CN107140735B - 一种煤气化废水生物脱氮系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤气化废水生物脱氮系统和方法，实现氨氮和总氮的深度去除，减少构筑物占地面积，降低运行和建设成本。一种煤气化废水生物脱氮系统，包括短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置、碳源投加装置和水质在线监测装置，所述短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置依次通过管路相连。本发明的系统和方法结合了固定化微生物技术及厌氧氨氧化技术的优势，提升系统整体脱氮能力，无需污泥回流和硝化液回流，容积负荷高，占地面积小，节省氧气和有机碳源。

Description

一种煤气化废水生物脱氮系统和方法

技术领域

本发明涉及一种煤气化废水处理系统和方法，特别涉及一种煤气化废水生物脱氮系统和方法。

背景技术

煤气化在我国能源化工领域占有重要地位，但废水治理已成为制约该产业发展的关键问题。固定床、流化床及气流床三种气化工艺所产生的废水水质并不相同，但共同点是氨氮及COD含量高。国内外普遍采用预处理+生物处理+深度处理的工艺路线处理煤气化废水，氨氮的去除主要在生物处理单元实现，而常规的生物处理工艺基本上都是以活性污泥法为主体，利用传统原理脱氮，将硝化及反硝化限制在不同反应器或不同时间段，存在工艺流程复杂、附属构筑物多、运行成本高、总氮去除效果差，氨氮去除效果不稳定等诸多问题。目前，较为高效且节能的脱氮技术包括同步硝化反硝化、短程硝化反硝化及厌氧氨氧化技术，但这些技术都存在环境因素控制成本高，深度脱氮能力弱的问题。煤气化废水氨氮浓度高，水质波动大，通过同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、及厌氧氨氧化技术的集成运用，可以充分利用原水中的有机碳源，提高处理效果，减少构筑物占地面积，降低运行和建设成本。

因此，如何提供一种煤气化废水生物脱氮系统和方法，以实现氨氮及总氮的深度去除，降低建设及运行成本是本领域目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤气化废水生物脱氮系统和方法，灵活运用同步硝化反硝化、短程硝化反硝化及厌氧氨氧化技术，实现氨氮和总氮的深度去除，减少构筑物占地面积，降低运行和建设成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤气化废水生物脱氮系统，该煤气化废水生物脱氮系统包括短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置、碳源投加装置和水质在线监测装置，所述短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置依次通过管路相连，管路上设有多个与水质在线监测装置相连的监测点，所述短程硝化反硝化装置设置有从总进水管分出的第一进水支管，所述厌氧氨氧化装置设置有从总进水管分出的第二进水支管，短程硝化反硝化装置通过第一出水管与厌氧氨氧化装置连通，厌氧氨氧化装置与非定向脱氮装置通过第二出水管连通，所述非定向脱氮装置还设有第三出水管，所述碳源投加装置与第二出水管通过管路相连；

所述短程硝化反硝化装置内部沿废水水流方向依次设有紊动床反应区和固定床反应区，紊动床反应区设置有第一多孔载体，固定床反应区设置有复合载体，紊动床反应区下部设有中部曝气装置，固定床反应区下部设有底部曝气装置，所述短程硝化反硝化装置设有与紊动床反应区和固定床反应区相接的辅助反应组件；

所述非定向脱氮装置内部设置有复合载体。

作为优选，所述第一多孔载体为孔径1.1～3mm的立方体，第一多孔载体在所述紊动床反应区中的填充率为60％～65％；所述复合载体包括外部球体、第二多孔载体和第三多孔载体，外部球体为网格状空心球，空心球的网格为边长10～15mm的四边形，第二多孔载体为孔径0.7～0.8mm的立方体，第三多孔载体为孔径0.4～0.5mm的立方体。较为合适的方案为第一多孔载体为边长50mm的立方体，外部球体直径150mm，第二多孔载体为边长30mm立方体，第三多孔载体为边长30mm立方体。

作为优选，所述辅助反应组件包括主轴和与主轴连接的驱动电机、紊动床旋转篮和固定床旋转篮，驱动电机设于短程硝化反硝化装置顶部，驱动电机下部设有主轴，主轴伸入短程硝化反硝化装置内部，主轴在与紊动床反应区相接的部位设有网格状表面的紊动床旋转篮，紊动床旋转篮的底部位于中部曝气装置上方，主轴在与固定床反应区相接的部位设有网格状表面的固定床旋转篮，固定床旋转篮的底部位于底部曝气装置上方。

作为优选，所述多个监测点分别设于第一进水支管、第一出水管和第二出水管上。

作为优选，所述短程硝化反硝化装置底部设有排泥管。

一种采用煤气化废水生物脱氮系统进行煤气化废水生物脱氮的方法，该方法具体包括以下步骤：

①通过对底部曝气装置和中部曝气装置曝气量的调整来控制紊动床反应区溶解氧浓度保持在1.1～1.5mg/L、固定床反应区溶解氧浓度保持在0.6～1mg/L，中部曝气装置为间歇曝气，持续曝气时间根据溶解氧浓度监测值确定，所述第一多孔载体及所述复合载体表面附着亚硝化菌，所述复合载体内部附着反硝化菌，通过反应区、曝气方式及多规格载体的设置，在所述短程硝化反硝化装置中完成亚硝酸氮的积累和部分反硝化；

上述步骤中，中部曝气装置提供的间歇气流促进第二多孔载体在所述紊动床反应区中紊态移动，紊动床反应区溶解氧浓度相对充足，中部曝气装置的间歇曝气既可增氧又可促进第一多孔载体表面生物膜更新，防止第一多孔载体表面繁殖亚硝酸氮氧化菌；

②在所述厌氧氨氧化装置中，第一出水管流入的亚硝酸氮与第一出水管流入的氨氮及第二进水支管流入的氨氮进行厌氧氨氧化反应；

③非定向脱氮装置中的复合载体表面附着亚硝化菌，复合载体内部附着反硝化菌，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度大于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在1.1～1.5mg/L，非定向脱氮装置通过同步硝化反硝化方式脱氮，去除氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机物，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度小于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在0.6～1mg/L，非定向脱氮装置以反硝化作用为主，去除亚硝酸氮、硝酸氮和有机物；非定向脱氮过程中利用所述碳源投加装置向所述非定向脱氮装置适量投加易降解有机碳源，为反硝化反应补充碳源。

作为优选，所述第一进水支管流入所述短程硝化反硝化装置的废水占总废水量的60％～65％，所述第二进水支管流入所述厌氧氨氧化装置的废水占总废水量的35％～40％。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术相比，具有以下优点，

(1)本发明在短程硝化反硝化装置中，通过载体和功能区的优化，在同一装置内形成稳定的好氧环境和缺氧微环境，充分利用原水中的有机碳源，实现短程同步硝化反硝化；

(2)本发明在厌氧氨氧化装置中，利用原水分流调配氨氮浓度，保持厌氧氨氧化反应中氨氮与亚硝酸氮的最佳比例；

(3)本发明通过非定向脱氮装置对厌氧氨氧化装置出水中的氨氮、亚硝酸氮和亚硝酸氮进行有针对性的去除，深度脱除氨氮和总氮，使系统具备稳定的抗冲击负荷能力；

(4)本发明的系统和方法结合了固定化微生物技术及厌氧氨氧化技术的优势，提升系统整体脱氮能力，无需污泥回流和硝化液回流，容积负荷高，占地面积小，节省氧气和有机碳源。

附图说明

图1是本发明的煤气化废水生物脱氮系统结构示意图；

图2是本发明的短程硝化反硝化装置结构示意图；

图3是本发明的复合载体结构示意图。

图中：1、短程硝化反硝化装置，11、紊动床反应区，12、固定床反应区，13、底部曝气装置，14、中部曝气装置，15、第一多孔载体，16、复合载体，17、排泥管，18、辅助反应组件，161、外部球体，162、第二多孔载体，163、第三多孔载体，181、驱动电机，182、主轴，183、紊动床旋转篮，184、固定床旋转篮，2、厌氧氨氧化装置，3、非定向脱氮装置，4、碳源投加装置，5、水质在线监测装置，51、监测点，6、总进水管，61、第一进水支管，62、第二进水支管，63、第一出水管，64、第二出水管，65、第三出水管。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例：

亚硝化菌：型号AOB2015-1，煤科集团杭州环保研究院有限公司；

反硝化菌：型号DENB2015-3，煤科集团杭州环保研究院有限公司；

气流床气化废水来源：某煤制甲醇企业。

一种煤气化废水生物脱氮系统，结构如图1和图2所示，由短程硝化反硝化装置1、厌氧氨氧化装置2、非定向脱氮装置3、碳源投加装置4和水质在线监测装置5组成，短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置依次通过管路相连，管路上设有多个与水质在线监测装置相连的监测点51，短程硝化反硝化装置设置有从总进水管6分出的第一进水支管61，厌氧氨氧化装置设置有从总进水管分出的第二进水支管62，短程硝化反硝化装置通过第一出水管63与厌氧氨氧化装置连通，厌氧氨氧化装置与非定向脱氮装置通过第二出水管64连通，非定向脱氮装置还设有第三出水管65，碳源投加装置与第二出水管通过管路相连。多个监测点分别设于第一进水支管、第一出水管和第二出水管上。

短程硝化反硝化装置内部沿废水水流方向依次设有紊动床反应区11和固定床反应区12，紊动床反应区设置有第一多孔载体15，固定床反应区设置有复合载体16，紊动床反应区下部设有中部曝气装置14，固定床反应区下部设有底部曝气装置13，短程硝化反硝化装置设有与紊动床反应区和固定床反应区相接的辅助反应组件18，短程硝化反硝化装置底部设有排泥管17。

非定向脱氮装置内部设置有复合载体，复合载体的结构见图3。

第一多孔载体为孔径1.1～3mm的立方体，第一多孔载体在紊动床反应区中的填充率为60％～65％；复合载体包括外部球体161、第二多孔载体162和第三多孔载体163，外部球体为网格状空心球，空心球的网格为边长10～15mm的四边形，第二多孔载体为孔径0.7～0.8mm的立方体，第三多孔载体为孔径0.4～0.5mm的立方体。本实施例选用的第一多孔载体为边长50mm的立方体，外部球体直径150mm，第二多孔载体为边长30mm立方体，第三多孔载体为边长30mm立方体。

辅助反应组件包括主轴182和与主轴连接的驱动电机181、紊动床旋转篮183和固定床旋转篮184，驱动电机设于短程硝化反硝化装置顶部，驱动电机下部设有主轴，主轴伸入短程硝化反硝化装置内部，主轴在与紊动床反应区相接的部位设有网格状表面的紊动床旋转篮，紊动床旋转篮的底部位于中部曝气装置上方，主轴在与固定床反应区相接的部位设有网格状表面的固定床旋转篮，固定床旋转篮的底部位于底部曝气装置上方。

采用所述的煤气化废水生物脱氮系统进行煤气化废水生物脱氮的方法具体包括以下步骤：

①通过对底部曝气装置和中部曝气装置曝气量的调整来控制紊动床反应区溶解氧浓度保持在1.1～1.5mg/L、固定床反应区溶解氧浓度保持在0.6～1mg/L，中部曝气装置为间歇曝气，持续曝气时间根据溶解氧浓度监测值确定，所述第一多孔载体及所述复合载体表面附着亚硝化菌，所述复合载体内部附着反硝化菌，通过反应区、曝气方式及多规格载体的设置，在所述短程硝化反硝化装置中完成亚硝酸氮的积累和部分反硝化；

上述步骤中，中部曝气装置提供的间歇气流促进第二多孔载体在所述紊动床反应区中紊态移动，紊动床反应区溶解氧浓度相对充足，中部曝气装置的间歇曝气既可增氧又可促进第一多孔载体表面生物膜更新，防止第一多孔载体表面繁殖亚硝酸氮氧化菌；

②在所述厌氧氨氧化装置中，第一出水管流入的亚硝酸氮与第一出水管流入的氨氮及第二进水支管流入的氨氮进行厌氧氨氧化反应；

③非定向脱氮装置中的复合载体表面附着亚硝化菌，复合载体内部附着反硝化菌，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度大于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在1.1～1.5mg/L，非定向脱氮装置通过同步硝化反硝化方式脱氮，去除氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机物，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度小于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在0.6～1mg/L，非定向脱氮装置以反硝化作用为主，去除亚硝酸氮、硝酸氮和有机物；非定向脱氮过程中利用所述碳源投加装置向所述非定向脱氮装置适量投加易降解有机碳源，为反硝化反应补充碳源。

第一进水支管流入所述短程硝化反硝化装置的废水占总废水量的60％～65％，第二进水支管流入所述厌氧氨氧化装置的废水占总废水量的35％～40％。

在水力停留时间为17小时的情况下，中试用水为经过物化预处理后的气流床气化废水，采用本实施例的方法及装置，连续运行27天的水质监测数据如表1所示。

表1中试运行期间的水质监测数据单位：mg/L

从表1可以看出，系统出水水质稳定，通过同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等高效脱氮方式的集成优化，以较低的水力停留时间实现了对氨氮及总氮的深度脱除。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于：该煤气化废水生物脱氮系统包括短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置、碳源投加装置和水质在线监测装置，所述短程硝化反硝化装置、厌氧氨氧化装置、非定向脱氮装置依次通过管路相连，管路上设有多个与水质在线监测装置相连的监测点，所述短程硝化反硝化装置设置有从总进水管分出的第一进水支管，所述厌氧氨氧化装置设置有从总进水管分出的第二进水支管，短程硝化反硝化装置通过第一出水管与厌氧氨氧化装置连通，厌氧氨氧化装置与非定向脱氮装置通过第二出水管连通，所述非定向脱氮装置还设有第三出水管，所述碳源投加装置与第二出水管通过管路相连；

所述短程硝化反硝化装置内部沿废水水流方向依次设有紊动床反应区和固定床反应区，紊动床反应区设置有第一多孔载体，固定床反应区设置有复合载体，紊动床反应区下部设有中部曝气装置，固定床反应区下部设有底部曝气装置，所述短程硝化反硝化装置设有与紊动床反应区和固定床反应区相接的辅助反应组件；

所述辅助反应组件包括主轴和与主轴连接的驱动电机、紊动床旋转篮和固定床旋转篮，驱动电机设于短程硝化反硝化装置顶部，驱动电机下部设有主轴，主轴伸入短程硝化反硝化装置内部，主轴在与紊动床反应区相接的部位设有网格状表面的紊动床旋转篮，紊动床旋转篮的底部位于中部曝气装置上方，主轴在与固定床反应区相接的部位设有网格状表面的固定床旋转篮，固定床旋转篮的底部位于底部曝气装置上方；

所述非定向脱氮装置内部设置有复合载体，复合载体表面附着亚硝化菌，复合载体内部附着反硝化菌。

2.根据权利要求1所述的一种煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于：所述第一多孔载体为孔径1.1~3mm的立方体，第一多孔载体在所述紊动床反应区中的填充率为60%~65%；所述复合载体包括外部球体、第二多孔载体和第三多孔载体，外部球体为网格状空心球，空心球的网格为边长10~15mm的四边形，第二多孔载体为孔径0.7~0.8mm的立方体，第三多孔载体为孔径0.4~0.5mm的立方体。

3.根据权利要求1所述的一种煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于：所述多个监测点分别设于第一进水支管、第一出水管和第二出水管上。

4.根据权利要求1所述的一种煤气化废水生物脱氮系统，其特征在于：所述短程硝化反硝化装置底部设有排泥管。

5.一种采用权利要求1所述的煤气化废水生物脱氮系统进行煤气化废水生物脱氮的方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

①通过对底部曝气装置和中部曝气装置曝气量的调整来控制紊动床反应区溶解氧浓度保持在1.1~1.5mg/L、固定床反应区溶解氧浓度保持在0.6~1mg/L，中部曝气装置为间歇曝气，持续曝气时间根据溶解氧浓度监测值确定，所述第一多孔载体及所述复合载体表面附着亚硝化菌，所述复合载体内部附着反硝化菌，通过反应区、曝气方式及多规格载体的设置，在所述短程硝化反硝化装置中完成亚硝酸氮的积累和部分反硝化；

②在所述厌氧氨氧化装置中，第一出水管流入的亚硝酸氮与第一出水管流入的氨氮及第二进水支管流入的氨氮进行厌氧氨氧化反应；

③非定向脱氮装置中的复合载体表面附着亚硝化菌，复合载体内部附着反硝化菌，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度大于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在1.1~1.5mg/L，非定向脱氮装置通过同步硝化反硝化方式脱氮，去除氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机物，当所述厌氧氨氧化装置出水氨氮浓度小于亚硝酸氮与硝酸氮浓度的和，控制所述非定向脱氮装置溶解氧浓度保持在0.6~1mg/L，非定向脱氮装置以反硝化作用为主，去除亚硝酸氮、硝酸氮和有机物；非定向脱氮过程中利用所述碳源投加装置向所述非定向脱氮装置适量投加易降解有机碳源，为反硝化反应补充碳源。

6.根据权利要求5所述的煤气化废水生物脱氮的方法，其特征在于：所述第一进水支管流入所述短程硝化反硝化装置的废水占总废水量的60%~65%，所述第二进水支管流入所述厌氧氨氧化装置的废水占总废水量的35%~40%。