CN108101310B

CN108101310B - 一种火电厂脱硫脱硝废水的处理装置和方法

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Publication number: CN108101310B
Application number: CN201711476532.2A
Authority: CN
Inventors: 于德爽; 江东; 董飞; 吴国栋
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108101310A

Abstract

本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种火电厂脱硫脱硝废水的处理装置和方法，先将火电厂脱硫脱硝废水抽入原水水箱并进入混凝反应池，通过投加PAC和PAM去除污水中的重金属及悬浮物，同时进行pH值控制；污水沉淀后进入好氧反应池进行半短程硝化反应后进入二次沉淀池进行泥水分离，剩余污泥部分回流至好氧反应池，出水则进入中间水箱；然后污水进入厌氧氨氧化反应器，并利用污水中原有的氨氮和好氧反应池中产生的亚硝态氮进行厌氧氨氧化脱氮，沉淀排水，出水排入反硝化反应器，实现氮的进一步去除；其装置结构简单，操作方便，工艺流程简便，能耗低，无需外加碳源，运行费用低，能实现火电厂废水的深度脱氮处理，应用前景广泛。

Description

一种火电厂脱硫脱硝废水的处理装置和方法

技术领域：

本发明属于污水生物处理技术领域，涉及一种火电厂脱硫脱硝废水的处理装置和方法，特别是一种半短程硝化组合厌氧氨氧化处理火电厂脱硫脱硝废水的装置和方法。

背景技术：

火电厂烟气脱硝尾液来自于脱硝装置，火电厂脱硫脱硝尾液主要污染物包括：有机物(BOD、COD)、总氮(TN)、氨氮(NH₄ ⁺)、悬浮物(SS)、硫酸盐(SO₄ ²-)以及重金属等，其水质特点如下：有机物浓度低，可生性差(B/C比值低于0.05)；总氮及氨氮浓度高(总氮浓度高达300～350mg/L)；盐度高，盐度包括钠盐(Cl^-高达10000～15000mg/L)及硫酸盐(高达3000～5000mg/L)，这些水质特点使得此类污水的生物处理非常困难。对于可生化性差的高氨氮脱硝尾液，若采用常规生物处理技术需要投加大量的外加碳源才能保证生物反应要求，而且外高氨氮浓度会诱发游离氨(FA)的产生，对脱氮系统中的微生物产生抑制作用，浓度较高时会影响生化脱氮反应器的运行，甚至会使反应器完全丧失功能；对于污水中的盐度，普通的活性污泥并不能处理含盐高的废水；对于污水中的硫酸盐，在厌氧的条件下很容易被硫酸盐还原菌(SRB)分解生成硫化氢，而硫化氢具有很强的毒性，会导致生物处理系统处理效率下降。因此，迫切需要设计一种新型的火电厂脱硫脱硝废水处理装置和方法，通过对火电厂脱硝尾液水质特点及分析，并结合近年来厌氧氨氧化工艺实际应用的经验，运用厌氧氨氧化技术处理火电厂脱硝尾液具有明显的适用性和优越性，与传统脱氮技术相比，厌氧氨氧化反应无需充氧和供给有机碳源，污泥产量低，所以在节能减排方面具有传统生物脱氮工艺无法比拟的优点，而且利用厌氧氨氧化技术处理脱硝尾液具有以下有利条件：一是火电厂脱硝尾液具有一定的余温，一般在30℃～40℃，符合厌氧氨氧化反应要求的适温度范围(30℃～40℃)，为厌氧氨氧化菌的优势生长提供了有利条件；二是低B/C比，适合于厌氧氨氧化自养化能型细菌的生长。厌氧氨氧化菌为化能自养型细菌，以二氧化碳作为唯一碳源，通过将亚硝酸氧化成硝酸来获得能量，并通过乙酰-CoA途径同化二氧化碳；另外，厌氧氨氧化菌经过盐度驯化以后能够承受较高的盐度保证较高的脱氮效率。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种结合混凝沉淀、半短程硝化、厌氧氨氧化及反硝化进行火电厂脱硫脱硝废水深度脱氮的装置和方法，实现污水的高效、低能耗脱氮，将混凝沉淀、半短程硝化、厌氧氨氧化及反硝化技术组合应用到污水的深度脱氮过程中，不需投加外碳源，反硝化过程可对厌氧氨氧化过程中产生的硝态氮进行脱氮处理，进而实现污水的深度脱氮。

为了实现上述目的，本发明所述火电厂脱硫脱硝废水处理装置的主体结构包括原水池、原水水箱、PAC投加装置、PAM投加装置、混凝反应池、一次沉淀池、好氧反应池、二次沉淀池、中间水箱、厌氧氨氧化反应器、反硝化反应器、控制柜、进水水箱提升泵、自来水进水管、PAC加药搅拌器、PAM加药搅拌器、第一进水蠕动泵、混凝池搅拌器、排泥管线、曝气器、空压机、污泥回流蠕动泵、第二进水蠕动泵、氮气罐、进水管、集气瓶、厌氧反应搅拌器、出水管、排泥管、反硝化搅拌器和转子流量计；原水池内的废水通过提升泵抽入原水水箱，原水水箱内设有与外接自来水管连通的自来水进水管，用于接自来水稀释废水；原水水箱通过第一进水蠕动泵与混凝反应器相连接，混凝反应器内置有混凝池搅拌器；PAC投加装置和PAM投加装置分别与混凝反应池管线连接，PAC投加装置和PAM投加装置内分别置有PAC加药搅拌器和PAM加药搅拌器；混凝反应器右侧依次设有一次沉淀池和好氧反应池，一次沉淀池底部设有排泥管线，好氧反应池内置有曝气器，曝气器有30个曝气头，曝气器与好氧反应池下方的空压机连接；二次沉淀池下方设置有污泥回流蠕动泵，二次沉淀池通过污泥回流蠕动泵和空压机与好氧反应池相连接；二次沉淀池右侧设有中间水箱，中间水箱右侧底部设有第二进水蠕动泵，中间水箱通过第二进水蠕动泵与厌氧氨氧化反应器相连接；厌氧氨氧化反应器内置有厌氧反应搅拌器，厌氧氨氧化反应器左侧顶部设有进水管，底部与氮气罐连通，保持反应期内厌氧环境，厌氧氨氧化反应器的顶部与集气瓶连通，用于收集厌氧氨氧化反应产生的氮气；厌氧氨氧化反应器的右侧顶部设有出水管，底部设有排泥管，厌氧氨氧化反应器通过出水管与反硝化反应器相连接，反硝化反应器内置有反硝化搅拌器，并在右侧顶部设置转子流量计；控制柜分别与提升泵、PAC加药搅拌器、PAM加药搅拌器、第一进水蠕动泵、混凝池搅拌器、空压机、污泥回流蠕动泵、第二进水蠕动泵和厌氧反应搅拌器相连。

本发明所述火电厂脱硫脱硝废水处理装置处理废水的流程为：火电厂脱硫脱硝废水经提升泵从原水池进入原水水箱后经第一进水蠕动泵进入混凝反应池，在搅拌过程中通过投加聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)来去除污水中的重金属及悬浮物(SS)，pH值通过混凝沉淀过程加酸或加碱进行控制；再经一次沉淀池沉淀后进入好氧反应池，进行低氧曝气，部分NH₄ ⁺-N在氨氧化菌的作用下被氧化成NO₂ ^--N，半短程硝化结束后出水进入二次沉淀池泥水分离，剩余污泥部分经污泥回流蠕动泵回流至好氧反应池，出水则进入中间水箱；之后，污水经第二进水蠕动泵进入厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化脱氮反应；最终，污水进入反硝化反应器，以实现氮的进一步去除，出水通过转子流量计排出。

本发明实现火电厂脱硫脱硝废水处理的具体过程为：

(1)将厌氧消化颗粒污泥接种至厌氧氨氧化反应器，使接种后厌氧氨氧化反应器内污泥浓度为7000～10000mg/L；先采用人工配水的方式控制进水NO₂ ^--N：NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.2～1.5，当NO₂ ^--N去除率和NH₄ ⁺-N去除率达到90％以上时，完成厌氧氨氧化的启动；然后按Cl^-浓度500～1000mg/L为一个梯度逐渐提高盐度，当Cl^-浓度为12000mg/L下且NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90％以上时，完成厌氧氨氧化反应器内嗜盐性厌氧氨氧化菌的盐度驯化培养；最后采用逐步提高火电厂脱硫脱硝废水投加比例的方式，火电厂脱硫脱硝废水投加比例分别为5％、10％、20％、50％、80％、100％，当NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90％以上时，完成厌氧氨氧化反应器处理火电厂脱硫脱硝废水的启动；

(2)火电厂脱硫脱硝废水经提升泵从原水池进入原水水箱后经第一进水蠕动泵进入混凝反应池；混凝反应池运行时，打开混凝池搅拌器，打开PAC投加装置和PAM投加装置，控制PAC混凝剂投加量为0.05～0.15g/L，PAM混凝剂投加量为0.001～0.005g/L，以去除污水中的重金属及悬浮物(SS)，同时向混凝反应池内加酸或加碱控制pH值为7.3～7.8；

(3)混凝反应池的出水排入一次沉淀池经泥水分离后进入好氧反应池；好氧反应池运行时，打开曝气器，控制好氧反应池内溶解氧浓度为0.3～1mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气，进行排水，排水比为20％～35％，好氧反应池7内的出水排入二次沉淀池进行泥水分离；

(4)二次沉淀池清水进入中间水箱，启动第二进水蠕动泵将中间水箱的出水抽入厌氧氨氧化反应器；剩余污泥则通过污泥回流蠕动泵回流至好氧反应池，污泥回流比为60％～70％；厌氧氨氧化反应器运行时，打开厌氧反应搅拌器和氮气罐，厌氧曝气搅拌10～12h，沉淀1～1.5h后排水，排水比为40％～70％；

(5)厌氧氨氧化反应器的出水经出水管排入反硝化反应器，反硝化反应器运行时，打开反硝化搅拌器，通过转子流量计监测水质，当出水COD＜20mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜1mg/L，NO₂ ^--N浓度为＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度为＜1mg/L时进行排水，排水比为70％～80％，完成火电厂脱硫脱硝废水的处理。

本发明与现有技术相比，将混凝沉淀、半短程硝化、厌氧氨氧化与反硝化技术应用于火电厂脱硝废水的深度脱氮过程，具有以下优点：一是在好氧反应池中进行半短程硝化反应，通过控制曝气时间，保证出水中NO₂ ^--N：NH₄ ⁺-N质量浓度比维持在1.3左右，以便于后续厌氧氨氧化过程的顺利进行；二是原水中的重金属及悬浮物(SS)，可通过投加聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)来去除，pH值通过混凝沉淀过程加酸或加碱进行控制，保证系统进行微生物处理时所需的适宜水质；三是在好氧反应池中进行低氧曝气，通过控制好氧生物处理控制反应时间、污泥浓度、污泥龄等影响因素，控制出水C/N比，为后续的厌氧氨氧化反应提供最佳条件，为反硝化过程提供有机碳源，实现原水中碳源的高效利用；其装置结构简单，操作方便，工艺流程简便，能耗低，无需外加碳源，运行费用低，能实现火电厂废水的深度脱氮处理，应用前景广泛。

附图说明：

图1为本发明所述火电厂脱硫脱硝废水处理装置的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例：

本实施例所述火电厂脱硫脱硝废水处理装置的主体结构包括原水池1、原水水箱2、PAC投加装置3、PAM投加装置4、混凝反应池5、一次沉淀池6、好氧反应池7、二次沉淀池8、中间水箱9、厌氧氨氧化反应器10、反硝化反应器11、控制柜12、进水水箱提升泵2.1、自来水进水管2.2、PAC加药搅拌器3.1、PAM加药搅拌器4.1、第一进水蠕动泵5.1、混凝池搅拌器5.2、排泥管线6.1、曝气器7.1、空压机7.2、污泥回流蠕动泵8.1、第二进水蠕动泵9.1、氮气罐10.1、进水管10.2、集气瓶10.3、厌氧反应搅拌器10.4、出水管10.5、排泥管10.6、反硝化搅拌器11.1和转子流量计11.2；原水池1内的废水通过提升泵2.1抽入原水水箱2，原水水箱2内设有与外接自来水管连通的自来水进水管2.2，用于接自来水稀释废水；原水水箱2通过第一进水蠕动泵5.1与混凝反应器5相连接，混凝反应器5内置有混凝池搅拌器5.2；PAC投加装置3和PAM投加装置4分别与混凝反应池5管线连接，PAC投加装置3和PAM投加装置4内分别置有PAC加药搅拌器3.1和PAM加药搅拌器4.1；混凝反应器5右侧依次设有一次沉淀池6和好氧反应池7，一次沉淀,6底部设有排泥管线6.1，好氧反应池7内置有曝气器7.1，曝气7.1有30个曝气头，曝气器7.1与好氧反应池7下方的空压机7.2连接；二次沉淀池8下方设置有污泥回流蠕动泵8.1，二次沉淀池8通过污泥回流蠕动泵8.1和空压机7.2与好氧反应池7相连接；二次沉淀池8右侧设有中间水箱9，中间水箱9右侧底部设有第二进水蠕动泵9.1，中间水箱9通过第二进水蠕动泵9.1与厌氧氨氧化反应器10相连接；厌氧氨氧化反应器10内置有厌氧反应搅拌器10.4，厌氧氨氧化反应器10左侧顶部设有进水管10.2，底部与氮气罐10.1连通，保持反应期内厌氧环境，厌氧氨氧化反应器10的顶部与集气瓶10.3连通，用于收集厌氧氨氧化反应产生的氮气；厌氧氨氧化反应器10的右侧顶部设有出水管10.5，底部设有排泥管10.6，厌氧氨氧化反应器10通过出水管10.5与反硝化反应器11相连接，反硝化反应器11内置有反硝化搅拌器11.1，并在右侧顶部设置转子流量计11.2；控制柜12分别与提升泵2.1、PAC加药搅拌器3.1、PAM加药搅拌器4.1、第一进水蠕动泵5.1、混凝池搅拌器5.2、空压机7.2、污泥回流蠕动泵8.1、第二进水蠕动泵9.1和厌氧反应搅拌器10.4相连。

本实施例所述火电厂脱硫脱硝废水取自火电厂污水处理站原水池，具体水质如下：Cl-浓度为9240.6～11986.9mg/L，COD浓度为125.3～208.4mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为116.5mg/L，NO₂--N浓度为2.1mg/L，NO₃--N浓度为11.7mg/L，各反应器均采用有机玻璃制作，混凝反应池5有效容积为1m³，厌氧氨氧化反应器10有效容积为1m³，反硝化反应器11有效容积为0.5m³，具体过程如下：

(1)将城市污水处理厂厌氧消化颗粒污泥接种至厌氧氨氧化反应器10，使接种后厌氧氨氧化反应器10内污泥浓度为10000mg/L；先采用人工配水的方式，并控制进水NO₂--N：NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.32，当NO₂--N去除率和NH₄ ⁺-N去除率达到90％以上时，完成厌氧氨氧化的启动；再采用按梯度(Cl-浓度1000mg/L为一个梯度)逐渐提高盐度的方式，当高盐度(Cl^-浓度为12000mg/L)条件下且NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90％以上时，完成厌氧氨氧化反应器10内嗜盐性厌氧氨氧化菌的盐度驯化培养；然后采用逐步提高火电厂脱硫脱硝废水投加比例的方式(火电厂脱硫脱硝废水投加比例分别为5％、10％、20％、50％、80％、100％)，当NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90％以上时，完成厌氧氨氧化反应器10处理火电厂脱硫脱硝废水的启动；

(2)火电厂污水处理站物理处理后的污水经提升泵2.1从原水池1进入原水水箱2，后经第一进水蠕动泵5.1进入混凝反应池5；混凝反应池5运行时，打开混凝池搅拌器5.2，打开PAC投加装置3及PAM投加装置4，控制PAC混凝剂投加量为0.06g/L，PAM混凝剂投加量为0.002g/L，以去除污水中的重金属及悬浮物(SS)，同时向混凝反应池5内加酸或加碱控制pH值在7.6左右；

(3)混凝反应池5的出水排入一次沉淀池6，并经泥水分离后进入好氧反应池7；好氧反应池7运行时，打开曝气器7.1，并控制好氧反应池7内溶解氧浓度为0.8mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气，进行排水，排水比为30％，出水排入二次沉淀池8进行泥水分离；

(4)二次沉淀池8的清水进入中间水箱9；启动第二进水蠕动泵9.1将中间水箱9的出水抽入厌氧氨氧化反应器10；剩余污泥则通过污泥回流蠕动泵8.1回流至好氧反应池7，污泥回流比为70％；厌氧氨氧化反应器10运行时，打开厌氧反应搅拌器10.4和氮气罐10.1，厌氧曝气搅拌10h，沉淀1h后排水，排水比为60％；

(5)厌氧氨氧化反应器10的出水经出水管10.5排入反硝化反应器11；反硝化反应器11运行时，打开反硝化搅拌器11.1，通过转子流量计11.2监测水质，当出水COD＜20mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜1mg/L，NO₂ ^--N浓度为＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度为＜1mg/L时进行排水，排水比为80％，完成废水的处理；试验结果表明：运行稳定后，出水COD为10～20mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜1mg/L，NO₂ ^--N浓度为＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度为＜1mg/L，出水可达到一级A排放标准。

Claims

1.一种火电厂脱硫脱硝废水的处理方法，其特征在于在火电厂脱硫脱硝废水的处理装置中实现，具体处理过程为：

（1）将厌氧消化颗粒污泥接种至厌氧氨氧化反应器，使接种后厌氧氨氧化反应器内污泥浓度为7000~10000mg/L；先采用人工配水的方式控制进水NO₂ ^--N：NH₄ ⁺-N质量浓度比为1.2~1.5，当NO₂ ^--N去除率和NH₄ ⁺-N去除率达到90%以上时，完成厌氧氨氧化的启动；然后按Cl^-浓度500~1000 mg/L为一个梯度逐渐提高盐度，当Cl^-浓度为12000 mg/L且NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90%以上时，完成厌氧氨氧化反应器内嗜盐性厌氧氨氧化菌的盐度驯化培养；最后采用逐步提高火电厂脱硫脱硝废水投加比例的方式，火电厂脱硫脱硝废水投加比例分别为5%、10%、20%、50%、80%、100%，当NH₄ ⁺-N去除率稳定保持在90%以上时，完成厌氧氨氧化反应器处理火电厂脱硫脱硝废水的启动；

（2）火电厂脱硫脱硝废水经提升泵从原水池进入原水水箱后经第一进水蠕动泵进入混凝反应池；混凝反应池运行时，打开混凝池搅拌器，打开PAC投加装置和PAM投加装置，控制PAC混凝剂投加量为0.05~0.15g/L，PAM混凝剂投加量为0.001~0.005g/L，以去除污水中的重金属及悬浮物，同时向混凝反应池内加酸或加碱控制pH值为7.3~7.8；

（3）混凝反应池的出水排入一次沉淀池经泥水分离后进入好氧反应池；好氧反应池运行时，打开曝气器，控制好氧反应池内溶解氧浓度为0.3~1mg/L，当pH曲线出现拐点时，停止曝气，进行排水，排水比为20%~35%，好氧反应池内的出水排入二次沉淀池进行泥水分离；

（4）二次沉淀池清水进入中间水箱，启动第二进水蠕动泵将中间水箱的出水抽入厌氧氨氧化反应器；剩余污泥则通过污泥回流蠕动泵回流至好氧反应池，污泥回流比为60%~70%；厌氧氨氧化反应器运行时，打开厌氧反应搅拌器和氮气罐，厌氧曝气搅拌10~12h，沉淀1~1.5h后排水，排水比为40%~70%；

（5）厌氧氨氧化反应器的出水经出水管排入反硝化反应器，反硝化反应器运行时，打开反硝化搅拌器，通过转子流量计监测水质，当出水COD＜20mg/L，NH₄ ⁺-N浓度为＜1mg/L，NO₂ ^--N浓度为＜1mg/L，NO₃ ^--N浓度为＜1mg/L时进行排水，排水比为70%~80%，完成火电厂脱硫脱硝废水的处理；

所述火电厂脱硫脱硝废水处理装置的主体结构包括原水池、原水水箱、PAC投加装置、PAM投加装置、混凝反应池、一次沉淀池、好氧反应池、二次沉淀池、中间水箱、厌氧氨氧化反应器、反硝化反应器、控制柜、进水水箱提升泵、自来水进水管、PAC加药搅拌器、PAM加药搅拌器、第一进水蠕动泵、混凝池搅拌器、排泥管线、曝气器、空压机、污泥回流蠕动泵、第二进水蠕动泵、氮气罐、进水管、集气瓶、厌氧反应搅拌器、出水管、排泥管、反硝化搅拌器和转子流量计；原水池内的废水通过提升泵抽入原水水箱，原水水箱内设有与外接自来水管连通的自来水进水管，用于接自来水稀释废水；原水水箱通过第一进水蠕动泵与混凝反应池相连接，混凝反应池内置有混凝池搅拌器； PAC投加装置和PAM投加装置分别与混凝反应池管线连接，PAC投加装置和PAM投加装置内分别置有PAC加药搅拌器和PAM加药搅拌器；混凝反应池右侧依次设有一次沉淀池和好氧反应池，一次沉淀池底部设有排泥管线，好氧反应池内置有曝气器，曝气器有30个曝气头，曝气器与好氧反应池下方的空压机连接；二次沉淀池下方设置有污泥回流蠕动泵，二次沉淀池通过污泥回流蠕动泵和空压机与好氧反应池相连接；二次沉淀池右侧设有中间水箱，中间水箱右侧底部设有第二进水蠕动泵，中间水箱通过第二进水蠕动泵与厌氧氨氧化反应器相连接；厌氧氨氧化反应器内置有厌氧反应搅拌器，厌氧氨氧化反应器左侧顶部设有进水管，底部与氮气罐连通，保持反应器内厌氧环境，厌氧氨氧化反应器的顶部与集气瓶连通，用于收集厌氧氨氧化反应产生的氮气；厌氧氨氧化反应器的右侧顶部设有出水管，底部设有排泥管，厌氧氨氧化反应器通过出水管与反硝化反应器相连接，反硝化反应器内置有反硝化搅拌器，并在右侧顶部设置转子流量计；控制柜分别与提升泵、PAC加药搅拌器、PAM加药搅拌器、第一进水蠕动泵、混凝池搅拌器、空压机、污泥回流蠕动泵、第二进水蠕动泵和厌氧反应搅拌器相连。