CN109809630A - 一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法 - Google Patents

Abstract

一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，它涉及废水处理方法，它是要解决现有的氮肥废水处理方法的成本高、能耗大的技术问题，本方法：一、将氮肥废水直接或经预处理后进行厌氧消化处理，去除废水中的大部分有机物及含硫污染物；二、调节pH值；三、自养脱氮处理，将剩余的有机物、硫化物及氨氮污染物协同去除。其中预处理是进行正渗透浓缩处理。经本发明的方法处理后的出水指标为：COD＜50mg/L，氨氮＜15mg/L，总氮＜25mg/L，硫化物＜0.5mg/L。可用于废水处理领域。

Description

一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法

技术领域

本发明属于工业废水污染物控制领域，具体涉及一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的工艺。

背景技术

我国是化肥生产大国，产量位居全球首，主要包括氮肥、磷肥和钾肥等，其中氮肥是我国化肥主要产品之一，然而，氮肥工业的迅速发展在极大地促进农业生产的同时，也对水体造成了严重的污染。大量排入水中的污染物不仅会对生态环境造成严重破坏，而且会通过食物链最终积累到人体当中，危害人类健康。

随着国家《水污染防治计划》等一系列法令法规的出台，使得废水中相关污染物的排放标准和排放总量要求日趋严格。而氮肥行业长期以来作为工业生产废水中氨氮和COD排放量最大的行业之一，必然首当其冲。近年来，针对氮肥工业的污染问题，国内外在生产技术和污染治理技术的研发等方面做了大量工作，并且相关生产企业均采取了相应的控制和治理措施，但是仍然存在废水排放量大、处理效果差、成本高等问题。原因在于我国氮肥行业长期以来排放的废水中虽然有机物可生化性好，但氨氮浓度相对较高，有机物与总氮的比值仅为1～2，同时含有硫酸盐、硫化物等物质，处理难度较大，常规处理工艺难以达标。因此，如何实现其污染物的低耗协同去除，成为氮肥行业废水处理亟待解决的问题。公开号为CN201610111570的专利公开了一种氮肥生产废水的处理方法，废水首先排入污水调节池内进行预处理，向调节池内添加镁盐和磷盐以降低废水中氨氮，同时调节 pH至8～10，然后输送至反硝化池进行脱氮除磷，再输送至硝化池进行有机物的去除，最后输送至SBR池曝气、沉淀，达标后即可排放。然而该方法不适用于资金和技术有限的中小型氮肥企业，大量镁盐及磷盐的投加势必会大大增加运行成本。同时A-SBR为传统硝化反硝化工艺，并不适用于低碳氮比的氮肥废水，并且采用强弱交替曝气，能耗相对较大。

发明内容

本发明是要解决现有的氮肥生产废水处理方法的成本高、能耗大的技术问题，而提供一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，该工艺可实现进水低碳比条件下多种污染物的高效去除，同时降低能耗。

本发明的协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，包括以下步骤：

一、氮肥废水直接或经预处理后泵入厌氧消化反应器，该反应器为密封的序批式反应器(SBR)，采用机械搅拌并在顶部设有气体收集装置；反应周期为：进水0.5～1h，搅拌20～24h，静置0.5～1h，排水0.5～1h，换水比为60％～80％；运行过程中厌氧消化反应器内温度为20～40℃，pH为7.0～8.0，污泥浓度为7000～9000mg/L；

二、厌氧消化反应器的出水先进入调节池，调节pH为7.5～8.5；

三、将调节后的水泵入自养脱氮反应器，该反应器为浸没式膜生物反应器(MBR)，内置中空纤维膜组件，膜孔径为0.10～0.20μm，底部设有曝气装置；运行过程中控制溶解氧为0.1～0.2mg/L，温度为20～30℃，水力停留时间(HRT)为7～9h，污泥浓度为 6000～8000mg/L；进入中空纤维膜组件的水经排水泵排出，完成氮肥废水的处理。

本发明中的协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法的主工艺流程由厌氧消化单元、调节池以及自养脱氮单元组成，当厌氧消化段出水COD高于80mg/L时，可启用正渗透单元。本发明的主反应工艺对污染物的降解原理是：废水首先进入厌氧消化单元，大部分有机物在产酸菌、产甲烷菌等厌氧微生物的代谢作用下去除，同时含硫污染物也在硫酸盐还原菌的作用下在此阶段得以去除；SBR出水先进入调节池，调节pH为7.5～8.5，然后进入自养脱氮单元，废水中的氨氮首先在好氧氨氧化菌的作用下氧化成亚氮，同时系统中的厌氧氨氧化菌将积累的亚氮与氨氮一同转化为氮气，从而得以将氨氮去除。由于废水中还含有少量有机物，而厌氧氨氧化过程又会产生一部分硝氮，因此系统中存在的反硝化菌和反硝化脱硫菌会将剩余有机物、硝氮及硫化物进一步去除，实现对废水中碳、氮和硫的高效低耗去除。经本发明所述工艺处理后，得到出水指标为：COD＜50mg/L，氨氮＜ 15mg/L，总氮＜25mg/L，硫化物＜0.5mg/L。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)解决了采用常规物化方法处理低C/N的氮肥废水后水质难以达标和可生化性差难以用生物法处理的难题；

(2)实现了氮肥废水中碳、氮、硫等多种污染物的低耗协同去除。

(3)将厌氧消化与自养脱氮相结合，整个过程完全不需要外部额外投加碳源或其他添加剂，大大降低了能耗和物耗，厌氧消化阶段产生的能量甚至能够实现污水厂碳中和运行，即实现污水厂能耗完全自给；

(4)预设了正渗透单元，可视主反应工艺处理情况适时进行调整，提高了工艺适用性和灵活度。

附图说明

图1为实施例中协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法的工艺装置流程图。其中1 为厌氧消化反应器，1-1为机械搅拌，1-2为排气口，2为调节池，3为自养脱氮反应器，3-1为曝气环，3-2为膜组件，4为水泵，5为气泵，6为pH及温度等在线监测仪，7为排水泵，8为压力表，9为正渗透膜装置，10为驱动液容器。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，包括以下步骤：

一、氮肥废水直接或经预处理后泵入厌氧消化反应器，该反应器为密封的序批式反应器(SBR)，采用机械搅拌并在顶部设有气体收集装置；反应周期为：进水0.5～1h，搅拌20～24h，静置0.5～1h，排水0.5～1h，换水比为60％～80％；运行过程中厌氧消化反应器内温度为20～40℃，pH为7.0～8.0，污泥浓度为7000～9000mg/L；在此阶段中，废水中60～80％的有机物及70～90％的含硫污染物在污泥中产甲烷菌及硫酸盐还原菌的作用下得以去除；

二、厌氧消化反应器的出水先进入调节池，调节pH为7.5～8.5；

三、将调节后的水泵入自养脱氮反应器，该反应器为浸没式膜生物反应器(MBR)，内置中空纤维膜组件，膜孔径为0.10～0.20μm，底部设有曝气装置；运行过程中控制溶解氧为0.1～0.2mg/L，温度为20～30℃，水力停留时间(HRT)为7～9h，污泥浓度为 6000～8000mg/L；进入中空纤维膜组件的水经排水泵排出，完成氮肥废水的处理。在此阶段中，厌氧消化段剩余的有机物、硫化物及氨氮等污染物在污泥中好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的作用下协同去除，处理后出水COD浓度低于50mg/L，氨氮浓度低于15mg/L，总氮低于25mg/L，硫化物浓度低于0.5mg/L。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的预处理，是当步骤一的厌氧消化段出水COD高于80mg/L时，启用正渗透单元，先将低浓度氮肥废水进行浓缩；其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是其中正渗透单元采用厚度为50～80μm、孔径为0.2～0.35nm的三乙酸纤维素(CTA)膜作为渗透膜；以0.5～1.0mol/L的NaCl作为驱动液，浓缩倍数控制在2～5倍；其它与具体实施方式二相同。

本实施方式依靠渗透膜两侧压差作为驱动力对废水进行浓缩。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述的氮肥废水中COD浓度为100～1000mg/L，氨氮浓度为50～500mg/L，硫化物浓度为1～10mg/L，硫酸盐浓度为100～500mg/L；其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中的换水比为75％；其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中运行过程中厌氧消化反应器内温度为30～35℃；其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一中运行过程中污泥浓度为8000mg/L；其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中水力停留时间(HRT)为8h，；其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中溶解氧为 0.15mg/L；其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中污泥浓度为7000mg/L；其它与具体实施方式一至七之一相同。

用下面的实施例验证本发明的有益效果。

实施例1：(参见附图1)本实施例的协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，按以下步骤进行：

一、取河南某尿素化肥厂排放废水，该废水中COD浓度为315～500mg/L，氨氮浓度为 100～230mg/L，硫化物浓度为1.2～1.8mg/L，硫酸盐浓度为200～300mg/L；将废水直接泵入厌氧消化反应器1中，该反应器为密封的序批式反应器(SBR)，采用机械搅拌器1-1搅拌并在顶部设有气体收集装置1-2；反应周期为：进水0.5h，搅拌22h，静置1h，排水0.5h，换水比为75％；运行过程中厌氧消化反应器内温度为35℃，pH为7.5，污泥浓度为8000mg/L，污泥中含有产甲烷菌和硫酸盐还原菌；在此阶段中，废水中的有机物及含硫污染物在产甲烷菌及硫酸盐还原菌的作用下得以去除，并将产生的沼气回收；其中处理后水中的COD浓度为50～60mg/L，氨氮浓度为80～230mg/L，硫化物浓度为0.3～0.5mg/L，硫酸盐浓度为

55～60mg/L，其中有机物及含硫污染物的去除率均达到80％以上；

二、厌氧消化反应器的出水进入调节池2中，调节pH为7.8；

三、将调节后的水经水泵4泵入自养脱氮反应器3中，该反应器为浸没式膜生物反应器(MBR)，内置中空纤维膜组件3-1，膜孔径为0.15μm，底部设有曝气装置3-2；运行过程中控制溶解氧为0.15mg/L，温度为25℃，水力停留时间(HRT)为8h，污泥浓度为 7500mg/L，污泥中含有好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌；进入中空纤维膜组件3-1 的水经排水泵7排出，完成氮肥废水的处理。在此阶段中，厌氧消化段剩余的有机物、硫化物及氨氮等污染物在好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的作用下协同去除。

本实施例中，经过处理后，步骤三中的出水经水质监测分析，结果为：COD浓度为20～31mg/L，氨氮浓度为5～12mg/L，硫化物浓度为0.2～0.4mg/L，硫酸盐浓度为35～55mg/L，COD和氨氮去除率分别达到90％以及85％以上，并且系统能够稳定运行。

实施例2：(参见附图1)本实施例的协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，按以下步骤进行：

一、取某硫酸铵化肥厂排放废水，废水中COD浓度为200～275mg/L，氨氮浓度为

200～300mg/L，硫化物浓度为0.8～1.5mg/L；将废水直接泵入厌氧消化反应器1中，该反应器为密封的序批式反应器(SBR)，采用机械搅拌器1-1搅拌并在顶部设有气体收集装置1-2用来回收沼气；反应周期为：进水0.5h，搅拌22h，静置1h，排水0.5h，换水比为80％；运行过程中厌氧消化反应器内温度为40℃，pH为7.6，污泥浓度为7000mg/L，污泥中含有产甲烷菌和硫酸盐还原菌；

二、厌氧消化反应器的出水进入调节池2中，调节pH为8.0；

三、将调节后的水经水泵4泵入自养脱氮反应器3中，该反应器为浸没式膜生物反应器(MBR)，内置中空纤维膜组件3-1，膜孔径为0.15μm，底部设有曝气装置3-2；运行过程中控制溶解氧为0.2mg/L，温度为25℃，水力停留时间(HRT)为9h，污泥浓度为7000mg/L，污泥中含有好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌；进入中空纤维膜组件3-1的水经排水泵7排出，完成氮肥废水的处理。在此阶段中，厌氧消化段剩余的有机物、硫化物及氨氮等污染物在好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌的作用下协同去除。

本实施例中经过处理后，对步骤三中的出水经水质监测分析，结果为：出水中COD浓度为60～85mg/L，氨氮浓度为8～10mg/L，硫化物浓度为0.3～0.5mg/L。COD去除率仅为50％，且出水浓度不满足排放要求，对步骤一中处理后的水质进行检测，结果为出水中COD浓度为85～120mg/L，因此选择启用正渗透单元对废水进行预处理。

预处理操作为：将废水先泵入正渗透膜装置9，驱动液容器10中的驱动液为浓度为0.5mol/L的NaCl浓液，控制浓缩倍数为2倍。浓缩后从正渗透膜装置9排出水中COD浓度为400～550mg/L，氨氮浓度为400～600mg/L，硫化物浓度为1.6～3mg/L。再将预处理后的水进行后续的处理，其中厌氧消化及自养脱氮段工艺条件不变。稳定运行后经水质监测分析，结果为出水中COD浓度为18～23mg/L，氨氮浓度为8～10mg/L，硫化物浓度为 0.3～0.5mg/L，COD和氨氮去除率分别达到94％以及97％以上，并且系统能够稳定运行。

Claims (10)

1.一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

一、氮肥废水直接或经预处理后泵入厌氧消化反应器，该反应器为密封的序批式反应器，采用机械搅拌并在顶部设有气体收集装置；反应周期为：进水0.5～1h，搅拌20～24h，静置0.5～1h，排水0.5～1h，换水比为60％～80％；运行过程中厌氧消化反应器内温度为20～40℃，pH为7.0～8.0，污泥浓度为7000～9000mg/L；

二、厌氧消化反应器的出水先进入调节池，调节pH为7.5～8.5；

三、将调节后的水泵入自养脱氮反应器，该反应器为浸没式膜生物反应器，内置中空纤维膜组件，膜孔径为0.10～0.20μm，底部设有曝气装置；运行过程中控制溶解氧为0.1～0.2mg/L，温度为20～30℃，水力停留时间为7～9h，污泥浓度为6000～8000mg/L；进入中空纤维膜组件的水经排水泵排出，完成氮肥废水的处理。

2.根据权利要求1所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于骤一中所述的预处理，是当步骤一的厌氧消化段出水COD高于80mg/L时，启用正渗透单元进行预处理。

3.根据权利要求2所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于正渗透单元采用厚度为50～80μm、孔径为0.2～0.35nm的三乙酸纤维素膜作为渗透膜；以0.5～1.0mol/L的NaCl作为驱动液，浓缩倍数控制在2～5倍。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤一中所述的氮肥废水中COD浓度为100～1000mg/L，氨氮浓度为50～500mg/L，硫化物浓度为1～10mg/L，硫酸盐浓度为100～500mg/L。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤一中的换水比为75％。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤一中运行过程中厌氧消化反应器内温度为30～35℃。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤一中运行过程中污泥浓度为8000mg/L。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤三中水力停留时间为8h。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤三中溶解氧为0.15mg/L。

10.根据权利要求1、2或3所述的一种协同低耗去除氮肥废水中多污染物的方法，其特征在于步骤三中污泥浓度为7000mg/L。