CN115611421A - 一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器 - Google Patents
一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器。本发明包括：本体；在所述本体内部，上部是清水溢流层，清水溢流层下方是填料层，底部是悬浮污泥层；还包括：在本体的外部安置一个内循环泵，内循环泵的作用是将污泥层底部污泥回流至反应器进水区域，从而使得泥水充分混合；反应器采用中进周出的进水方式，上部中心圆柱体区域为进水区。与现有技术相比，本发明的有益效果是：对有毒废水的适应性较强，抗冲击负荷，处理能力稳定，结构简单，特别适合于具有一定生物毒性的高浓度化工高氮低碳废水的预处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工废水的预处理工艺方法与装置，尤其涉及一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化方法与装置。
背景技术
随着我国工农业的快速发展，人口的大量增加，人们对化工产品的需求量不断增长。化工行业的快速发展导致大量含有高浓度有机污染物的工业废水产生。化工污水具有有机物浓度高，有毒有害物质含量高，营养物质单一，可生化性差的特点。特别地，对于生产含氮化工产品的行业产生的废水往往呈现出高氮低碳的特点，且废水中的氮大部分以有机氮和氨氮的形式存在。对于以无机氨氮形式存在的高氮低碳废水，一般可以采用磷酸铵镁沉淀、吹脱、折点加氯、离子交换等物化处理方法进行预处理，经过预处理的高氨氮废水再进行生化处理。
生化处理方法有传统的硝化与反硝化工艺以及短程硝化/反硝化、厌氧氨氧化和同步硝化反硝化等新型脱氮工艺。对于以有机氮形式存在的高氮低碳废水，通过物化处理无法有效地降低废水中的总氮含量，而使用生化脱氮工艺处理需要额外投加大量碳源。理论上反硝化1g的硝酸盐氮的需氧量为3.43g，反硝化1g亚硝酸盐氮的需氧量为2.29g，因此理论脱氮所需的碳氮比区间为2.29-3.43之间，中间值为2.86，实际工程中废水碳源量与总氮的比值一般在4-6之间。
厌氧处理技术因其处理难降解有机物、运行成本低、操作简便、能回收能源等优点而备受研究者的青睐。厌氧处理过程包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷几个阶段。这些过程需要四种功能不同的微生物菌群共同完成，其包括水解菌、产酸菌、产乙酸菌、产甲烷古菌。复杂有机物需要经过水解菌分解为小分子物质，然后，小分子物质被产酸菌发酵成醇和有机酸。产乙酸菌进一步氧化还原程度较高的中间体(如丁酸、丙酸)生成乙酸。乙酸则被产甲烷菌利用转化为二氧化碳和甲烷。对于含氮有机物，在水解酸化阶段，其可以经过微生物的氨化作用转化为氨氮，从而为微生物生长提供氮源。本发明利用厌氧水解酸化菌能处理难降解有机物的特点，利用预水解酸化反应器富集水解酸化菌对高有机氮废水进行预处理。
为了提高物化方法处理高氮低碳废水的脱氮效率，必须尽可能地使有机氮转化为氨氮，这样既可提高物化方法处理高氮低碳废水的效率，减轻后续生化脱氮工艺的负担，同时也可降低高浓度化工高氮低碳废水的毒性。针对以有机氮形式存在高浓度化工高氮低碳废水，本发明开发了一种厌氧预水解酸化技术与装置。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：为了解决以有机氮形式存在的化工高氮低碳废水问题，本发明提供一种化工高氮低碳废水厌氧预水解酸化技术与装置。本发明对有毒废水的适应性较强，抗冲击负荷，处理能力稳定，结构简单，特别适合于具有一定生物毒性的高浓度化工高氮低碳废水的预处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，在反应器本体内上部是清水溢流层，清水溢流层下方是填料层，底部是悬浮污泥层；在反应器本体的外部安置一个内循环泵，内循环泵的作用是将污泥层底部污泥回流至反应器进水区域，从而使得泥水充分混合；所述反应器内部中心位置设置有一圆柱体将反应器内部分为中心区域与周围区域，反应器采用中进周出的进水方式，上部中心圆柱体区域为进水区。
进一步优化地，反应器上部是一个圆柱体，反应器下部是一个圆锥体，高径比为0.1-2：1。
进一步优化地，上部的清水溢流层与填料层位于反应器的周围区域，反应器的上部中心圆柱区域为回流污泥区与进水区，中心区域与周围区域二者之间有一层隔板。
进一步优化地，隔板呈圆筒状，圆筒直径占反应器直径10％-30％，有效深度占反应器有效深度的60％-80％。
进一步优化地，清水溢流层的污水通过溢流堰流入排水槽，然后通过反应器一端的出水管流入下一个处理单元。
进一步优化地，清水溢流层容积占本体有效容积的10％。
进一步优化地，填料层容积占本体有效容积的30％，填料层的填料为聚丙烯、聚氯乙烯或热塑性树脂纤维填料。
进一步优化地，悬浮污泥层容积占本体有效容积的60％。
进一步优化地，填料层与上部的清水溢流层以及下部的悬浮污泥层之间均有一层穿孔板，上层穿孔板紧贴一层滤膜，用于承托填料以及防止污泥流失(如图3所示)。
进一步优化地，中部填料层一端连接进水管，进水管伸入反应器中心的污泥区，流入的废水自上而下流向反应器底部，污水到达底部后再自下而上依次通过悬浮污泥层、填料层、清水溢流层，最后流向下一个处理单元。
进一步优化地，悬浮污泥层底部一端接排泥管，排泥管用于排放剩余污泥；为了使泥水充分混合，悬浮污泥层的另一端接污泥回流管，然后通过反应器外部的内循环泵将底部污泥回流至厌氧水解反应器上部回流污泥区。
进一步优化地，回流污泥的流量为进水流量的50％-150％。
进一步优化地，所述内循环泵为离心泵。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1)废水中夹带的无机颗粒进入反应器后在水流及重力沉降作用下沉于反应器底部，当污泥浓度较高时，无机颗粒可随底部污泥一起排出反应器，可避免其对后续处理产生影响。
2)水流先通过悬浮污泥层，然后通过填料层，填料层的存在即可增强污泥对毒性物质的适应性，缩短启动时间，同时又能避免污泥的过度流失，从而保证反应器内有足够的污泥量，确保废水的处理效果稳定。
3)增加水利循环装置，可使泥水充分混合。经过厌氧水解反应器处理后可大大降低废水的生物毒性，提高废水的可生化性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明
图1是本发明厌氧预水解酸化反应器结构示意图；
图2是本发明厌氧预水解酸化反应器结构示意图。
图3是本发明厌氧预水解酸化反应器穿孔板与纳滤膜结构关系图。
图中:①清水溢流层，②填料层，③悬浮污泥层，④出水管，⑤进水管，⑥排泥管，⑦内循环泵，⑧排水槽，⑨污泥回流管，⑩滤膜，
穿孔板。
具体实施方式
在下面的描述中结合具体图示阐述了技术方案以便充分理解本发明申请。但是本发申请能够以很多不同于在此描述的的其他方法来实施，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所做类似推广实施例，都属于本发明保护的范围。
在本说明书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用与区别类似的对象，不必用于本说明书一个或多个实施例所描述特征的先后顺序或次序。此外，术语“具备”、“包含”以此相似表达，意图在于说明覆盖不排它的一个范围，例如，包含了一系列的步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于详细列出的内容，而是可包括没有列出的对于这些步骤或模块所涉及的固有内容。
实施例1
本实施例中采用如下反应器，一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，在反应器本体内上部是清水溢流层①，清水溢流层①下方是填料层②，底部是悬浮污泥层③；在反应器本体的外部安置一个内循环泵⑦，内循环泵⑦的作用是将污泥层底部污泥回流至反应器进水区域，从而使得泥水充分混合；所述反应器内部中心位置设置有一圆柱体将反应器内部分为中心区域与周围区域，反应器采用中进周出的进水方式，上部中心圆柱体区域为进水区。反应器上部是一个圆柱体，反应器下部是一个圆锥体，高径比为2：1。上部的清水溢流层①与填料层②位于反应器的周围区域，反应器的上部中心圆柱区域为回流污泥区与进水区，中心区域与周围区域二者之间有一层隔板。隔板呈圆筒状，圆筒直径占反应器直径10％-30％，有效深度占反应器有效深度的60％-80％。清水溢流层①的污水通过溢流堰流入排水槽⑧，然后通过反应器一端的出水管④流入下一个处理单元。清水溢流层①容积占本体有效容积的10％。填料层②容积占本体有效容积的30％，填料层②的填料为聚丙烯、聚氯乙烯或热塑性树脂纤维填料。悬浮污泥层容积占本体有效容积的60％。填料层与上部的清水溢流层以及下部的悬浮污泥层之间均有一层穿孔板
穿孔板紧贴一层纳滤膜⑩，用于承托填料以及防止污泥流失。中部填料层一端连接进水管⑤，进水管⑤伸入反应器中心的污泥区，流入的废水自上而下流向反应器底部，污水到达底部后再自下而上依次通过悬浮污泥层、填料层、清水溢流层，最后流向下一个处理单元。悬浮污泥层③底部一端接排泥管，排泥管⑥用于排放剩余污泥；为了使泥水充分混合，悬浮污泥层③的另一端接污泥回流管⑨，然后通过反应器外部的内循环泵将底部污泥回流至厌氧水解反应器上部回流污泥区。回流污泥的流量为进水流量的50％-150％。所述内循环泵为离心泵。
实施例2
去除精细化工中聚丙烯酰胺与丙烯酰胺混合生产废水。
一种聚丙烯酰胺与丙烯酰胺混合生产废水，其生产原水具有以下几个特点：1、生产原水COD浓度高波动较大，一般CODcr值在2000-10000mg/L范围内波动；2、进水pH值不稳定，波动较大，一般呈碱性；3、氨氮浓度高波动较大，最高氨氮浓度可达2500-3000mg/L，氨氮浓度较低时也可达500mg/L；4、原水中丙烯酰胺和丙烯酸铵浓度较高，丙烯酰胺的质量百分数一般为0.1-0.3％，丙烯酸铵的质量百分数一般为0.1-0.6％，废水中较高的丙烯酰胺与丙烯酸铵对生物处理有抑制作用。
废水首先在调节池与河水或好氧二沉池出水混合后进入厌氧预水解酸化反应器，厌氧预水解酸化反应器有效容积为40m，有效高度为6m，高径比为2：1，内环直径0.6m，有效深度4.0m。经过调节池调节后废水平均CODcr值一般为2000-3000mg/L，pH为7.0-8.5，氨氮浓度一般为500-1500mg/L，丙烯酰胺的质量百分数为0.05-0.15％。废水经过调节后以1.0-1.5m3/h的流量进入厌氧预水解酸化反应器，依次通过反应器的悬浮污泥层、填料层、清水溢流层，反应器底部污泥以1-2m3/h的流量回流至反应器上部与进水充分混合。经过厌氧预水解酸化反应器的预处理后，废水COD可降解10％-30％，pH值为7-8，氨氮浓度较调节池水提高10％左右，丙烯酰胺的质量百分数为0.02-0.06％。厌氧预水解酸化反应器出水氨氮浓度的升高说明丙烯酰胺中的氮元素在耐受丙烯酰胺毒性的厌氧水解菌的氨化作用下释放出了氮元素，促使有机氮转化为无机氮，有毒物质得到降解，废水毒性大大降低，可生化性提高，有利于后续进一步处理。
实施例3
去除精细化工中聚丙烯酰胺与丙烯酰胺混合生产废水。
一种聚丙烯酰胺与丙烯酰胺混合生产废水，废水首先在调节池与河水或好氧二沉池出水混合后进入厌氧预水解酸化反应器，厌氧预水解酸化反应器有效容积为40m，有效高度为6m，高径比为2：1，内环直径0.6m，有效深度4.0m。废水经过调节后以1.0m3/h的流量进入厌氧预水解酸化反应器，依次通过反应器的悬浮污泥层、填料层、清水溢流层，反应器底部污泥以1m3/h的流量回流至反应器上部与进水充分混合。在进水平均CODcr值3000mg/L、pH为7.5-8.5、丙烯酰胺百分含量均值为0.15％的情况下。预水解酸化反应器连续14天出水COD、氨氮、PH、丙烯酰胺含量监测结果如表1所示。
表1预水解酸化反应器出水COD、氨氮、pH、丙烯酰胺含量
| 项目\时间(d) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| COD(mg/l) | 2562 | 2650 | 2615 | 2670 | 2874 | 2638 | 2549 | 2556 | 2598 | 2683 | 2665 | 2714 | 2795 | 2643 |
| 氨氮(mg/L) | 1062 | 2014 | 1626 | 1706 | 1722 | 1695 | 1962 | 1253 | 1374 | 1427 | 1460 | 1146 | 1092 | 1152 |
| oH | 7.85 | 7.68 | 7.8 | 7.71 | 7.33 | 7.42 | 7.43 | 7.42 | 7.65 | 7.75 | 7.85 | 7.98 | 7.9 | 7.76 |
| 丙烯酰胺/％ | 0.0426 | 0.0609 | 0.0548 | 0.0557 | 0.0578 | 0.057 | 0.0612 | 0.0473 | 0.0414 | 0.0499 | 0.0486 | 0.0511 | 0.0516 | 0.0533 |
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，在反应器本体内上部是清水溢流层，清水溢流层下方是填料层，底部是悬浮污泥层；在反应器本体的外部安置一个内循环泵，内循环泵的作用是将污泥层底部污泥回流至反应器进水区域，从而使得泥水充分混合；所述反应器内部中心位置设置有一圆柱体将反应器内部分为中心区域与周围区域，反应器采用中进周出的进水方式，上部中心圆柱体区域为进水区。
2.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，反应器上部是一个圆柱体，反应器下部是一个圆锥体，高径比为0.1-2：1。
3.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，上部的清水溢流层与填料层位于反应器的周围区域，反应器的上部中心圆柱区域为回流污泥区与进水区，中心区域与周围区域二者之间有一层隔板；
隔板呈圆筒状，圆筒直径占反应器直径10％-30％，有效深度占反应器有效深度的60％-80％。
4.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，清水溢流层的污水通过溢流堰流入排水槽，然后通过反应器一端的出水管流入下一个处理单元。
5.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，清水溢流层容积占本体有效容积的10％；
填料层容积占本体有效容积的30％，填料层的填料为聚丙烯、聚氯乙烯或热塑性树脂纤维填料；
悬浮污泥层容积占本体有效容积的60％。
6.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，填料层与上部的清水溢流层以及下部的悬浮污泥层之间均有一层穿孔板，上层穿孔板紧贴一层滤膜，用于承托填料以及防止污泥流失。
7.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，中部填料层一端连接进水管，进水管伸入反应器中心的污泥区，流入的废水自上而下流向反应器底部，污水到达底部后再自下而上依次通过悬浮污泥层、填料层、清水溢流层，最后流向下一个处理单元。
8.根据权利要求1所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，悬浮污泥层底部一端接排泥管，排泥管用于排放剩余污泥；为了使泥水充分混合，悬浮污泥层的另一端接污泥回流管，然后通过反应器外部的内循环泵将底部污泥回流至厌氧水解反应器上部回流污泥区。
9.根据权利要求1或8所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，回流污泥的流量为进水流量的50％-150％。
10.根据权利要求8所述一种处理高浓度化工高氮低碳废水的预水解酸化反应器，其特征在于，所述内循环泵为离心泵。
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