CN112794573A - 一种可用于低氮低cod废水的协同处理方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法及其装置，属于水处理技术领域。本发明可处理废水中氮元素的浓度小于30mg/L，COD的浓度小于500mg/L；包括好氧生化处理、反硝化生物处理和好氧生物处理；处理过程中先对废水进行好氧生化处理去除COD并将氨氮转化为硝态氮；接着进行反硝化生物处理除氮，所述反硝化生物处理时添加碳源，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(3～5)：1；再对废水进行好氧生物处理除COD和氮。本发明能够有效将出水总氮元素浓度降至20mg/L以下，COD降至60mg/L以下，保证了废水中氮元素和COD的协同去除效率，使得最终出水水质达到国家排放一级B标准。

Description

一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法及其装置
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更具体地说，涉及一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法及其装置。
背景技术
有机硅是一类含有硅的含碳有机质材料，由于性能优越，用途比较广泛，包括化妆品、防水材料、军事用途等，产品主要包含硅油、硅橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂等。中国是有机硅生产和消费的全球最大市场，占全球有机硅消费量的一半以上，一方面这助推了中国经济的发展，推动产业结构优化升级，另一方面，工业生产的过程中，也会产生大量的生产废水，对环境有潜在的巨大污染性和破坏性。因此，能够寻找到一种可靠、经济、有效的污水处理工艺，实现污染物减量、无害化和达标排放至关重要。
有机硅废水具有低COD、低pH、高盐、低氨氮、可生化性差、水质波动较大等特点，对于污水达标处理压力较大。目前，物化方法主要采用光催化氧化法、芬顿、微电解以及絮凝混凝法等，生化处理采用厌氧法、好氧处理法等。物化法中通过化学方法利用产生的强氧化性的自由基或者其他氧化性物质对难降解的污染物进行初步降解，提高废水的可生化性和降低毒性，但成本较高；物理法主要通过投加PAC和PAM通过絮凝混凝作用，网补、卷扫、架桥和静电吸附作用去除掉一部分污染物质，成本相比较而言较低，但处理效果可能较差。其次化学法使用的芬顿和微电解需要额外控制废水的pH和产生部分污泥，不仅增加了运行费用，而且对运行操作人员提出了更高要求。许多研究者和污水处理工程技术人员发现，普通的生化曝气法，对于有机硅废水而言，COD和氮的去除率不高，不能满足稳定达标排放。
经检索发现，申请号：CN101759329A公开了的有机硅废水处理方法，使用了预制中和池、微电解反应器、二级中和池、生化池、二沉池，该工艺中使用了微电解处理方法，过程会产生大量的污泥，两次调节废水pH会消耗片碱和硫酸，会增加成本，末端无保证出水达标措施，影响出水的稳定达标。申请号：CN111908728A公开了一种有机硅废水的处理方法，其中采用了二次臭氧氧化，会明显增加单位废水处理成本，二次过滤方法虽然会改善出水水质，但同时也会增加过滤材料的反清洗和更换频次，增加劳动力和成本，其次其中使用多种药剂，比如聚合氯化铁、硫酸铁、高锰酸钾、聚乙二醇、浓硫酸、氢氧化钠、聚丙烯酰胺等，有剧毒或者管制品对污水处理设施管理人员提出了更高的要求，影响污水处理设施的长期稳定运行。因此，此类处理方法对于低浓度下的氮元素和COD的协同去除并没有达到一个很好的效果，若只注重其中某一组分的去除效果，则很难保证另一组份能够被有效去除。
因此，目前亟需设计一种能够有效提升废水中低浓度氮和COD去除效果的处理方法和装置。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中低浓度氮和COD的协同去除效果较差的问题，本发明提供一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法及其装置；通过将反硝化生物处理和好氧生物处理将结合，并合理设置碳源与废水中的碳氮比，从而有效解决低浓度氮和COD的协同去除效果较差的问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，所述废水中氮元素的浓度小于30mg/L，COD的浓度小于500mg/L；包括好氧生化处理、反硝化生物处理和好氧生物处理；处理过程中先对废水进行好氧生化处理去除COD并将氨氮转化为硝态氮；接着进行反硝化生物处理除氮，所述反硝化生物处理时添加碳源，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(3～5)：1；再对废水进行好氧生物处理除COD和氮。
优选地，所述废水在好氧生化处理后，废水中硝态氮占总氮的比例为70～90％；在好氧生化处理下，既降低了废水中的氨氮含量，又增加了硝态氮含量，为后续的反硝化生物处理提供了原料，提升总氮的去除效率。
优选地，所述废水进行反硝化生物处理的时间为6～12h；所述碳源包括葡萄糖和/或醋酸钠。
优选地，所述废水进行反硝化生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括聚氨酯泡沫、粗砂、中砂、细砂，所述反硝化生物处理时的污泥浓度为4000～6000mg/L；通过该设置可以有效增加反硝化处理池中微生物的含量，从而有效对废水中的硝态氮进行祛除
和/或所述废水进行好氧生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括粗砂、中砂和细砂。
优选地，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(3～5)：1。
优选地，还包括预处理，所述预处理在反硝化生物处理之前，其具体步骤为：
(1)将浮于废水表面的油类物质去除；
(2)对废水进行搅拌均质处理，处理时间为6～12h；
(3)依次向废水中添加氢氧化钠溶液、氯化钙溶液、PAC溶液和PAM溶液，对废水中的pH进行调节，并去除其中的磷和悬浮物，处理时间为4～5h；
(4)对废水进行水解酸化处理，提高废水可生化性；
优选地，所述(3)步骤中氢氧化钠调节废水的pH为7.2～7.8；
所述氯化钙溶液的浓度为25～35％，其添加体积与废水体积之比为1：(1000～5000)，废水中的磷浓度小于4mg/L；
所述PAC添加后使得废水中聚合氯化铝浓度为50～100mg/L；
所述PAM添加后使得废水中阴离子型聚丙烯酰胺浓度为5～10mg/L。
优选地，所述(4)步骤中水解酸化处理采用串联氧化沟模式，每个氧化沟用两台潜水搅拌器推动池内污水混合流动，确保池内保持兼氧环境，在进水口同时设置污泥回流管道。
优选地，还包括终处理，所述终处理在好氧生物处理之后，其采用活性炭颗粒对废水进行处理，所述活性炭颗粒的粒径为2～5mm。
本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理装置，该装置可用于对低氮低COD废水进行协同处理，处理方法为以上所述的方法。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，所述废水中氮元素的浓度小于30mg/L，COD的浓度小于500mg/L；包括好氧生化处理、反硝化生物处理和好氧生物处理；处理过程中先对废水进行好氧生化处理去除COD并将氨氮转化为硝态氮；接着进行反硝化生物处理除氮，所述反硝化生物处理时添加碳源，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(3～5)：1；再对废水进行好氧生物处理除COD和氮；通过上述设置，废水首先经过好氧生化处理去除COD并将氨氮转化为硝态氮，为反硝化生物处理提供氮源，在反硝化生物处理时添加碳源，利用缺氧环境将硝态氮变成氮气逸出，从而有效将出水总氮元素浓度降至20mg/L以下，继而在后续好氧生物处理时对上一步骤添加的碳源进行降解，将COD降至60mg/L以下，同时有效去除废水中残留的氨氮，保证了废水中氮元素和COD的协同去除效率，使得最终出水水质达到国家排放一级B标准。
(2)本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，所述废水进行反硝化生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括聚氨酯泡沫、粗砂、中砂、细砂，所述废水进行好氧生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括粗砂、中砂和细砂；通过上述设置，能够增加反硝化生物处理和好氧生物处理时的微生物含量，从而提高除氮和除COD效率。
(3)本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，还包括预处理，所述预处理在反硝化生物处理之前，其具体步骤为：1、将浮于废水表面的油类物质去除；2、对废水进行搅拌均质处理，处理时间为6～12h；3、依次向废水中添加氢氧化钠溶液、氯化钙溶液、PAC溶液和PAM溶液，对废水中的pH进行调节，并去除其中的磷和悬浮物，处理时间为4～5h；4、对废水进行水解酸化处理，提高废水可生化性；5、对废水进行好氧生化处理，将氨态氮转化为硝态氮，处理时间大于6h；本发明通过上述设置，在反硝化生物处理之前，将废水中的浮油和悬浮固体进行祛除，接着在均化水质之后将废水引入好氧生化区域进行处理，一方面可以初步去除部分COD，另一方面能够将氮元素转化为硝态氮，为后续的反硝化生物处理步骤提供氮源，从而提升氮元素的去除效率。
(4)本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，还包括终处理，所述终处理在好氧生物处理之后，其采用活性炭颗粒对废水进行处理，所述活性炭颗粒的粒径为2～5mm；通过上述设置，当前端出水不达标时可做应急之需，对前端出水中的污染物进一步的去除，从而保证最终出水的水质。
附图说明
图1为本发明的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法流程图；
图2为本发明实施例1的进出水pH值对比图；
图3为本发明实施例1的进出水COD浓度对比图；
图4为本发明实施例1的进出水氨氮浓度对比图；
图5为本发明实施例1的进出水总磷浓度对比图；
图6为本发明实施例1的进出水总氮浓度对比图；
图7为本发明对比例1的进出水pH值对比图；
图8为本发明对比例1的进出水COD浓度对比图；
图9为本发明对比例1的进出水氨氮浓度对比图；
图10为本发明对比例1的进出水总磷浓度对比图；
图11为本发明对比例1的进出水总氮浓度对比图；
图12为本发明对比例2的进出水pH值对比图；
图13为本发明对比例2的进出水COD浓度对比图；
图14为本发明对比例2的进出水氨氮浓度对比图；
图15为本发明对比例2的进出水总磷浓度对比图；
图16为本发明对比例2的进出水总氮浓度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，本实施例以有机硅化工业园区废水作为处理对象，废水中氮元素的浓度小于30mg/L，COD的浓度小于500mg/L，磷浓度小于4mg/L；其具体步骤如下：
(1)将浮于废水表面的油类物质去除；由于废水中含有油分，不同股废水经过隔油池，油分密度轻，浮于水面，将其去除可以保证后续处理的稳定进行；
(2)对废水进行搅拌均质处理，处理时间为8h；由于园区企业较多，排水分散，水质复杂，波动大，利用调节池和其中的搅拌器，可以均质不同股废水，避免水质波动影响后续的生化处理；
(3)依次向废水中添加氢氧化钠溶液、氯化钙溶液、PAC溶液和PAM溶液，对废水中的pH进行调节，并去除其中的磷和悬浮物，处理时间为5h；需要说明的是，所述氢氧化钠调节废水的pH为7.2～7.8；所述氯化钙溶液的浓度为30％，其添加体积与废水体积之比为1：(1000～5000)，废水中的磷浓度小于4mg/L；所述PAC添加后使得废水中聚合氯化铝浓度为50～100mg/L；所述PAM添加后使得废水中阴离子型聚丙烯酰胺浓度为5～10mg/L；通过上述处理，首先可以中和弱酸性废水，生成磷酸钙，通过PAC和PAM的絮凝、混凝作用，去除废水中的部分大分子物质和悬浮固体；
(4)对废水进行水解酸化处理，提高废水可生化性；其中水解酸化处理采用串联氧化沟模式，每个氧化沟用两台潜水搅拌器推动池内污水混合流动，确保池内保持兼氧环境，在进水口同时设置污泥回流管道；通过上述处理，在进水的同时回流生化污泥储池中的污泥，保证污泥浓度，利用兼氧环境，实现对有毒、大分子、难降解物质的降解，变成小分子易降解物质；
(5)对废水进行好氧生化处理，将氨态氮转化为硝态氮，处理时间大于6h；其中好氧生化处理采用并联的SBR工艺，包括四个水池，每个水池的容量为2500～3000m3；在好氧生化处理后，所述废水中硝态氮占总氮的比例为70～90％；通过延长曝气时间使得水质指标进一步保证，污染物得到有效去除，本实施例中每次进水800m3，排水800m3，一方面可以初步去除部分COD，另一方面能够将氮元素转化为硝态氮，为后续的反硝化生物处理步骤提供氮源，从而提升氮元素的去除效率；
(6)对废水进行反硝化生物处理除氮，所述反硝化生物处理时添加碳源，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为4：1，所述废水进行反硝化生物处理的时间为10h；所述碳源为葡萄糖，再对废水进行好氧生物处理除COD和氮；需要说明的是，所述废水进行反硝化生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括聚氨酯泡沫、粗砂、中砂、细砂，所述废水进行好氧生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括粗砂、中砂和细砂，从而能够增加反硝化生物处理和好氧生物处理时的微生物含量，所述反硝化生物处理时的污泥浓度为4000～6000mg/L，从而提高除氮和除COD效率；通过上述设置，在反硝化生物处理时添加碳源，利用缺氧环境将硝态氮变成氮气逸出，从而有效将出水总氮元素浓度降至20mg/L以下，其中硝态氮的浓度经过反硝化处理后浓度有效降低至0.1～1.5mg/L，继而在后续好氧生物处理时对上一步骤添加的碳源进行降解，将COD降至60mg/L以下，同时有效去除废水中残留的氨氮，保证了废水中氮元素和COD的协同去除效率，使得最终出水水质达到国家排放一级B标准；
(7)使用颗粒粒径为2-5mm的活性炭对出水进一步的处理，从而将前端出水中的污染物进一步的去除。
如图2、图3、图4、图5和图6所示，为本实施例处理方法处理后的废水各项指标，从图中可以看到，图中虚线代表国家排放一级B标准，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷基本达到国家排放一级B标准；国家排放一级B标准为：pH6～9，COD<60mg/L，氨氮<8mg/L(夏)或15mg/L(冬)，总磷<1mg/L，总氮<20mg/L。
除此之外，本发明还提供碳源中C元素与废水中N元素的质量比为4.5：1、4.7：1、4.9：1和5：1四种实施方式，其具体出水结果如表1所示：
表1、不同碳氮比下的出水水质
Figure BDA0002871734100000061
由此可见，碳氮比为4.5：1、4.7：1、4.9：1和5：1四种实施方式的出水水质在国家排放一级B标准内，其中碳氮比为4.7：1时的出水水质最佳。
对比例1
本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本对比例将后端的反硝化生物处理和好氧生物处理去掉。其最终废水出水的检测结果如图7、图8、图9、图10和图11所示，从图上可以看到，图中虚线代表国家排放一级B标准，出水中的COD、氨氮、总氮和总磷均有部分未达到国家排放一级B标准，与实施例1相比较，在缺少反硝化生物处理和好氧生物处理的作用下，废水的出水水质有所下降，说明本实施例1的处理方法对废水中的低浓度氮和COD具有良好的协同去除效果。
对比例2
本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本对比例中所述添加的碳源中碳元素与废水中的氮元素质量比为1.5：1，所述反硝化生物处理时的污泥浓度为2000-3000mg/L。其最终废水出水的检测结果如图12、图13、图14、图15和图16所示，从图上可以看到，图中虚线代表国家排放一级B标准，出水中部分天数时的COD和总氮的含量存在未达到国家排放一级B标准的情况，与实施例1相比较，在碳氮比含量过低导致的碳源过少，导致了微生物无法充分起到反硝化的作用，以及反硝化生物处理时的污泥浓度过低，这导致了微生物含量过低，因此废水的出水水质有所下降，说明本实施例1的处理方法对废水中的低浓度氮和COD具有良好的协同去除效果。
对比例3
本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本对比例中所述好氧生化处理被去除。其最终废水出水的COD大概在100mg/L，氨氮大概在10-30mg/L，总磷在0.5-8mg/L，总氮在20-30mg/L，pH在6-9，由此可以看到在未经过好氧生化处理作用下的废水中氨氮无法有效去除，同时氨氮无法转化为硝态氮，阻碍了后续反硝化生物处理和好氧生物处理的进行，因此废水的出水水质有所下降，说明本实施例1的处理方法对废水中的低浓度氮和COD具有良好的协同去除效果。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述废水中氮元素的浓度小于30mg/L，COD的浓度小于500mg/L；包括好氧生化处理、反硝化生物处理和好氧生物处理；处理过程中先对废水进行好氧生化处理去除COD并将氨氮转化为硝态氮；接着进行反硝化生物处理除氮，所述反硝化生物处理时添加碳源，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(3～5)：1；再对废水进行好氧生物处理除COD和氮。
2.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述废水在好氧生化处理后，废水中硝态氮占总氮的比例为70～90％。
3.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述废水进行反硝化生物处理的时间为6～12h；所述碳源包括葡萄糖和/或醋酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述废水进行反硝化生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括聚氨酯泡沫、粗砂、中砂、细砂，所述反硝化生物处理时的污泥浓度为4000～6000mg/L；
和/或所述废水进行好氧生物处理时添加填料，按照废水的流动方向，所述填料依次包括粗砂、中砂和细砂。
5.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述碳源中C元素与废水中N元素的质量比为(4.5～5)：1。
6.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，还包括预处理，所述预处理在反硝化生物处理之前，其具体步骤为：
(1)将浮于废水表面的油类物质去除；
(2)对废水进行搅拌均质处理，处理时间为6～12h；
(3)依次向废水中添加氢氧化钠溶液、氯化钙溶液、PAC溶液和PAM溶液，对废水中的pH进行调节，并去除其中的磷和悬浮物，处理时间为4～5h；
(4)对废水进行水解酸化处理，提高废水可生化性。
7.根据权利要求6所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述(3)步骤中氢氧化钠调节废水的pH为7.2～7.8；
所述氯化钙溶液的浓度为25～35％，其添加体积与废水体积之比为1：(1000～5000)，废水中的磷浓度小于4mg/L；
所述PAC添加后使得废水中聚合氯化铝浓度为50～100mg/L；
所述PAM添加后使得废水中阴离子型聚丙烯酰胺浓度为5～10mg/L。
8.根据权利要求6所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，所述(4)步骤中水解酸化处理采用串联氧化沟模式，每个氧化沟用两台潜水搅拌器推动池内污水混合流动，确保池内保持兼氧环境，在进水口同时设置污泥回流管道。
9.根据权利要求1所述的一种可用于低氮低COD废水的协同处理方法，其特征在于，还包括终处理，所述终处理在好氧生物处理之后，其采用活性炭颗粒对废水进行处理，所述活性炭颗粒的粒径为2～5mm。
10.一种可用于低氮低COD废水的协同处理装置，该装置可用于对低氮低COD废水进行协同处理，处理方法为权利要求1～9任一项所述的方法。
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