CN107879473B - 一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法 - Google Patents

一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，在生物好氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，将工业废水批次引入好氧池，反应出水全部回流，循环运行，驯化形成好氧‑生物质炭铁耦合系统；在生物缺氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，将生物好氧池的出水与工业废水混合后以混合废水作为进水，反应出水全部回流，循环运行，驯化形成缺氧‑生物质炭铁耦合系统；将两个耦合系统进行多级组合，形成多级增强脱氮系统，工业废水连续进水，出水在沉淀池中进行沉淀分离排水。本发明可实现难降解有机物毒性的削减，强化生物硝化及反硝化效率，耦合自养反硝化及同步硝化反硝化，从而显著提高工业废水的生物脱氮效果。

Description

一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法
技术领域
本发明属于环境污染处理技术领域，具体涉及一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法。
背景技术
我国化工行业发展迅速，废水产生量巨大，产生的有机废水种类繁多，若处理不当将会对环境造成巨大威胁。工业废水有机物浓度较高，COD一般上千甚至高达上万mg/L，但可生化性低，很多废水BOD与COD的比值小于0.3；另外，工业废水成分复杂，且常具有一定毒性。目前，有机工业废水处理的方法较多，但应用最广的仍为成本较低的生物处理工艺。对于工业废水的脱氮处理，缺氧/好氧(A/O)工艺以其运行稳定，操作简单等优势在该类废水脱氮处理中常被采用。
由于工业废水的可生化性低，使得生物脱氮过程中可利用碳源不足，导致脱氮效率不高或者需要补加碳源；另外，废水的毒性对微生物有一定的抑制作用，尤其对生长速率慢，对毒性敏感的自养型硝化菌的毒性作用更为明显，从而影响微生物的硝化效率(工业用水与废水，2004，35(4)：31-34)。再者，由于废水的毒性作用，可能导致活性污泥的异常，如解体，上浮，膨胀等，破坏正常的生物脱氮过程。目前，为提高工业废水的可生化性，降低其毒性，常在生物处理之前增加预处理单元，如芬顿、微电解等高级氧化预处理工艺(CN106277589A)，或者在生物处理出水后增加深度处理单元，如曝气生物滤池，活性炭吸附等(环境工程学报，2013，7(7)：2409-2413；环境科学学报，2009，29(3)：548-554)。但这些方法无疑使工艺流程更长更复杂，且处理效果难以进一步提高。如何提高工业废水的生物脱氮效率亟待解决。
发明内容
本发明所要解决的问题是：工业废水生物脱氮效率低和如何提高氨氮和总氮的去除效率的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：在生物好氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，调节工业废水的pH值至6.5-7.5，将工业废水批次引入好氧池，反应出水全部回流，循环运行2-5d，溶解氧浓度为0.5-5mg/L，循环结束后静沉排水，重新以工业废水为进水，重复以上回流循环步骤2-10次，驯化形成好氧-生物质炭铁耦合系统；
步骤2)：在生物缺氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，将生物好氧池的出水与工业废水混合后以混合废水作为进水，调节pH值至6.5-7.5后引入缺氧池，反应出水全部回流，循环运行2-5天，循环结束后静沉排水，再重新以混合废水为进水，重复以上回流循环步骤2-10次，驯化形成缺氧-生物质炭铁耦合系统；
步骤3)：将至少一个驯化好的好氧-生物质炭铁耦合系统与至少一个缺氧-生物质炭铁耦合系统进行多级组合，形成多级增强脱氮系统，工业废水连续进水，调整进水pH值以及各反应池中的溶解氧浓度及水力停留时间，出水在沉淀池中进行沉淀分离排水。
优选地，所述步骤1)中的工业废水为含氮有机工业废水，其进水氨氮浓度为50-800mg/L，总氮浓度为50-1000mg/L。
更优选地，所述含氮有机工业废水为纺织印染废水、抗生素废水、制药废水、味精工业废水或己内酰胺生产废水。
优选地，所述步骤1)中生物好氧池的总悬浮固体浓度为2.5-5g/L，溶解氧的浓度为0.5-5mg/L；生物质炭铁催化剂的投加量为10-100kg/m3。
优选地，所述步骤2)中生物缺氧池的总悬浮固体浓度为3-8g/L，采用机械搅拌或底部搅拌，溶解氧浓度为小于0.5mg/L；生物质炭铁催化剂的投加量为20-80kg/m3。
优选地，所述步骤2)中生物好氧池的出水与工业废水混合时的体积比为0.5-3：1。
优选地，所述步骤1)、2)中的生物质炭铁催化剂的制备方法为：将农田秸秆切碎至2-8cm长度，用0.5-3mol/L的NaOH浸泡1-10h，与含水率为60％-80％的剩余活性污泥混合，秸秆干重与剩余污泥干重比为0.2∶1-3∶1；将混合后的秸秆与剩余污泥加入高温加热密闭罐中，投加量为罐体积的40％-85％，密闭加热至140-220℃，加热1-8h后停止加热；温度降至60-80℃后开启反应罐，投加秸秆与剩余污泥干重总质量5％-30％的铁单质或铁屑，重新密闭反应罐，继续加热至180-240℃，加热0.5-4h，温度降至50℃以下卸料，离心分离后取沉淀物，105℃烘干或自然风干后，对制备的生物质炭铁催化剂用带孔径的塑性网织布包裹成型，每包20-80kg，构成生物质炭铁催化剂填料。将该催化剂填料悬挂于好氧池或者缺氧池中。
优选地，所述步骤3)具体为：将两个驯化好的好氧-生物质炭铁耦合系统与两个缺氧-生物质炭铁耦合系统进行二级组合，形成好氧-缺氧-好氧-缺氧二级增强脱氮系统，工业废水进水的pH值调至6.5-8.0，一级好氧池的溶解氧浓度为2-8mg/L，水力停留时间为6-24h，二级好氧池的溶解氧浓度为0.5-4mg/L，水力停留时间为3-20h，一级和二级缺氧池的溶解氧浓度均小于0.5mg/L，一级缺氧池水力停留时间为8-20h，二级缺氧池水力停留时间为4-15h。
本发明利用生物质炭铁催化剂提高有机工业废水生物处理效能，生物质炭铁催化剂可以对难降解有机物实现断链或降解，提高废水的可生化性及降低毒性，以利于微生物的生长及提供部分易利用反硝化碳源；催化填料具有较大的比表面积，为微生物的生长提供附着位置，可以在活性污泥系统中形成局部生物膜，有益于提高微生物的活性，且生物质炭还可以作为反硝化过程的缓释碳源，对反硝化过程具有促进作用。在生物质炭铁催化剂的使用下，好氧段可提高硝化能力且耦合了同步硝化反硝化的作用，缺氧池的反硝化能力增强，且可同步实现自养反硝化。因此，使用了生物质炭铁催化剂的好氧-缺氧-好氧-缺氧二级脱氮系统可提高工业废水的生物脱氮效能。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)可实现含较高氨氮和总氮浓度的工业废水的生物脱氮处理；
(2)氨氮出水浓度可降至5.0mg/L以下，去除率高达95％以上；
(3)总氮出水浓度可降至15mg/L以下，去除率高达85-95％；
(4)好氧-缺氧-好氧-缺氧二级增强脱氮系统在使用生物质炭铁催化剂的条件下，不仅有硝化和反硝化作用显著提升，还能耦合自养反硝化以及同步硝化反硝化实现脱氮效能的提高。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法：
(1)某印染废水处理厂采用生物脱氮处理工艺，取剩余活性污泥，静沉后滗掉上清液，留沉淀后的污泥备用。分别用于实验室构建两组相同的好氧-缺氧-好氧-缺氧反应器(O池-A池-O池-A池)，两段A池的污泥浓度均为4.5g/L，两段O池的污泥浓度约均为3.5g/L，以该印染废水处理厂的待处理印染废水作为进水；
(2)其中一组O池-A池-O池-A池反应器中，两段O池加入生物质炭铁催化剂40g/L，溶解氧调节为3mg/L，印染废水进水反应结束后回流至进水端进行循环反应，循环反应3d后对出水进行沉淀排放，再加入印染废水，重复以上循环运行过程5次，形成好氧-生物质炭铁耦合系统。另外，对两段A池加入生物质炭铁催化剂30g/L，印染废水与好氧段循环反应后出水按体积比1∶1进行混合后作为进水，反应结束后回流至进水端进行循环反应，循环反应4d后对出水进行沉淀排放，再加入印染废水，重复以上循环运行过程4次，形成缺氧-生物质炭铁耦合系统。然后，对驯化后的O池-A池-O池-A池反应器进行连续进水运行，进水pH调至7.5，一级O池的溶解氧浓度调节为4mg/L，水力停留时间10h，二级O池的溶解氧浓度调节为2mg/L，水力停留时间10h；另外，一级A池和二级A池的水力停留时间分别为12h和15h；
(3)另一组O池-A池-O池-A池反应器的运行条件与前一组反应器相同，但各池均不投加生物质炭铁催化剂。
对两组反应器进出水的氨氮和总氮浓度进行测定，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001467407950000041
实施例2
一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法：
(1)某己内酰胺生产企业，其生产过程产生的废水主要以有机废水为主，源于环己酮、己内酰胺、羟胺等工序的工艺废液、冲洗、清洗废液及油相、水相排出物。己内酰胺生产废水中的污染物主要有环己酮、苯、甲苯、石油等。废水中含有大量的成分复杂的高浓度难降解有机物且氨氮浓度较高，其进水氨氮浓度为200mg/L，总氮浓度为240mg/L；
(2)采用生物工艺对己内酰胺生产废水进行脱氮处理。首先构建O池-A池-O池-A池反应器，两段O池的污泥浓度为3g/L，加入生物质炭铁催化剂70g/L，溶解氧调节为4mg/L，己内酰胺废水进水反应结束后回流至进水端进行循环反应，循环反应4d后对出水进行沉淀排放，再重新加入己内酰胺废水，重复以上循环运行过程3次，形成好氧-生物质炭铁耦合系统。另外，两段A池的污泥浓度为5g/L，对两段A池加入生物质炭铁催化剂40g/L，己内酰胺废水与好氧段循环反应后出水按体积比2∶1进行混合后作为缺氧池进水，反应结束后回流至进水端进行循环反应，循环反应3d后对出水进行沉淀排放，再加入己内酰胺废水，重复以上循环运行过程4次，形成缺氧-生物质炭铁耦合系统。然后，对驯化后的O池-A池-O池-A池反应器进行连续进水运行，进水pH调至7.0，一级O池的溶解氧浓度调节为5mg/L，水力停留时间14h，二级O池的溶解氧浓度调节为3mg/L，水力停留时间8h；另外，一级A池和二级A池的水力停留时间分别为10h和12h。反应出水经重力沉淀分离后，对出水进行氨氮和总氮浓度的测定，出水氨氮浓度为4.5mg/L，去除率为97.8％，总氮浓度为14mg/L，去除率为94.2％。

Claims (7)

1.一种提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）：在生物好氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，调节工业废水的pH值至6.5-7.5，将工业废水批次引入好氧池，反应出水全部回流，循环运行2-5d，溶解氧浓度为0.5-5mg/L，循环结束后静沉排水，重新以工业废水为进水，重复以上回流循环步骤2-10次，驯化形成好氧-生物质炭铁耦合系统；
步骤2）：在生物缺氧池中投加生物质炭铁催化剂填料，将生物好氧池的出水与工业废水混合后以混合废水作为进水，调节pH值至6.5-7.5后引入缺氧池，反应出水全部回流，循环运行2-5天，循环结束后静沉排水，再重新以混合废水为进水，重复以上回流循环步骤2-10次，驯化形成缺氧-生物质炭铁耦合系统；
所述步骤1）、2）中的生物质炭铁催化剂的制备方法为：将农田秸秆切碎至2-8cm长度，用0.5-3mol/L的NaOH浸泡1-10h，与含水率为60%-80%的剩余活性污泥混合，秸秆干重与剩余污泥干重比为0.2:1-3:1；将混合后的秸秆与剩余污泥加入高温加热密闭罐中，投加量为罐体积的40%-85%，密闭加热至140-220℃，加热1-8h后停止加热；温度降至60-80℃后开启反应罐，投加秸秆与剩余污泥干重总质量5%-30%的铁单质或铁屑，重新密闭反应罐，继续加热至180-240℃，加热0.5-4h，温度降至50℃以下卸料，离心分离后取沉淀物，105℃烘干或自然风干后，对制备的生物质炭铁催化剂用带孔径的塑性网织布包裹成型，每包20-80kg，构成生物质炭铁催化剂填料；
步骤3）：将至少一个驯化好的好氧-生物质炭铁耦合系统与至少一个缺氧-生物质炭铁耦合系统进行多级组合，形成多级增强脱氮系统，工业废水连续进水，调整进水pH值以及各反应池中的溶解氧浓度及水力停留时间，出水在沉淀池中进行沉淀分离排水。
2.如权利要求1所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述步骤1）中的工业废水为含氮有机工业废水，其进水氨氮浓度为50-800mg/L，总氮浓度为50-1000mg/L。
3.如权利要求2所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述含氮有机工业废水为纺织印染废水、抗生素废水、制药废水、味精工业废水或己内酰胺生产废水。
4.如权利要求1所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述步骤1）中生物好氧池的总悬浮固体浓度为2.5-5g/L，溶解氧的浓度为0.5-5mg/L；生物质炭铁催化剂的投加量为10-100kg/m3。
5.如权利要求1所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述步骤2）中生物缺氧池的总悬浮固体浓度为3-8g/L，采用机械搅拌或底部搅拌，溶解氧浓度为小于0.5mg/L；生物质炭铁催化剂的投加量为20-80kg/m3。
6.如权利要求1所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述步骤2）中生物好氧池的出水与工业废水混合时的体积比为0.5-3:1。
7.如权利要求1所述的提高工业废水生物脱氮处理效能的方法，其特征在于，所述步骤3）具体为：将两个驯化好的好氧-生物质炭铁耦合系统与两个缺氧-生物质炭铁耦合系统进行二级组合，形成好氧-缺氧-好氧-缺氧二级增强脱氮系统，工业废水进水的pH值调至6.5-8.0，一级好氧池的溶解氧浓度为2-8mg/L，水力停留时间为6-24h，二级好氧池的溶解氧浓度为0.5-4mg/L，水力停留时间为3-20h，一级和二级缺氧池的溶解氧浓度均小于0.5mg/L，一级缺氧池水力停留时间为8-20h，二级缺氧池水力停留时间为4-15h。
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