CN113735386A - 一种焦化废水生物电化学强化处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦化废水生物电化学强化处理系统及方法。所述系统包括预处理单元生化处理单元和深度处理单元，预处理单元包括事故池、隔油池、调节池，生化处理单元包括缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，深度处理单元包括絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池；事故池、隔油池、调节池、缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池、絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池依次连通。本发明采用生物电化学处理强化方式，可显著提升污染物去除效率，尤其是对难降解有机物的去除效率，同时各处理单元布置紧凑，设置合理灵活。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种焦化废水生物电化学强化处理系统及方法。
背景技术
焦化废水是煤高温干馏、煤气净化、副产品回收与精制过程中产生的工业有机废水，其化学成分极其复杂，含有石油类、挥发酚、氨氮、硫化物、氰化物、硫氰化物、多环芳烃和杂环化合物等。焦化废水中所含的高浓度氨氮物质，微量高毒性的CN-、SCN-以及焦油类、萘等，均对微生物有抑制作用，属于典型的生物难降解有机废水。因此，应尽可能强化焦化废水生化处理单元，提高难降解有机物去除效率，保障出水水质。
发明内容
鉴于目前焦化废水处理技术的缺点，本发明的目的在于提供一种焦化废水生物电化学强化处理系统及方法，用于解决现有技术中焦化废水有机物浓度高、可生化性低、难处理等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种焦化废水生物电化学强化处理系统，包括预处理单元、生化处理单元和深度处理单元，所述预处理单元包括事故池、隔油池、调节池，所述生化处理单元包括缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，所述深度处理单元包括絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池；所述事故池、隔油池、调节池、缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池、絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池依次连通。
进一步，所述隔油池用于进行油水分离，去除废水中的石油类和部分悬浮物。
进一步，所述隔油池的进出水方式采用下进上出。
进一步，所述调节池用于调节水量、控制负荷。
进一步，所述缺氧池用于去除部分难降解有机物，降低废水有机负荷，避免因水质、水量等波动对生化处理单元产生较大的冲击，并通过反硝化反应脱氮。
进一步，所述缺氧池内设有搅拌机，所述搅拌机为双曲面立式搅拌机。搅拌机可使废水及污泥在池中分布均匀，防止发生污泥沉积现象。
进一步，所述生物电化学处理池用于强化整体生化处理单元，提高难降解有机物的去除效率，改善焦化废水的可生化性。
进一步，所述生物电化学强化处理单元，设有至少一对阴极室和阳极室，阴极室和阳极室通过导线与外加电源相连接，所述生物电化学强化处理单元还接种有活性污泥，可吸附在阴极和阳极表面。
可选地，所述阴极室和阳极室由碳棒、碳毡、碳纤维刷、不锈钢网中的一种或多种制成。
进一步，所述好氧池用于去除废水中的有机物，同时通过硝化反应将焦化废水中的氨氮转化为硝态氮，即去除氨氮生成硝态氮。
进一步，所述好氧池设置有可将硝化液回流至缺氧池的硝化液回流管路。
进一步，所述一沉池用于对好氧池出水进行泥水分离。
进一步，所述一沉池采用辐流式沉淀池。
进一步，所述一沉池设置有可将污泥回流至缺氧池的污泥回流管路，部分污泥通过污泥回流管路回流至缺氧池。
进一步，所述絮凝反应沉淀池用于对废水进行絮凝处理，以去除废水中大分子难降解有机物。
进一步，所述二沉池用于对絮凝反应沉淀池出水进行泥水分离，所述二沉池的出水流入清水池中。
进一步，所述二沉池采用辐流式沉淀池。
进一步，所述清水池用于储存二沉池出水。二沉池出水可用于回用，如消泡水、冲渣水。
本发明另一方面提供一种焦化废水生物电化学强化处理方法，采用如上所述的系统，所述方法包括以下步骤：
(1)预处理：正常情况下，焦化废水进入隔油池进行油水分离，去除废水中的石油类和部分悬浮物，接着进入调节池，调节水量、控制负荷；
(2)生化处理：经预处理后的废水，依次经过缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，废水先在缺氧池通过微生物代谢，以有机物作为碳源，去除部分难降解有机物，并在缺氧条件下通过反硝化反应脱氮；然后在生物电化学处理池中通过生物电化学处理进一步去除难降解有机物，并改善焦化废水的可生化性；接着在好氧池中通过微生物代谢，以有机物作为碳源，进一步去除废水中的有机物，同时通过硝化反应去除氨氮，生成硝态氮。
(3)深度处理：经生化处理后的废水先进入絮凝反应沉淀池，投加絮凝剂，进行反应，以去除大分子难降解有机物，接着流入二沉池进行沉淀分离，最终反应出水进入清水池，储存回用；
事故时，焦化废水先进入事故池进行储存，待恢复正常运行后再进入隔油池，按照上述步骤进行生物电化学强化处理。
进一步，步骤(1)中，可通过堰板安装高度、阀门开闭程度来调节水量，控制负荷。
进一步，步骤(2)中，硝化液经硝化液回流管路回流至缺氧池，硝化液回流比为200～300％。
进一步，步骤(2)中，部分污泥通过污泥回流管路回流至缺氧池，污泥回流比为80～100％。
进一步，步骤(2)中，废水在缺氧池中的水力停留时间为30～50h。
进一步，步骤(2)中，废水在好氧池中的水力停留时间为100～110h。
进一步，步骤(2)中，向缺氧池内投加磷酸盐补充微生物所需磷元素，投加有机碳源补充微生物所需有机物；可选地，所述磷酸盐选自KH2PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4中的至少一种，所述有机碳源选自葡萄糖、乙酸钠、淀粉、畜禽粪便中的至少一种。
进一步，步骤(2)中，通过搅拌的方式使废水及污泥在缺氧池中均匀分布，防止发生污泥沉积现象。
进一步，步骤(2)中，所述生物电化学处理池中，利用市政污水处理厂活性污泥或焦化废水处理厂活性污泥进行接种，采用焦化废水与生活污水混合液进行驯化，驯化过程中不断增加焦化废水占混合液的比例，驯化完成后全部采用焦化废水。
进一步，步骤(2)中，所述生物电化学处理池的外加电压为0.1～5V，溶解氧浓度为0.1～10mg/L，pH为6～9。
进一步，步骤(3)中，废水与絮凝剂的反应时间为10～15min。
进一步，步骤(3)中，所述絮凝剂包括聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺；优选地，所述聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的投加量分别为100～500mg/L和5～50mg/L。
如上所述，本发明的一种焦化废水生物电化学强化处理系统及方法，具有以下有益效果：
本发明的焦化废水生物电化学强化处理系统包括预处理单元、生化处理单元和深度处理单元，其中生化处理单元采用生物电化学强化处理，可显著提升污染物去除效率，尤其是对难降解有机物的去除效率，同时各处理单元布置紧凑，设置合理灵活。
附图说明
图1为本发明的焦化废水生物电化学强化处理系统的示意图。
图2为本发明的焦化废水生物电化学强化处理系统中生物电化学处理单元的基本构造及原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种焦化废水生物电化学强化处理系统，包括预处理单元、生化处理单元和深度处理单元，其中预处理单元包括依次连通的事故池、隔油池、调节池，其中事故池仅在发生事故时使用，正常情况下废水直接进入隔油池。一般情况下，如焦炉出现故障、蒸氨脱硫等出现故障或检修时，需要使用事故池临时储存焦化废水，待恢复正常运行后再进入隔油池。生化处理单元包括依次连通的缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，深度处理单元包括依次连通的絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池；事故池、隔油池、调节池、缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池、絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池依次连通。
上述焦化废水生物电化学强化处理系统中的所有构筑物具体如下：
隔油池，用于进行油水分离，以去除废水中的石油类和部分悬浮物；隔油池的进出水方式采用下进上出。
调节池，用于调节水量、控制负荷。
缺氧池，用于去除部分难降解有机物，降低废水有机负荷，避免因水质、水量等波动对生化处理单元产生较大的冲击，并通过反硝化反应脱氮。具体的，经过预处理单元的焦化废水首先进入缺氧池，并分别接收好氧池、一沉池回流的硝化液和污泥，水力停留时间为30～50h，在缺氧的条件下实现反硝化脱氮的功能，同时还可降解部分难降解有机物，降低废水有机负荷，避免因水质、水量等波动对生化处理单元产生较大的冲击。池内投加磷酸盐(如KH2PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、K2HPO4等)补充微生物所需磷元素，并投加有机碳源(如葡萄糖、乙酸钠、淀粉、畜禽粪便等)补充微生物所需有机物。另外，缺氧池内还设有搅拌机，搅拌机优选为双曲面立式搅拌机；搅拌机可使废水及污泥在池中分布均匀，防止发生污泥沉积现象。
生物电化学处理池，用于强化整体生化处理单元，提高难降解有机物的去除效率，改善焦化废水的可生化性。结合图2所示，生物电化学强化处理单元设有至少一对阴极室和阳极室，阴极室和阳极室通过导线与外加电源相连接；阴极室和阳极室可由碳棒、碳毡、碳纤维刷、不锈钢网中的一种或多种制成。生物电化学强化处理单元还接种有活性污泥，可吸附在阴极和阳极表面，接种方式为：利用市政污水处理厂活性污泥或焦化废水处理厂活性污泥进行接种，采用焦化废水与生活污水混合液对活性污泥进行驯化，驯化过程中不断增加焦化废水占混合液的比例，驯化完成后全部采用焦化废水。
好氧池，用于去除废水中的有机物，同时通过硝化反应将焦化废水中的氨氮转化为硝态氮，即去除氨氮生成硝态氮。好氧池设置有可将硝化液回流至缺氧池的硝化液回流管路；好氧池连接有曝气系统。
一沉池，用于对好氧池出水进行泥水分离。一沉池可采用辐流式沉淀池。另外，一沉池设置有可将污泥回流至缺氧池的污泥回流管路，部分污泥通过污泥回流管路回流至缺氧池。
絮凝反应沉淀池，用于对废水进行絮凝处理，以去除废水中大分子难降解有机物。
二沉池，用于对絮凝反应沉淀池出水进行泥水分离，二沉池的出水流入清水池中。另外二沉池采用辐流式沉淀池。
清水池，用于储存二沉池出水。二沉池出水可用于回用，如消泡水、冲渣水。
本实施例还提供一种焦化废水生物电化学强化处理系统方法，采用如上所述的系统，所述方法包括以下步骤：
(1)预处理：正常情况下，焦化废水直接进入隔油池进行油水分离，去除废水中的石油类和部分悬浮物，接着进入调节池，可通过堰板安装高度、阀门开闭程度等方式调节水量控制负荷。
(2)生化处理：经预处理后的废水，依次经过缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池；好氧池设置有硝化液回流管路，可将硝化液回流至缺氧池，硝化液回流比为200～300％；同时，一沉池设置有污泥回流管路，回流至缺氧池，污泥回流比为80～100％。
生化处理过程中，废水先在缺氧池通过微生物代谢，以有机物作为碳源，去除废水中的部分难降解有机物，从而降低废水有机负荷，避免因水质、水量等波动对生物电化学处理池产生较大的冲击，并在缺氧条件下通过反硝化反应脱氮；生物电化学处理池可强化生化处理的效果，提高难降解有机物的去除效率，改善焦化废水的可生化性；好氧池在生物电化学处理池的基础上，通过微生物代谢，以有机物作为碳源，进一步去除废水中的有机物，同时通过硝化反应去除氨氮生成硝态氮。
在生物电化学强化在生物电化学强化池中，可利用市政污水处理厂活性污泥或焦化废水处理厂活性污泥进行接种，采用焦化废水与生活污水混合液进行驯化，驯化过程中不断增加焦化废水占混合液的比例，驯化完成后全部采用焦化废水。生物电化学处理池外加电压为0.1～5V，溶解氧浓度为0.1～10mg/L，pH为6～9。
(3)深度处理：经生化处理后的废水先进入絮凝反应沉淀池，投加絮凝剂聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，反应时间10～15min，聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的投加量分别达到100～500mg/L和5～50mg/L，以去除大分子难降解有机物；接着流入二沉池进行沉淀分离，最终反应出水进入清水池储存回用。
采用本实施例的焦化废水生物电化学强化处理系统，根据上述焦化废水生物电化学强化处理方法处理废水，各阶段主要污染物处理结果数据如表1所示：
表1.各阶段主要污染物处理结果
由表1可知，采用本发明的焦化废水生物电化学强化处理系统及方法，可有效去除废水中的污染物和难降解有机物，最后经深度处理后得到的清水(即二沉池出水)中COD≤150mg/L，氨氮≤4mg/L，SS≤30mg/L，油≤2.5mg/L，酚≤0.3mg/L，可用于回用，如消泡水、冲渣水。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种焦化废水生物电化学强化处理系统，其特征在于，包括预处理单元、生化处理单元和深度处理单元，所述预处理单元包括事故池、隔油池、调节池，所述生化处理单元包括缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，所述深度处理单元包括絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池；所述事故池、隔油池、调节池、缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池、絮凝反应沉淀池、二沉池和清水池依次连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述隔油池用于进行油水分离，去除废水中的石油类和部分悬浮物；
和/或，所述隔油池的进出水方式采用下进上出；
和/或，所述调节池用于调节水量、控制负荷。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述缺氧池用于去除部分难降解有机物，降低废水有机负荷，并通过反硝化反应脱氮。
和/或，所述生物电化学处理池用于强化整体生化处理单元，提高难降解有机物的去除效率，改善焦化废水的可生化性；
和/或，所述好氧池用于去除废水中的有机物，同时通过硝化反应将焦化废水中的氨氮转化为硝态氮；
和/或，所述好氧池设置有可将硝化液回流至缺氧池的硝化液回流管路；
和/或，所述一沉池用于对好氧池出水进行泥水分离；
和/或，所述一沉池采用辐流式沉淀池；
和/或，所述一沉池设置有可将污泥回流至缺氧池的污泥回流管路。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述生物电化学强化处理单元，设有至少一对阴极室和阳极室，阴极室和阳极室通过导线与外加电源相连接；所述生物电化学强化处理单元还接种有活性污泥，可吸附在阴极和阳极表面。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述阴极室和阳极室由碳棒、碳毡、碳纤维刷、不锈钢网中的一种或多种制成。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述絮凝反应沉淀池用于对废水进行絮凝处理，以去除废水中大分子难降解有机物；
和/或，所述二沉池用于对絮凝反应沉淀池出水进行泥水分离，所述二沉池的出水流入清水池中；
和/或，所述二沉池采用辐流式沉淀池；
和/或，所述清水池用于储存二沉池出水。
7.一种焦化废水生物电化学强化处理方法，采用根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)预处理：正常情况下，焦化废水进入隔油池进行油水分离，去除废水中的石油类和部分悬浮物，接着进入调节池，调节水量、控制负荷；
(2)生化处理：经预处理后的废水，依次经过缺氧池、生物电化学处理池、好氧池、一沉池，废水先在缺氧池通过微生物代谢，以有机物作为碳源，去除部分难降解有机物，并在缺氧条件下通过反硝化反应脱氮；然后在生物电化学处理池中通过生物电化学处理进一步去除难降解有机物，并改善焦化废水的可生化性；接着在好氧池中通过微生物代谢，以有机物作为碳源，进一步去除废水中的有机物，同时通过硝化反应去除氨氮，生成硝态氮。
(3)深度处理：经生化处理后的废水先进入絮凝反应沉淀池，投加絮凝剂，进行反应，以去除大分子难降解有机物，接着流入二沉池进行沉淀分离，最终反应出水进入清水池，储存回用；
事故时，焦化废水先进入事故池进行储存，待恢复正常运行后再进入隔油池，按照上述步骤进行生物电化学强化处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，可通过堰板安装高度、阀门开闭程度来调节水量，控制负荷；
和/或，步骤(2)中，硝化液经硝化液回流管路回流至缺氧池，硝化液回流比为200～300％；
和/或，步骤(2)中，部分污泥通过污泥回流管路回流至缺氧池，污泥回流比为80～100％；
和/或，步骤(2)中，废水在缺氧池中的水力停留时间为30～50h；
和/或，步骤(2)中，废水在好氧池中的水力停留时间为100～110h；
和/或，步骤(2)中，向缺氧池内投加磷酸盐补充微生物所需磷元素，投加有机碳源补充微生物所需有机物；
和/或，步骤(2)中，通过搅拌的方式使废水及污泥在缺氧池中均匀分布，防止发生污泥沉积现象。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述生物电化学处理池中，利用市政污水处理厂活性污泥或焦化废水处理厂活性污泥进行接种，采用焦化废水与生活污水混合液进行驯化，驯化过程中不断增加焦化废水占混合液的比例，驯化完成后全部采用焦化废水；
和/或，步骤(2)中，所述生物电化学处理池的外加电压为0.1～5V，溶解氧浓度为0.1～10mg/L，pH为6～9。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，废水与絮凝剂的反应时间为10～15min；
和/或，步骤(3)中，所述絮凝剂包括聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，所述聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺的投加量分别为100～500mg/L和5～50mg/L。
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