CN110183059A - 旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法和装置，提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法，该方法包括以下步骤：(A)旋流处理生化池中回流的循环泥水混合液；(B)旋流破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物；以及(C)步骤(B)中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。还提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的装置。

Description

旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法和装置

技术领域

本公开属于焦化废水处理过程中泥水混合物及污泥的资源化处理领域，涉及一种机械与生物化学组合方法处理煤制氢废水、并资源化利用处理产物的方法及装置。具体地说，本公开涉及一种生化环境下采用旋流处理泥水混合物及污泥，补充碳源，改善传质效率，去除固体悬浮物(SS)，深度脱氮的组合方法、以及实现该方法所用的装置。

背景技术

煤炭在我国是广泛使用的能源，相较于石油和天然气，其储量巨大，但是随着人类社会向前推进，化石燃料必然面临耗尽的危险，煤炭作为我国主要能源供应同时给我国环境带来大规模的污染，研究者们则投向零污染排放的氢能。部分氧化技术(POX)是一项清洁生产技术，可将石油焦/煤配成浆液，在一定的温度、压力下制取合成气，为炼厂提供廉价的氢气等能源。但在制氢的同时会产生大量的焦化废水。

焦化废水具有“高浓度”、“高盐度”、“难降解”三大特性。该三大特性的叠加，使得该废水在处理过程中，采用常规的生物或物理化学净化方法处理难以或无法满足净化处理的技术和经济要求，处理难度大，处理工艺冗长，成本高。目前针对难降解废水的处理方法主要有：超临界氧化、光催化氧化、电化学法、催化湿式氧化、焚烧及超声波技术等，然而这些技术都不适合大规模的炼厂应用。

活性污泥法作为近一百年来的核心污水处理工艺，在石油化工企业污水处理系统中的应用比例高达85％以上。活性污泥法具有流程简单、去污效率高且运行成本低等优点；但在应对有机组分复杂、毒性高的炼厂废水时，传统活性污泥法脱除能力进一步受到限制。而在活性污泥法处理基础上结合其他方法综合处理炼厂废水的方式可以大大提高活性污泥的生化处理效率。单一的处理方式只能部分实现污染物减量，采用两种或者是更多方法联用可以充分发挥各自的优势，实现高效低耗、环保可行的资源化利用，也是工业应用研究中的热点。现已有球磨机联合碱处理、均质机联合热处理、微波辐射联合碱处理等多种联合方法研究。

针对资源化回用泥水混合物和污泥，强化生化池生化效率工作。中国专利申请CN201510456401.2提出采用高压均质机在高压40-60MPa压强条件下破解浓缩污泥，破解污泥加入水解酸化反应器，泥水混合液利用离心机离心分离，污泥水解酸化上清液作为反硝化碳源；虽然经过此高压均质技术破解剩余污泥，可以为水解酸化提供蛋白质和多糖等被微生物利用的有机物，但使用高压均质机、离心分离机分别破解分离，其能耗很大，不经济。中国专利申请CN201210012496.5提出一种基于微波污泥预处理的源头污泥减量化的方法，通过微波预处理污泥后提高污泥可利用性并回流至活性污泥池利用，以期达到污泥减量的目的，但是其热交换器、微波反应器处理量有限，且能耗较高，适用于小规模污水处理厂。中国专利申请CN201510642162.X提出基于电化学污泥预处理的电芬顿方法，结合电解污泥反应和污泥电芬顿氧化，破解污泥微生物细胞结构补充曝气池碳源，但是电化学能耗高，规模小的劣势限制了其工业应用范围。

在资源化利用污泥上的广泛研究正不断拓展广泛的工业应用领域，但对于高效性和经济性的追求上，现有方法在工业应用上仍存在一定差距。鉴于现有技术存在的上述问题，故至今为止尚无能合适工业化的途径，实属污泥资源化利用获得有效改善和提高的可行切入点。因此，本领域迫切需要开发出高效经济地利用生化池污泥处理废水的方法及装置。

发明内容

本公开提供了一种新颖的旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法和装置，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的目的是提供一种机械与生物化学组合方法，回用处理产物以强化生化单元处理效率的新方法及装置。

一方面，本公开提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法，该方法包括以下步骤：

(A)旋流处理生化池中回流的循环泥水混合液；

(B)旋流破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物；以及

(C)步骤(B)中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。

在一个优选的实施方式中，在步骤(A)中，利用第一旋流释碳器对生化池中回流的循环泥水混合液进行旋流破散，使其Δ溶解性化学需氧量(ΔSCOD)增加值为15％。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(B)中，利用第二旋流释碳器破解尾水中的固体悬浮物以补充碳源，使其Δ溶解性化学需氧量增加值为10％。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(B)中，利用第二旋流释碳器破解尾水中的固体悬浮物以提高生化效率，降低出水中固体悬浮物含量至70mg/L以下。

在另一个优选的实施方式中，该方法还包括：

将废水送入调节罐进行调节处理；

经调节处理的废水进入多级絮体沉降系统并调节pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理；

经预处理的絮体沉降物流入生化池进行调节处理后泵入第一旋流释碳器进行旋流处理，上清液流入膜产水池后再送入臭氧催化氧化罐进行臭氧催化氧化；

经臭氧催化氧化得到的难降解有机物送入爆气生物滤池进一步进行生化处理后泵入第二旋流释碳器进行旋流破解。

在另一个优选的实施方式中，多级絮体沉降系统的pH值调节为10-11。

在另一个优选的实施方式中，在生化池中引入碱液或乙酸钠对经预处理的絮体沉降物进行调节处理。

另一方面，本公开提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的装置，该装置包括：

与生化池连接的第一旋流释碳器，用于进行步骤(A)旋流处理生化池中回流的循环泥水混合液；以及

与爆气生物滤池连接的第二旋流释碳器，用于进行步骤(B)旋流破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物，其中，

第二旋流释碳器中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。

在另一个优选的实施方式中，该装置还包括：

调节罐，用于对废水进行调节处理；

与调节罐连接的多级絮体沉降系统，用于对经调节处理的废水进行多级絮体沉降并调节pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理；

与多级絮体沉降系统连接的生化池，用于对经预处理的絮体沉降物进行调节处理后泵入第一旋流释碳器进行旋流处理；

与生化池连接的膜产水池，用于处理经预处理的上清液；

与膜产水池连接的臭氧催化氧化罐，用于对得自膜产水池的上清液进行臭氧催化氧化；以及

与臭氧催化氧化罐连接的爆气生物滤池，用于将经臭氧催化氧化得到的难降解有机物进一步进行生化处理后泵入第二旋流释碳器进行旋流破解。

在另一个优选的实施方式中，第一和第二旋流释碳器芯管根据处理量采取并联方式布置；第一和第二旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa；第一和第二旋流释碳器分流比为3％-5％。

有益效果：

本发明的方法和装置的主要优点在于：

本发明通过对生化单元缺氧池释放碳源减少外碳源添加15％、改善废水C/N(碳/氮)、提高污泥活性、并循环降解破解污泥中的有机质，实现了煤化工废水深度脱氮和出水SS减量，确保出水达标GB31570-2015排放。

附图说明

附图是用以提供对本发明的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是根据本发明的一个优选实施方式的旋流自转强化废水短程硝化反硝化的工艺流程图。

具体实施方式

针对现有技术的缺陷，本发明开发了一种生化环境下采用旋流处理泥水混合物及污泥，补充碳源，改善传质效率，去除SS，深度脱氮的组合方法，从而有效解决了现有技术中存在的问题。

在本公开的第一方面，提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法，该方法包括以下步骤：

(A)通过旋流释碳器处理生化池中按适宜比例回流的循环泥水混合液；

(B)采用旋流工艺充分破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物，补充碳源；以及

(C)步骤(B)中的尾水经旋流破解处理后，返回至生化池循环降解处理。

在本公开中，在步骤(A)中，利用旋流释碳器进行旋流破散生化池中的循环泥水混合液，充分释放活性污泥絮体中的胞外聚合物，补充碳源，使其ΔSCOD增加值为15％，优选30％，污泥活性增加，C/N值增加，脱氮效率提高。

在本公开中，在步骤(B)中，利用旋流释碳器破解尾水SS，补充碳源，使其ΔSCOD增加值为10％；同时生化活性增加，C/N值增加，深度脱氮效率提高。

在本公开中，在步骤(B)中，利用旋流释碳器破解尾水SS，提高其生化效率，降低出水SS含量至70mg/L以下，总氮低于40mg/L，COD(化学需氧量)低于50mg/L。

较佳地，该方法包括：调节罐内废水进入多级絮体沉降系统中，引入碱液、石灰或碳酸钠调节至适宜pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理后，再流入生化池中，引入碱液或乙酸钠调节处理后，絮体沉降物泵入第一旋流释碳器中旋流破散泥水混合物，其溢流及底流分别回流至生化池的前段和后端回用，上清液流入膜产水池后送入臭氧催化氧化罐进行臭氧催化氧化，得到的难降解有机物进入爆气生物滤池(BAF)进一步生化处理后泵入第二旋流释碳器中旋流破解污泥，其底流回流至生化池循环处理，最后上清液外排。

在本公开中，多级絮体沉降系统的pH调节为10-11。

在本公开的第二方面，提供了一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的装置，该装置包括：

与生化池连接的第一旋流释碳器，用于进行上述步骤(A)；以及

与爆气生物滤池连接的第二旋流释碳器，用于进行上述步骤(B)，其中，

第二旋流释碳器中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。

在本公开中，第一和第二旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa。

在本公开中，第一和第二旋流释碳器的分流比为3％-5％。

在本公开中，第一和第二旋流释碳器芯管根据处理量(例如，300t/h或65t/h)采取并联方式布置。

较佳地，该装置包括：

调节罐，用于对废水进行调节处理；

与调节罐连接的多级絮体沉降系统，用于对经调节处理的废水进行多级絮体沉降并调节pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理；

与多级絮体沉降系统连接的生化池，用于对经预处理的絮体沉降物进行调节处理后泵入与之连接的第一旋流释碳器进行旋流处理；

与生化池连接的膜产水池，用于处理经预处理的上清液；

与膜产水池连接的臭氧催化氧化罐，用于对得自膜产水池的上清液进行臭氧催化氧化；以及

与臭氧催化氧化罐连接的爆气生物滤池，用于将经臭氧催化氧化得到的难降解有机物进一步进行生化处理后泵入与之连接的第二旋流释碳器进行旋流破解。

以下参看附图。

图1是根据本发明的一个优选实施方式的旋流自转强化废水短程硝化反硝化的工艺流程图。如图1所示，调节罐1内废水进入多级絮体沉降系统2中，引入碱液、石灰或碳酸钠调节至适宜pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理后，再流入生化池3中，引入碱液或乙酸钠调节处理后，絮体沉降物泵入第一旋流释碳器4-1中旋流破散泥水混合物，其溢流及底流分别回流至生化池3的前段和后端回用，上清液流入膜产水池5后送入臭氧催化氧化罐6进行臭氧催化氧化，得到的难降解有机物进入爆气生物滤池7进一步生化处理后泵入第二旋流释碳器4-2中旋流破解污泥，其底流回流至生化池循环处理，最后上清液外排。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

1.实施流程

本实施例应用于某炼厂POX废水处理系统中，来自多级絮体沉降系统的废水进入生化池中进行生化处理，经过生化处理后的泥水混合物再泵入第一旋流释碳器进行破散释放有机质，补充碳源，提高污泥活性，增强脱氮效率。第一旋流释碳器底流口流入生化池前段，少量溢流进入生化池后端，生化处理后的废水流入膜产水池处理；随后废水通过臭氧催化氧化罐处理，难降解废水可生化性增加。经过催化氧化后的废水进入曝气生物滤池生化处理，同时生物滤池中一定SS含量的尾水泵入第二旋流释碳器破解，释放有机质，补充碳源，碳氮比值增加，脱氮效率提高，旋流处理后污泥活性也增加。最终出水SS含量降低，达70mg/L以下，TN(总氮量)低于40mg/L，COD低于50mg/L。

2.关键设备

该工艺流程中的关键设备为旋流释碳器，旋流释碳器芯管可根据场地结构采取钢构框架集成固定安装，设备进口、溢流口和底流口均设置压力表、流量表和阀门进行运行调节。旋流释碳器芯管处理量可调，集成成套装置配套进口、底流及溢流汇管；所有芯管采取可拆卸式连接方式。

3.控制

满负荷工况下，一体化生物反应池处第一旋流释碳器处理量为300t/h、曝气生物滤池处第二旋流释碳器处理量为65t/h，第一和第二旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa(表压)，溢流分流比为3％-5％，操作温度为常温。

4.运行效果

实施方案以某炼厂POX废水进行旋流处理可行性分析。POX废水原水pH为7-9，总量约100m³/h，其COD含量、总氮及无机组分如下表1所示。

表1.原水水质

运行情况下，经过调节罐流出的POX废水进入多级絮体沉降系统，资源利用碱液或石灰或碳酸钠，有效去除废水总硬度，经过混凝、絮凝、沉降浓缩，预处理废水硬度降为400mg/L以下；利用碱液进行预处理，生化池中泥水混合液泵入旋流释碳器，通过旋流破散，利用旋流释碳器内的剪切作用力，分离污泥絮体，释放有机质，大部分泥水从释碳器底流口流入生化池进行回用处理废水，改善絮体中的微生物与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，强化生化反应。泥水破散释放有机质的同时，C/N值增加，提高脱氮效率，破散后的泥水混合物活性增加；臭氧催化后废水中难降解物质的可生化性增加，随后进入曝气生物滤池进行生化处理，尾水SS泵入旋流释碳器进行旋流破解分离，进一步增加生物滤池中的碳源强化生化效率，提高污泥活性，强化脱氮，使得出水SS含量降低，小于70mg/L。

运行过程中，能耗来源主要为泵能耗；泥水混合液破散和尾水SS破解预处理过程还存在因为场地、污泥外排或其他原因造成的输运泵耗，需视具体情况而定。

5.效果

(1)降低外加碳源用量

炼厂废水难降解，废水中可生化有机碳源不足，则在实际炼厂废水处理过程中，经常采用外加碳源的方式来补充碳源调节废水C/N值，但是长时间大量外碳源的添加势必会造成污水处理成本高，不经济等问题，而联合旋流释碳器机械破散处理泥水混合液和破解尾水SS释放碳源补充生化池有机质，提高生化处理效率；且在生化池中经过旋流破散处理，ΔSCOD为30％；爆气生物滤池处旋流破解污泥释放有机质碳源，ΔSCOD为10％。资源化利用生化池泥水混合物和污泥的同时提高生化处理效率，降低外加碳源量，降低废水处理成本。

(2)提高污泥活性

污泥的生物活性直接影响着废水的生化处理效率，通过旋流释碳器对泥水混合液和尾水SS进行旋流剪切处理，释放碳源的同时，改善絮体中的微生物与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，提高污泥活性，强化生化处理效率。

(3)出水COD、TN含量达标

采用旋流释碳器处理后，生化池内碳源增加、传质效率增加，C/N值增加，脱氮效率提高；随尾水SS破解，曝气生物滤池内碳源得到一定的补充，C/N值增加，强化深度脱氮，出水TN含量降为40mg/L以下，COD降为50mg/L，达到GB31570-2015排放标准。

(4)降低出水SS含量

利用旋流释碳器旋流破解处理尾水SS，释放有机碳源，改善絮体中的微生物与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，底流口和溢流口尾水溶液流入臭氧催化氧化处理，提高污泥可生化性，废水、污泥难降解性降低，生化处理后，使得出水SS含量降低且小于70mg/L，达到GB31570-2015排放标准。

通过中试试验研究某炼油企业利用旋流单元连续处理生化池中泥水混合液和利用旋流单元处理曝气生物滤池中的尾水SS，运行周期内处理成套装置运行稳定，操作简单，可以有效补充生化池中碳源，改善传质效率，提高活性，深度脱氮，降低出水SS含量，并达标排放。

上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的方法，该方法包括以下步骤：

(A)旋流处理生化池中回流的循环泥水混合液；

(B)旋流破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物；以及

(C)步骤(B)中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，利用第一旋流释碳器对生化池中回流的循环泥水混合液进行旋流破散，使其Δ溶解性化学需氧量增加值为15％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，利用第二旋流释碳器破解尾水中的固体悬浮物以补充碳源，使其Δ溶解性化学需氧量增加值为10％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，利用第二旋流释碳器破解尾水中的固体悬浮物以提高生化效率，降低出水中固体悬浮物含量至70mg/L以下。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

将废水送入调节罐进行调节处理；

经调节处理的废水进入多级絮体沉降系统并调节pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理；

经预处理的絮体沉降物流入生化池进行调节处理后泵入第一旋流释碳器进行旋流处理，上清液流入膜产水池后再送入臭氧催化氧化罐进行臭氧催化氧化；

经臭氧催化氧化得到的难降解有机物送入爆气生物滤池进一步进行生化处理后泵入第二旋流释碳器进行旋流破解。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，多级絮体沉降系统的pH值调节为10-11。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在生化池中引入碱液或乙酸钠对经预处理的絮体沉降物进行调节处理。

8.一种旋流自转强化废水短程硝化反硝化的装置，该装置包括：

与生化池连接的第一旋流释碳器(4-1)，用于进行步骤(A)旋流处理生化池中回流的循环泥水混合液；以及

与爆气生物滤池连接的第二旋流释碳器(4-2)，用于进行步骤(B)旋流破解煤化工废水处理尾水中的固体悬浮物，其中，

第二旋流释碳器(4-2)中经旋流破解处理的尾水返回至生化池循环降解处理。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

调节罐(1)，用于对废水进行调节处理；

与调节罐(1)连接的多级絮体沉降系统(2)，用于对经调节处理的废水进行多级絮体沉降并调节pH值以对絮体沉降物、上清液进行预处理；

与多级絮体沉降系统(2)连接的生化池(3)，用于对经预处理的絮体沉降物进行调节处理后泵入第一旋流释碳器(4-1)进行旋流处理；

与生化池(3)连接的膜产水池(5)，用于处理经预处理的上清液；

与膜产水池(5)连接的臭氧催化氧化罐(6)，用于对得自膜产水池(5)的上清液进行臭氧催化氧化；以及

与臭氧催化氧化罐(6)连接的爆气生物滤池(7)，用于将经臭氧催化氧化得到的难降解有机物进一步进行生化处理后泵入第二旋流释碳器(4-2)进行旋流破解。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，第一和第二旋流释碳器芯管根据处理量采取并联方式布置；第一和第二旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa；第一和第二旋流释碳器分流比为3％-5％。