CN109485151B - 合成气制乙二醇生产废水处理的装置及其处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成气制乙二醇生产废水处理的装置及其处理工艺，包括：(1)乙二醇生产废水进入配水池，与厌氧脱氮反应器的回流出水进行混合，然后泵入厌氧脱氮反应器；(2)废水进入厌氧脱氮反应器后，进行反硝化脱氮，同时去除部分有机物；(3)厌氧脱氮反应器出水进入改良的A/O系统，进行缺氧反硝化和好氧硝化反应，去除氨氮和有机物，最后进入交替运行的序批沉淀池，经沉淀后出水进入综合调节池；(4)序批沉淀池出水进入综合调节池后，与其他废水进行混合，均匀水质水量后，进入硝化反硝化系统，进一步脱氮；(5)综合废水进入硝化反硝化系统后，最后进入泥水分离系统。本发明处理效率高、投资成本低、运行费用低。

Description

合成气制乙二醇生产废水处理的装置及其处理工艺
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及合成气制乙二醇生产废水处理的装置及其处理工艺。
背景技术
乙二醇(EG或MEG)是一种重要的有机化工原料和战略物资，可用于生产聚酯纤维(可进一步生产漆纶、PET瓶子、薄膜)，并可作为防冻剂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药、涂料、油墨等行业，用途十分广泛。
目前，国内最受关注和应用较广的乙二醇生产工艺技术是以煤为原料，通过气化、变换、净化及分离提纯后分别得到CO和H2(合成气)，再将CO通过催化偶联合成草酸酯，草酸酯加氢生成乙二醇。该工艺流程短，成本低，但在合成气制乙二醇工业生产过程中，会排放大量的废水，该废水含有高浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，若直接流入江河湖泊，将污染地表水和地下水，导致水生动植物的死亡甚至绝迹，如果周边居民采用被硝酸盐与亚硝酸盐污染的地表水或地下水作为生活用水，轻者会危害身体健康，重者导致死亡，严重影响当地经济的快速和谐发展，该废水是国家严禁直排的高污染废水。
乙二醇生产废水主要含有硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、COD、盐分等污染物，其组成复杂、毒性高、处理难度大，目前主要通过物理化学法和化学还原法进行处理，分别如下：
(1)化学还原法主要包括金属还原法和化学催化反硝化法，其中，金属还原法成本太高，难以实际应用。化学催化反硝化法还处于探索阶段，没有实际应用。由此可知，化学还原法不仅脱氮费用较高，而且不能去除污水中的其他污染物，不适用于合成气制乙二醇废水的全程处理。
(2)物理化学脱氮方法主要包括：膜分离技术、电渗析技术、离子交换法、蒸发技术等。而电渗析法在去除水体中硝酸盐过程中，相对生物处理法效率低，但能实现自动化，出水水质稳定，比较适合中小型项目。离子交换法设备简单、投资小、运行管理方便，但会产生含盐量很高的再生废液。相比而言，膜分离技术(反渗透法)和多效蒸发技术在合成气制乙二醇废水的处理中应用较多，但反渗透膜设备投资成本高，膜污染问题较严重，而且产生了大量的膜浓缩液，严重污染环境，需要另行处理。多效蒸发技术可以使用蒸汽将盐分和水分进行蒸发分离，水分送回装置回用，蒸出的固体盐运送至相应厂家进行回收加工利用，但此技术存在能耗较高的缺点，即使采用多效蒸发的节能技术，处理废水的成本也高达70～80元/t，且蒸发过程会产生一定的蒸发母液，母液污染严重，需要另行处理。由此可知，物化方法存在脱除效率较低、费用过高等问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的技术目的在于提供一种处理效率高的合成气制乙二醇生产废水处理的装置及其处理工艺。
为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：本发明的一种合成气制乙二醇生产废水处理的装置，所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置包括配水池、厌氧脱氮反应器、缺氧池、好氧池、序批沉淀池、综合调节池、硝化反硝化系统、泥水分离系统、清水池和污泥处理系统，所述的配水池、厌氧脱氮反应器、缺氧池、好氧池、序批沉淀池、综合调节池、硝化反硝化系统、泥水分离系统依次相连接，所述的配水池与厌氧脱氮反应器之间设置有第一进水泵，所述的厌氧脱氮反应器的出水端与缺氧池相连接，所述的厌氧脱氮反应器的出水端与配水池之间设置有回流管，所述的缺氧池与好氧池之间设置有隔板或隔墙，所述的好氧池与缺氧池之间设置有第一循环泵，所述的好氧池的出水端与序批沉淀池相连接，所述的序批沉淀池的出水端与综合调节池相连接，所述的综合调节池与硝化反硝化系统相连接，所述的综合调节池与硝化反硝化系统的连接管路上设置有第二进水泵，硝化反硝化系统的出水端与泥水分离系统相连接，所述的泥水分离系统的第一出口与清水池相连接，所述的泥水分离系统的第二出口和污泥处理系统相连接。
进一步地，所述的厌氧脱氮反应器内部的底部设置有布水器，所述的厌氧脱氮反应器的中部设置有第一三相分离器，所述的厌氧脱氮反应器的上部设置有第二三相分离器，所述的厌氧脱氮反应器的顶部设置有出水堰、气水分离器和气体收集装置，所述的厌氧脱氮反应器的外部设置有第一循环泵。
进一步地，所述的缺氧池的底部设置有潜水搅拌机，所述的好氧池中垂直安装有第一酶浮填料，所述的好氧池的底部设置有射流曝气器，所述的好氧池还设置有第一鼓风机，所述的第一鼓风机的出口端与射流曝气器相连接，好氧池与缺氧池之间设有第二循环泵。
更进一步地，所述的序批沉淀池包括第一序批沉淀池和第二序批沉淀池，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的内部均倾斜安装有第二酶浮填料，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的上部均设置有出水装置，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的底部设置有曝气管，所述的曝气管与第一鼓风机相连接，且序批沉淀池的底部与污泥处理系统相连接。
进一步地，所述的硝化反硝化系统包括反硝化区与硝化区，反硝化区的底部设置有第二搅拌机，硝化区的底部设置有曝气管，曝气管与第二鼓风机相连接，且硝化区与反硝化区之间设置有第三循环泵。
本发明所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，包括如下步骤：
(1)乙二醇生产废水进入配水池，与厌氧脱氮反应器的回流出水进行混合，然后泵入厌氧脱氮反应器；
(2)废水进入厌氧脱氮反应器后，主要进行反硝化作用，将硝酸盐氮、亚硝酸盐氮还原为氮气；
(3)厌氧脱氮反应器出水进入改良的A/O系统，即首先进入缺氧池，与好氧池的回流硝化液进行混合，进行反硝化反应去除硝酸盐氮；然后进入好氧池，进行硝化反应去除氨氮和有机物；最后进入交替运行的序批沉淀池，经沉淀后出水进入综合调节池；
(4)序批沉淀池出水进入综合调节池后，与其他废水进行混合，均匀水质水量后，进入硝化反硝化系统；
(5)综合废水进入硝化反硝化系统后，首先进行硝化反应，将废水中的氨氮转化为硝酸盐氮，然后进行反硝化，将硝酸盐氮转化为氮气，进一步去除废水中的总氮，最后进入泥水分离系统，进行泥水分离后，出水达标排放，污泥进入污泥处理系统，进行处理后外运。
进一步地，在步骤(1)中，生产废水的硝酸盐氮浓度在500-800mg/L之间，总氮在500-1000mg/L之间，COD在2500-7000mg/L之间，生产废水与厌氧脱氮反应器回流出水均匀混合后，加热温度至30-40℃之间。
进一步地，在步骤(2)中，所述的厌氧脱氮反应器内部通过气提作用形成内循环，外部通过循环泵的作用形成外循环，控制循环回流比为8-20，内外循环使得废水上升流速达到3-5m/h；反应器内部充满颗粒污泥，控制系统pH值为6-8，反应器内部的平均污泥浓度可高达15-30g/L，容积负荷高达0.8-1.5kg NO3 --N/m3·d。
更进一步地，在步骤(3)中，所述的改良A/O系统的好氧池中的温度为25-35℃，溶解氧为2-4mg/L，硝化液回流比为100％-500％，且好氧池中设置有酶浮填料，填料表面附着有生物膜，使得系统污泥浓度达到5-8g/L，较传统的活性污泥系统中的污泥浓度增加了3-5g/L；所述的序批沉淀池中也设置有酶浮填料，序批沉淀池的部分污泥回流至缺氧池，污泥回流比为50％-200％，剩余污泥排放至污泥处理系统，经处理后外运。
进一步地，在步骤(4)中，所述的其他废水为中低浓度的氨氮有机废水，COD为800-2000mg/L，氨氮为100-150mg/L，总氮为100-160mg/L；在步骤(5)中，所述的硝化反硝化系统可灵活设置为一级或两级，其中，缺氧池中溶解氧为0.5mg/L以下，好氧池中溶解氧为2-4mg/L，出水总氮降低至15mg/L以下。
本发明的有益效果：本发明处理效率高、投资成本低、运行费用低。
本发明合成气制乙二醇生产废水处理工艺及其装置，具有以下优点：
(1)核心工艺采用了厌氧脱氮与改良A/O工艺，较常规的采用反渗透、多效蒸发等物化法处理工艺而言，投资成本低、运行成本低，且没有膜浓缩液和蒸发母液产生。
(2)厌氧脱氮反应器集成脱氮和除碳两个工艺过程为一体，具有独有的脱氮除碳室和除碳转化室，并通过大比例的内外循环和高浓度的颗粒污泥，克服了高硝酸盐态氮下厌氧脱氮和产甲烷的耦合难题，使得该反应器的容积负荷高达0.8-1.5kg NO3 --N/m3·d，而传统反硝容积负荷一般只有0.2-0.3kg/m3·d。
(3)改良A/O工艺在好氧池中增加垂直安装的酶浮填料，使得系统具有生物膜与活性污泥协同作用，污泥浓度高达5-8g/L，而传统的活性污泥系统的污泥浓度只有3-5g/L，因此脱氮效率明显提高；且好氧池后接序批沉淀池，序批沉淀池内增加倾斜安装的酶浮填料，通过序批沉淀池周期性的曝气、沉淀和出水，能够在进一步去除污染物的基础上进行泥水分离。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2示出了本发明的装置连接示意图；
其中：1配水池、2厌氧脱氮反应器、3缺氧池、4好氧池、5序批沉淀池、6综合调节池、7硝化反硝化系统、8泥水分离系统、9清水池、10污泥处理系统、11进水泵、12布水器、13第一三相分离器、14第二三相分离器、15气水分离器、16气体收集装置、17第一循环泵、18潜水搅拌机、19第一酶浮填料、20射流曝气器、21第一鼓风机、22第二循环泵、23第二酶浮填料、24出水装置、25曝气管、101反硝化区、102硝化区、27第二搅拌机、28曝气管、29第二鼓风机、30第二循环泵。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
实施例
如图1所示，本发明的一种合成气制乙二醇生产废水处理的装置，所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置包括配水池1、厌氧脱氮反应器2、缺氧池3、好氧池4、序批沉淀池5、综合调节池6、硝化反硝化系统7、泥水分离系统8、清水池9和污泥处理系统10，所述的配水池1、厌氧脱氮反应器2、缺氧池3、好氧池4、序批沉淀池5、综合调节池6、硝化反硝化系统7、泥水分离系统8依次相连接，所述的配水池1与厌氧脱氮反应器2之间设置有第一进水泵11，所述的厌氧脱氮反应器2的出水端与缺氧池3相连接，所述的厌氧脱氮反应器2的出水端与配水池1之间设置有回流管，所述的缺氧池3与好氧池4之间设置有隔板或隔墙，所述的好氧池4与缺氧池3之间设置有第一循环泵17，所述的好氧池4的出水端与序批沉淀池5相连接，所述的序批沉淀池5的出水端与综合调节池6相连接，所述的综合调节池6与硝化反硝化系统7相连接，所述的综合调节池6与硝化反硝化系统7的连接管路上设置有第二进水泵26，硝化反硝化系统7的出水端与泥水分离系统8相连接，所述的泥水分离系统8的第一出口与清水池9相连接，所述的泥水分离系统8的第二出口和污泥处理系统10相连接。
所述的厌氧脱氮反应器2内部的底部设置有布水器，所述的厌氧脱氮反应器2的中部设置有第一三相分离器13，所述的厌氧脱氮反应器2的上部设置有第二三相分离器14，所述的厌氧脱氮反应器2的顶部设置有出水堰、气水分离器15和气体收集装置16，所述的厌氧脱氮反应器2的外部设置有第一循环泵17。
所述的缺氧池3的底部设置有潜水搅拌机18，所述的好氧池4中垂直安装有第一酶浮填料19，所述的好氧池4的底部设置有射流曝气器20，所述的好氧池4还设置有第一鼓风机21，所述的第一鼓风机21的出口端与射流曝气器20相连接。
所述的序批沉淀池5包括第一序批沉淀池和第二序批沉淀池，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的内部均倾斜安装有第二酶浮填料23，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的上部均设置有出水装置24，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的底部设置有曝气管25，所述的曝气管25与第一鼓风机21相连接，且序批沉淀池5的底部与污泥处理系统10相连接。
所述的硝化反硝化系统包括反硝化区101与硝化区102，反硝化区101的底部设置有第二搅拌机27，硝化区102的底部设置有曝气管28，曝气管28与第二鼓风机29相连接，且硝化区102与反硝化区101之间设置有第三循环泵30。
本发明所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，包括如下步骤：
(1)乙二醇生产废水进入配水池，与厌氧脱氮反应器2的回流出水进行混合，然后泵入厌氧脱氮反应器2；其中，硝酸盐氮浓度在500-800mg/L之间，总氮在500-1000mg/L之间，COD在2500-7000mg/L之间，该废水进入配水池1后，与厌氧脱氮反应器2回流出水进行混合，然后加热温度至30-40℃，然后通过提升泵泵入厌氧脱氮反应器2。
(2)废水进入厌氧脱氮反应器2后，主要进行反硝化作用，将硝酸盐氮、亚硝酸盐氮还原为氮气；废水从厌氧脱氮反应器2的底部进入，在气提及外循环回流比为8-20大回流的作用下，颗粒污泥与废水快速混合后以3-5m/h的流速上升至脱氮除碳室。在脱氮除碳室中，高浓度的硝酸盐氮在微生物的作用下，发生厌氧反硝化脱氮反应产生氮气，完后废水继续上升至上部的除碳转化室，进行产甲烷反应，经气水分离器15分离后的出水从出水堰排出，气体进行收集。其中，厌氧脱氮反应器2内部的反应温度维持在30-40℃之间、pH值为6-8，平均污泥浓度高达15-30g/L，容积负荷高达0.8-1.5kg NO3 --N/m3·d。
(3)厌氧脱氮反应器2出水进入改良的A/O系统，即首选进入缺氧池3，与好氧池4的回流硝化液进行混合，进行反硝化反应去除硝酸盐氮；然后进入好氧池4，进行硝化反应去除氨氮和有机物；最后进入交替运行的序批沉淀池5，经沉淀后出水进入综合调节池6；其中，好氧池4中的温度为25-35℃，溶解氧为2-4mg/L，硝化液回流比为100％-500％，且好氧池4中垂直设置有第一酶浮填料19，填料表面附着有生物膜，使得系统污泥浓度高达5-8g/L。
(4)序批沉淀池5出水进入综合调节池6后，与其他废水进行混合，均匀水质水量后，进入硝化反硝化系统7；好氧出水进入序批沉淀池5，序批沉淀池5中倾斜安装有第二酶浮填料23，通过序批沉淀池5周期性的曝气、沉淀和出水，能够在进一步去除污染物的基础上进行泥水分离。序批沉淀池5底部的污泥按照50％-200％回流至缺氧池3，能够提高系统中的污泥浓度，剩余污泥排放至污泥处理系统10，经处理后外运。
(5)综合废水进入硝化反硝化系统7后，首先进行硝化反应，将废水中的氨氮转化为硝酸盐氮，然后进行反硝化，将硝酸盐氮转化为氮气，进一步去除废水中的总氮，最后进入泥水分离系统8，进行泥水分离后，出水达标排放，污泥进入污泥处理系统10，进行处理后外运。其中，其他废水主要含有有机物和氨氮，且COD为800-2000mg/L，氨氮为100-150mg/L，总氮为100-160mg/L，混合后的综合废水再进入硝化反硝化系统7。
综合废水首先进入硝化反硝化系统7的反硝化区101，与硝化区102的回流硝化液(回流比为300％-500％)混合，在温度为25-35℃、pH值7-8.5、溶解氧≤0.5mg/L的条件下进行反硝化，将废水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气而去除，出水进入硝化区102，在温度为25-35℃，pH值为6.5-8.5，溶解氧为2-4mg/L的条件下进行硝化反应，将废水中的氨氮转化为硝酸盐氮。其中，该硝化反硝化系统7可灵活设置为一级或两级，最终出水总氮能够稳定降低至15mg/L以下。硝化反硝化系统出水进入泥水分离系统8，经过泥水分离后，出水达标排放，污泥进入污泥处理系统10，进行处理后外运。
使用本发明处理某煤化工企业的合成气制乙二醇生产废水，稳定运行8天时间内的水质情况如表1所示。
表1
由表1可知，乙二醇生产废水经该工艺系统处理后，最终出水(泥水分离系统出水)COD≤50mg/L，TN≤15mg/L，且运行稳定，满足《省辖海河流域水污染物排放标准》(DB41/777-2013标准)，是一种经济高效的脱氮除碳污水处理技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，其特征在于：所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置包括配水池、厌氧脱氮反应器、缺氧池、好氧池、序批沉淀池、综合调节池、硝化反硝化系统、泥水分离系统、清水池和污泥处理系统，所述的配水池、厌氧脱氮反应器、缺氧池、好氧池、序批沉淀池、综合调节池、硝化反硝化系统、泥水分离系统依次相连接，所述的配水池与厌氧脱氮反应器之间设置有第一进水泵，所述的厌氧脱氮反应器的出水端与缺氧池相连接，所述的厌氧脱氮反应器的出水端与配水池之间设置有回流管，所述的缺氧池与好氧池之间设置有隔板或隔墙，所述的好氧池与缺氧池之间设置有循环泵，所述的好氧池的出水端与序批沉淀池相连接，所述的序批沉淀池的出水端与综合调节池相连接，所述的综合调节池与硝化反硝化系统相连接，所述的综合调节池与硝化反硝化系统的连接管路上设置有第二进水泵，硝化反硝化系统的出水端与泥水分离系统相连接，所述的泥水分离系统的第一出口与清水池相连接，所述的泥水分离系统的第二出口和污泥处理系统相连接；
所述的厌氧脱氮反应器内部的底部设置有布水器，所述的厌氧脱氮反应器的中部设置有第一三相分离器，所述的厌氧脱氮反应器的上部设置有第二三相分离器，所述的厌氧脱氮反应器的顶部设置有出水堰、气水分离器和气体收集装置，所述的厌氧脱氮反应器的外部设置有第一循环泵；
所述的缺氧池的底部设置有潜水搅拌机，所述的好氧池中垂直安装有第一酶浮填料，所述的好氧池的底部设置有射流曝气器，所述的好氧池还设置有第一鼓风机，所述的第一鼓风机的出口端与射流曝气器相连接，好氧池与缺氧池之间设有第二循环泵；
所述的序批沉淀池包括第一序批沉淀池和第二序批沉淀池，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的内部均倾斜安装有第二酶浮填料，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的上部均设置有出水装置，所述的第一序批沉淀池和第二序批沉淀池的底部设置有曝气管，所述的曝气管与第一鼓风机相连接，且序批沉淀池的底部与污泥处理系统相连接；
所述的硝化反硝化系统包括反硝化区与硝化区，反硝化区的底部设置有第二搅拌机，硝化区的底部设置有曝气管，曝气管与第二鼓风机相连接，且硝化区与反硝化区之间设置有第三循环泵；
合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)乙二醇生产废水进入配水池，与厌氧脱氮反应器的回流出水进行混合，然后泵入厌氧脱氮反应器；
生产废水的硝酸盐氮浓度在500-800mg/L之间，总氮在500-1000mg/L之间，COD在2500-7000mg/L之间，生产废水与厌氧脱氮反应器回流出水均匀混合后，加热温度至30-40℃之间；
(2)废水进入厌氧脱氮反应器后，进行反硝化作用，将硝酸盐氮、亚硝酸盐氮还原为氮气；
(3)厌氧脱氮反应器出水进入改良的A/O系统，即首先进入缺氧池，与好氧池的回流硝化液进行混合，进行反硝化反应去除硝酸盐氮；然后进入好氧池，进行硝化反应去除氨氮和有机物；最后进入交替运行的序批沉淀池，经沉淀后出水进入综合调节池；
(4)序批沉淀池出水进入综合调节池后，与其他废水进行混合，均匀水质水量后，进入硝化反硝化系统；
所述的其他废水为中低浓度的氨氮有机废水，COD为800-2000mg/L，氨氮为100-150mg/L，总氮为100-160mg/L；
(5)综合废水进入硝化反硝化系统后，首先进行硝化反应，将废水中的氨氮转化为硝酸盐氮，然后进行反硝化，将硝酸盐氮转化为氮气，进一步去除废水中的总氮，最后进入泥水分离系统，进行泥水分离后，出水达标排放，污泥进入污泥处理系统，进行处理后外运。
2.根据权利要求1所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置生产废水的处理工艺，其特征在于：在步骤(2)中，所述的厌氧脱氮反应器内部通过气提作用形成内循环，外部通过循环泵的作用形成外循环，控制循环回流比为8-20，内外循环使得废水上升流速达到3-5m/h；反应器内部充满颗粒污泥，控制系统pH值为6-8，反应器内部的平均污泥浓度可高达15-30g/L，容积负荷高达0.8-1.5kg NO3 --N/m3·d。
3.根据权利要求1所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，其特征在于：在步骤(3)中，所述的改良A/O系统的好氧池中的温度为25-35℃，溶解氧为2-4mg/L，硝化液回流比为100％-500％，且好氧池中设置有酶浮填料，填料表面附着有生物膜，使得系统污泥浓度达到5-8g/L，较传统的活性污泥系统中的污泥浓度增加了3-5g/L；所述的序批沉淀池中也设置有酶浮填料，序批沉淀池的部分污泥回流至缺氧池，污泥回流比为50％-200％，剩余污泥排放至污泥处理系统，经处理后外运。
4.根据权利要求1所述的合成气制乙二醇生产废水处理的装置的处理工艺，其特征在于：在步骤(5)中，所述的硝化反硝化系统可灵活设置为一级或两级，其中，缺氧池中溶解氧为0.5mg/L以下，好氧池中溶解氧为2-4mg/L，出水总氮降低至15mg/L以下。
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