排出。本发明中的反应器，将曝气装置安装在亚硝化-厌氧氨氧化区的底部，曝气产生的气泡可升至所述膜组件，从而对膜组件进行冲刷，有效防止了膜组件的污染和堵塞。利用曝气对膜组件进行冲刷时，会对反应器筒体内的水体产生扰动，使得未经完全处理的废水以及部分被冲刷下的微生物污泥到达膜组件并过膜流出，从而影响废水处理的效果，为此，本发明在所述第一填料组件和所述膜组件之间设置有第一三相分离器，随气体流至膜组件附件的废水得到分离，使得气体继续上升对膜组件进行冲刷，而微生物污泥和废水则回流至反应区，从而增强了对废水的处理效果；使得整个全程脱氮反应得以高效、稳定地进行。
所述的全程自养脱氮反应器，优选设置第一三相分离器包括多组沿水平方向依次排列的分离板，每组分离板包括导向板和挡流板；其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板所在的反应器筒体横截面的上方；每相邻两组所述分离板间设置有间隙。本发明通过对第一三相分离器进行进一步的优化，曝气装置的气泡带动微生物污泥和废水上升的过程中，先到达导向板，沿所述导向板倾斜上升，再到达挡流板，冲击导流板后，气体会沿流体通道继续上升，进而到达膜组件，而液体和微生物污泥则在挡流板的反射作用下向下回流，继续进行亚硝化-厌氧氨氧化反应，从而提高了废水和污泥的停留时间。
作为优选的实施方式，本发明设置所述导向板与水平方向的夹角为30-40度；所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度；所述导向板的夹角如设置的过大，则废水和污泥容易从导向板和挡流板间通过，到达第一三相分离器的上方，如设置的过小，则对气泡的导向作用不明显，容易对气泡产生遮挡，减少其对膜组件的冲刷作用。本发明通过对导向板和挡流板的倾斜角度进行优选，在保证对膜组件的冲刷作用的同时，还保证了挡流板对废水和污泥的挡流效果，使得废水和污泥在冲击所述挡流板后能够有效回流至反应区。
并且本发明所述导向板和挡流板的另一优点在于，本发明中的导向板上端和挡流板之间形成的间隙为气体通道，而导向板和挡流板的上表面则形成沉积面，气体冲刷膜组件后会冲掉膜组件上的污泥，掉落的污泥先到达所述沉积面后，在重力的作用下会经两组分离板间的间隙回落至反应区。本发明优选所述导向板的上端与所述挡流板之间的垂直距离为3-5cm；使得气体可通过该处，而废水和污泥则会在冲击到挡流板后回流；同时，通过优选每相邻两组所述分离板间的间隙为4-6cm，使得污泥可通过该间隙回流至反应区。
本发明中的全程自养脱氮反应器，还设置有所述第二三相分离器，所述第二三相分离器的第一挡板能够有效对第二填料组件上脱落的反硝化污泥进行截留，而反硝化反应产生的氮气和反硝化处理后的废水则通过水流通道进入上部的亚硝化-厌氧氨氧化区。所述第二三相分离器的所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体设置的圆锥形，优点在于，除了对反硝化区产生的氮气进行导流，还可以承接上方亚硝化-厌氧氨氧化区掉落的微生物污泥，防止上部反应区的微生物对下部的反硝化反应产生影响。作为优选的实施方式，本发明在所述第一挡板上且靠近所述第一挡板的上端处分布有滤孔，所述滤孔的孔径为2-4mm。通过设置所述滤孔，使得反硝化区产生的氮气可通过滤网到达上部。不会在第一挡板的下方产生死角。
为了使本发明所述的高效处理煤化工废水的组合工艺及系统的技术方案更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
如图1所示是本发明所述的高效处理煤化工废水的组合工艺流程图；
如图2所示是本发明所述的全程自养脱氮反应器的结构示意图；
如图3所示是本发明所述的设置有气体通道的第一填料组件和位于气体通道上方的分离板的结构示意图；
如图4所示是本发明中设置有回流通道和第一三相分离器的全程自养脱氮反应器的结构示意图；
如图5所示是本发明所述的设置有纳滤膜装置的生态池的结构示意图；
如图6所示是本发明所述设有空气源热泵的旋转蒸发装置的结构示意图；
如图7所示是本发明中设置有回流通道的全程自养脱氮反应器的结构示意图。
1-反应器筒体；2-反应器筒体的进水口；3-排气口；4-亚硝化-厌氧氨氧化区；5-第一填料组件；6-反硝化区；7-第二填料组件；8-膜组件；9-曝气头；10-反应器筒体的出水口；11-曝气通道；12-导向板；13-挡流板；14-流体通道；15-第一挡板；16-第二挡板；17-回流口；18-全程自养脱氮反应器底部的布水器；19-生态浮床；20-植物；21-生态池底部的布水装置；22-与纳滤膜装置出水侧连通设置的出水口；23-生态池的进水口；24-曝气泵；25-纳滤膜装置；26-水循环装置；27-热水循环泵；28-温度传感装置；29-水浴加热装置；30-温度显示装置；31-空气热源泵；32-冷凝器；33-送料口；34-排料口；35-第一填料组件上的回流通道。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，其流程图如图1所示，包括依次连接设置的：调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理；厌氧处理装置，所述调节池的出水进入所述厌氧处理装置；全程自养脱氮反应器，经厌氧处理装置处理后的废水进入所述全程自养脱氮反应器进行脱氮；生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置25，所述纳滤膜装置25靠近所述曝气装置设置；与所述纳滤膜装置25的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床19，在所述生态浮床19上种植有植物20；旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置25的出水口连通设置。
本实施例中所述的厌氧处理反应器结构为UASB厌氧反应器。
本实施例中所述全程自养脱氮反应器如图2所示，包括反应器筒体1，在所述反应器筒体1的底部设置有进水口2，顶部设置有排气口3；为了使进水均匀，本实施例在所述反应器筒体1内、位于所述进水口2上方处设置有布水器18。在所述反应器筒体1的上部设置有亚硝化-厌氧氨氧化区4，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4内设置有第一填料组件5，在所述第一填料组件5的表面内层附着有厌氧氨氧化菌，在所述第一填料组件5的表面外层附着有亚硝化菌；本实施例在所述第一填料组件5上设置有曝气通道11，所述曝气通道11呈环形设置，如图2所示，本实施例中所述的第一填料组件5为无纺布填料，作为可选择的实施方式，也可以选用现有技术中的任意填料，如Biofringe填料、WPT填料等。在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的顶端设置有膜组件8，所述膜组件8位于所述第一填料组件5的上方，本实施例中所述的膜组件8可采用现有技术中任意一种MBR膜。所述膜组件8覆盖所述反应器筒体1的横截面设置；与所述膜组件8的出水侧连通设置有出水口10，经膜组件8处理后的出水由所述出水口10排出；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4内且位于所述第一填料组件5的下方设置有曝气头9；所述曝气头9设置有多个，所述多个曝气头9分布在环形曝气通道11的正下方；本实施例中所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的高度与所述反应器筒体1的直径之比为1:1-1:2；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的上部且位于所述膜组件8的下方的反应器筒体1上设置有回流口17。在所述第一填料组件5和所述膜组件8之间设置有第一三相分离器，所述第一相分离器包括一组分离板。分离板包括导向板12和挡流板13；其中，所述导向板12和挡流板13均倾斜设置，在所述导向板12和挡流板13之间形成流体通道14，所述流体通道14沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板13的上端所在的反应器筒体1横截面位于所述导向板12上端所在的反应器筒体1横截面的上方；所述分离板与所述曝气通道11对应设置，同样设置为环形；所述分离板的导向板12设置在所述曝气通道11的正上方。本实施例中所述导向板12与水平方向的夹角为30度；所述挡流板13与水平方向的夹角为40度；所述导向板12的上端与所述挡流板13之间的垂直距离为5cm。在所述反应器筒体1的下部设置有反硝化区6；在所述反硝化区6设置有附着有反硝化菌的第二填料组件7，所述第二填料组件7为Biofringe填料(BF填料)。
在整体运行所述组合工艺前，先启动所述全程自养脱氮反应器，具体启动方法为：1)首先向反应器筒体1上部的第一填料组件上接种anammox污泥，利用人工配制含氮废水进行培养驯化；人工废水成分如下：NH4-N，100mg/L；NO2-N，100mg/L；KHCO3，1.5-2.0g/L；NaCl，10g/L；KH2PO4，54mg/L；FeSO4·7H2O，9mg/L；EDTA，5mg/L；微量元素，1mL/L；所述微量元素的成分为：CuSO4·5H2O，0.25mg/L；ZnSO4·7H2O，0.43mg/L；CoCl2·6H2O，0.24mg/L；MnCl2·4H2O，0.99mg/L；NaMoO4·2H2O，0.22mg/L；NiCl2·6H2O，0.19mg/L；NaSeO4，0.11mg/L；H3BO3，0.014mg/L。在使用人工废水进行培养驯化前，先向人工废水曝氮气，使进水中的溶解氧浓度为0，调节所述人工废水的pH为7-8；2)待反应稳定后，逐步提高进水中溶解氧浓度，以培养反应器内可以消耗氧气的细菌；3)经过培养驯化，第一填料组件外表面附有兼氧菌，可消耗反应器内的溶解氧，为厌氧氨氧化反应营造厌氧条件；4)向附有厌氧氨氧化菌的第一填料组件表面接种亚硝化菌，并降低进水中的亚硝氮浓度，同时进行曝气；5)待反应器筒体1的上部实现稳定的一体化部分亚硝化-厌氧氨氧化过程后，于反应器筒体1的下部放入提前接种好的附有反硝化菌的第二填料组件，实现反应器筒体1下部的反硝化处理过程。
本实施例中所述生态池的生态浮床19的框架采用泡沫板制成，在所述框架上种植有植物20，本实施例中种植的植物20为香根草和蜈蚣草，植物20相对于生态池水面的种植密度为40-60株/m2，所述生态池的深度优选设置为2-3米；本实施例中所述的生态浮床19无需设置培养基，所述植物20依靠生物池内的废水提供养料；作为可选择的实施方式，所述植物20也可以是香根草、蜈蚣草、鳞苔草、紫叶花苕、油菜、水葫芦、凤眼莲中的一种或者多种。为了使水质分布均匀，本实施例所述生态池的进水口23设置在生态池的底部；在所述生态池的底部还设置有布水装置21和曝气装置，所述布水装置21采用均匀布水器，所述均匀布水器由总管和与总管连通设置的支管组成，在所述支管上均匀分布有出水孔，所述均匀分布器的总管与所述全程自养脱氮反应器的出水口10连通设置，全程自养脱氮反应器的出水经过所述均匀分布器进入所述生态池；通过曝气泵24向曝气装置输送含氧气体，从而对所述生态池中的废水进行曝气，作为优选的实施方式，所述纳滤膜组件25与所述曝气装置的出气孔之间的距离设置为50cm，以便于曝入的气体可对纳滤膜进行冲刷，作为可选择的实施方式，这一距离可设置为30-100cm。
使用本实施例中所述的系统对煤化工废水进行处理，本实施例采用的煤化工废水为来自焦化厂的焦化废水，水质指标为盐度在2％～5％之间，氨氮浓度在500～1000mg/L之间，COD浓度在1000～3000mg/L之间；具体采用的组合工艺如下：
(1)煤化工废水进入调节池，所述煤化工废水的进水量为20t/天；将所述调节池中的所述煤化工废水的pH值调节至7，向所述煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理，作为优选的实施方式，为了减少重金属等污染物质的引进，本实施例中所述絮凝剂为聚乙烯酰胺；作为可选择的实施方式，也可选择其它现有技术中的任意絮凝剂；本实施例中所述絮凝剂的投加量与废水的质量体积比为3kg/m3；
(2)将完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水送入厌氧处理反应器进行厌氧处理处理，废水在所述厌氧处理反应器中的停留时间为10h；
(3)将经厌氧处理处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理，在处理过程中控制所述全程自养脱氮反应器的反应器筒体1上部区域的废水的pH值为7.5-8.0，利用曝气头向所述反应器筒体1上部区域曝入空气，控制溶解氧浓度为0.3-0.5mg/L；废水在所述全程自养脱氮反应器中的停留时间为5h；本实施例在所述全程自养脱氮反应器的所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的上部且位于所述膜组件8的下方的反应器筒体1上设置有回流口17，完成亚硝化-厌氧氨氧化处理的废水中的一部分通过所述回流口17回流至所述进水口2，回流比(回流水量与进水水量之比)为1:3，作为可选择的实施方式，回流比可以设置为1:4-2:5中的任意一值；本实施例中所述全程自养脱氮反应器内设置有导向板12和挡流板13，曝气头9的气泡带动微生物污泥和废水上升的过程中，先到达导向板12，沿所述导向板倾斜上升，再到达挡流板，冲击导流板后，气体会沿流体通道继续上升，进而到达膜组件，而液体和微生物污泥则在挡流板13的反射作用下向下回流，继续进行亚硝化-厌氧氨氧化反应，从而提高了废水和污泥的停留时间。
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入生态池进行生物处理，处理过程中使用曝气装置曝入含氧气体使废水处于好氧条件，废水在所述生物池中的停留时间为3天；使用纳滤膜组件8对生态池的水进行纳滤处理；所述生态池中的植物20则吸收纳滤膜装置25产生的浓水中的盐分，从而避免生态池中的盐分不断升高。为了保持植物20的吸收能力，每半个月对植物20进行一次更新，拔除旧的植物并植入新植物，拔除的植物可进行焚烧或者堆肥处理。
(5)经过纳滤膜装置25过滤后得到的滤液经纳滤膜装置25的出水口22送入旋转蒸发装置，进行旋转蒸发操作。
在上述工艺运行的过程中，对生态池上层的水质指标进行检测，生态池中的有机物、氨氮指标已经满足国标GB8978-1996中的污染物排放的一级标准，水质较为洁净，再经过纳滤、旋转蒸发结晶出单价盐类，即可完全实现零排放。
实施例2
本实施例提供了一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，包括依次连接设置的：调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理；厌氧处理装置，所述调节池的出水进入所述厌氧处理装置；全程自养脱氮反应器，经厌氧处理装置处理后的废水进入所述全程自养脱氮反应器进行脱氮；生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置25，所述纳滤膜装置25靠近所述曝气装置设置；与所述纳滤膜装置25的出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床19，在所述生态浮床19上种植有植物20；旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置25的出水口连通设置。
本实施例提供的全程自养脱氮反应器包括反应器筒体1，如图4所示，在所述反应器筒体1的底部设置有进水口2，顶部设置有排气口3；为了使进水均匀，本实施例在所述反应器筒体1内、位于所述进水口2上方处设置有布水器18。在所述反应器筒体1的上部设置有亚硝化-厌氧氨氧化区4，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4内设置有第一填料组件5，在所述第一填料组件5的表面内层附着有厌氧氨氧化菌，在所述第一填料组件5的表面外层附着有亚硝化菌；本实施例在所述第一填料组件5上设置有曝气通道11，所述曝气通道11设置有两个，所述两个曝气通道在所述反应器筒体的横截面上沿所述反应器筒体的中轴对称，且均靠近所述反应器筒体的内壁面设置；在所述曝气通道的内侧，即靠近所述反应器筒体中轴线的一侧还设置有回流通道35，如图3所示，本实施例中的所述回流通道35也设置有两个。本实施例中所述的第一填料组件5为无纺布填料。在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的顶端设置有膜组件8，本实施例中所述的膜组件8覆盖所述反应器筒体1的横截面设置；与所述膜组件8的出水侧连通设置有出水口10；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4内且位于所述第一填料组件5的下方设置有曝气头9；所述曝气头9设置有两个，所述两个曝气头9分布在所述两个曝气通道11的正下方；本实施例中所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的高度与所述反应器筒体1的直径之比为1:1-1:2；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的上部且位于所述膜组件8的下方的反应器筒体1上设置有回流口17。在所述第一填料组件5和所述膜组件8之间设置有第一三相分离器，所述第一三相分离器包括两组分离板。分离板包括导向板12和挡流板13；其中，所述导向板12和挡流板13均倾斜设置，在所述导向板12和挡流板13之间形成流体通道14，所述流体通道14沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板13的上端所在的反应器筒体1横截面位于所述导向板12所在的反应器筒体1横截面的上方；所述两组分离板分别与所述两组曝气通道11对应设置；所述两组分离板的导向板12分别设置在两组所述曝气通道11的正上方，所述两组分离板的挡流板13则分别位于两个所述回流通道35的正上方。本实施例中所述导向板12与水平方向的夹角为30度；所述挡流板13与水平方向的夹角为40度；所述导向板12的上端与所述挡流板13之间的垂直距离为10cm。在所述反应器筒体1的下部设置有反硝化区6；在所述反硝化区6设置有附着有反硝化菌的第二填料组件7，所述第二填料组件7为BF填料。本实施例在所述反硝化区6和所述亚硝化-厌氧氨氧化区4之间还设置有第二三相分离器；所述第二三相分离器包括:位于下部的第一挡板15，所述第一挡板15呈圆台形且沿所述反应器筒体1的圆周方向设置，所述第一挡板15沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板15的中心位置设置有水流通孔；位于所述第一挡板15上方的第二挡板16，所述第二挡板16呈尖端朝向所述反应器筒体1设置的圆锥形，所述第二挡板16的上端与所述反应器筒体1的内壁面之间设置有水流间隙；所述第一挡板15和第二挡板16之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道。所述两个曝气头9分布在所述第二挡板16的顶端边缘处。
作为优选的实施方式，本实施例在所述曝气头9的上方且位于所述无纺布填料的下方设置有电极装置，所述电极装置采用电毡为工作电极，石墨片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。为了便于在运行过程中控制反应器筒体1上部区域的废水的pH值，本实施例在所述反应器筒体1的上部区域内设置有pH检测装置，在上部区域的液面上方设置有pH滴定装置，与所述pH滴定装置和pH检测装置连接设置有控制器；当pH检测装置检测到的pH值超出预设范围时，所述控制器适宜于根据pH检测装置的检测结果控制所述pH滴定装置向所述废水内滴加酸或者碱。本实施例中所述全程自养脱氮反应器的启动方法同实施例1。
本实施例在所述生态池如图5所示，所述生态浮床19上种植的植物20为紫叶花苕和水葫芦，植物20相对于生态池水面的种植密度为40-60株/m2；所述生态池的深度优选为2-3米；为了使水质分布均匀，本实施例在所述生态池的底部设置有布水装置21，所述布水装置21采用均匀布水器，全程自养脱氮反应器的出水经过所述均匀分布器进入所述生态池。为了进一步提高生态池的处理效果，本实施例在所述生态池内还设置有水循环装置26。作为可选择的实施方式，所述水循环装置26包括两条沿竖直方向设置的循环管道，所述两条循环管道分别位于生态池内的两侧，其中一条在所述生态池的下部设置有进水口，在所述生态池的上部设置有出水口；另一条则在所述生态池的上部设置有进水口，在所述生态池的下部设置有出水口，实现生态池内的水流循环。
作为优选的实施方式，本实施例中所述旋转蒸发装置采用空气源热泵作为加热源，与所述旋转蒸发装置连接设置有减压装置，如图6所示。废水经送料口33送入所述旋转蒸发装置中，与所述旋转蒸发装置连通设置有减压装置(未示出)。使用空气源热泵31对水进行加热，使用热水循环泵将27加热后的水泵入水浴加热装置29，使用循环水对所述旋转蒸发装置进行水浴加热；蒸发后的水汽经冷凝器32冷凝后经由所述排料口34排出。为了便于控制温度，与所述水浴加热装置连接设置有温度传感装置28，并使用温度显示装置30进行显示。空气源热泵可升温至60度，本实施例通过对旋转瓶减压，可使内部液体沸点降低，仅采用空气源热泵即可满足加热温度的要求，大幅度降低了能耗。
本实施例采用来自焦化厂的焦化废水作为处理对象，水质指标为盐度在2％～5％之间，氨氮浓度在500～1000mg/L之间，COD浓度在1000～3000mg/L之间；具体采用的组合工艺如下：
(1)煤化工废水进入调节池，所述煤化工废水的进水量为20t/天；将所述调节池中的所述煤化工废水的pH值调节至7.5，向所述煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理，作为优选的实施方式，为了减少重金属等污染物质的引进，本实施例中所述絮凝剂为聚乙烯酰胺；作为可选择的实施方式，也可选择其它现有技术中的任意絮凝剂；本实施例中所述絮凝剂的投加量与废水的体积比为3kg/m3；
(2)将完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水送入厌氧处理反应器进行厌氧处理处理，废水在所述厌氧处理反应器中的停留时间为12h；
(3)将经厌氧处理处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理，在处理过程中控制所述全程自养脱氮反应器的反应器筒体1上部区域的废水的pH值为7.5-8.0，利用曝气头9向所述反应器筒体1上部区域曝入空气，控制溶解氧浓度为0.3-0.5mg/L；废水在所述全程自养脱氮反应器中的停留时间为5h；本实施例在所述全程自养脱氮反应器的所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的上部且位于所述膜组件8的下方的反应器筒体1上设置有回流口17，完成亚硝化-厌氧氨氧化处理的废水中的一部分通过所述回流口17回流至所述进水口2，回流比为1:3，作为可选择的实施方式，回流比可以设置为1:4-2:5中的任意一值；本实施例中所述曝气头的气泡带动微生物污泥和废水上升的过程中，先到达导向板12，沿所述导向板倾斜上升，再到达挡流板，冲击导流板后，气体会沿流体通道继续上升，进而到达膜组件，而液体和微生物污泥则在挡流板13的反射作用下向下回流，本实施例在所述挡流板13的下方设置有回流通道35，使得回流的液体和微生物污泥得以更加顺畅地流向下方，形成一个循环(如图4所示)。
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入生态池进行生物处理，废水在所述生物池中的停留时间为3天；使用纳滤膜组件8对生态池的水进行纳滤处理；所述生态池中的植物20则吸收纳滤膜装置25产生的浓水中的盐分，从而避免生态池中的盐分不断升高。为了保持植物20的吸收能力，每半个月对植物进行一次更新，拔除旧的植物并植入新植物，拔除的植物可进行焚烧或者堆肥处理。
(5)经过纳滤膜装置25过滤后得到的滤液经纳滤膜装置25的出水口22送入旋转蒸发装置，进行旋转蒸发，脱除盐分。
在上述工艺运行的过程中，对生态池上层的水质指标进行检测，生态池中的有机物、氨氮指标已经满足国标GB8978-1996中的污染物排放的一级标准，水质较为洁净，再经过纳滤、旋转蒸发结晶出单价盐类，即可完全实现零排放。
对实施例1和实施例2中全程自养脱氮反应器回流口的出水进行检测，氨氮的浓度为15mg/L以下，水质较为洁净，而全程自养脱氮反应器中经过膜组件过滤后的出水中则基本不含氨氮。
实施例3
本实施例中的用于高效处理煤化工废水的组合系统同实施例1和实施例2，如图1所示，包括依次连接设置的：调节池、厌氧处理装置、全程自养脱氮反应器、生态池和旋转蒸发装置。其中所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置25，所述纳滤膜装置25靠近所述曝气装置的出气孔设置；与所述纳滤膜装置25的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床19，在所述生态浮床19上种植有植物20；旋转蒸发装置与所述纳滤膜装置25的出水口连通设置。
本实施例中所述的全程自养脱氮反应器如图7所示，在所述反应器筒体1的底部设置有进水口2，顶部设置有排气口3；在所述反应器筒体的上部设置有亚硝化-厌氧氨氧化区4，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区4内设置有第一填料组件5，为无纺布填料；在所述第一填料组件的表面内层附着有厌氧氨氧化菌，在所述第一填料组件的表面外层附着有亚硝化菌；本实施例在所述第一填料组件5上设置有曝气通道11，所述曝气通道11设置有两个；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端设置有膜组件8，与所述膜组件8的出水侧连通设置有出水口；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方设置有曝气头9；在所述亚硝化-厌氧氨氧化区的上部且位于所述膜组件的下方的反应器筒体上设置有回流口；在所述反应器筒体的下部设置有反硝化区；在所述反硝化区设置有附着有反硝化菌的第二填料组件，所述第二填料组件为BF填料。
本实施例在所述反硝化区和所述亚硝化-厌氧氨氧化区之间还设置有三相分离器；所述三相分离器包括:位于下部的第一挡板，所述第一挡板呈圆台形且沿所述反应器筒体的圆周方向设置，所述第一挡板沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板的中心位置设置有水流通孔；位于所述第一挡板上方的第二挡板，所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体设置的圆锥形，所述第二挡板的上端与所述反应器筒体的内壁面之间设置有水流间隙；所述第一挡板和第二挡板之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道。所述曝气头分布在所述第二挡板的顶端边缘处，所述第二挡板的顶端边缘靠近所述反应器筒体的内壁设置。本实施例在位于所述曝气头上方的第一填料组件上设置有曝气通道11，所述曝气通道11同样靠近所述反应器筒体的内壁设置；在所述第一填料上且位于所述上升通道的内侧设置有回流通道35，此处的“内侧”是指靠近所述反应器筒体中轴的一侧。本实施例通过这种设置方式，使得废水在曝气头的曝气作用下在靠近反应器筒体内壁处进入亚硝化-厌氧氨氧化区，并到达第一填料组件的上方，到达第一填料组件上方的废水再通过回流通道35回流(如图7所示)，从而提高了废水与第一填料组件的接触时间，提高了处理效率。本实施例中所述全程自养脱氮反应器的启动方法同实施例1。
本实施例采用来自焦化厂的焦化废水作为处理对象，水质指标为盐度在2％～5％之间，氨氮浓度在500～1000mg/L之间，COD浓度在1000～3000mg/L之间；具体采用的组合工艺如下：
(1)煤化工废水进入调节池，所述煤化工废水的进水量为20t/天；将所述调节池中的所述煤化工废水的pH值调节至7.5，向所述煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理，作为优选的实施方式，为了减少重金属等污染物质的引进，本实施例中所述絮凝剂为聚乙烯酰胺；所述絮凝剂的投加量与废水的体积比为3kg/m3；
(2)将完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水送入厌氧处理反应器进行厌氧处理处理，废水在所述厌氧处理反应器中的停留时间为12h；
(3)将经厌氧处理处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理，在处理过程中控制所述全程自养脱氮反应器的反应器筒体1上部区域的废水的pH值为7.5-8.0，利用曝气头9向所述反应器筒体1上部区域曝入空气，控制溶解氧浓度为0.3-0.5mg/L；废水在所述全程自养脱氮反应器中的停留时间为5h；本实施例在所述全程自养脱氮反应器的所述亚硝化-厌氧氨氧化区4的上部且位于所述膜组件8的下方的反应器筒体1上设置有回流口17，完成亚硝化-厌氧氨氧化处理的废水中的一部分通过所述回流口17回流至所述进水口2，回流比为1:3。
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入生态池进行生物处理，废水在所述生物池中的停留时间为3天；使用纳滤膜组件8对生态池的水进行纳滤处理；所述生态池中的植物20则吸收纳滤膜装置25产生的浓水中的盐分，从而避免生态池中的盐分不断升高。为了保持植物20的吸收能力，每半个月对植物进行一次更新，拔除旧的植物并植入新植物，拔除的植物可进行焚烧或者堆肥处理。
(5)经过纳滤膜装置25过滤后得到的滤液经纳滤膜装置的出水口22送入旋转蒸发装置，进行旋转蒸发，脱除盐分。
在上述工艺运行的过程中，对生态池上层的水质指标进行检测，生态池中的有机物、氨氮指标已经满足国标GB8978-1996中的污染物排放的一级标准，水质较为洁净，再经过纳滤、旋转蒸发结晶出单价盐类，即可完全实现零排放。
对实施例3中全程自养脱氮反应器的所述回流口17排出的出水进行检测，其中氨氮的浓度为25-28mg/L。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，包括依次连接设置的：
调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理；
厌氧处理装置，与所述调节池连接设置；
全程自养脱氮反应器，与所述厌氧处理装置连接设置；
生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置；与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物；
旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置的出水口连通设置。
2.根据权利要求1所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，所述全程自养脱氮反应器包括：反应器筒体，在所述反应器筒体的底部设置有进水口，顶部设置有排气口；亚硝化-厌氧氨氧化区，设置在所述反应器筒体的上部，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件；反硝化区，设置在所述反应器筒体的下部，在所述反硝化区设置有第二填料组件；膜组件，位于所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口；曝气头，设置在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方；在所述第一填料组件上设置有曝气通道，所述曝气通道沿竖直方向设置；在所述第一填料组件和所述膜组件之间还设置有第一三相分离器。
3.根据权利要求2所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，所述第一三相分离器包括分离板，每组分离板设置有导向板和挡流板；其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板上端所在的反应器筒体横截面的上方；所述分离板与所述曝气通道对应设置，所述分离板的导向板设置在所述曝气通道的正上方。
4.根据权利要求3所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，所述曝气通道设置有多个，所述曝气头也设置有多个，所述多个曝气头分别位于所述多个曝气通道的下方；所述第一三相分离器包括多组分离板，所述多组分离板与所述多个曝气通道一一对应设置，每组所述分离板的导向板均设置在对应的所述曝气通道的正上方。
5.根据权利要求4所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，所述曝气通道靠近所述反应器筒体的内壁面设置，在所述曝气通道的内侧设置有回流通道，所述分离板的挡流板设置在所述回流通道的正上方。
6.根据权利要求5所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，所述导向板与水平方向的夹角为30-40度；所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度。
7.根据权利要求6所述的用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，在所述反硝化区和所述亚硝化-厌氧氨氧化区之间设置有第二三相分离器；所述第二三相分离器包括：第一挡板，呈圆台形且沿所述反应器筒体的圆周方向设置，所述第一挡板沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板的中心位置设置有水流通孔；
第二挡板，位于所述第一挡板上方；所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体下方设置的圆锥形，所述第二挡板的上端与所述反应器筒体的内壁面之间设置有水流间隙；所述第一挡板和第二挡板之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道；所述曝气头设置在所述第二挡板的上端边缘上。
8.一种高效处理煤化工废水的组合工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述煤化工废水送入调节池，将pH值调节至7-7.5，向所述调节池内的煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理；
(2)对完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水进行厌氧处理；
(3)将经厌氧处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理；
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入附有纳滤膜装置的生态池进行处理，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置；在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置；与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口；在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物；
(5)对所述纳滤膜装置出水口的出水进行旋转蒸发操作。
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