CN110183060A - 紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法及装置，提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法，该方法包括以下步骤：(A)对紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行旋流处理，以释放有机质；以及(B)将步骤(A)中得到的包含有机质的废水返回紧凑型厌氧/好氧工艺的厌氧区进行降解，以减少厌氧区中的溶解氧。还提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化装置。

Description

紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法及装置
技术领域
本公开属于废水资源化处理领域，涉及一种机械与生化组合方法处理生化池中的泥水混合液、并资源化利用处理产物的方法及装置。具体地说，本公开涉及一种含油废水在紧凑型一体化工艺环境下采用旋流器旋流处理生化池泥水混合液提高活性、促使其释放有机质、脱除溶解氧，强化生化处理效率的组合工艺以及实现该方法作用的装置。
背景技术
活性污泥法自1914年由英国的阿登(E.Arden)和洛基特(W.T.Lockett)创始以来，迄今已经一百多年历史，活性污泥法在污水处理中占有重要地位，除了用于城市污水处理外，也成功地用于炼油、石油化工、合成纤维、焦化、煤气、木材防腐、绝缘材料、合成橡胶、有机磷农药、纺织印染、造纸等工业废水处理。工业废水成分复杂，各有其特殊性，采用活性污泥处理在设计参数和处理措施上会有所不同，随着实际运行经验的积累和科学技术的发展，活性污泥法亦不断改进和发展。
IBR(紧凑型)已是一个成熟的系统，全球包括石油化工在内的多个工业废水处理工程和城市污水处理工程使用了IBR一体化活性污泥技术。第一个IBR系统建于1993年，用于处理苏格兰一个塑料厂的废水。目前，IBR已经用于15个国家的上百个项目。大多用来处理高浓度工业废水，用以高COD(化学需氧量)，高氨氮去除。流量为10-2000m3/h，曝气池的容积为200-2000m3。IBR一体化生化反应池成功地将二沉池结合到了硝化反硝化池中，单个池子就能完成整个活性污泥处理工艺，并且内部无刮泥机等活动的部件。结合了微生物技术、爆气技术、空气提升技术、大比倍回流稀释技术及快速澄清技术。在工程上实现了比较彻底的同步硝化反硝化脱氮。与传统工艺相比，硝化反硝化池子结构由3座减少为1座合建式。IBR采用高效经济的气提泵将好氧池污泥输送到二沉池内沉淀，回流污泥采用“导入式下沉流”方式回流到缺氧中。实践证明，IBR的运行和出水大大优于传统活性污泥法，而投资费用和运行费用以及占地都低于传统活性污泥法。然而，IBR也是活性污泥法中的一种，其在运行过程中同样会产生较多的剩余污泥。
针对污水处理厂废水处理时产生的大量剩余污泥及强化生化效率补充生化池碳源等方面工作，我国研究者已经做出了多方面的努力。其中，发明专利申请CN105293701A采用一种碳源储备式IBR生物反应器把净水区和生物反应区进行分隔，生物反应区内通过可调挡板围有碳源储备区，碳源储备区上部设置有污水进水管，污水进水管伸入导流筒内，导流筒下方设置导流墩；通过此储备区可以对碳源进行储存，待其需要则导流进入生化池；此设置较为经济但其污泥的有机质没有得到有效的破解释放，污泥利用效率不高，若进行外加碳源则会增加经济成本。北京林业大学张盼月等发明专利申请的CN201610143464.7涉及一种剩余污泥高压均质破解-水解酸化液作反硝化碳源提高污水生物脱氮效果的方法，其是利用高压均质技术将剩余污泥破解，并进行水解酸化，水解酸化液作为反硝化碳源加入到生物脱氮系统中以期提高脱氮效率。辽林大学包红旭等的发明专利申请CN201510325532.7涉及一种高压脉冲预处理技术强化剩余污泥梯级释磷的方法，采用高压脉冲方式处理剩余污泥，利用脉冲放点产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现破解剩余污泥和梯级磷释放。河海大学孙杏等的发明专利申请的CN201710492429.0涉及一种联用超声和碱促进污泥微生物电解产氢的方法，利用超声和碱联合处理剩余污泥，破坏污泥絮体及细胞结构，使污泥中有机质释放进入污泥液相加快水解提高微生物电解池的产氢效率。
在IBR工艺处理废水中，针对污泥破解方法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的工业化途径，实属剩余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的污泥破解的新方法及装置。
发明内容
本公开提供了一种新颖的紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法及装置，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紧凑型工艺生化组合方法处理生化池泥水混合液、并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，本公开提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法，该方法包括以下步骤：
(A)对紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行旋流处理，以释放有机质；以及
(B)将步骤(A)中得到的包含有机质的废水返回紧凑型厌氧/好氧工艺的厌氧区进行降解，以减少厌氧区中的溶解氧。
在一个优选的实施方式中，在步骤(A)中，利用旋流释碳器旋流场中的旋流自转公转处理紧凑型厌氧/好氧工艺的循环泥水混合液，以释放污泥絮体中的胞外聚合物。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(B)中，有机质从旋流释碳器底流口流出进入紧凑型生物反应池的缺氧段进行降解，旋流释碳器的溢流回流入紧凑型生物反应池的好氧段。
在另一个优选的实施方式中，该方法还包括：
将紧凑型厌氧/好氧工艺废水送入圆形隔油池进行初步除油处理；
经初步除油处理的废水送入调节除油罐进行调节处理；
经调节处理的废水依次经过涡凹气浮、溶气气浮处理；以及
经涡凹气浮、溶气气浮处理的废水流入紧凑型生物反应池进行生化处理。
另一方面，本公开提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化装置，该装置包括：
置于紧凑型生物反应池内的旋流释碳器，用于进行步骤(A)对紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行旋流处理，以释放有机质；以及步骤(B)将步骤(A)中得到的包含有机质的废水返回紧凑型厌氧/好氧工艺的厌氧区进行降解，以减少厌氧区中的溶解氧。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：
圆形隔油池，用于将紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行初步除油处理；
与圆形隔油池连接的调节除油罐，用于将经初步除油处理的废水进行调节处理；
与调节除油罐连接的涡凹气浮和溶气气浮，用于对经调节处理的废水依次进行涡凹气浮、溶气气浮处理；以及
与溶气气浮连接的紧凑型生物反应池，用于对经涡凹气浮、溶气气浮处理的废水进行生化处理。
在另一个优选的实施方式中，旋流释碳器芯管根据处理量采取并联方式布置。
在另一个优选的实施方式中，旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa。
在另一个优选的实施方式中，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：
本发明提供了一种在紧凑型二沉池生化处理环境下采用旋流释碳器破散生化池循环泥水混合液，以提高活性、释放有机质、脱除溶解氧的新型组合方法，确保了增强污泥活性、改善污水可生化性及缺氧区溶解氧环境，从而提高了紧凑型厌氧/好氧工艺的生化效率，确保出水达标排放；并构建了紧凑型厌氧/好氧反应器和旋流释碳器内回流泵组成的废水深度生物降解装置。
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炼厂含油废水处理工艺流程图。
图2是根据本发明的一个优选实施方式的二沉池内置式厌氧/好氧耦合旋流释碳器一体化示意图。
图3是根据本发明的一个优选实施方式的旋流释碳器中自转公转破散泥水混合物示意图。
具体实施方式
针对现有技术的缺陷，本发明开发了一种旋流释碳器耦合紧凑型厌氧/好氧工艺一体化处理废水并资源化利用泥水混合液的方法，使得含油废水在紧凑型一体化工艺环境下采用旋流器旋流处理生化池泥水混合液提高活性、促使其释放有机质、脱除溶解氧，强化生化处理效率，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，提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法，该方法包括以下步骤：
(A)紧凑型厌氧/好氧工艺内循环泥水混合液进入旋流释碳器中进行旋流自转公转强化处理；以及
(B)步骤(A)中经自转公转强化处理后的大部分泥水返回紧凑型厌氧/好氧工艺厌氧区进行深度降解，以降低紧凑型厌氧/好氧工艺中紧凑型生物反应池缺氧段残留的溶解氧，满足缺氧段溶解氧浓度要求。
在本公开中，在步骤(A)中，利用旋流释碳器内部流场剪切力破散紧凑型生物反应池中循环泥水混合液，提高混合液中污泥活性，同时释放有机质，生化效率提高。
在本公开中，在步骤(A)中，采用旋流工艺处理二沉池单元循环泥水混合液以释放污泥絮体中的胞外聚合物。
在本公开中，在步骤(B)中，经过自转公转耦合处理后的泥水混合液释放有机质，从旋流释碳器底流口流出进入紧凑型生物反应池缺氧段进行深度降解。
在本公开中，采用旋流释碳器分离脱除泥水混合液中的溶解氧，降低紧凑型生物反应池缺氧段残留的溶解氧，促进生化处理效率。
在本公开中，旋流脱除溶解氧后的泥水混合液达到紧凑型生物反应池的缺氧条件，利于紧凑型生物反应池生化处理。
在本公开中，旋流处理紧凑型生物反应池循环泥水混合液，压降为0.03-0.08MPa；紧凑型生物反应池泥水混合液回流，池中高污泥浓度MLSS(混合液悬浮固体浓度)可达3000-10000mg/L，污泥负荷得到有效提高，提高了抗冲击负荷能力。
较佳地，该方法包括：圆形隔油池内废水进行初步除油处理后进入调节除油罐进行调节处理，废水再依次经过涡凹气浮、溶气气浮处理，随后流入紧凑型生物反应池进行生化处理，同时紧凑型生物反应池中部分泥水混合液泵入旋流释碳器进行旋流破解，破解后底流口流入紧凑型生物反应池中缺氧段补充碳源、提高活性、调节缺氧段溶解氧浓度，溢流口流入紧凑型生物反应池好氧段。
在本公开的第二方面，提供了一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化装置，该装置包括：
置于紧凑型生物反应池内的旋流释碳器，用于进行上述步骤(A)-(B)。
在本公开中，旋流释碳器的规模可根据紧凑型生物反应池中循环泥水混合液处理量调整芯管数量，并可根据场地要求不同形式的安装需求；旋流释碳器芯管根据处理量采取并联方式布置。
在本公开中，旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa。
在本公开中，旋流释碳器溢流回流到紧凑型生物反应池的好氧段，底流回流至缺氧段，分流比为3％-5％。
较佳地，该装置包括：
圆形隔油池，用于将紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行初步除油处理；
与圆形隔油池连接的调节除油罐，用于将经初步除油处理的废水进行调节处理；
与调节除油罐连接的涡凹气浮和溶气气浮，用于对经调节处理的废水依次进行涡凹气浮、溶气气浮处理；
与溶气气浮连接的紧凑型生物反应池，用于对经涡凹气浮、溶气气浮处理的废水进行生化处理；以及
置于紧凑型生物反应池内的旋流释碳器，用于对紧凑型生物反应池中部分泥水混合液进行旋流破解，破解后底流口流入紧凑型生物反应池中缺氧段补充碳源、提高活性、调节缺氧段溶解氧浓度，溢流口流入紧凑型生物反应池好氧段。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的炼厂含油废水处理工艺流程图。如图1所示，圆形隔油池1-1内废水(进水)进行初步除油处理后进入调节除油罐1-2进行调节处理，废水再依次经过涡凹气浮1-3、溶气气浮1-4处理，随后流入紧凑型生物反应池1-5进行生化处理，同时紧凑型生物反应池中部分泥水混合液泵入内置于紧凑型生物反应池中的旋流释碳器进行旋流破解，出水外排。
图2是根据本发明的一个优选实施方式的二沉池内置式厌氧/好氧耦合旋流释碳器一体化示意图。如图2所示，紧凑型生物反应池包括内置的旋流释碳器2-4、围堰2-5、中心管2-6、回流汽提泵2-3，回流汽提泵2-3将泥水泵入旋流释碳器2-4进行旋流破解，曝气2-2，出水2-9外排，污泥外排2-8，经过旋流处理后的底流口泥水混合液通过围堰2-5中的中心管2-6流入缺氧段回用，即污泥回用2-7。
图3是根据本发明的一个优选实施方式的旋流释碳器中自转公转破散泥水混合物示意图。如图3所示，泥水混合物在旋流释碳器中自转公转破散，得到胞外聚合物、水以及其他物质，其中ω1表示公转速度，ω2表示自转速度，τ表示剪切应力。
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
本实施例应用某炼厂含油废水处理系统中，废水经过圆形隔油池、调节除油罐、涡凹气浮、溶气气浮一系列除油处理后，进入紧凑型生物反应池进行生化处理。生物反应池中泥水混合液泵入旋流释碳器进行旋流破散处理，改善污泥絮体中微生物细胞与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，提高污泥活性，同时释放污泥絮体中的胞外聚合物，补充碳源，ΔSCOD(Δ溶解性化学需氧量)增加了15％，强化了生化处理，脱除紧凑型生物反应池中缺氧段残留的溶解氧50％，经过旋流处理后的底流口泥水混合液通过围堰中的中心管流入池缺氧段回用。
2.关键设备
该工艺流程中的关键设备为旋流释碳器，旋流释碳器的芯管可根据场地结构采取钢结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。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。设备进口连接内回流管，底流口连接围堰中心管入口，溢流口出口接入紧凑型生物反应池的好氧段。
3.控制
满负荷工况下，废水处理量为812m3/h，旋流释碳器压降在0.03-0.08MPa，操作温度为常温(25℃)，处理量可以通过控制回流比进行适当调节，分流比为3％-5％。
4.运行效果
实施方案以某化工含油废水进行机械旋流耦合紧凑型生物反应池一体化工艺可行性分析。该含油废水的pH为6.5-9，COD为1000mg/L，NH3-N含量为50mg/L，废水流量为812m3/h，经过隔油池、除油罐及气浮处理可以显著降低石油类含量，且进入IBR生物反应池内废水温度为常温、COD为700mg/L、NH3-N为50mg/L，紧凑型生物反应池一体化工艺联合旋流释碳器处理含油废水，利用了紧凑型生物反应池处理工艺一体化，内部无刮泥机，适用高浓度工业废水等特点，并结合旋流释碳器机械破散泥水混合液，改善污泥絮体中微生物细胞与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，提高了活性；释放污泥絮体中的胞外聚合物，补充碳源，脱除IBR生物反应池中缺氧段残留的溶解氧，强化了生化处理效率，使得生物反应池出水COD降为100mg/L以下，总氮低于25mg/L，NH3-N低于8mg/L。
运行工况下，除油处理后的废水进入紧凑型生物反应池处理，生化处理后的泥水混合液通过泵入旋流释碳器进一步破散处理，利用旋流场内的剪切磨削、离心溶胞和自转脱附的共同作用，改善污泥絮体中微生物细胞与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，释放污泥絮体中的胞外聚合物，补充碳源；旋流破散过程的回流循环比根据实际工况可调节。旋流破散后的泥水中ΔSCOD增加15％，补充了紧凑型生化池中碳源。旋流分离处理的泥水混合物同时也脱除IBR生物反应池中缺氧段残留的溶解氧，经过旋流分离其溶解氧脱除率为50％，满足生化溶解氧最佳条件，强化生化处理效率。
运行过程中，主要的能耗来源气提泵能耗，泵能耗具体根据回流处理量确定；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)出水TN(总氮量)含量达标
针对2015年7月1日起实施的《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)，对石油化工企业污水处理体系提出了严峻的挑战。即其新建和改造生化污水处理厂提高难降解有机物、总氮脱除效率势在必行，采用本发明中的旋流释碳器自转公转原理对紧凑型生物反应池中循环泥水混合液进行破散处理，提高了泥絮体中微生物细胞与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率，补充碳源，C/N(碳/氮)值增加，强化深度脱氮，紧凑型生物反应池处理后出水TN为25mg/L，达标排放。
(2)泥水混合液资源化利用
长期以来活性污泥法处理废水的一大难题之一即污泥资源化利用问题，采用机械旋流处理方法对生物反应池中循环泥水混合液进行旋流破散，使得污泥胞外聚合物破散并溶出有机质，回流进入紧凑型生物反应池中缺氧段补充碳源，进一步提高生化处理效率。大量泥水混合物旋流回流处理得到有效再生化利用，同时生化池内的污泥浓度适当增加，有利于增加其负荷，提高了抗冲击负荷能力。
(3)溶解氧浓度平衡调节
溶解氧即为水体中游离氧的含量，在实际污水、废水处理操作中具有举足轻重的作用，这一指标的恶化或者波动较大，会迅速的导致活性污泥系统的稳定性大幅波动，进而影响处理效率。利用旋流释碳器脱除生物反应池内泥水混合液中的溶解氧，降低缺氧段残留的溶解氧。进而在大量混合液回流过程中不会造成生化池溶解氧浓度大幅波动，在维持溶解氧浓度含量平衡时，进一步保证生化处理效率。
通过中试试验研究某炼油企业含油废水处理，利用紧凑型生物反应池工艺耦合机械旋流处理方法达一体化处理生物反应池中泥水混合物，改善了污泥絮体中微生物细胞与水体中碳源、营养物及溶解氧的传质效率；释放污泥絮体中的胞外聚合物，补充碳源；降低了紧凑型生物反应池缺氧段残留的溶解氧，使缺氧段达最佳溶解氧处理条件。运行周期内泥水处理成套装置运行稳定，操作简单。
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 (9)

1.一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化方法，该方法包括以下步骤：
(A)对紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行旋流处理，以释放有机质；以及
(B)将步骤(A)中得到的包含有机质的废水返回紧凑型厌氧/好氧工艺的厌氧区进行降解，以减少厌氧区中的溶解氧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，利用旋流释碳器旋流场中的旋流自转公转处理紧凑型厌氧/好氧工艺的循环泥水混合液，以释放污泥絮体中的胞外聚合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，有机质从旋流释碳器底流口流出进入紧凑型生物反应池的缺氧段进行降解，旋流释碳器的溢流回流入紧凑型生物反应池的好氧段。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
将紧凑型厌氧/好氧工艺废水送入圆形隔油池进行初步除油处理；
经初步除油处理的废水送入调节除油罐进行调节处理；
经调节处理的废水依次经过涡凹气浮、溶气气浮处理；以及
经涡凹气浮、溶气气浮处理的废水流入紧凑型生物反应池进行生化处理。
5.一种紧凑型厌氧/好氧工艺废水处理旋流强化装置，该装置包括：
置于紧凑型生物反应池(1-5)内的旋流释碳器(2-4)，用于进行步骤(A)对紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行旋流处理，以释放有机质；以及步骤(B)将步骤(A)中得到的包含有机质的废水返回紧凑型厌氧/好氧工艺的厌氧区进行降解，以减少厌氧区中的溶解氧。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
圆形隔油池(1-1)，用于将紧凑型厌氧/好氧工艺废水进行初步除油处理；
与圆形隔油池(1-1)连接的调节除油罐(1-2)，用于将经初步除油处理的废水进行调节处理；
与调节除油罐(1-2)连接的涡凹气浮(1-3)和溶气气浮(1-4)，用于对经调节处理的废水依次进行涡凹气浮、溶气气浮处理；以及
与溶气气浮(1-4)连接的紧凑型生物反应池(1-5)，用于对经涡凹气浮、溶气气浮处理的废水进行生化处理。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，旋流释碳器芯管根据处理量采取并联方式布置。
8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，旋流释碳器压降为0.03-0.08MPa。
9.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，旋流释碳器分流比为3％-5％。
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