CN113024016B - 焦化废水耦合处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焦化废水耦合处理系统及方法，该系统包括沿焦化废水流通方向依次连通的多级生化单元、接触反应单元、混凝单元以及沉淀分离单元，所述接触反应单元通过介质回流管道与所述多级生化单元连接，所述沉淀分离单元通过污泥回流管道与所述混凝单元连接。本发明设置两级回流，提高污泥/介质回流效率，工艺流程简洁，在高效去除焦化废水中有毒有害物质的同时，缩减了繁杂的传统处理工艺流程，降低了工艺建设成本与能源介质消耗，且处理效率高。

Description

焦化废水耦合处理系统及方法

技术领域

本发明属于焦化废水处理领域，具体涉及一种焦化废水耦合处理系统及方法。

背景技术

焦化废水是炼焦、气体净化及产品加工制备中产生的有毒有害废水，具有来源广泛、成分复杂、毒性大的特点。其有机成分包括难降解的酚类化合物、杂环化合物、脂肪类化合物和多环化合物等；无机成分包括氰化物、硫化物、氨氮等，属于难降解的高浓度有机废水，是焦化冶金行业内公认难处理的工业废水之一，常用的工业废水处理工艺，包括物理法、化学法、生物法单一使用，难以对其进行有效处理，达到排放或深度处理回用的标准。目前钢铁企业普遍采用预处理+生化处理+混凝沉淀的处理工艺，出水多用于煤场散水、高炉冲渣或湿法熄焦等低水质要求用户。随着国家及行业内环保标准的提高与水资源的紧缺，如何对焦化废水进行更加有效的处理，实现钢厂内部的零排放成为行业内部的迫切需求。

现有技术是以生化法为主导工艺，配合吸附法、混凝沉淀、高级氧化等技术进行焦化废水处理，存在出水不能稳定达标、处理效率较低、成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦化废水耦合处理系统及方法，旨在用于解决现有的现有的焦化废水处理出水不能稳定达标、处理效率较低、成本较高的问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种焦化废水耦合处理系统，包括沿焦化废水流通方向依次连通的多级生化单元、接触反应单元、混凝单元以及沉淀分离单元，所述接触反应单元通过介质回流管道与所述多级生化单元连接，所述沉淀分离单元通过污泥回流管道与所述混凝单元连接。

进一步地，还包括污泥浓缩单元，所述接触反应单元和所述沉淀分离单元的浓缩污泥出口均与所述污泥浓缩单元连接。

进一步地，所述接触反应单元包括无限循环流接触反应器，所述无限循环流接触反应器包括锥形接触反应腔、进水管和出水管，所述锥形接触反应腔内设有中心筒快速反应腔，所述进水管的一端与多级生化单元连接，另一端与所述中心筒快速反应腔连接，所述出水管的一端与所述锥形接触反应腔连接，另一端与所述混凝单元连接，所述中心筒快速反应腔内设有提升式搅拌机，通过提升式搅拌机实现废水在锥形接触反应腔与中心筒快速反应腔中循环。

进一步地，所述锥形接触反应腔包括圆筒部以及与圆筒部底部连接的圆锥部，所述中心筒快速反应腔呈圆筒状，所述中心筒快速反应腔位于所述锥形接触反应腔的中心，所述中心筒快速反应腔的底部位于所述圆锥部内且与所述圆锥部的内壁具有一定间隔。

进一步地，所述中心筒快速反应腔的下方具有碟式导流板，所述碟式导流板固定在所述圆锥部的内壁上，所述碟式导流板呈圆环状且由四周至中心逐渐向下倾斜设置。

进一步地，所述锥形接触反应腔的底部连接有污泥浓缩管，所述污泥浓缩管上设有第一闸阀；还包括与所述圆锥部的上部连接的上部污泥回流管以及与所述圆锥部的底部连接的底部污泥回流管，所述上部污泥回流管上设有第二闸阀，所述上部污泥回流管的末端与所述底部污泥回流管连接，所述底部污泥回流管连接于所述上部污泥回流管和所述圆锥部底部之间的部分设有第三闸阀，所述底部污泥回流管的尾部设有第四闸阀。

进一步地，还包括反冲洗水管和反冲洗气管，所述反冲洗水管和所述反冲洗气管均与所述底部污泥回流管位于所述第四闸阀和所述上部污泥回流管之间的部分连接，所述反冲洗水管上设有第五闸阀，所述反冲洗气管上设有第六闸阀；还包括放空管，所述放空管与所述圆锥部连接，所述放空管上设有第七闸阀。

另一方面，本发明还提供一种焦化废水耦合处理方法，包括以下步骤：

(1)经过预处理的焦化废水进入多级生化单元，以废水中有机物作为反硝化碳源和能源，同时外加补充碳源，去除有机物并降低氨氮和总氮；生物污泥混合液进入沉淀分离池进行固液分离，出水进入接触反应单元；

(2)在接触反应单元内，焦化废水与投加介质充分混合，部分介质回流进入多级生化单元，部分剩余介质形成浓缩污泥，出水进入混凝单元；

(3)在混凝单元中，通过投加混凝剂与助凝剂，将前端过流介质与焦化废水中的污染物质与其混合，形成矾花，进入沉淀分离单元；

(4)在沉淀分离单元中，部分污泥回流进入混凝单元，部分剩余污泥形成浓缩污泥，出水达标排放或深度处理后回用。

进一步地，还包括：接触反应单元和沉淀分离单元进行定期排泥，浓缩污泥进入污泥浓缩单元。

进一步地，还包括：在接触反应单元内，采用无限循环流接触反应器提升介质水力停留时间并加强固液混合强度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)设置两级回流，提高污泥/介质回流效率：用于焦化废水的耦合处理工艺设置两级回流，即：介质从接触反应单元回流进入多级生化单元；污泥从沉淀分离单元回流进入混凝单元。相比于直接将沉淀分离单元污泥回流进入多级生化单元的一级回流的方式，二级回流保证了回流介质的载体功能，使得未被絮凝剂、助凝剂包裹的回流介质成为了微生物的理想载体，使有利于微生物将介质内部难以降解的物质逐渐降解而实现生物再生，有效避免了混凝剂(PAC或PFS)及助凝剂(PAM)对前端生化系统造成的不可逆的影响。

(2)工艺流程简洁：用于焦化废水的耦合处理系统，仅设置多级生化单元、接触反应单元、混凝单元以及沉淀分离单元，在高效去除焦化废水中有毒有害物质的同时，缩减了繁杂的传统处理工艺流程，降低了工艺建设成本与能源介质消耗。

(3)处理效率高：多级生化处理单元耦合接触反应单元，生化处理为后续物化处理效率提供保障，物化处理强化前端生化处理效率。配合絮凝单元及沉淀分离单元，完成整个系统的新陈代谢，使整个工艺保持连续稳定，保证工艺的高效运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的焦化废水耦合处理的工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的一种无限循环流接触反应器的结构示意图。

附图标记说明：1-提升式搅拌机、2-出水管、3-放空管、4-中心筒快速反应腔、5-污泥浓缩管、6-反冲洗气管、7-反冲洗水管、8-底部污泥回流管、9-上部污泥回流管、10-进水管、11-碟式导流板、12-锥形接触反应腔、13-第一闸阀、14-第二闸阀、15-第三闸阀、16-第四闸阀、17-第五闸阀、18-第六闸阀、19-第七闸阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种焦化废水耦合处理系统，包括沿焦化废水流通方向依次连通的多级生化单元、接触反应单元、混凝单元以及沉淀分离单元，所述接触反应单元通过介质回流管道与所述多级生化单元连接，所述沉淀分离单元通过污泥回流管道与所述混凝单元连接。预处理后的焦化酚氰废水首先进入多级生化单元，以废水中有机物作为反硝化碳源和能源，同时补充外加碳源，达到去除有机物，降低氨氮和总氮的目的，生物污泥混合液进入沉淀分离池进行固液分离，出水进入后续接触反应单元。在接触反应单元内，焦化废水与投加介质充分混合、部分介质回流进入多级生化单元，对生化单元处理能力进行强化，部分剩余介质浓缩形成污泥，出水进入混凝单元。在混凝单元中，通过投加混凝剂，如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)，以及助凝剂，如阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)，将前端过流介质与焦化废水中的污染物质与其混合，形成矾花，进入沉淀分离单元。在沉淀分离单元中，部分污泥回流进入混凝单元，延长介质及药剂的停留时间，出水达标排放或深度处理后回用。

本发明实施例将生化处理工艺与物化处理工艺耦合，前端多级生化处理工艺将焦化废水中污染物质进行高效去除；后端物化处理工艺结合吸附、絮凝等方法，并将介质回流入生化处理系统，对其进行进一步强化。设置两级回流：介质回流，将接触反应单元的介质回流进入多级生化单元，延长回流介质停留时间的同时，充分发挥回流介质的载体功能，使固定后的微生物易于将介质内部难以降解的物质逐渐降解而实现生物再生；污泥回流，将沉淀分离单元的污泥回流进入混凝单元，强化混凝沉淀效果，提高对焦化废水中难降解物质的去除效率。

优选地，本实施例的焦化废水耦合处理系统还包括污泥浓缩单元，所述接触反应单元和所述沉淀分离单元的浓缩污泥出口均与所述污泥浓缩单元连接。无限循环流接触反应单元与沉淀分离单元定期排泥进入污泥浓缩单元，保证吸附饱和的介质能够及时排出系统外，完成整个系统的新陈代谢。

所述多级生化单元、混凝单元以及沉淀分离单元均可以采用常规装置，其中多级生化单元可以包括反硝化池、硝化池、高负荷污泥富集池、预缺氧缓冲池、深度脱氮池、深度除碳池、沉淀分离池等。本优选实施例中，所述接触反应单元包括无限循环流接触反应器，所述无限循环流接触反应器包括锥形接触反应腔12、进水管10和出水管2，所述锥形接触反应腔12内设有中心筒快速反应腔4，所述进水管10一端与多级生化单元连接，另一端与所述中心筒快速反应腔4连接，所述出水管2的一端与所述锥形接触反应腔12连接，另一端与所述混凝单元连接，所述中心筒快速反应腔4内设有提升式搅拌机1，通过提升式搅拌机1实现废水在锥形接触反应腔12与中心筒快速反应腔4中循环。

无限循环流接触反应器运行时，介质与原水一起通过进水管10进入中心筒快速反应腔4内，打开提升式搅拌机1，原水与介质一起获得较大的上升流速。一定时间后，原水与介质翻越中心筒快速反应腔4，进入锥形接触反应腔12；与此同时，中心筒快速反应腔4底部产生负压，锥形接触反应腔12内的混合液吸入中心筒快速反应腔4内，形成快速反应区，形成介质与原水的循环流动与充分混合。通过提升式搅拌机1，增大了中心筒快速反应腔4内的流速，实现了锥形接触反应腔12与中心筒快速反应腔4内原水与介质的无限循环，延长了介质在原水中的停留时间，提高反应效率。

本发明实施例将无限循环流接触反应器与生物固定化技术相结合，在延长介质停留时间的同时，进一步释放多级生化单元降解原水中污染物质的能力；且通过提升介质水力停留时间与加强固液混合强度，提高吸附效率；无限循环流接触反应器可实现对介质的浓缩而回流，有效避免药剂对生化单元中微生物的影响，更充分发挥介质的载体功能，使固定后的微生物易于将介质内部难以降解的物质逐渐降解而实现生物再生。

细化上述实施例，所述锥形接触反应腔12包括圆筒部以及与圆筒部底部连接的圆锥部，圆筒部的顶部开口，所述中心筒快速反应腔4呈圆筒状，所述中心筒快速反应腔4位于所述锥形接触反应腔12的中心，所述中心筒快速反应腔4的底部位于所述圆锥部内且与所述圆锥部的内壁具有一定间隔，方便锥形接触反应腔12内的混合液进入中心筒快速反应腔4内。优选地，所述中心筒快速反应腔4的下方具有碟式导流板11，所述碟式导流板11固定在所述圆锥部的内壁上，具体地，所述碟式导流板11呈圆环状且由四周至中心逐渐向下倾斜设置。通过碟式导流板11，更加方便锥形接触反应腔12内的混合液吸入中心筒快速反应腔4内。

进一步地，所述锥形接触反应腔12的底部连接有污泥浓缩管5，所述污泥浓缩管5与所述污泥浓缩单元连接，所述污泥浓缩管5上设有第一闸阀13，便于排出浓缩的污泥。当原水中的介质吸附完全后，打开污泥浓缩管5，将吸附饱和的介质及时排出，保证无限循环流接触反应器的稳定正常运行。

优化上述实施例，该无限循环流接触反应器还包括与所述圆锥部的上部连接的上部污泥回流管9以及与所述圆锥部的底部连接的底部污泥回流管8，所述上部污泥回流管9和底部污泥回流管8即为上述的介质回流管，所述上部污泥回流管9上设有第二闸阀14，所述上部污泥回流管9的末端与所述底部污泥回流管8连接，所述底部污泥回流管8连接于所述上部污泥回流管9和所述圆锥部底部之间的部分设有第三闸阀15，所述底部污泥回流管8的尾部设有第四闸阀16。本实施例中，所述底部污泥回流管8通过所述污泥浓缩管5与所述圆锥部的底部连接。无限循环流接触反应器运行时，当原水中介质较轻时，打开上部污泥回流管9；当原水中介质较重时，打开底部污泥回流管8，将介质回流进多级生化单元，在延长介质停留时间的同时，介质也可作为多级生化单元的载体。通过上部污泥回流管9与底部污泥回流管8，将不同比重的介质回流至多级生化单元，满足多级生化单元对于不同种类回流介质的需求。

无限循环流接触反应器需要定期进行反冲洗，以确保各通道能够正常排泥。进一步优化地，本实施例的无限循环流接触反应器还包括反冲洗水管7，所述反冲洗水管7与所述底部污泥回流管8位于所述第四闸阀16和所述上部污泥回流管9之间的部分连接，所述反冲洗水管7上设有第五闸阀17。本实施例的无限循环流接触反应器还包括反冲洗气管6，所述反冲洗气管6与所述底部污泥回流管8位于所述第四闸阀16和所述上部污泥回流管9之间的部分连接，所述反冲洗气管6上设有第六闸阀18。本实施例的无限循环流接触反应器也同时包括反冲洗气管6和反冲洗水管7，可根据实际情况选择不同的反冲洗方式，在其他实施例中，也可以只选用其中一种反冲洗方式。通过反冲洗气管6与反冲洗水管7，定期对污泥回流及排放管进行冲洗，避免无限循环流接触反应器使用过程中导致的泥管堵塞。进一步地，还包括放空管3，所述放空管3与所述圆锥部连接，所述放空管3上设有第七闸阀19。反冲洗的污泥通过放空管3排出反应器外。

下面结合图2对本实施例的无限循环流接触反应器的工作方式进行说明。

当无限循环流接触反应器正常运行时，提升式搅拌机1开启，第五闸阀17、第六闸阀18、第一闸阀13、第七闸阀19关闭；第四闸阀16开启；第二闸阀14、第三闸阀15根据介质比重与前端反应器的需求开启。原水及介质重力自进水管10进入中心筒快速反应腔4，通过提升式搅拌机1加速混合提升至锥形接触反应腔12；与此同时，中心筒快速反应腔4由于上部流速提升，底部形成负压，将锥形接触反应腔12内原水及介质吸入中心筒快速反应腔4内，形成快速接触混合反应区。通过原水与介质在锥形接触反应腔12与中心筒快速反应腔4之间的无限循环，延长了介质在反应器内的停留时间，提升了介质在原水中的吸附效率，降低了介质的投加成本。

当无限循环流接触反应器正常运行时，部分介质可以分别通过上部污泥回流管9、底部污泥回流管8回流至前端；延长介质在整个反应系统中的停留时间，也可以作为载体满足前端工艺的使用需求。

当无限循环流接触反应器排泥时，第一闸阀13开启，吸附饱和的介质形成的污泥，通过污泥浓缩管5排至反应器外，以确保无限循环流接触反应器的稳定正常运行。

当无限循环流接触反应器反冲洗时，第一闸阀13、第二闸阀14、第四闸阀16关闭，第三闸阀15、第七闸阀19开启，第五闸阀17或第六闸阀18根据实际需要开启，通过高压水柱或气柱对反应器的各个通道进行疏通，以确保无限循环流接触反应器的稳定正常运行。

本实施例的所述沉淀分离单元通过污泥回流管道与所述混凝单元连接，污泥回流管道的设置方式与介质回流管道是类似的，因此不再赘述。

另一方面，本发明还提供一种焦化废水耦合处理方法，可以采用上述的焦化废水耦合处理系统，该方法包括以下步骤：

(1)经过预处理的焦化废水进入多级生化单元，以废水中有机物作为反硝化碳源和能源，同时外加补充碳源，去除有机物并降低氨氮和总氮；生物污泥混合液进入沉淀分离池进行固液分离，出水进入接触反应单元；

(2)在接触反应单元内，焦化废水与投加介质充分混合，部分介质回流进入多级生化单元，部分剩余介质形成浓缩污泥，出水进入混凝单元；

(3)在混凝单元中，通过投加混凝剂与助凝剂，絮凝剂如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)，助凝剂，如阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)，将前端过流介质与焦化废水中的污染物质与其混合，形成矾花，进入沉淀分离单元；

(4)在沉淀分离单元中，部分污泥回流进入混凝单元，部分剩余污泥形成浓缩污泥，出水达标排放或深度处理后回用。

优选地，该方法还包括：接触反应单元和沉淀分离单元进行定期排泥，浓缩污泥进入污泥浓缩单元。

优选地，该方法还包括：在接触反应单元内，采用无限循环流接触反应器提升介质水力停留时间并加强固液混合强度，从而提高吸附效率。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焦化废水耦合处理系统，其特征在于：包括沿焦化废水流通方向依次连通的多级生化单元、接触反应单元、混凝单元以及沉淀分离单元，所述接触反应单元通过介质回流管道与所述多级生化单元连接，所述沉淀分离单元通过污泥回流管道与所述混凝单元连接；所述接触反应单元包括无限循环流接触反应器，所述无限循环流接触反应器包括锥形接触反应腔、进水管和出水管，所述锥形接触反应腔内设有中心筒快速反应腔，所述中心筒快速反应腔内设有提升式搅拌机，通过提升式搅拌机实现废水在锥形接触反应腔与中心筒快速反应腔中循环，所述锥形接触反应腔的底部连接有污泥浓缩管，所述污泥浓缩管上设有第一闸阀；所述锥形接触反应腔包括圆筒部以及与圆筒部底部连接的圆锥部，还包括与所述圆锥部的上部连接的上部污泥回流管以及与所述圆锥部的底部连接的底部污泥回流管。

2.如权利要求1所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：还包括污泥浓缩单元，所述接触反应单元和所述沉淀分离单元的浓缩污泥出口均与所述污泥浓缩单元连接。

3.如权利要求1所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：所述进水管的一端与多级生化单元连接，另一端与所述中心筒快速反应腔连接，所述出水管的一端与所述锥形接触反应腔连接，另一端与所述混凝单元连接。

4.如权利要求3所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：所述中心筒快速反应腔呈圆筒状，所述中心筒快速反应腔位于所述锥形接触反应腔的中心，所述中心筒快速反应腔的底部位于所述圆锥部内且与所述圆锥部的内壁具有一定间隔。

5.如权利要求4所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：所述中心筒快速反应腔的下方具有碟式导流板，所述碟式导流板固定在所述圆锥部的内壁上，所述碟式导流板呈圆环状且由四周至中心逐渐向下倾斜设置。

6.如权利要求3所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：所述上部污泥回流管上设有第二闸阀，所述上部污泥回流管的末端与所述底部污泥回流管连接，所述底部污泥回流管连接于所述上部污泥回流管和所述圆锥部底部之间的部分设有第三闸阀，所述底部污泥回流管的尾部设有第四闸阀。

7.如权利要求6所述的焦化废水耦合处理系统，其特征在于：还包括反冲洗水管和反冲洗气管，所述反冲洗水管和所述反冲洗气管均与所述底部污泥回流管位于所述第四闸阀和所述上部污泥回流管之间的部分连接，所述反冲洗水管上设有第五闸阀，所述反冲洗气管上设有第六闸阀；还包括放空管，所述放空管与所述圆锥部连接，所述放空管上设有第七闸阀。

8.一种如权利要求1-7任一项所述处理系统的焦化废水耦合处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)经过预处理的焦化废水进入多级生化单元，以废水中有机物作为反硝化碳源和能源，同时外加补充碳源，去除有机物并降低氨氮和总氮；生物污泥混合液进入沉淀分离池进行固液分离，出水进入接触反应单元；

(2)在接触反应单元内，焦化废水与投加介质充分混合，部分介质回流进入多级生化单元，部分剩余介质形成浓缩污泥，出水进入混凝单元；

(3)在混凝单元中，通过投加混凝剂与助凝剂，将前端过流介质与焦化废水中的污染物质与其混合，形成矾花，进入沉淀分离单元；

(4)在沉淀分离单元中，部分污泥回流进入混凝单元，部分剩余污泥形成浓缩污泥，出水达标排放或深度处理后回用。

9.如权利要求8所述的焦化废水耦合处理方法，其特征在于，还包括：

接触反应单元和沉淀分离单元进行定期排泥，浓缩污泥进入污泥浓缩单元。

10.如权利要求8所述的焦化废水耦合处理方法，其特征在于，还包括：

在接触反应单元内，采用无限循环流接触反应器提升介质水力停留时间并加强固液混合强度。

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