CN112093991A - 一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤化工污水处理技术领域，尤其涉及一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统及方法。包括调节罐、事故罐、反应器和配水池组，调节罐的中部通过事故提升泵管道连通着事故罐的底部，调节罐的底部出口通过出水提升泵管道连通着进水池，进水池的底部出口依次通过进水提升泵和流量调节仪管道连通着反应器底部的循环进水口，反应器顶部的循环出水口通过管道连通着出水池；反应器中部的污泥出口通过回流泵管道连通着反应器底部的污泥进口，且回流泵的出口通过管道连通着污泥排放口。通入预处理系统的高硝酸盐废水的COD 12000mg/L，NO3‑N1000mg/L，经预处理系统处理得到的处理水COD去除率≥30%，脱氮效率≥90%，当出水COD≤8000mg/L，NO3‑N≤100mg/L时，运行成本约0.35元/m³。
Description
技术领域
本发明属于煤化工污水处理技术领域，尤其涉及一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统及方法。
背景技术
乙二醇是一种重要的有机化工原料和战略资源，进入21世纪以来，我国乙二醇消耗量大幅攀升。煤制乙二醇以煤为原料，技术路线符合我国缺油、少气、煤炭资料相对丰富的资源特点。
煤制乙二醇工业生产过程中，产生的废水含有高浓度的硝酸盐氮，高硝酸盐氮废水直接流入江河湖泊，会污染地表水和地下水，导致水生动植物的死亡甚至绝迹；此外硝酸盐可被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐会造成高铁血红蛋白症，甚至会诱发癌症，对人体造成危害，因此高硝酸盐氮废水是国家严禁直排的高污染废水。
如何经济、安全、有效地处理煤化工行业的高硝酸盐氮废水，研发高效稳定的废水强化脱氮技术，已成为污水处理领域急需解决的问题；目前针对煤制乙二醇产生的高硝酸盐氮废水中硝酸盐氮的去除方法中，物化和传统生物法在处理高硝态氮废水时具有较多的局限性，因此反硝化颗粒污泥脱氮工艺应运而生，为生物反硝化处理高浓度硝酸盐提供了新思路和可能。
现有的反硝化颗粒污泥在处理高硝酸废水时，其颗粒污泥在高负荷时易出现上浮、流失、疏松解体等不稳定现象。一般情况下，当进水负荷＞6.5kgNO3 -N/m3/d，反硝化颗粒污泥在3~7d内便出现上浮、沉降性能变差等情况。别的颗粒污泥存在的共性问题一样，颗粒污泥在某些条件特别是在高负荷时易出现上浮、流失、疏松解体等不稳定现象，当反应器进水负荷提高至6.44 kgNO3 -N/m3/d，一周内即观察到反硝化颗粒污泥出现上浮情况，污泥沉降性能变差，当负荷降2.57 kgNO3 -N/m3/d 时上浮现象才得以恢复。
目前主流的观点认为，颗粒污泥表面微生物增长过快是造成不稳定现象的关键原因，具体来说，微生物增长过快时分泌更多的胞外聚合物，极易封堵颗粒的出气通道，而同时反硝化旺盛导致过多气体的产生，污泥容易粘附、包裹气泡，使颗粒污泥密度下降，从而造成污泥上浮的清况。而污泥增长速率过快，造成颗粒污泥粒径过大，传质较差内部微生物得不到营养而衰亡，颗粒污泥裂解。
由于现有方法处理高硝酸废水时，由于颗粒污泥不稳定，使得脱氮负荷能力较低，适用于低浓度硝酸盐废水的处理。此外，絮状污泥沉降性较差，一般需要配套沉淀设施，这些因素意味着较大的反应器体积和建设费用，在处理小规模和分散式场合的高浓度硝酸盐废水时，在经济上并不具备太高的可行性。
因此针对煤制乙二醇工业生产过程中，产生的废水含有高浓度的硝酸盐氮的处理，需要开发新的设备系统和方法。
发明内容
本发明提供一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统及方法，解决了高硝酸盐废水的处理难度大、处理成本高的问题。采用一种新型的强化生物反硝化技术——缺氧膨胀床反应器，设计了一套高硝酸盐废水预处理工业装置，确保废水中有机物和TN去除效果的同时，提高处理负荷并有效降低运行维护费用。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，
所述预处理系统包括调节罐1、事故罐2、反应器3和配水池组，所述反应器3为膨胀颗粒污泥床，
所述配水池组包括依次并列布置的进水池41、出水池42和排水池43，且出水池42和进水池41之间通过溢流管道贯通，出水池42和排水池43之间设有堰板；
所述进水池41通过管道连通着絮状污泥进口51，出水池42通过管道分别连通硫酸进口52和氢氧化钠溶液进口53，排水池43通过管道连通着出水口54；
高硝酸盐废水进口55并联两支路，一支路通过切断阀61管道连通着事故罐2的中部进口，另一支路通过阀门Ⅰ62管道连通着调节罐1的上部进口；
所述调节罐1的中部通过事故提升泵63管道连通着事故罐2的底部，调节罐1的底部出口通过出水提升泵64管道连通着进水池41，进水池41的底部出口依次通过进水提升泵65和流量调节仪管道连通着反应器3底部的循环进水口，反应器3顶部的循环出水口通过管道连通着出水池42；
所述反应器3中部的污泥出口通过回流泵66管道连通着反应器3底部的污泥进口，且回流泵66的出口通过管道连通着污泥排放口56。
预处理系统工作时，高硝酸盐废水经过调节罐1均质之后通入进水池41，再通入反应反应器3中和接种的絮状污泥循环反应，经分离得到处理水；通入预处理系统的高硝酸盐废水的COD 12000mg/L，NO3-N1000mg/L，经预处理系统处理得到的处理水COD去除率≥30%，脱氮效率≥90%。
进一步，所述流量调节仪包括流量计67和阀门Ⅱ68，可根据流量计67的测量数值联锁控制阀门Ⅱ68的开度。
进一步，所述预处理系统还包括液位控制单元，且液位控制单元包括第一液位计71、第二液位计72和计算机系统，且第一液位71计布设在调节罐1内，第二液位计72布设在事故罐2内，所述计算机系统采用DCS或PLC实现。
进一步，所述出水提升泵64和进水池41之间的连接管道上设有测量硝酸根浓度的第一分析仪81，出水口54处的管道上设有测量硝酸根浓度的第二分析仪82。
本发明还包括一种高硝酸盐废水的预处理系统的处理方法，包括以下步骤：
步骤（1）接种
通过絮状污泥进口51向进水池41通入絮状污泥，并通过进水提升泵65将絮状污泥通入反应器3，在反应器3内接种絮状污泥；所选絮状污泥的VSS/SS为0.65~0.75，SRT＞25d；
步骤（2）均质
通过高硝酸盐废水进口55向调节罐1内通入高硝酸盐废水，且控制通入高硝酸盐废水的温度为15~35℃，高硝酸盐废水在调节罐1内匀质时间为48h，得到均质的高硝酸盐废水；
步骤（3）反应
常关切断阀61、打开阀门Ⅰ62，将均质的高硝酸盐废水经出水提升泵64通入进水池41中，再通过进水提升泵65由进水池41通入反应器3的底部进水口，在反应器3内反应，反应的温度为15~40℃、pH为8.5~9.5，反应器3的负荷≤2kg NO3-N/m3•d，反应器3的污水的C/N比为4~8，反应器3的上升流速为2m/h；
步骤（4）循环
S1）水循环
经步骤（3）高硝酸盐废水和接种的絮状污泥在反应器3内反应，反应物经过反应器3顶部的三相分离器进行分离，其中分离得到的沼气从反应器3的排气口排出，得到的处理水从反应器3的排液口排出经管道流入出水池42，出水池42中的处理水一部分经溢流管道回流至进水池41，另一部分通过堰板流入排水池43，再经出水口流出预处理系统；
S2）污泥循环
通过回流泵66，将反应器3内的污泥经反应器3中部的污泥出口循环至反应器3底部的污泥进口，使得反应器3内部分污泥在反应器3的中部和底部之间循环流动，同时可通过污泥排放口56排出反应器3内的部分污泥。
进一步，步骤S1）中水循环的流量为通入进水池41的高硝酸盐废水流量和从出水池42溢流至进水池41的溢流流量之和；通过向出水池42通入氢氧化钠溶液或硫酸，来调节出水池41内处理水的酸碱度，保证反应器3内反应的pH为8.5~9.5。
进一步，当第一液位计71检测到调节罐1的液位处于高高位时，计算机系统联锁报警，检测到调节罐1的液位处于高位时联锁打开出水提升泵64，检测到调节罐1的液位处于低位时联锁关闭出水提升泵64。
进一步，步骤（3）中当上游的硝酸盐废水的来水处于事故状态时，关闭阀门Ⅰ62、打开切断阀61，硝酸盐废水进入事故罐2；当第二液位计72检测到事故罐2的液位处于高位时，计算机系统联锁报警，当检测到事故罐2的液位处于低位时联锁打开事故提升泵63。
本发明的有益效果包括：
（1）本发明的一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，膨胀颗粒污泥床作为反应器，反应器水循环可达高硝酸盐废水的进水量的8~20倍，大量的循环水和新进入预处理系统的高硝酸盐废水充分混合，使废水中的NO3-N等得到充分稀释，即降低有害因子对接种污泥中的反硝化菌的影响，从而降低了毒物对反应器中缺氧脱氮反应过程的影响；
同时反应器较大的高径比增加了预处理系统出水再循环，大量的循环水循环流动提升了膨胀颗粒污泥床内液体表面的上升流速，实现更高效的脱氮率，当反应器的反硝化容积负荷达到1~2kg/ NO3-N/m3•d，脱氮效率≥90%；
（2）本发明一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的预处理方法，对高硝酸盐废水的处理成本低，对于COD 12000mg/L，NO3-N1000mg/L的高硝酸盐废水，当出水COD ≤8000mg/L，NO3-N≤100mg/L时，运行成本约0.35元/ m³。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
附图标记说明：1调节罐、2事故罐、3反应器、41进水池、42出水池、43排水池、51絮状污泥进口、52硫酸进口、53氢氧化钠溶液进口、54出水口、55高硝酸盐废水进口、56污泥排放口、61切断阀、62阀门Ⅰ、63事故提升泵、64出水提升泵、65进水提升泵、66回流泵、67流量计、68阀门Ⅱ、71第一液位计、72第二液位计、81第一分析仪、82第二分析仪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
见图1，一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，
所述预处理系统包括调节罐1、事故罐2、反应器3和配水池组，所述反应器3为膨胀颗粒污泥床，
所述配水池组包括依次并列布置的进水池41、出水池42和排水池43，且出水池42和进水池41之间通过溢流管道贯通，出水池42和排水池43之间设有堰板；
所述进水池41通过管道连通着絮状污泥进口51，出水池42通过管道分别连通硫酸进口52和氢氧化钠溶液进口53，排水池43通过管道连通着出水口54；
高硝酸盐废水进口55并联两支路，一支路通过切断阀61管道连通着事故罐2的中部进口，另一支路通过阀门Ⅰ62管道连通着调节罐1的上部进口；
所述调节罐1的中部通过事故提升泵63管道连通着事故罐2的底部，调节罐1的底部出口通过出水提升泵64管道连通着进水池41，进水池41的底部出口依次通过进水提升泵65和流量调节仪管道连通着反应器3底部的循环进水口，反应器3顶部的循环出水口通过管道连通着出水池42；
其中流量调节仪包括流量计67和阀门Ⅱ68，可根据流量计67的测量数值联锁控制阀门Ⅱ68的开度。
所述反应器3中部的污泥出口通过回流泵66管道连通着反应器3底部的污泥进口，且回流泵66的出口通过管道连通着污泥排放口56。
预处理系统工作时，高硝酸盐废水经过调节罐1均质之后通入进水池41，再通入反应反应器3中和接种的絮状污泥循环反应，经分离得到处理水；通入预处理系统的高硝酸盐废水的COD 12000mg/L，NO3-N1000mg/L，经预处理系统处理得到的处理水COD去除率≥30%，脱氮效率≥90%。
所述预处理系统还包括液位控制单元，且液位控制单元包括第一液位计71、第二液位计72和计算机系统，且第一液位71计布设在调节罐1内，第二液位计72布设在事故罐2内，所述计算机系统采用DCS或PLC实现。
当第一液位计71检测到调节罐1的液位处于高高位时，计算机系统联锁报警，检测到调节罐1的液位处于高位时联锁打开出水提升泵64，检测到调节罐1的液位处于低位时联锁关闭出水提升泵64；当第二液位计72检测到事故罐2的液位处于高位时，计算机系统联锁报警，当检测到事故罐2的液位处于低位时联锁打开事故提升泵63。
所述出水提升泵64和进水池41之间的连接管道上设有测量硝酸根浓度的第一分析仪81，出水口54处的管道上设有测量硝酸根浓度的第二分析仪82。根据第一分析仪81和第二分析仪82的读数可以直接得到均质后的高硝酸盐废水中硝酸根浓度和经过预处理系统处理之后得到处理水中的硝酸根浓度，从而可以直观的得到预处理系统的处理结果。
实施例2
本发明还包括一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的处理方法，包括以下步骤：
步骤（1）接种
通过絮状污泥进口51向进水池41通入絮状污泥，并通过进水提升泵65将絮状污泥通入反应器3，在反应器3内接种絮状污泥；所选絮状污泥的VSS/SS为0.65~0.75，SRT＞25d；
步骤（2）均质
通过高硝酸盐废水进口55向调节罐1内通入高硝酸盐废水，且控制通入高硝酸盐废水的温度为15~35℃，高硝酸盐废水在调节罐1内匀质时间为48h，得到均质的高硝酸盐废水；
步骤（3）反应
常关切断阀61、打开阀门Ⅰ62，将均质的高硝酸盐废水经出水提升泵64通入进水池41中，再通过进水提升泵65由进水池41通入反应器3的底部进水口，在反应器3内反应，反应的温度为15~40℃、pH为8.5~9.5，反应器3的负荷≤2kg NO3-N/m3•d，反应器3的污水的C/N比为4~8，反应器3的上升流速为2m/h；
步骤（3）中当上游的硝酸盐废水的来水处于事故状态时，关闭阀门Ⅰ62、打开切断阀61，硝酸盐废水进入事故罐2；当第二液位计72检测到事故罐2的液位处于高位时，计算机系统联锁报警，当检测到事故罐2的液位处于低位时联锁打开事故提升泵63。
步骤（4）循环
S1）水循环
经步骤（3）高硝酸盐废水和接种的絮状污泥在反应器3内反应，反应物经过反应器3顶部的三相分离器进行分离，其中分离得到的沼气从反应器3的排气口排出，得到的处理水从反应器3的排液口排出经管道流入出水池42，出水池42中的处理水一部分经溢流管道回流至进水池41，另一部分通过堰板流入排水池43，再经出水口流出预处理系统。
本发明的预处理系统中水循环可达高硝酸盐废水的进水量的8~20倍，大量的循环水和新进入预处理系统的高硝酸盐废水充分混合，使废水中的NO3-N等得到充分稀释，即降低有害因子对接种污泥中的反硝化菌的影响，从而降低了毒物对反应器中缺氧脱氮反应过程的影响；同时大量的循环水循环流动大大提升了膨胀颗粒污泥床内液体表面的上升流速，实现更高效的脱氮率。
步骤S1）中水循环的流量为通入进水池41的高硝酸盐废水流量和从出水池42溢流至进水池41的溢流流量之和；通过向出水池42通入氢氧化钠溶液或硫酸，来调节出水池41内处理水的酸碱度，保证反应器3内反应的pH为8.5~9.5。
S2）污泥循环
通过回流泵66，将反应器3内的污泥经反应器3中部的污泥出口循环至反应器3底部的污泥进口，使得反应器3内部分污泥在反应器3的中部和底部之间循环流动，同时可通过污泥排放口56排出反应器3内的部分污泥。
污泥循环可以保证反应器3内的污泥浓度，对于无效的污泥可通过污泥排放口56排出反应器3，进而可以增强反应器3内反硝化反应的脱氮效果。
当第一液位计71检测到调节罐1的液位处于高高位时，计算机系统联锁报警，检测到调节罐1的液位处于高位时联锁打开出水提升泵64，检测到调节罐1的液位处于低位时联锁关闭出水提升泵64。
因此本发明一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的预处理方法，对高硝酸盐废水的处理成本低，对于COD 12000mg/L，NO3-N1000mg/L的高硝酸盐废水，当出水COD ≤8000mg/L，NO3-N≤100mg/L时，运行成本约0.35元/ m³。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，其特征在于：
所述预处理系统包括调节罐（1）、事故罐（2）、反应器（3）和配水池组，所述反应器（3）为膨胀颗粒污泥床，
所述配水池组包括依次并列布置的进水池（41）、出水池（42）和排水池（43），且出水池（42）和进水池（41）之间通过溢流管道贯通，出水池（42）和排水池（43）之间设有堰板；
所述进水池（41）通过管道连通着絮状污泥进口（51），出水池（42）通过管道分别连通硫酸进口（52）和氢氧化钠溶液进口（53），排水池（43）通过管道连通着出水口（54）；
高硝酸盐废水进口（55）并联两支路，一支路通过切断阀（61）管道连通着事故罐（2）的中部进口，另一支路通过阀门Ⅰ（62）管道连通着调节罐（1）的上部进口；
所述调节罐（1）的中部通过事故提升泵（63）管道连通着事故罐（2）的底部，调节罐（1）的底部出口通过出水提升泵（64）管道连通着进水池（41），进水池（41）的底部出口依次通过进水提升泵（65）和流量调节仪管道连通着反应器（3）底部的循环进水口，反应器（3）顶部的循环出水口通过管道连通着出水池（42）；
所述反应器（3）中部的污泥出口通过回流泵（66）管道连通着反应器（3）底部的污泥进口，且回流泵（66）的出口通过管道连通着污泥排放口（56）；
预处理系统工作时，高硝酸盐废水经过调节罐（1）均质之后通入进水池（41），再通入反应反应器（3）中和接种的絮状污泥循环反应，经分离得到处理水；通入预处理系统的高硝酸盐废水的COD 12000mg/L，NO3-N1000mg/L，经预处理系统处理得到的处理水COD去除率≥30%，脱氮效率≥90%。
2.根据权利要求1所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，其特征在于：所述流量调节仪包括流量计（67）和阀门Ⅱ（68），可根据流量计（67）的测量数值联锁控制阀门Ⅱ（68）的开度。
3.根据权利要求1所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，其特征在于：所述预处理系统还包括液位控制单元，且液位控制单元包括第一液位计（71）、第二液位计（72）和计算机系统，且第一液位（71）计布设在调节罐（1）内，第二液位计（72）布设在事故罐（2）内，所述计算机系统采用DCS或PLC实现。
4.根据权利要求1所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统，其特征在于：所述出水提升泵（64）和进水池（41）之间的连接管道上设有测量硝酸根浓度的第一分析仪（81），出水口（54）处的管道上设有测量硝酸根浓度的第二分析仪（82）。
5.根据权利要求1～4所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）接种
通过絮状污泥进口（51）向进水池（41）通入絮状污泥，并通过进水提升泵（65）将絮状污泥通入反应器（3），在反应器（3）内接种絮状污泥；所选絮状污泥的VSS/SS为0.65~0.75，SRT＞25d；
步骤（2）均质
通过高硝酸盐废水进口（55）向调节罐（1）内通入高硝酸盐废水，且控制通入高硝酸盐废水的温度为15~35℃，高硝酸盐废水在调节罐（1）内匀质时间为48h，得到均质的高硝酸盐废水；
步骤（3）反应
常关切断阀（61）、打开阀门Ⅰ（62），将均质的高硝酸盐废水经出水提升泵（64）通入进水池（41）中，再通过进水提升泵（65）由进水池（41）通入反应器（3）的底部进水口，在反应器（3）内反应，反应的温度为15~40℃、pH为8.5~9.5，反应器（3）的负荷≤2kg NO3-N/m3•d，反应器（3）的污水的C/N比为4~8，反应器（3）的上升流速为2m/h；
步骤（4）循环
S1）水循环
经步骤（3）高硝酸盐废水和接种的絮状污泥在反应器（3）内反应，反应物经过反应器（3）顶部的三相分离器进行分离，其中分离得到的沼气从反应器（3）的排气口排出，得到的处理水从反应器（3）的排液口排出经管道流入出水池（42），出水池（42）中的处理水一部分经溢流管道回流至进水池（41），另一部分通过堰板流入排水池（43），再经出水口流出预处理系统；
S2）污泥循环
通过回流泵（66），将反应器（3）内的污泥经反应器（3）中部的污泥出口循环至反应器（3）底部的污泥进口，使得反应器（3）内部分污泥在反应器（3）的中部和底部之间循环流动，同时可通过污泥排放口（56）排出反应器（3）内的部分污泥。
6.根据权利要求5所述一种高硝酸盐废水的预处理系统的处理方法，其特征在于：步骤S1）中水循环的流量为通入进水池（41）的高硝酸盐废水流量和从出水池（42）溢流至进水池（41）的溢流流量之和；通过向出水池（42）通入氢氧化钠溶液或硫酸，来调节出水池（41）内处理水的酸碱度，保证反应器（3）内反应的pH为8.5~9.5。
7.根据权利要求5所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的处理方法，其特征在于：当第一液位计（71）检测到调节罐（1）的液位处于高高位时，计算机系统联锁报警，检测到调节罐（1）的液位处于高位时联锁打开出水提升泵（64），检测到调节罐（1）的液位处于低位时联锁关闭出水提升泵（64）。
8.根据权利要求5所述一种用于煤制乙二醇的高硝酸盐废水预处理系统的处理方法，其特征在于：步骤（3）中当上游的硝酸盐废水的来水处于事故状态时，关闭阀门Ⅰ（62）、打开切断阀（61），硝酸盐废水进入事故罐（2）；当第二液位计（72）检测到事故罐（2）的液位处于高位时，计算机系统联锁报警，当检测到事故罐（2）的液位处于低位时联锁打开事故提升泵（63）。
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