CN110683647A - 处理有机废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理有机废水的装置及方法。该装置包括依次连通的微生物电解池厌氧单元、缺氧反硝化单元、部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元。应用本发明的技术方案，在厌氧消化过程中采用微生物电解池厌氧单元对垃圾焚烧渗沥液中有机物的降解和甲烷回收，同时后续采用低能耗的部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元并结合缺氧反硝化单元高效脱氮。该组合工艺不仅能够有效提升有机物和氨氮的去除效果，同时能够降低工艺体系能耗。

Description

处理有机废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体而言，涉及一种处理有机废水的装置及方法。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理是目前国内外公认的难题。这类废水种类繁多，诸如焦化废水、石化/化工废水、纺织/印染废水、含油废水等均属于此类废水。单一的处理技术难以有效达到处理要求，往往需要多种技术结合形成一套工艺流程。
目前高浓度难降解有机废水的处理工艺主体单元主要包括“厌氧消化+好氧处理+深度处理”等物化生化组合工艺。尽管这些组合工艺取得了良好的处理效果，但是仍然存在一些有待改进之处：例如厌氧阶段难降解有机物去除率较低，运行状态难以持久稳定，进入后续工艺影响脱氮效果；缺氧反硝化阶段需要外加碳源以保证有效去除硝态氮；好氧脱氮工艺需要大量曝气，能耗较高。由此可见，提升有机物和氨氮的去除效果，强化工艺运行稳定性，降低工艺体系能耗具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种处理有机废水的装置及方法，以提供一种结构简单、占地面积较小的设备高效处理有机废水。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种处理有机废水的装置。该装置包括依次连通的微生物电解池厌氧单元、缺氧反硝化单元、部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元。
进一步地，厌氧氨氧化单元的出水口设置有循环管线，循环管线的出口端与微生物电解池厌氧单元和缺氧反硝化单元之间的连通管线连通。
进一步地，微生物电解池厌氧单元的上游还设置有储水箱；优选的，微生物电解池厌氧单元设置有自身回流管线。
进一步地，微生物电解池厌氧单元与缺氧反硝化单元之间的连通管线、缺氧反硝化单元与部分短程硝化单元之间的连通管线、部分短程硝化单元与厌氧氨氧化单元之间的连通管线上分别设置有水泵。
根据本发明的另一个方面，提供了一种处理有机废水的方法。该方法包括以下步骤：S1，将待处理污水输入微生物电解池厌氧单元进行厌氧消化；S2，微生物电解池厌氧单元的出水全部进入缺氧反硝化单元；S3，反硝化单元的出水进入部分短程硝化单元；以及S4，部分短程硝化单元的出水进入厌氧氨氧化单元。
进一步地，厌氧氨氧化单元出水一部分回流至缺氧反硝化反应器，一部分排出。
进一步地，部分短程硝化单元通过调整运行参数制出水中氨氮和亚硝态氮的比例。
进一步地，微生物电解池厌氧单元和缺氧反硝化单元之间、缺氧反硝化单元和部分短程硝化反应器之间设置或者不设置中间水箱。
进一步地，设定微生物电解池厌氧单元的水力停留时间为5d，运行温度为30～35℃，直流恒压电源提供0.1～1.2V的电势，采用梯度提升进水COD浓度的方法提升微生物电解池厌氧单元的运行负荷，使微生物电解池厌氧单元在25～30kg COD/(m3·d)以上的处理负荷下正常运行。
进一步地，设定缺氧反硝化单元的水力停留时间为3d，反应温度为25～28℃，溶氧在0.5mg/L以下；优选的，设定部分短程硝化反应器的水力停留时间1d，反应温度为25℃，溶氧在1-3mg/L，控制部分短程硝化单元参与亚硝化反应的氨氮比例为总氨氮含量的40～80％，使部分短程硝化单元的出水中氨氮和亚硝态氮的比例为(2:8)～(6:4)4:6，部分短程硝化单元的出水进入厌氧氨氧化单元；优选的，设定厌氧氨氧化单元水力停留时间设为3d，反应温度35℃，厌氧氨氧化出水中85％经管道回流至缺氧反硝化反应器，剩余15％作为出水排出。
应用本发明的技术方案，在厌氧消化过程中采用微生物电解池厌氧单元对垃圾焚烧渗沥液中有机物的降解和甲烷回收，同时后续采用低能耗的部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元并结合缺氧反硝化单元高效脱氮。该组合工艺不仅能够有效提升有机物和氨氮的去除效果，同时能够降低工艺体系能耗。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施方式的处理高浓难降解有机废水的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
针对垃圾高浓难降解有机废水处理过程中的难点和不足之处，本发明旨在提供一种主体工艺技术在达到高效去除有机污染和和高效脱氮的同时，能够节省成本，降低能耗。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种处理有机废水的装置。该装置包括依次连通的微生物电解池厌氧单元、缺氧反硝化单元、部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元。
其中，微生物电解池厌氧单元可以通过提高种间电子传递速率促进厌氧硝化过程的生物电化学反应，从而使垃圾渗沥液在微生物电解池反应器中经过微生物电化学反应强效去除有机污染物，提高COD去除率。部分短程硝化单元通过调整运行参数例如氨氮负荷、曝气量等，实现出水中同时存在氨氮和亚硝态氮两种形态的氮化合物，并且控制其比例。
应用本发明的技术方案，在厌氧消化过程中采用微生物电解池厌氧单元对垃圾焚烧渗沥液中有机物的降解和甲烷回收，同时后续采用低能耗的部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元并结合缺氧反硝化单元高效脱氮。该组合工艺不仅能够有效提升有机物和氨氮的去除效果，同时能够降低工艺体系能耗。
有的现有技术组合单元过多，占地面积较大，运行维护复杂。与现有技术相比，采用本发明的技术方案，通过部分短程硝化代替短程硝化，能够省去中间水箱以及混匀过程，可以达到简化工艺流程、节省占地面积、降低能耗三个目标。
优选的，厌氧氨氧化单元的出水口设置有循环管线，循环管线的出口端与微生物电解池厌氧单元和缺氧反硝化单元之间的连通管线连通，对废水进行进一步处理。
根据本发明一种典型的实施方式，微生物电解池厌氧单元的上游还设置有储水箱；优选的，微生物电解池厌氧单元设置有自身回流管线。
根据本发明一种典型的实施方式，微生物电解池厌氧单元与缺氧反硝化单元之间的连通管线、缺氧反硝化单元与部分短程硝化单元之间的连通管线、部分短程硝化单元与厌氧氨氧化单元之间的连通管线上分别设置有水泵。这样可以很容易的进行控制，甚至可以进一步的通过自动化控制装置的运行。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种处理高浓难降解有机废水的方法。该方法包括以下步骤：S1，将待处理污水输入微生物电解池厌氧单元进行厌氧消化；S2，微生物电解池厌氧单元的出水全部进入缺氧反硝化单元；S3，反硝化单元的出水进入部分短程硝化单元；以及S4，部分短程硝化单元的出水进入厌氧氨氧化单元。
应用本发明的技术方案，在厌氧消化过程中采用微生物电解池厌氧单元对垃圾焚烧渗沥液中有机物的降解和甲烷回收，同时后续采用低能耗的部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元并结合缺氧反硝化单元高效脱氮。该组合工艺不仅能够有效提升有机物和氨氮的去除效果，同时能够降低工艺体系能耗。
根据本发明一种典型的实施方式，部分短程硝化单元通过调整运行参数制出水中氨氮和亚硝态氮的比例。出水中氨氮和亚硝态氮的比例可以控制在0.5～1.0范围内，通过控制合适的比例能够满足适于厌氧氨氧化反应对于这两种底物的需求。
根据本发明一种典型的实施方式，微生物电解池厌氧单元和缺氧反硝化单元之间、缺氧反硝化单元和部分短程硝化反应器之间设置或者不设置中间水箱。
优选的，设定微生物电解池厌氧单元的水力停留时间为5d，运行温度为30～35℃，直流恒压电源提供0.1～1.2V的电势，采用梯度提升进水COD浓度的方法提升微生物电解池厌氧单元的运行负荷，使微生物电解池厌氧单元在10～35kg COD/(m3·d)以上的处理负荷下正常运行。
根据本发明一种典型的实施方式，设定缺氧反硝化单元的水力停留时间为3d，反应温度为25～28℃，溶氧在0.5mg/L以下；优选的，设定部分短程硝化反应器的水力停留时间1d，反应温度为25℃，溶氧在1-3mg/L，控制部分短程硝化单元参与亚硝化反应的氨氮比例为总氨氮含量的60％左右(40～80％，优选60％)，使部分短程硝化单元的出水中氨氮和亚硝态氮的比例接近4:6，例如，(2:8)～(6:4)，优选4:6，部分短程硝化单元的出水进入厌氧氨氧化单元；部分短程硝化的运行参数可以控制出水中氨氮和亚硝氮的比例，而此比例又进一步影响厌氧氨氧化单元的反应效果，本发明对上述参数进行如此限定以有效提升有机物和氨氮的去除效果，同时能够降低工艺体系能耗。
优选的，设定厌氧氨氧化单元水力停留时间设为3d，反应温度35℃，厌氧氨氧化出水中85％经管道回流至缺氧反硝化反应器，剩余15％作为出水排出。厌氧氨氧化出水中仍然含有一部分硝态氮，出水比例可以根据具体项目的出水要求进行调整，保证达到项目对总氮去除的要求和排放要求。
在厌氧阶段采用微生物电解池技术强化厌氧反应器功能，改善反应器内部微生物群落结构，富集能够降解难降解有机物的功能菌群，进而提升难降解有机物的降解效率；同时提高微生物种间电子传递效率，促进生物电化学反应，提升甲烷产率。
在缺氧好氧阶段，部分短程硝化和厌氧氨氧化能耗低，实现节能。
厌氧氨氧化单元出水中硝态氮比例较低，可以有效减少缺氧反硝化阶段硝态氮含量，从而降低缺氧反硝化对碳源的需求量。
本发明一种处理高浓难降解有机废水的主体组合工艺技术，不仅具备处理高浓度难降解污染废水的特点，同时也可以用于低浓污水处理。该技术属于污水生物电化学处理范畴。污水首先经过微生物电解池厌氧单元去除大部分有机物；然后进入缺氧单元进一步去除有机物和硝态氮；缺氧单元的出水进入部分短程硝化单元；部分短程硝化单元出水进入厌氧氨氧化单元进行脱氮；厌氧氨氧化单元部分回流至缺氧单元脱除硝态氮。其余部分直接排放或进入深度处理单元。该技术工艺不仅高效去除有机污染物和总氮，提升出水水质，同时可以强化微生物电解池厌氧单元的能量回收，从而降低整套工艺的能耗。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
如图1所示，本实施例中，储水箱10通过管路依次连接微生物电解池厌氧单元20，缺氧反硝化反应器30，部分短程硝化单元40和厌氧氨氧化单元50。
在本实施例中具体所处理的水质指标如下：COD 398270–79880mg/L，BOD5 24150–48250mg/L，NH4 +-N 998–1147mg/L，属于典型的高浓度有机废水。
工艺运行过程主要包括以下步骤：
微生物电解池反应器处理阶段：设定微生物电解池厌氧单元20的水力停留时间为5d，运行温度30～35℃，直流恒压电源提供0.1～1.2V的电势。采用梯度提升进水COD浓度的方法提升微生物电解池厌氧单元20的运行负荷，使其在25～30kg COD/(m3·d)以上的处理负荷下仍然能够正常运行；
缺氧反硝化阶段：设定缺氧反硝化单元30水力停留时间3d，反应温度为25～28℃，溶氧在0.5mg/L以下；
部分短程硝化阶段：设定部分短程硝化反应器40水力停留时间1d，反应温度为25℃，溶氧在1～3mg/L，控制部分短程硝化单元参与亚硝化反应的氨氮比例为总氨氮含量的60％左右，使部分短程硝化单元出水中氨氮和亚硝态氮的比例接近4:6，出水进入厌氧氨氧化单元50；
厌氧氨氧化阶段：厌氧氨氧化单元50水力停留时间设为3d，反应温度35℃。厌氧氨氧化出水中85％经管道回流至缺氧反硝化反应器，剩余15％作为出水排出。
该实施例的工艺稳定运行以后，COD去除率在95％以上，氨氮去除率100％，总氮去除率在90％以上。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
高效去除有机污染物：厌氧单元通过微生物电解池技术改善微生物群落结构和强化微生物电化学反应，能够实现对垃圾渗沥液的高效处理。
增加产能，降低能耗：微生物电解池技术能够促进产甲烷过程，提升甲烷产率和甲烷产量；厌氧氨氧化和部分短程硝化不需要外加碳源，曝气量小。因此实现增加能源回收，降低能源损耗的目的。
降低成本：部分短程硝化和厌氧氨氧化承受的氨氮负荷较高，可以缩减工艺规模，降低基建成本；亚硝化和厌氧氨氧化反应器中污泥生长缓慢，剩余污泥量少，从而降低后期污泥处理成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理有机废水的装置，其特征在于，包括依次连通的微生物电解池厌氧单元、缺氧反硝化单元、部分短程硝化单元和厌氧氨氧化单元。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化单元的出水口设置有循环管线，所述循环管线的出口端与所述微生物电解池厌氧单元和所述缺氧反硝化单元之间的连通管线连通。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微生物电解池厌氧单元的上游还设置有储水箱；
优选的，所述微生物电解池厌氧单元设置有自身回流管线。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微生物电解池厌氧单元与所述缺氧反硝化单元之间的连通管线、所述缺氧反硝化单元与所述部分短程硝化单元之间的连通管线、所述部分短程硝化单元与所述厌氧氨氧化单元之间的连通管线上分别设置有水泵。
5.一种处理有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将待处理污水输入微生物电解池厌氧单元进行厌氧消化；
S2，所述微生物电解池厌氧单元的出水全部进入缺氧反硝化单元；
S3，所述反硝化单元的出水进入部分短程硝化单元；以及
S4，所述部分短程硝化单元的出水进入厌氧氨氧化单元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化单元出水一部分回流至所述缺氧反硝化反应器，一部分排出。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述部分短程硝化单元通过调整运行参数制出水中氨氮和亚硝态氮的比例。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微生物电解池厌氧单元和所述缺氧反硝化单元之间、所述缺氧反硝化单元和所述部分短程硝化反应器之间设置或者不设置中间水箱。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设定所述微生物电解池厌氧单元的水力停留时间为5d，运行温度为30～35℃，直流恒压电源提供0.1～1.2V的电势，采用梯度提升进水COD浓度的方法提升所述微生物电解池厌氧单元的运行负荷，使所述微生物电解池厌氧单元在25～30kg COD/(m3·d)以上的处理负荷下正常运行。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，设定所述缺氧反硝化单元的水力停留时间为3d，反应温度为25～28℃，溶氧在0.5mg/L以下；
优选的，设定所述部分短程硝化反应器的水力停留时间1d，反应温度为25℃，溶氧在1-3mg/L，控制所述部分短程硝化单元参与亚硝化反应的氨氮比例为总氨氮含量的40～80％，使所述部分短程硝化单元的出水中氨氮和亚硝态氮的比例为(2:8)～(6:4)4:6，所述部分短程硝化单元的出水进入所述厌氧氨氧化单元；
优选的，设定所述厌氧氨氧化单元水力停留时间设为3d，反应温度35℃，所述厌氧氨氧化出水中85％经管道回流至所述缺氧反硝化反应器，剩余15％作为出水排出。
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