CN113582335A - 一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法，本发明涉及一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法。本发明的目的是为了解决目前的煤热解废水中硝态氮的去除率较低的问题，本发明装置包括第一支撑板、第二支撑板和反应槽，反应槽中投加铁硫复合填料。方法：一、装置安装；二、污泥驯化；三、进水运行。经过本发明改进的缺氧池处理后，废水的COD去除率可达到85～87％，挥发酚的去除率为93～97％，总氮的去除率为85～90％。本发明应用于水处理领域。

Description

一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法。
背景技术
煤炭深加工是以煤为主要原料，通过化学加工生产清洁燃料和化工原料的过程，包括煤制气、煤制油、煤制化工产品、低阶煤分质利用等新型煤化工技术，能够促进煤炭清洁化、低碳化利用。我国的低阶煤储量大，低阶煤中挥发分含量高、反应活性高、热值低，对其分级分质利用，生产电力、油品、天然气、化学品和热能，能够实现对低阶煤的最大化利用。低阶煤分质利用技术的核心是在煤炭热解、气化等耦合过程中对产品的精细化、充分化利用，丰富了对煤炭的利用途径，有着较为广阔的应用前景。然而，低阶煤热解分质利用由于热解温度低，废水中污染物质浓度更高，可生化性更低，处理难度更大。因此，对煤热解废水的处理通常需要联合生物、化学等多种处理工艺。煤热解废水中的氮元素来源于原煤热解或者气化过程中产生的氨，煤热解废水原水中的氨氮浓度较高，经过生物预处理后，废水中的氨氮转变为硝态氮，水体中较高浓度的硝态氮会使水体富营养化，使水生植物疯狂生长，水体中溶解氧浓度降低，破坏水体生态环境。
污水中的硝态氮通常采用生物反硝化的方法去除，传统的生物反硝化需要连续投加甲醇、乙酸钠等碳源，增加运行与管理成本，目前的煤热解废水中硝态氮的去除率较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的煤热解废水中硝态氮的去除率较低的问题，提供一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法。
本发明一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，包括第一支撑板、第二支撑板和反应槽，第一支撑板和第二支撑板为相对设置；反应槽包括左板、右板、前板、后板和下板，其中反应槽的左板和右板为不锈钢板，反应槽的前板、后板和下板为不锈钢网，左板和右板分别和第二支撑板、第一支撑板固定连接。
本发明一种提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，按以下步骤进行：
一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池；缺氧池中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板和第二支撑板分别搭在缺氧池的上沿，并固定连接；
二、污泥驯化：利用缺氧池中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，排出处理后的废水，缺氧池内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L。
煤热解废水经过厌氧处理和生物增浓处理后，废水中的氨氮转变为硝态氮，有机物的浓度降低，致使传统反硝化工艺效率低。本发明中一种铁硫耦合材料提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，能够原位改造缺氧池，在池中有机物电子供体不足的情况下向缺氧池中引入Fe2+和硫单子供体，硝酸盐还原二价铁氧化菌可以将氧化Fe2+得到的电子，通过泛醌传递至膜硝酸盐还原酶将硝态氮还原为氮气，并且Fe2+可以影响氧化氮还原酶基因和氧化亚氮还原酶基因的表达，促进氧化亚氮向氮气的还原过程，见反应式(1)。硫细菌可以通过氧化硫单质得到电子，将硝态氮还原为氮气，见反应式(2)。单独的铁自养型反硝化会使废水的pH升高，一方面降低了反硝化反应的速率，另一方面使生成的Fe3+容易沉积在填料表面，将铁填料与硫填料混合使用，硫细菌利用单质硫还原硝态氮的过程会生成H+，生成的H+能够缓冲废水的pH，使废水的pH保持在适宜的范围内，有利于缺氧池的脱氮效果。并且Fe2+在废水中的氧化还原作用能够促进废水中酚类物质的降解，从而促进煤热解废水中难降解有机物的去除。
Figure BDA0003216021650000021
Figure BDA0003216021650000022
本发明的优点：
本发明提出一种针对硝态氮去除率较低的煤热解废水处理站的污水处理设施进行原位改造的装置及其运行方法，通过向废水中投加额外的电子供体从而强化了煤热解废水中的硝态氮的去除效果。经过厌氧生物处理、生物增浓好氧处理的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0，经过本发明改进的缺氧池处理后，废水的COD去除率可达到85～87％，挥发酚的去除率为93～97％，总氮的去除率为85～90％。
附图说明
图1为本发明提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置的示意图；
图2为反应槽未加填料的纵切图；
图3为反应槽未加填料的横切图；
图4为反应槽投加填料后的纵切图；
图5为反应槽投加填料后的横切图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，包括第一支撑板1、第二支撑板2和反应槽，第一支撑板1和第二支撑板2为相对设置；反应槽包括左板3、右板6、前板5、后板4和下板7，其中反应槽的左板3和右板6为不锈钢板，反应槽的前板5、后板4和下板为不锈钢网，左板3和右板6分别和第二支撑板2、第一支撑板1固定连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：不锈钢网的孔径为3mm。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：向反应槽中投加铁硫复合填料。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：铁硫复合填料的添加方式为：在反应槽内从上到下逐层交替投加硫填料和铁填料，反应槽内铁填料和硫填料的质量比为8:5～2:1。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：铁硫复合填料的添加方式为：将铁填料和硫填料按质量比8:5～2:1的比例混合，然后投加到反应槽中。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：铁填料为粒径5±1mm的铁屑，硫填料为粒径为5±1mm的硫单质。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式一种提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，按以下步骤进行：一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池；缺氧池中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板和第二支撑板分别搭在缺氧池的上沿，并固定连接；
二、污泥驯化：利用缺氧池中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，排出处理后的废水，缺氧池内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤一中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置根据缺氧池9中Fe2+浓度确定安装数量，保证缺氧池9中的Fe2 +浓度为1～2mg/L。其他与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：步骤二预处理后煤热解废水是指依次经过厌氧生物处理、生物增浓好氧处理的煤热解废水。其他与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是：步骤二中的所述的总氮为硝态氮、亚硝态氮和氨氮的浓度之和。其他与具体实施方式七至九之一相同。
为验证本发明的有益效果进行了以下实验：
实施例1、
本实施例一种铁硫耦合材料提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，按以下步骤进行：
一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池9；缺氧池9中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板1和第二支撑板2分别搭在缺氧池9的上沿，并固定连接；
其中固定方式为焊接，连接强度需保证反应主体区位于池内固定不摇晃，能承受0.8m/s的水速冲击。
二、污泥驯化：利用缺氧池9中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池9中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后煤热解废水是指依次经过厌氧生物处理、生物增浓池处理的煤热解废水；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；
污泥驯化过程中开启潜水搅拌器与回流装置以保持缺氧池的缺氧状态与良好的水流状态。潜水搅拌器开启，使池内污泥与废水保持一定程度的混合；回流装置开启，使池内泥水混合液能够回流至进水端，从而使池内液面保持一致；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池9中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，处理后经缺氧池的沉淀池分离，排出处理后的废水，缺氧池9内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池9内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置如图1所示，包括第一支撑板1、第二支撑板2和反应槽，第一支撑板1和第二支撑板2为相对设置；反应槽由左板3、右板6、前板5、后板4和下板7组成，其中反应槽的左板3和右板6为孔径为3mm的不锈钢板，反应槽的前板5、后板4和下板为不锈钢网，左板3和右板6分别和第二支撑板2、第一支撑板1固定连接。反应槽中投加铁硫复合填料，铁填料为粒径5±1mm的铁屑，硫填料为粒径为5±1mm的硫单质。铁填料和硫填料的质量比2:1；投加方式为：在反应槽内从上到下逐层交替投加硫填料和铁填料。原位装置根据缺氧池9中Fe2+浓度确定安装数量，保证缺氧池9中的Fe2+浓度为1～2mg/L。原位装置的纵切面如图2所示，其中8为硫填料、10为铁填料，横切面如图3所示，铁填料为粒径5±1mm的铁屑，硫填料为粒径为5±1mm的硫单质。图4为投加填料后的原位装置的纵切面，图5为横切面。
对出水进行测定，COD去除率可达到84～88％，硝态氮去除率为93～96％，TN去除率为80～85/％以上，出水的pH为6.5～7.5。
实施例2、
本实施例一种铁硫耦合材料提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，按以下步骤进行：
一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池9；缺氧池9中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板1和第二支撑板2分别搭在缺氧池9的上沿，并固定连接；
其中固定方式为焊接，连接强度需保证反应主体区位于池内固定不摇晃，能承受0.8m/s的水速冲击。
二、污泥驯化：利用缺氧池9中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池9中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后煤热解废水是指依次经过厌氧生物处理、生物增浓池处理的煤热解废水；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；污泥驯化过程中开启潜水搅拌器与回流装置以保持缺氧池的缺氧状态与良好的水流状态。潜水搅拌器开启，使池内污泥与废水保持一定程度的混合；回流装置开启，使池内泥水混合液能够回流至进水端，从而使池内液面保持一致；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池9中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，处理后经缺氧池的沉淀池分离，排出处理后的废水，缺氧池9内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池9内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置如图1所示，包括第一支撑板1、第二支撑板2和反应槽，第一支撑板1和第二支撑板2为相对设置；反应槽由左板3、右板6、前板5、后板4和下板7组成，其中反应槽的左板3和右板6为不锈钢板，反应槽的前板5、后板4和下板7为孔径为3mm的不锈钢网，左板3和右板6分别和第二支撑板2、第一支撑板1固定连接。反应槽中投加铁硫复合填料，铁填料为粒径5±1mm的铁屑，硫填料为粒径为5±1mm的硫单质。投加方式为：将铁填料和硫填料按质量比2:1的比例混合，然后投加到反应槽中。原位装置根据缺氧池中Fe2+浓度确定安装数量，保证缺氧池中的Fe2+浓度为1～2mg/L。
对出水进行测定，COD去除率可达到85～87％，硝态氮去除率为93～95％，TN去除率为80～83％以上，出水的pH为6.5～7.5。
对比实施例1、
本实施例采用常规方法处理经厌氧生物处理、生物增浓好氧处理的煤热解废水，处理方法为煤热解废水直接进入缺氧池处理，对处理后的出水进行测定，COD去除率为65～70％，硝态氮去除率为85～88％，TN去除率为45～55％，出水的pH为7.5～8.2。
对比实施例2、
本实施例一种铁硫耦合材料提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，按以下步骤进行：
一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池9；缺氧池9中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板1和第二支撑板2分别搭在缺氧池9的上沿，并固定连接；
其中固定方式为焊接，连接强度需保证反应主体区位于池内固定不摇晃，能承受0.8m/s的水速冲击。
二、污泥驯化：利用缺氧池9中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池9中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后煤热解废水是指依次经过厌氧生物处理、生物增浓池处理的煤热解废水；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；
污泥驯化过程中开启潜水搅拌器与回流装置以保持缺氧池的缺氧状态与良好的水流状态。潜水搅拌器开启，使池内污泥与废水保持一定程度的混合；回流装置开启，使池内泥水混合液能够回流至进水端，从而使池内液面保持一致；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池9中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，处理后经缺氧池的沉淀池分离，排出处理后的废水，缺氧池9内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池9内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置如图1所示，包括第一支撑板1、第二支撑板2和反应槽，第一支撑板1和第二支撑板2为相对设置；反应槽由左板3、右板6、前板5、后板4和下板7组成，其中反应槽的左板3和右板6为孔径为3mm的不锈钢板，反应槽的前板5、后板4和下板为不锈钢网，左板3和右板6分别和第二支撑板2、第一支撑板1固定连接。反应槽中投加铁填料，铁填料为粒径5±1mm的铁屑。原位装置根据缺氧池中Fe2+浓度确定安装数量，保证缺氧池中的Fe2+浓度为1～2mg/L。
对出水进行测定，COD去除率为78～80％，硝态氮去除率为90～92％，TN去除率为70～75％，出水的pH为8.2～8.5。
由实施例和对比实施例1对比可知，一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置及其方法能够显著提高煤热解废水中总氮的去除效果，总氮去除率由约50％提高为80％以上，废水中氮元素的削减为后续处理单元减轻了负担，COD的去除率由约67％提高为83％，说明废水中的难降解有机物得到了有效的利用；由对比实施例2对比可知相较于单独的零价铁屑填料，铁硫复合填料能够通过两者的复合反应降低废水的pH，废水的pH可由8.0降低为7.0，较低的pH能够促进反硝化的过程，从而促进了煤热解废水中总氮的去除效果。

Claims (10)

1.一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于该装置包括第一支撑板(1)、第二支撑板(2)和反应槽，第一支撑板(1)和第二支撑板(2)为相对设置；反应槽包括左板(3)、右板(6)、前板(5)、后板(4)和下板(7)，其中反应槽的左板(3)和右板(6)为不锈钢板，反应槽的前板(5)、后板(4)和下板(7)为不锈钢网，左板(3)和右板(6)分别和第二支撑板(2)、第一支撑板(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于不锈钢网的孔径为3mm。
3.根据权利要求1所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于向反应槽中投加铁硫复合填料。
4.根据权利要求3所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于铁硫复合填料的添加方式为：在反应槽内从上到下逐层交替投加硫填料和铁填料，反应槽内铁填料和硫填料的质量比为8:5～2:1。
5.根据权利要求3所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于铁硫复合填料的添加方式为：将铁填料和硫填料按质量比8:5～2:1的比例混合，然后投加到反应槽中。
6.根据权利要求4或5所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置，其特征在于铁填料为粒径5±1mm的铁屑，硫填料为粒径为5±1mm的硫单质。
7.利用如权利要求1所述的装置提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、安装装置：将提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置安装于废水处理站的缺氧池(9)；缺氧池(9)中污泥浓度为4000～5000mg/L；其中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置中的第一支撑板(1)和第二支撑板(2)分别搭在缺氧池(9)的上沿，并固定连接；
二、污泥驯化：利用缺氧池(9)中的污泥进行活性污泥的驯化，向缺氧池(9)中通入预处理后的煤热解废水，然后关闭进水阀门与出水阀门，水温控制为25～30℃，废水循环48h后排出，即完成一次驯化循环，重复驯化循环至总氮的去除率>60％；预处理后的煤热解废水COD为350～400mg/L，挥发酚为70～80mg/L，硝态氮为90～95mg/L，pH值为7.5～8.0；
三、进水运行：污泥驯化完成后向缺氧池(9)中连续通入预处理后的煤热解废水进行反应处理，排出处理后的废水，缺氧池(9)内的污泥回流，即完成利用提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置处理煤热解废水的方法；其中水力停留时间为24h，缺氧池(9)内废水的平均流速为0.4m/s，污泥浓度保持在4000～5000mg/L。
8.根据权利要求7所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，其特征在于步骤一中提高煤热解废水硝态氮去除率的原位装置根据缺氧池(9)中Fe2+浓度确定安装数量，保证缺氧池(9)中的Fe2+浓度为1～2mg/L。
9.根据权利要求7所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，其特征在于步骤二预处理后煤热解废水是指依次经过厌氧生物处理、生物增浓好氧处理的煤热解废水。
10.根据权利要求7所述的一种提高煤热解废水硝态氮去除率的方法，其特征在于步骤二中的所述的总氮为硝态氮、亚硝态氮和氨氮的浓度之和。
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