CN110627320B - 基于物理-化学-生物法的废水处理组合装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于物理‑化学‑生物法的废水处理组合装置及工艺，其中装置包括：部分亚硝化反应器；自养脱碳除氮反应器，与部分亚硝化反应器的出水口连通设置，自养脱碳除氮反应器中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，同时投加有负载铁粉的活性炭；混凝沉淀池，与自养脱碳除氮反应器的出水口连通设置；菌藻共生反应器，与混凝沉淀池的上清液出口连通设置，菌藻共生反应器中投加有藻类与真菌。本发明中的组合装置及工艺突破了以往单一生物脱氮除碳的工艺，将物理过程、生物反应、化学过程耦合在一起，从污染物行为路径的角度，强化其脱除，达到碳氮协同削减的目的。

Description

基于物理-化学-生物法的废水处理组合装置及工艺
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，为针对难降解可生化性差的高有机质与高氨氮废水的处理技术，具体涉及一种基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置及工艺。
背景技术
水处理技术中，垃圾渗滤液、煤化工废水等含有高浓度氨氮(NH4-N)和高浓度溶解性有机质(DOM)的废水因其生化性能较差，降解难度非常大。现有技术中，厌氧氨氧化是常被用于难降解废水的处理手段之一，如中国专利文献CN102329052A公开了一种用于垃圾渗滤液的生物脱氮方法，步骤包括：(1)将中老龄渗滤液泵至预处理反应器顶部，喷洒在预处理反应器内的填料上，使渗滤液在重力作用下由上而下渗流；将曝气管埋入反应器中部进行通气，使渗滤液中的氨氮与空气中的氧气发生硝化反应；(2)将经预处理的出水均匀泵入厌氧氨氧化反应器顶部，喷洒在反应器填料上至渗滤液淹没填料，使渗滤液在重力作用下由上而下渗流，渗滤液中的氨氮与硝氮、亚硝氮在反应器内发生厌氧氨氧化反应。
上述现有技术可对垃圾渗透液进行有效处理，但该技术对废水的处理效果容易发生波动，为保证高效去除氨氮，需要将步骤(1)中预处理后的出水的总氮负荷控制在1.0gTN/kg(VS).d以下，否则会影响步骤(2)中厌氧氨氧化反应的处理效率。除了上述技术，中国专利文献CN104402170A还公开了一种垃圾渗滤液处理方法，该包括以下步骤：(1)使垃圾渗滤液进入一级厌氧处理反应器，垃圾渗滤液在一级厌氧处理反应器中停留8～12天，一级厌氧处理反应器中的溶解氧为0.1～0.5mg/L；(2)步骤(1)处理后的渗滤液进入二级厌氧处理反应器，停留4～10天，二级厌氧处理反应器中的溶解氧为0.1～0.5mg/L，得到厌氧处理液；(3)上述厌氧处理液进入厌氧氨氧化反应器，向厌氧氨氧化反应器鼓入氧气，使厌氧氨氧化反应器中的溶解氧(DO)值为0.1～0.5mg/L，参考氧化还原电位控制在-200mV～50mV，得到去除氮气后的厌氧氨氧化处理液；(4)厌氧氨氧化处理液再进入沉淀池，得到上清液和厌氧氨氧化污泥，并使其中的厌氧氨氧化污泥返回至厌氧氨氧化反应器中；(5)步骤(4)的上清液，及步骤(6) 中的回流液混合后进入缺氧池，缺氧池中的溶解氧(DO)值为0.2～1.0mg/L，污泥浓度为3～4.5g/L，得到缺氧处理液；(6)缺氧处理液进入好氧池，向好氧池中鼓入氧气，使好氧池中的溶解氧值为2.5～4.0mg/L；使好氧池末端处理液回流到缺氧池，在好氧池末端或后部设置超滤膜，使好氧池末端处理液得到固液分离，固液分离后的好氧处理液为系统出水。
上述系统中的缺氧池和好氧池共同组成了A/O脱氮系统，经两级厌氧反应器和厌氧氨氧化反应器处理后，使A/O系统进水中C/N比达到合适比例，利于 A/O脱氮系统同时去除水中剩余的COD、氨氮等；同时其依靠厌氧氨氧化反应、短程反硝化反应等实现对氮的去除，在不需要外加碳源的条件下，实现氨氮去除率大于85％，总氮去除率大于80％。但是上述处理技术涉及的工艺流程较为复杂，不仅增加了占地面积，也增加了系统的能耗。
发明内容
本发明解决的是现有的基于厌氧氨氧化工艺的可生化性差废水的处理技术存在的处理效果不稳定、工艺流程复杂的技术问题，进而提供一种在简化处理流程的同时还可强化难降解有机质与氮素的去除效果，实现二者同步削减的组合装置及工艺。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置，包括依次设置的：部分亚硝化反应器；新型自养脱碳除氮反应器，与所述部分亚硝化反应器的出水口连通设置，所述新型自养脱碳除氮反应器中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，同时投加有负载铁粉的活性炭；混凝沉淀池，与所述新型自养脱碳除氮反应器的出水口连通设置；菌藻共生反应器，与所述混凝沉淀池的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器中投加有藻类与真菌。
所述混凝沉淀池的上清液出口同时通过回流管道与所述新型自养脱碳除氮反应器的进水口连通设置。
所述新型自养脱碳除氮反应器采用升流式反应器，在所述升流式反应器的下部设置有初级反应区，在所述初级反应区内沉积有污泥和所述负载铁粉的活性炭；在所述初级反应区的上方设置有次级反应区，在所述次级反应区内设置有多个隔板，所述多个隔板相互平行且沿所述升流式反应器的上升方向交错设置，每个所述隔板均由所述升流式反应器的一侧壁面向所述升流式反应器的对侧壁面延伸设置，在所述隔板与所述对侧壁面之间形成流体通道，且每个所述隔板沿延伸方向逐渐向上倾斜，在所述隔板的表面设置有聚乙烯海绵填料层。
在所述部分亚硝化反应器上游还设置有催化氧化反应器。
基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合工艺，包括以下步骤：(1)对废水进行部分亚硝化处理，亚硝化处理过程中废水的溶解氧浓度小于0.5mg/L； (2)在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下对完成步骤(1)中处理的废水进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物；(3)对完成步骤(2)中处理的废水进行混凝沉淀处理；(4)混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
在进行步骤(2)中的所述自养碳氮协同处理前，先向所述完成步骤(1) 中处理的废水中添加草酸，所述草酸的添加量为25-35mg/L；步骤(2)中所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量计为体系中污泥含量的1/3。
步骤(3)中混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤(2)再次进行所述自养碳氮协同处理。
步骤(3)中采用无机盐类混凝剂对完成步骤(2)中处理的废水进行混凝沉淀处理，向所述废水中投加的所述无机盐类混凝剂的质量为40-60mg/L。
所述菌藻共生反应器中所述藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。
步骤(1)在对废水进行部分亚硝化处理前，先进行催化氧化处理。
本申请所述的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置及工艺，优点在于：本申请中突破以往单一生物脱氮除碳的工艺，将物理过程、生物反应、化学过程耦合在一起，从污染物行为路径的角度(吸附-降解)，强化其脱除，达到碳氮协同削减的目的；本申请中的组合工艺中，步骤(1)对废水进行部分亚硝化处理，处理过程中保持反应器中DO含量始终在0.5mg/L以下，步骤(1) 中部分亚硝化处理后的出水中氨氮和亚硝氮1：1的摩尔比约为1:1；步骤(2) 在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下对完成步骤(1)中处理的废水进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物；出水具有较高的氧化性，这一过程中保持反应器处于缺氧状态，即无需进行曝气，步骤(1)中部分亚硝化的出水DO即可以满足进水要求，维持体系温度为30±1℃，活性碳粒径优选为1.5-2mm，投加量以质量比计为负载铁粉的活性炭：污泥＝1：3。步骤(3)对完成步骤(2)中处理的废水进行混凝沉淀处理，该步骤可去除高氧化性物质，进一步提高废水可生化性，作为优选的实施方式，进行混凝沉淀处理时添加无机盐类混凝剂，如硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾、铝酸钠、硫酸铁等，添加量为50±10mg/L。
本申请中的新型自养脱碳除氮反应器中包含Anammox菌、厌氧绳菌、反硝化菌，以及负载铁粉的活性炭。进水中的NH4-N和NO2-N在Anammox菌的作用下，生成氮气及硝氮(NO3-N)；废水中DOM包括易生物降解组分和难生物降解组分，其中易生物降解组分可作为反硝化菌碳源，直接参与到反硝化脱氮过程，即 Anammox过程产生的NO3-N可以通过该过程得以去除。难降解DOM在厌氧绳菌作用下被有效降解成易生物降解小分子有机物，从而参与到反硝化脱氮过程，实现功能菌作用下难降解DOM与氮素的协同去除。草酸的添加，可通过共代谢作用强化难降解有机物的去除，提高其去除率。
此外，活性炭对污染物具有较强吸附作用，同时还可以作为微生物生长的载体。零价铁用于该新型反应器中有三个作用：1)可以有效加强Anammox菌活性；2)加快细胞EPS分泌(EPS是吸附过程的主要场所)；3)铁作为电子供体可加速难降解DOM的降解，从而为难降解DOM与氮素的协同去除创造有利条件。然而实践证明，纳米铁颗粒在去除污染物的使用过程中存在易被氧化、在水中易团聚沉淀，活性降低等问题，因此将纳米铁颗粒固定于活性炭上，一方面可以避免上述问题，另一方面还可以强化活性炭作用。
作为优选的实施方式，为了强化难降解DOM的去除效果，本申请向新型自养脱碳除氮反应器的进水中添加一定量草酸，利用共代谢作用，提高难降解DOM 的去除率。
本申请所述新型自养脱碳除氮反应器采用升流式反应器，在所述升流式反应器的内设置初级反应区和次级反应区，在所述次级反应区内设置有多个隔板，所述多个隔板相互平行且沿所述升流式反应器的上升方向交错设置，且每个所述隔板沿延伸方向逐渐向上倾斜，在所述隔板的表面设置有聚乙烯海绵填料层。这样设置的优点在于，通过分设不同的反应区，可增强厌氧氨氧化、厌氧处理、反硝化进程的处理效果，在工作过程中，活性炭颗粒和污泥沉积于下层的初级反应器，在这里大部分的难降解DOM被降解成可利用的小分子有机物，然后废水进入上层的次级反应区，次级反应区设置有填料隔板，其表面覆盖有生物膜，可对废水进一步处理，进一步去除其中的难降解DOM以及氨氮、硝氮。隔板可延长水分子在反应器内的沿程长度，有拉伸反应器的效果；同时还可有效滞留上浮污泥，形成生物膜，在废水从进水到出水口的沿程过程，进一步强化其去除率，且隔板的设置可阻止由于污泥上浮而导致的跑泥现象发生。
本申请中的新型自养脱碳除氮反应器实现了厌氧处理-厌氧氨氧化-反硝化三个工艺过程的同步运行，降低了能源，提高了效率，节省了空间。与传统厌氧氨氧化相比，充分利用了内源性有机物，即易降解DOM被反硝化菌利用，强化氮素脱除，而难降解DOM被厌氧绳菌降解成可生物利用组分，成为反硝化菌碳源。此外，废水中的碳源被充分利用，避免传统工艺(硝化-反硝化)存在的碳源不足的问题；同时，厌氧绳菌与反硝化菌的同时存在，避免了由于有机物的存在而导致厌氧氨氧化菌活性受到抑制的问题，可突破ANAMMOX工艺技术瓶颈、全面推动以ANAMMOX技术为核心的相关工艺工程化应用。
从新型自养脱碳除氮反应器出来的水，含有少量硝氮，以及未被降解完全的难降解DOM，该类DOM具有高不饱和度和较高氧化性，造成这种现象的原因在于一方面废水本身可生化性差，另一方面因前段有好氧过程，加大了其氧化性。在化学分子中，高氧化性通常伴随存在于羧基、羟基中，难以生物处理。因此本申请将其出水送入混凝沉淀池进行深度处理，混凝沉淀可以通过有效去除高不饱和度、高氧化性物质进一步提高废水可生化性，该过程将弥补新型自养脱碳除氮反应器中难以脱除的DOM，提高其可生化性，去除含羟基羧基等高氧化性、难以生化降解组分，出水部分回流至新型自养脱碳除氮反应器，部分则进入后续的菌藻共生反应器。
所述菌藻共生反应器设置有藻类与真菌混合体系，反应器的一面优选设计为透明材料，用于通过光照使藻类繁殖。真菌可高效去除难降解DOM，藻类对水中溶解性有机氮(DON)有高效去除作用。该过程的设置，使得前序处理中未能得到去除的部分难降解DOM，以及残留的部分DON，可进一步得到去除，使得出水达到排放标准。
本申请优选前端添加催化氧化工艺，该过程对有机物的组分有较大的改变，一方面为下一步生物处理提供有利条件，另一方面可作为缓冲，避免复杂废水对生物工艺的冲击，有效的保护了生物反应器中各菌种活性。
为了使本发明所述的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置及工艺的技术方案及更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
具体实施方式
如图1所示是本发明所述的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置的流程图；
如图2所示是本发明所述的设置有初级反应区和次级反应区的新型自养脱碳除氮反应器的结构示意图。
如图3所示是本发明所述的设置有臭氧催化氧化反应器的基于物理-化学- 生物法的新型废水处理组合装置的流程图；
其中，附图标记为：
1-部分亚硝化反应器；2-新型自养脱碳除氮反应器；3-混凝沉淀池；4-菌藻共生反应器；5-臭氧催化氧化反应器；
21-次级反应区；22-初级反应区；23-隔板；24-新型自养脱碳除氮反应器的出水口；25-新型自养脱碳除氮反应器的进水口。
实施例1
本实施例提供了一种基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置，如图1所示，所述组合装置包括依次设置的部分亚硝化反应器1、新型自养脱碳除氮反应器2、混凝沉淀池3和菌藻共生反应器4。其中亚硝化反应器内设置有填料，在填料表面覆有亚硝化菌。
所述新型自养脱碳除氮反应器2采用升流式反应器，位于所述升流式反应器底部的入水口与所述部分亚硝化反应器1的出水口连通设置，所述新型自养脱碳除氮反应器2中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，并投加有负载铁粉的活性炭。
本实施例中新型自养脱碳除氮反应器2内的菌种接种、富集、驯化过程可分为三个阶段，即启动-耦合-稳定运行。启动阶段：使新型自养脱碳除氮反应器中厌氧绳菌为主的微生物活性达最佳状态，作为厌氧绳菌为主的微生物的原液，同时在另一个反应器中富集培养厌氧氨氧化菌。耦合阶段：向新型自养脱碳除氮反应器的进水中添加硝酸盐和亚硝酸盐，并逐渐提高氨氮浓度，形成有利于反硝化菌和厌氧氨氧化菌生长的条件，pH控制在7.5-8.0，温度为30℃，之后加入富集培养好的厌氧氨氧化菌和厌氧绳菌，按照体积比例来计，加入的厌氧氨氧化菌富集培养液：厌氧绳菌为主的微生物原液＝(3～6)：1。稳定阶段：将耦合之后的反应体系稳定运行，并逐渐提高其去除效率，从而完成新型自养脱碳除氮反应器内菌种的驯化。完成驯化后向所述新型自养脱碳除氮反应器内投加负载铁粉的活性炭。
本实施例中所述混凝沉淀池3的进水口与所述新型自养脱碳除氮反应器2 顶部的出水口连通设置；所述菌藻共生反应器4的进水口与所述混凝沉淀池3 的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器4中投加有藻类与真菌，其中藻类采用小球藻。所述菌藻共生反应器4的一个侧面采用透明材料制成，具体为采用玻璃制成，从而可使反应器中藻类正常生长，本实施例中所述菌藻共生反应器4中所述藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。为了实现回流所述混凝沉淀池3的上清液出口同时通过回流管道与所述新型自养脱碳除氮反应器2的进水口连通设置。
基于本实施例中所述组合装置的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合工艺，包括以下步骤：
(1)将难降解废水送入所述部分亚硝化反应器1中，对废水进行部分亚硝化处理，本实施例中所述难降解废水来源于煤化工废水，处理过程中保持反应器中DO含量始终在0.5mg/L以下，部分亚硝化处理后的出水中氨氮和亚硝氮的摩尔比约为1:1；
(2)向所述完成步骤(1)中处理的废水中添加草酸后送入所述新型自养脱碳除氮反应器2，所述草酸的添加量以质量计与完成步骤(1)中处理的废水的体积之比为25mg/L；进入所述新型自养脱碳除氮反应器2的废水在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物，所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量比计为负载铁粉的活性炭：污泥＝1： 3，反应过程中维持新型自养脱碳除氮反应器2中的体系温度为30±1℃。
本实施例中所述负载铁粉的活性炭的制备方法为:将活性炭粉末置于浓度为1mol/L的盐酸溶液中浸泡处理12小时，用去离子水清洗多次直至pH不发生变化为止，然后置于110℃条件下鼓风干燥。将2gFeSO4﹒7H2O溶解于30mL 去离子水中制成溶液，将0.5g的聚乙二醇与70mL的无水乙醇混合制成混合液，将所述混合液与溶液混合，加入3g活性炭粉末，在磁力搅拌下搅拌，并缓慢滴加45ml的浓度为1mol/L的NaBH4溶液，生成的沉淀即为所述负载铁粉的活性炭。
(3)将完成步骤(2)中处理的废水送入混凝沉淀池3，进行混凝沉淀处理，本实施例中进行混凝沉淀处理时添加的为无机盐类混凝剂，具体为硫酸铝，所述硫酸铝的添加量以质量计与进入所述混凝沉淀池3的废水的体积比为40mg/L。混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤(2)再次进行所述自养碳氮协同处理，回流比为0.5。
(4)混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器4，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
对本实施方式中所述的难降解废水的进水以及各步骤处理后的废水中的污染物指标进行检测，结果如下：
Figure BDA0002216073130000091
实施例2
本实施例提供了一种基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置，如图3所示，所述组合装置包括依次设置的臭氧催化氧化反应器5、部分亚硝化反应器1、新型自养脱碳除氮反应器2、混凝沉淀池3和菌藻共生反应器4。其中亚硝化反应器内设置有填料，在填料表面覆有亚硝化菌。
所述新型自养脱碳除氮反应器2采用升流式反应器，位于所述升流式反应器底部的入水口与所述部分亚硝化反应器1的出水口连通设置，所述新型自养脱碳除氮反应器2中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，并投加有负载铁粉的活性炭。
本实施例中新型自养脱碳除氮反应器内的菌种接种、富集、驯化过程可分为三个阶段，即启动-耦合-稳定运行。启动阶段：使新型自养脱碳除氮反应器中厌氧绳菌为主的微生物活性达最佳状态，作为厌氧绳菌为主的微生物的原液，同时在另一个反应器中富集培养厌氧氨氧化菌。耦合阶段：向新型自养脱碳除氮反应器的进水中添加硝酸盐和亚硝酸盐，并逐渐提高氨氮浓度，形成有利于反硝化菌和厌氧氨氧化菌生长的条件，pH控制在7.5-8.0，温度为30℃，之后加入富集培养好的厌氧氨氧化菌和厌氧绳菌，按照体积比例来计，加入的厌氧氨氧化菌富集培养液：厌氧绳菌为主的微生物原液＝(3～6)：1。稳定阶段：将耦合之后的反应体系稳定运行，并逐渐提高其去除效率，从而完成新型自养脱碳除氮反应器内菌种的驯化。完成驯化后向所述新型自养脱碳除氮反应器内投加负载铁粉的活性炭。
本实施例中所述混凝沉淀池3的进水口与所述新型自养脱碳除氮反应器2 顶部的出水口连通设置；所述菌藻共生反应器4的进水口与所述混凝沉淀池3 的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器4中投加有藻类与真菌，其中藻类采用小球藻。所述菌藻共生反应器4的一个侧面采用透明材料制成，具体为采用玻璃制成，从而可使反应器中藻类正常生长，本实施例中所述菌藻共生反应器4中所述藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。为了实现回流所述混凝沉淀池3的上清液出口同时通过回流管道与所述新型自养脱碳除氮反应器2的进水口连通设置。
基于本实施例中所述组合装置的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合工艺，包括以下步骤：
(1)将难降解废水送入臭氧催化氧化反应器5中进行臭氧催化氧化处理，本实施例中所述难降解废水为煤化工废水，在所述臭氧催化氧化反应器5中投加有催化剂，本实施例中所述催化剂采用现有技术中的以氧化铝为载体的臭氧催化氧化催化剂，在废水中的投加量为1g/L；臭氧的单位时间通入量与废水的单位时间进水量之比为100mg/L；
将臭氧催化氧化反应器5处理后的废水送入所述部分亚硝化反应器1中，对废水进行部分亚硝化处理，处理过程中保持反应器中DO含量始终在0.5mg/L 以下，部分亚硝化处理后的出水中氨氮和亚硝氮的摩尔比约为1:1；
(2)向所述完成步骤(1)中处理的废水中添加草酸后送入所述新型自养脱碳除氮反应器2，所述草酸的添加量以质量计与完成步骤(1)中处理的废水的体积之比为25mg/L；进入所述新型自养脱碳除氮反应器2的废水在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物，所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量比计为负载铁粉的活性炭：污泥＝1： 3，反应过程中维持新型自养脱碳除氮反应器2中的体系温度为30±1℃。
本实施例中所述负载铁粉的活性炭的制备方法为:将活性炭粉末置于浓度为1mol/L的盐酸溶液中浸泡处理12小时，用去离子水清洗多次直至pH不发生变化为止，然后置于110℃条件下鼓风干燥。将2gFeSO4﹒7H2O溶解于30mL 去离子水中制成溶液，将0.5g的聚乙二醇与70mL的无水乙醇混合制成混合液，将所述混合液与溶液混合，加入3g活性炭粉末，在磁力搅拌下搅拌，并缓慢滴加45ml的浓度为1mol/L的NaBH4溶液，生成的沉淀即为所述负载铁粉的活性炭。
(3)将完成步骤(2)中处理的废水送入混凝沉淀池3，进行混凝沉淀处理，本实施例中进行混凝沉淀处理时添加的为无机盐类混凝剂，具体为硫酸铝，所述硫酸铝的添加量以质量计与进入所述混凝沉淀池3的废水的体积比为40mg/L。混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤(2)再次进行所述自养碳氮协同处理，回流比为0.5。
(4)混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器4，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
对本实施方式中所述的难降解废水的进水以及各步骤处理后的废水中的污染物指标进行检测，结果如下：
Figure BDA0002216073130000111
本实施例中难降解废水进水中水溶性DOC含量较高，且煤化工废水的难降解程度较高，对难降解废水进水检测可知其SUVA254值为17.727，废水腐殖化程度较高，经臭氧催化氧化处理后其SUVA254值为3.800，废水腐殖化程度显著 (SUVA254)降低，且其分子量大幅降低，富里酸组分所占比例增大，腐殖酸组分所占比例降低，为接下来的生物处理提供了有力条件。因此本实施例中所述组合装置及工艺可适用于高浓度难降解废水的处理，避免复杂废水对生物工艺的冲击，有效的保护了生物反应器中各菌种活性。
实验例3
本实施例提供了一种基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合装置，如图1所示，所述组合装置包括依次设置的臭氧催化氧化反应器5、部分亚硝化反应器1、新型自养脱碳除氮反应器2、混凝沉淀池3和菌藻共生反应器4。其中亚硝化反应器内设置有填料，在填料表面覆有亚硝化菌。
所述新型自养脱碳除氮反应器2采用升流式反应器，位于所述升流式反应器底部的入水口25与所述部分亚硝化反应器1的出水口连通设置，所述新型自养脱碳除氮反应器2中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，同时投加有负载铁粉的活性炭；本实施例中新型自养脱碳除氮反应器内的菌种接种、富集、驯化过程同实施例1。本实施方式中所述的新型自养脱碳除氮反应器2内设置有初级反应区22和次级反应区21，如图2所示；其中所述初级反应区22 设置在所述升流式反应器的下部，在所述初级反应区22内沉积有污泥和所述负载铁粉的活性炭；次级反应区21设置在所述初级反应区22的上方，所述次级反应区21与所述初级反应区22的竖直方向高度比为2:1，起到强化厌氧氨氧化、厌氧处理、反硝化进程处理效果的作用。在所述次级反应区21内设置有多个隔板23，所述多个隔板23相互平行且沿所述升流式反应器的上升方向交错设置，每两个相邻的隔板23之间的距离为20-30cm；每个所述隔板23均由所述升流式反应器的一侧壁面向所述升流式反应器的对侧壁面延伸设置，所述隔板23与所述新型自养脱碳除氮反应器2的横向方向的夹角为30-45°。两个相邻设置的隔板23中，位于上方的一个隔板23设置在下方的一个隔板23的对向侧壁上，在每一个所述隔板23与所述对侧壁面之间形成流体通道，且每个所述隔板23沿延伸方向逐渐向上倾斜，在所述隔板23的表面设置有聚乙烯海绵填料层。
所述混凝沉淀池3的进水口与所述新型自养脱碳除氮反应器2顶部的出水口24连通设置；所述菌藻共生反应器4的进水口与所述混凝沉淀池3的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器4中投加有藻类与真菌；所述菌藻共生反应器4的一个侧面采用透明材料制成，具体为采用玻璃制成，从而可使反应器中藻类正常生长，本实施例中所述菌藻共生反应器4中所述藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。为了实现回流所述混凝沉淀池3的上清液出口同时通过回流管道与所述新型自养脱碳除氮反应器2的进水口连通设置。
基于本实施例中所述组合装置的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合工艺，包括以下步骤：
(1)将难降解废水送入臭氧催化氧化反应器5中进行臭氧催化氧化处理，本实施例中所述难降解废水为煤化工废水，在所述臭氧催化氧化反应器5中投加有催化剂，本实施例中所述催化剂采用现有技术中的以氧化铝为载体的臭氧催化氧化催化剂，在废水中的投加量为1g/L；臭氧的单位时间通入量与废水的单位时间进水量之比为100mg/L；
将臭氧催化氧化处理后的废水送入所述部分亚硝化反应器1中，对废水进行部分亚硝化处理，处理过程中保持反应器中DO含量始终在0.5mg/L以下，部分亚硝化处理后的出水中氨氮和亚硝氮的摩尔比约为1:1；
(2)向所述完成步骤(1)中处理的废水中添加草酸后送入所述新型自养脱碳除氮反应器2，所述草酸的添加量以质量计与完成步骤(1)中处理的废水的体积之比为35mg/L；进入所述新型自养脱碳除氮反应器2的废水在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物，所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量比计为负载铁粉的活性炭：污泥＝1： 3，反应过程中维持新型自养脱碳除氮反应器2中的体系温度为30±1℃。
本实施例中所述负载铁粉的活性炭的制备方法同实施例1。
(3)将完成步骤(2)中处理的废水送入混凝沉淀池3，进行混凝沉淀处理，本实施例中进行混凝沉淀处理时添加的为无机盐类混凝剂，具体为三氯化铁，所述三氯化铁的添加量以质量计与进入所述混凝沉淀池3的废水的体积比为 60mg/L。混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤(2)再次进行所述自养碳氮协同处理，回流比为0.5。
(4)混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器4，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
对本实施方式中所述的难降解废水的进水以及各步骤处理后的废水中的污染物指标进行检测，结果如下：
Figure BDA0002216073130000141
对比例
本对比例中使用的装置结构及其连接关系完全同实施例2，包括依次设置的臭氧催化氧化反应器、部分亚硝化反应器、新型自养脱碳除氮反应器、混凝沉淀池和菌藻共生反应器。
对比例中新型自养脱碳除氮反应器内的菌种接种、富集、驯化过程与实施例1不同的是，不接入厌氧绳菌，其三个阶段的运行方法为：
启动阶段：在一个反应器中富集培养厌氧氨氧化菌。耦合阶段：向新型自养脱碳除氮反应器的进水中添加硝酸盐和亚硝酸盐，并逐渐提高氨氮浓度，形成有利于反硝化菌和厌氧氨氧化菌生长的条件，pH控制在7.5-8.0，温度为 30℃，之后加入富集培养好的厌氧氨氧化菌；稳定阶段：将耦合之后的反应体系稳定运行，并逐渐提高其去除效率，从而完成新型自养脱碳除氮反应器内菌种的驯化。完成驯化后向所述新型自养脱碳除氮反应器中投加负载铁粉的活性炭。
对比例中所述混凝沉淀池的进水口与所述新型自养脱碳除氮反应器顶部的出水口连通设置；所述菌藻共生反应器的进水口与所述混凝沉淀池的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器中投加有藻类与真菌，其中藻类采用小球藻，述藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。所述混凝沉淀池的上清液出口同时通过回流管道与所述新型自养脱碳除氮反应器的进水口连通设置。
对比例中所述组合装置的基于物理-化学-生物法的新型废水处理组合工艺，包括以下步骤：
(1)将难降解废水送入臭氧催化氧化反应器5中进行臭氧催化氧化处理，本实施例中所述难降解废水为煤化工废水，在所述臭氧催化氧化反应器5中投加有催化剂，本实施例中所述催化剂同实施例2，在废水中的投加量为1g/L；臭氧的单位时间通入量与废水的单位时间进水量之比为100mg/L；
将臭氧催化氧化处理后的废水送入所述部分亚硝化反应器中，对废水进行部分亚硝化处理，处理过程中保持反应器中DO含量始终在0.5mg/L以下，部分亚硝化处理后的出水中氨氮和亚硝氮的摩尔比约为1:1；
(2)向所述完成步骤(1)中处理的废水中添加草酸后送入所述新型自养脱碳除氮反应器，所述草酸的添加量以质量计与完成步骤(1)中处理的废水的体积之比为25mg/L；反应器中所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量比计为负载铁粉的活性炭：污泥＝1：3，反应过程中维持新型自养脱碳除氮反应器2中的体系温度为30±1℃。
本实施例中所述负载铁粉的活性炭的制备方法同实施例2。
(3)将完成步骤(2)中处理的废水送入混凝沉淀池，进行混凝沉淀处理，本实施例中进行混凝沉淀处理时添加的为无机盐类混凝剂，具体为硫酸铝，所述硫酸铝的添加量以质量计与进入所述混凝沉淀池的废水的体积比为40mg/L。混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤(2)再次进行所述自养碳氮协同处理，回流比为0.5。
(4)混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
对本对比例中所述的难降解废水的进水以及各步骤处理后的废水中的污染物指标进行检测，结果如下：
Figure BDA0002216073130000151
Figure BDA0002216073130000161
对比例相比于实施例，新型自养脱碳除氮反应器中未添加厌氧绳菌富集液，对比例中对于氨氮、DOM的去除率均明显小于实施例。
使用傅里叶变换离子回旋共振质谱仪对实施例和对比例中新型自养碳氮协同削减反应器的出水进行检测，结果显示，实施例2和实施例3中新型自养脱碳除氮反应器出水的H/C值为0.9-1.02，显著低于对比例(H/C值为1.12-1.05)， H/C越低说明物质不饱和度越高，越难降解去除，而实施例中的生物处理方法会显著降低H/C值，使其难以去除；此外，实施例1和实施例2中O/C值也较高； O/C值可以指示物质的氧化性，氧化性越高说明物质含有的羧基、羟基、羰基等难降解物质越多，因此虽然实施例2和实施例3中新型自养脱碳除氮反应器出水的难降解DOM含量大幅降低，但其难降解程度却进一步加大，对此，本申请通过在后续设置混凝沉淀处理，混凝沉淀处理针对这一范围的难降解废水有着良好的去除效果，因此可显著降低其中难降解DOM的含量，提高可生化性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (8)

1.基于物理-化学-生物法的废水处理组合装置，其特征在于，包括依次设置的：
臭氧催化氧化反应器；
部分亚硝化反应器；
自养脱碳除氮反应器，与所述部分亚硝化反应器的出水口连通设置，所述自养脱碳除氮反应器中的细菌包括厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌和反硝化菌，同时投加有负载铁粉的活性炭；
混凝沉淀池，与所述自养脱碳除氮反应器的出水口连通设置；
菌藻共生反应器，与所述混凝沉淀池的上清液出口连通设置，所述菌藻共生反应器中投加有藻类与真菌。
2.根据权利要求 1 所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合装置，其特征在于，所述混凝沉淀池的上清液出口同时通过回流管道与所述自养脱碳除氮反应器的进水口连通设置。
3.根据权利要求 2 所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合装置，其特征在于，所述自养脱碳除氮反应器采用升流式反应器，在所述升流式反应器的下部设置有初级反应区，在所述初级反应区内沉积有污泥和所述负载铁粉的活性炭；在所述初级反应区的上方设置有次级反应区，在所述次级反应区内设置有多个隔板，所述多个隔板相互平行且沿所述升流式反应器的上升方向交错设置，每个所述隔板均由所述升流式反应器的一侧壁面向所述升流式反应器的对侧壁面延伸设置，在所述隔板与所述对侧壁面之间形成流体通道，且每个所述隔板沿延伸方向逐渐向上倾斜，在所述隔板的表面设置有聚乙烯海绵填料层。
4.基于物理-化学-生物法的废水处理组合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对难降解废水进行臭氧催化氧化处理；对臭氧催化氧化处理后的废水进行部分亚硝化处理，亚硝化处理过程中废水的溶解氧浓度小于0.5mg/L；
（2）在同时存在厌氧氨氧化菌、厌氧绳菌、反硝化菌和负载铁粉的活性炭的条件下对完成步骤（1）中处理的废水进行自养碳氮协同处理，除去废水中的氨氮、大部分硝氮和难降解有机物；
（3）对完成步骤（2）中处理的废水进行混凝沉淀处理；
（4）混凝沉淀处理后的上清液进入菌藻共生反应器，除去废水中剩余的少量硝氮和难降解有机物。
5.根据权利要求4所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合工艺，其特征在于，在进行步骤（2）中的所述自养碳氮协同处理前，先向所述完成步骤（1）中处理的废水中添加草酸，所述草酸的添加量为25-35mg/L；步骤（2）中所述负载铁粉的活性炭的粒径为1.5-2mm，投加量以质量计为体系中污泥含量的1/3。
6.根据权利要求4所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合工艺，其特征在于，步骤（3）中混凝沉淀处理后的上清液的一部分回流至步骤（2）再次进行所述自养碳氮协同处理。
7.根据权利要求6所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合工艺，其特征在于，步骤（3）中采用无机盐类混凝剂对完成步骤（2）中处理的废水进行混凝沉淀处理，向所述废水中投加的所述无机盐类混凝剂的质量为40-60mg/L。
8.根据权利要求7所述的基于物理-化学-生物法的废水处理组合工艺，其特征在于，所述菌藻共生反应器中藻类与真菌的投加比例按照数量计为1:4。
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