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焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510992098.8

申請日:

2015.12.24

公開號:

CN105540845A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移 IPC(主分類):C02F 3/30登記生效日:20170713變更事項:申請人變更前權利人:武漢鋼鐵(集團)公司變更后權利人:武漢鋼鐵有限公司變更事項:地址變更前權利人:430080 湖北省武漢市武昌友誼大道999號A座15層變更后權利人:430083 湖北省武漢市青山區廠前2號門股份公司機關|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 3/30申請日:20151224|||公開
IPC分類號: C02F3/30; C02F101/34(2006.01)N 主分類號: C02F3/30
申請人: 武漢鋼鐵(集團)公司
發明人: 吳高明; 吳曉暉; 王麗娜; 周濤; 張壘; 付本全; 劉璞
地址: 430080 湖北省武漢市武昌友誼大道999號A座15層
優先權:
專利代理機構: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104 代理人: 涂潔
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510992098.8

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.01.09|||2017.08.01|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,解決了現有工藝存在的工藝流程長、設施占地面積大、投資大、運行成本高等問題。技術方案為將焦化廢水與污泥混合形成混合液后依次經過高溶解氧曝氣處理、低溶解氧反應、缺氧反應的至少一次循環后,再經高溶解氧曝氣處理后排出,其中,所述焦化廢水在高溶解氧曝氣處理階段停留時間為8-12h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO>4mg/L;所述焦化廢水在的低溶解氧反應階段停留時間為2-3h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO<2mg/L;所述焦化廢水在缺氧反應階段停留時間為7-9h。本發明工藝簡單、占地面積少、投資和運行成本低。

權利要求書

1.一種焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其特征在于,將焦
化廢水與污泥混合形成混合液后依次經過高溶解氧曝氣處理、低溶解
氧反應、缺氧反應的至少一次循環后,再經高溶解氧曝氣處理后排出,
其中,所述焦化廢水在高溶解氧曝氣處理階段停留時間為8-12h,控
制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO>4mg/L;所述焦化廢水在的低溶
解氧反應階段停留時間為2-3h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度
DO<2mg/L;所述焦化廢水在缺氧反應階段停留時間為7-9h。
2.如權利要求1所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述將焦化廢水與污泥混合后經高溶解氧曝氣處理、低溶
解氧反應、缺氧反應的兩次循環后,再經高溶解氧曝氣處理后排出。
3.如權利要求1或2所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,
其特征在于,所述工藝在自循環生物處理反應器中進行,所述自循環
生物處理反應器包括頂面開口的內筒和外筒,所述外筒被徑向設置的
多塊溢流隔板均勻分隔成多個交錯布置的外好氧區和外缺氧區,所述
外好氧區底部的外筒筒壁上設外曝氣頭、污泥入口和進水口,所述外
缺氧區底部的內筒筒壁上設有內筒進水孔,所述外好氧區和外缺氧區
的底部相通;所述內筒經環形溢流板分隔成內筒內層的內好氧區和內
筒外層的內缺氧區,所述內好氧區底部設有內曝氣頭,所述內缺氧區
上段內筒筒壁上設有與外界相通的出水管,所述內好氧區和內缺氧區
底部相通;所述焦化廢水進入外筒的外好氧區內與污泥混合后在外曝
氣頭噴出的氣流作用下進行高溶解氧曝氣處理,在密度差的作用下,
氣-液-固形成的混合液上升,混合液中的大部分氣體由外好氧氣區頂
部排出,含少量氣體的混合液經溢流隔板進入相鄰的外缺氧區上段進
行低溶解氧反應,然后繼續下行在外缺氧區下段進行缺氧反應,反應
后的混合液在密度差的作用下部分經外好氧區底部重新進入外好氧
區再次循環處理,其余部分經內筒進水孔進入內好氧區底部,在內曝
氣頭噴出的含氧的氣流作用下進行高溶解氧曝氣處理,在密度差的作
用下,混合液上升,混合液中的大部分氣體由內層好氧區頂部排出,
含少量氣體的混合液經環形溢流板溢流進入內筒外層的內缺氧區,部
分混合液由出水管引出至外界,其余部分混合液則進入內筒外層的內
缺氧區上段進行低溶解氧反應,然后繼續下行在內缺氧區下段進行缺
氧反應,反應后的混合液在密度差作用下再次進入內好氧區進行高溶
解氧曝氣處理,上述循環過程重復進行。
4.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述出水管的入口處設有環形的出水槽,所述環形的出水
槽的進水口處設有齒型溢流堰,部分混合液經齒型溢流堰進入出水
槽,再經出水管引入到外界。
5.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述內筒進水孔的上方設有折流板,所述混合液經折流板
初步沉降分離后經內筒進水孔進入內筒。
6.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述外好氧區底部的外筒筒壁設有多層外曝氣頭,所述外
曝氣頭上方設污泥入口,所述污泥入口的上方設進水口。
7.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述外筒底面的污泥排出口排出的污泥部分通過污泥入口
回流送入外好氧區下段,回流比控制在150-200%。
8.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述內曝氣頭與輸氣管連接,所述輸氣管經螺栓吊裝在外
筒頂部,通過螺桿調整內曝氣頭在內筒液面中的深度,以控制內好氧
區與內缺氧區之間的混合液的循環量,控制混合液的回流比100-
150%。
9.如權利要求3或8所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,
其特征在于,所述環形溢流板經螺桿吊裝在外筒頂部,通過螺桿調整
環形溢流板在內筒液面中的深度,以控制內筒內混合液中的污泥濃度
為3-6g/L。
10.如權利要求3所述的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,其
特征在于,所述出水管的入口處高度比外筒的最高水位低0.5-1.5
米。

說明書

焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝

技術領域

本發明涉及焦化廢水處理領域,具體的說是一種焦化廢水短程
硝化反硝化處理工藝。

背景技術

焦化廢水作為最難處理的工業廢水之一,隨著國家環保要求的提
高,對其生物處理由最初的一級簡易活性污泥處理工藝發展到現在的
多級好氧-缺氧/厭氧處理工藝。隨著焦化廢水生物處理工藝路線的
延長,焦化廢水停留時間由當初簡易活性污泥法的20多個小時,延
長到目前處理工藝的80個小時以上,有的甚至近200小時。這些處
理技術多集中在對焦化廢水中的COD及氨氮的去除。

隨著水體中富營養化問題的突出暴露,總氮、總磷的排放已經引
起世界各國的廣泛關注,相繼制定了一系列非常嚴格的氮、磷排放標
準,這些標準促使各個污水廠在原有處理工藝基礎上增加脫氮除磷環
節,相繼開發了多級活性污泥法、缺氧/好氧脫氮工藝、序批式活性
污泥法等工藝技術。除了以上介紹的三種脫氮工藝外,近些年科技工
作者對生物脫氮工藝進行了深入研究,開發出了同步硝化反硝化、厭
氧氨氧化、短程硝化反硝化等脫氮處理工藝。

同步硝化反硝化是在同一反應器同一處理條件下進行硝化和反
硝化過程。同步硝化反硝化與傳統生物脫氮工藝相比,在硝化過程節
約堿度,反硝化過程節約碳源,這兩方面好處使得它具有脫氮流程簡
單,占地面積小,基建投資省等優點。但其反應機理目前還處在探討
之中,其推廣應用還有待進一步的研究。

厭氧氨氧化是指在厭氧或缺氧條件下,微生物直接以或
為電子受體,以為電子供體,將兩種氮素同時轉化為N2的生物反
應過程。該技術可以直接將和轉化為N2,大大簡化了傳統的
生物脫氮流程,能耗低,效率高,費用省,可以說是最為經濟的生物
脫氮技術。目前,已有部分工程研究采用該技術,取得了很好的處理
效果。

短程硝化反硝化是省去傳統的硝化反硝化過程中的亞硝態氮氧
化成硝態氮以及硝態氮還原成亞硝態氮的過程,比全程硝化反硝化減
少兩步,不僅提高了脫氮速率和效率,還節約了一部分基建投資,具
有能耗低、產泥少、節約碳源和占地面積少等優點。

焦化廢水可以采用短程硝化反硝化工藝進行處理,但是仍然存在
以下問題:

⑴現有焦化廢水一般采用多級A-O生物處理技術,工藝流程
長、設施占地面積大、投資大;

⑵現有焦化廢水生物處理系統對總氮去除效果差,在反硝化單
元需補充碳源,運行成本高;

⑶針對低COD、低C/N的焦化區域焦化廢水,現有處理技術受
碳源不足的制約,無法正常啟動運行;

⑷現有焦化廢水生物處理系統污泥量大、堿源消耗大;

⑸現有焦化廢水生物處理設施封閉性差,暴露于大氣環境下的
水面面積大,水體的VOC揮發量大,對大氣污染程度高;

⑹現有焦化廢水生物處理技術工藝路線長、焦化廢水停留時間
長,不便操作、控制及管理;

⑺現有焦化廢水生物處理設施維護工作量大,維護成本高;

⑻現有焦化廢水生物處理設施管線長、接點多,跑、冒、滴、
漏現象嚴重。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題,提供一種工藝簡單,運
行可靠、設備緊湊、投資和運行成本低、污泥消耗量少、工藝周期短、
對環境友好的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝。

技術方案包括將焦化廢水與污泥混合形成混合液后依次經過高
溶解氧曝氣處理、低溶解氧反應、缺氧反應的至少一次循環后,再經
高溶解氧曝氣處理后排出,其中,所述焦化廢水在高溶解氧曝氣處理
階段停留時間為8-12h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO>
4mg/L;所述焦化廢水在的低溶解氧反應階段停留時間為2-3h,控制
該步驟中混合液的溶解氧濃度DO<2mg/L;所述焦化廢水在缺氧反應
階段停留時間為7-9h。

所述將焦化廢水與污泥混合后經高溶解氧曝氣處理、低溶解氧反
應、缺氧反應的兩次循環后,再經高溶解氧曝氣處理后排出。

所述工藝在自循環生物處理反應器中進行,所述自循環生物處理
反應器包括頂面開口的內筒和外筒,所述外筒被徑向設置的多塊溢流
隔板均勻分隔成多個交錯布置的外好氧區和外缺氧區,所述外好氧區
底部的外筒筒壁上設外曝氣頭、污泥入口和進水口,所述外缺氧區底
部的內筒筒壁上設有內筒進水孔,所述外好氧區和外缺氧區的底部相
通;所述內筒經環形溢流板分隔成內筒內層的內好氧區和內筒外層的
內缺氧區,所述內好氧區底部設有內曝氣頭,所述內缺氧區上段內筒
筒壁上設有與外界相通的出水管,所述內好氧區和內缺氧區底部相
通;所述焦化廢水進入外筒的外好氧區內與污泥混合后在外曝氣頭噴
出的氣流作用下進行高溶解氧曝氣處理,在密度差的作用下,氣-液-
固形成的混合液上升,混合液中的大部分氣體由外好氧氣區頂部排
出,含少量氣體的混合液經溢流隔板進入相鄰的外缺氧區上段進行低
溶解氧反應,然后繼續下行在外缺氧區下段進行缺氧反應,反應后的
混合液在密度差的作用下部分經外好氧區底部重新進入外好氧區再
次循環處理,其余部分經內筒進水孔進入內好氧區底部,在內曝氣頭
噴出的含氧的氣流作用下進行高溶解氧曝氣處理,在密度差的作用
下,混合液上升,混合液中的大部分氣體由內層好氧區頂部排出,含
少量氣體的混合液經環形溢流板溢流進入內筒外層的內缺氧區,部分
混合液由出水管引出至外界,其余部分混合液則進入內筒外層的內缺
氧區上段進行低溶解氧反應,然后繼續下行在內缺氧區下段進行缺氧
反應,反應后的混合液在密度差作用下再次進入內好氧區進行高溶解
氧曝氣處理,上述循環過程重復進行。

所述出水管的入口處設有環形的出水槽,所述環形的出水槽的進
水口處設有齒型溢流堰,部分混合液經齒型溢流堰進入出水槽,再經
出水管引入到外界。

所述內筒進水孔的上方設有折流板,所述混合液經折流板初步沉
降分離后經內筒進水孔進入內筒。

所述外好氧區底部的外筒筒壁設有多層外曝氣頭,所述外曝氣頭
上方設污泥入口,所述污泥入口的上方設進水口。

所述外筒底面的污泥排出口排出的污泥部分通過污泥入口回流
送入外好氧區下段,回流比控制在150-200%。

所述內曝氣頭與輸氣管連接,所述輸氣管經螺栓吊裝在外筒頂
部,通過螺桿調整內曝氣頭在內筒液面中的深度,以控制內好氧區與
內缺氧區之間的混合液的循環量,控制回流比100-150%。

所述環形溢流板經螺桿吊裝在外筒頂部,通過螺桿調整環形溢流
板在內筒液面中的深度,以控制內筒內混合液中的污泥濃度為3-
6g/L。

所述出水管的入口處高度比外筒的最高水位低0.5-1.5米。

針對背景技術中存在的問題,發明人對現有的短程硝化反硝化工
藝進行改進:短程硝化反硝化的核心是如何將硝化過程控制在亞硝酸
階段,本發明根據亞硝酸菌具有類似碳氧化菌的飽食—饑餓的特性,
即能適應溶解氧周期性的波動,而硝酸菌不能適應此波動的原理,提
出通過控制曝氣量以調控焦化廢水中的溶解氧(DO),利用亞硝酸菌
和硝酸菌對DO的親和力不同這一特性,將硝酸菌淘洗出系統,從而
實現短程硝化反硝化過程。因而對焦化廢水采用高溶解氧曝氣處理、
低溶解氧反應、缺氧反應的過程能夠實現上述過程,通過上述至少一
次反應周期的循環,從而實現亞硝酸菌和異養型反硝化菌等優勢菌群
的培養,以及硝酸菌等菌群的淘汰,提高出水總氮去除率,減少污泥
消耗和堿源消耗,對于低COD、低C/N的焦化區域焦化廢水也同樣適
用,上述循環僅涉及到三個反應過程,因此縮短工藝流程、降低設備
投資和運行成本。

進一步的,廢水及污泥在各階段中不同溶解氧濃度下的停留時間
對出水總氮去除率具有影響,所述焦化廢水在高溶解氧曝氣階段的停
留時間為8-12h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO>4mg/L,在
高溶解氧的曝氣下,在污泥中微生物的作用下,進行氨氮的硝化分解、
反硝化和有機物的降解;所述焦化廢水在低溶解氧反應階段的停留時
間為2-3h,控制該步驟中混合液的溶解氧濃度DO<2mg/L,焦化廢水
和污泥在低溶解氧條件下進行好氧生物反應,隨著反應的進行,溶解
在混合液中的氧耗盡,從而進入下一階段的反應;在缺氧反應階段的
停留時間為7-9h。通過停留時間和溶解氧濃度的控制可以盡可能多
的使硝酸菌被抑制并洗出系統,同時有利于亞硝酸菌和異養型反硝化
菌等優勢菌群的培養,從而提高廢水總氮去除率。以檢測出水總氮去
除率作為指標,上述高溶解氧曝氣處理、低溶解氧反應、缺氧反應的
循環過程可根據需要進行兩次或兩次以上。

進一步的,本發明工藝在本發明特別研制的自循環生物處理反應
器中進行,將多個反應階段集中到一個反應器中,可滿足多次循環的
要求,大大減少了占地面積、池容小,操作控制難度小。

本發明的自循環生物處理反應器具有以下特點:內筒和外筒的結
構各自滿足完整的自循環過程,在外筒中,外筒通過徑向設置的溢流
隔板分為多個相鄰的底部相通的外好氧區和外缺氧區,使含有焦化廢
水和污泥的混合液在外好氧區和外缺氧區間流動;在外好氧區中設置
外曝氣頭,該外曝氣頭設置在污泥入口和進水口的下方,在提供條件
要求的溶解氧濃度的基礎上,還為污泥和焦化廢水提供混合流動的動
力,在氣流作用下,含焦化廢水和污泥的混合液可以由外好氧化向外
缺氧區流動,并且,由于外好氧區和外缺氧區相鄰設置,因此外好氧
區的混合液經高溶解氧曝氣處理后,可通過溢流的方式將混合液中的
大部分氣體排出,而進入外缺氧區,通過低溶解氧反應后,混合液中
的氧被反應消耗,進入外缺氧區下段后從而可自然進行缺氧反應,而
外筒中外厭氧區和外好氧區的的底部相通結構,氣流作用又可以使上
述混合液形成一個固定流向,上述反應過程可不斷循環。

由于多個溢流隔板將外筒分隔成多個外好氧區和外缺氧區,因此
焦化廢水和淤泥可被分成多份同時處理,混合反應效果好。

在外缺氧區底部的內筒筒壁上設有內筒進水孔,在壓差的作用
下,部分混合液可以通過內筒進水孔將外筒的外缺氧區內的混合液引
入內筒內,由于內筒進水孔的上方設有折流板的存在,形成了污泥和
廢水的沉降分散區域,從而降低了進入內筒的混合液中的污泥濃度,
提高污泥在外筒內的循環量,減少內筒污泥的堆積。所述內筒被環形
溢流板分隔成內筒內層的內好氧區和內筒外層的內缺氧區,所述內好
氧區內筒底部設有內曝氣頭,同時在內曝氣頭噴出的含氧的氣體的作
用下,混合液先進入內筒內層的內好氧區進行高溶解氧曝氣處理,然
后溢流通過環形溢流板進入內筒外層的內缺氧區上段進行低溶解氧
反應,再繼續下行進入內筒外層的內缺氧區下段進行缺氧反應,由于
內好氧區和內缺氧區底部相通,氣流作用可以使上述混合液形成一個
固定流向,上述反應過程可不斷循環。

所述內缺氧區頂部內筒筒壁上設有與外界相通的出水管,該出水
管入口高度低于外筒的最高水位,優選所述出水管的入口處高度比外
筒的最高水位低0.5-1.5米,因此可在內、外筒形成壓力差,使內
筒內反應后的混合液由出水管引出。

所述輸氣管、內筒、環形溢流板均分別經螺桿吊裝在外筒頂部,
通過螺桿調整所述輸氣管的高度,從而相應調整內曝氣頭的高度,控
制內好氧區與內缺氧區之間混合液的循環量,回流比控制在100-
150%,若回流比小于100%,則相應調低內曝氣頭的高度;通過螺桿
調整所述內筒的高度,以控制外好氧區與外缺氧區混合液的循環量,
達到回流比為100-150%,若回流比小于100%,相應調高內筒,從而
提升出水口高度,減少進內筒廢水量;若回流量過高,相應調低內筒,
增加進內筒廢水量。通過螺桿調整環形溢流板在內筒液面中的深度,
以控制內筒內混合液中的污泥濃度為3-6g/L,當污泥濃度過低時,
可適當調高環形溢流板,反之,則調低環形溢流板。

上述反應工藝全部在一個反應器內進行,各反應階段的反應時
間、溶解氧濃度、混合液的循環量均可靈活控制,操作非常簡便可靠,
實驗表明,采用本發明方法不僅可以將硝酸菌淘洗出系統,有效保留
亞硝酸菌,且無需連續補充堿源。

有益效果:

⑴本發明工藝中進水口與曝氣氣流入水點在同一區域,形成泥
水的混合液的自循環過程,有利于提高氣液混合效率、強化傳質效果;
內筒和外筒之間實現獨立的自循環過程,進一步提高混合效率,通過
交替改變混合液中的溶解氧濃度及污泥在不同階段下的停留時間,從
而實現亞硝酸菌和異養型反硝化菌等優勢菌群的培養,以及硝酸菌等
菌群的淘汰,提高總氮去除率。

⑵現有焦化廢水A/O脫氮工藝經歷了硝化和反硝化過程,工藝
過程復雜、流程長、設備多;本發明工藝減少了硝酸菌將氧化成
及反硝化菌將還原成的過程,短縮了工藝過程、降低了
設備投資和占地面積。

⑶本發明通過高、低溶解氧曝氣,可以培養出異養硝化好氧反
硝化菌優勢菌群,它以有機物作為碳源,無論是硝化階段還是反硝化
階段,都能有效降解廢水中的有機物,總氮及COD的去除率高。

⑷現有焦化廢水A/O脫氮工藝中,需不斷補充堿源,以調節廢
水中的pH,同時為自養菌提供電子受體。本發明工藝通過抑制了自
養亞硝酸菌,減少無機長碳源的消耗。高、低溶解氧曝氣-缺氧過程,
有利于異養亞硝酸菌的生長,低堿度的環境更有利于提高該菌種的活
性,因此不需連續補充堿源,減少了堿源的添加量。

⑸本發明所使用的反應器封閉性高,暴露于大氣環境下的水面
面積小,減輕了因水體中VOC的揮發對大氣環境的污染,對環境友好。

⑹設備外表面面積小,便于設備保溫處理。設備內部無運動部
件,不需維護,設施操作、控制及管理方便,維護工作量小,維護成
本低。

⑺本發明工藝簡單,可靠性好、投資和運行成本低、污泥消耗
量少、工藝周期短、對環境友好,廢水處理效果好。

附圖說明

圖1為自循環生物處理反應器的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3為焦化廢水進水堿度對氨氮去除的影響的曲線圖。

圖4為焦化廢水進水堿度對亞硝態氮和硝態氮生成的影響的曲
線圖。

圖5為焦化廢水進水堿度對總氮去除的影響的曲線圖。

其中,1-外筒、2-內筒、3-溢流隔板、4-外曝氣頭、5-污泥入口
6-進水口、7-污泥排出口、8-環形溢流板、9-內曝氣頭、10-輸氣管、
11-出水管、12-出水槽、13-齒型溢流堰、14-排泥口、15-支撐梁、
16-折流板、17-內筒進水孔、A1-外好氧區、A2-外缺氧區、B1-內好
氧區、B2-內缺氧區。

具體實施方式

本發明的焦化廢水短程硝化反硝化處理工藝,主要包括以下步
驟:

將預處理后的焦化廢水與污泥混合后形成的混合液先經過高溶
解氧曝氣處理,在該步驟中,焦化廢水的停留時間為8-12h,控制混
合液中的溶解氧濃度DO>4mg/L;然后將經高溶解氧曝氣處理后的混
合液進行低溶解氧反應,焦化廢水在該階段中的停留時間為2-3h,
控制混合液中的溶解氧濃度DO<2mg/L;最后對經低溶解氧反應后的
混合液進行缺氧反應,焦化廢水在該階段停留時間為7-9h;經上述
處理完成后的廢水再進行沉降分離、后處理等步驟后可達標排放或回
用,經上述方法處理后,出水總氮去除率達到85%以上。

上述焦化廢水的預處理過程(主要是常規的除油等預處理過程)
和后續的廢水的沉降分離、后處理等步驟為現有技術,在此不作詳述。

本發明中,所述污泥是指經馴化后的污泥,污泥可以采用現有的
短程硝化反硝化污泥的常規培養方法;也可以采自污水廠的A2/O工
藝好氧池末端的污泥(這類污泥中含有硝酸菌及亞硝酸菌群),采用
本發明工藝方法進行馴化,當檢測到排出的廢水水質達標時,則表示
污泥馴化完成,可正常投入使用。

參見圖1及圖2,本發明中自循環生物處理反應器的結構如下:
包括頂面開口的內筒1套裝在頂面開口的外筒2內,所述內筒2經螺
桿吊裝在外筒1頂部的支撐梁15上,可經螺桿調整內筒2的外筒1
內的吊裝高度。優選所述內筒2外徑為外筒1內徑的0.58-0.59倍,
所述外筒1被徑向設置的多塊溢流隔板3均勻分隔成多個交錯布置的
外好氧區A1和外缺氧區A2,即外好氧區A1和外缺氧區A2相鄰設置,
所述外好氧區A1底部的外筒筒壁上由下至上依次設有至少一層的外
曝氣頭4(本實施例中為三層)、污泥入口5和進水口6,所述外缺氧
區A2底部的內筒筒壁上設有內筒進水孔17,內筒進水孔17的上方
設有折流板16,下方設有排泥口14,用于將內筒2內沉積的污泥排
入外筒1,所述外好氧區A1和外缺氧區A2的底部相通,且外筒1的
底部設有污泥排出口7,污泥排出口7還經經管道與所述污泥入口5
連接(圖中未示出),使外筒1底部沉降排出的部分污泥可經污泥入
口5回送入外筒2內進行循環反應;所述內筒2被環形溢流板8分隔
成內筒內層的內好氧區B1和內筒外層的內缺氧區B2,所述內好氧區
B1內底部設有與輸氣管10連接的內曝氣頭9,所述輸氣管9和環形
溢流板8也分別經螺植15吊裝在外筒1頂部的支撐梁15上,可分別
經螺栓桿調整內曝氣頭9和環形溢流板8在內筒2中的吊裝高度,所
述內缺氧區B2上段內筒筒壁上設有與外界相通的出水管11,所述出
水管11的入口處高度比外筒2的最高水位低0.5-1.5米,出水管
11的入口處設有環形的出水槽12,所述環形的出水槽12的進水口處
設有齒型溢流堰13,所述內好氧區B1和內缺氧區B2底部相通,控
制內好氧區B1與內缺氧區B2之間混合液的回流比在100-150%。

本發明工藝在自循環生物處理反應器中的運行過程如下:

焦化廢水從進水口6進入外筒1內的外好氧反應區A1,與外筒1
內的被攪動的污泥在外曝氣頭4噴出的氣流(為含氧氣流)的撓動下
混合形成含氣-液-固的混合液(混合液中溶解氧濃度在DO>4mg/L)
進行高溶解氧曝氣處理(即好氧反硝化反應),以降解焦化廢水中的
氨氮和有機物,在外曝氣頭4向上噴出的氣流慣性作用下,且由于氣
-液-固混合液的密度小于外缺氧區A2的液-固混合液的密度,在
密度差的作用下,混合液在外好氧區A1中向上流動,邊流動邊進行
著高溶解氧曝氣處理,隨著混合液的上升,混合液中的氣體不斷溢出
液面由外筒1頂面排出,所述焦化廢水在外好氧區A1的停留時間控
制在8-12h;

當混合液溢流越過溢流隔板3進入其相鄰的外缺氧區A2時,混
合液中的絕大部分氣相逸出,混合液密度增加,開始沿外缺氧區A2
向下流動;雖然混合液中絕大部分氣相快速逸出,溶解氧濃度突然降
低,但是仍含有大量的微細氣泡,混合液(含有焦化廢水、污泥和少
量氣體)在沿外缺氧區A2的上段向下流動時進行著低溶解氧反應(混
合液中溶解氧濃度DO<2mg/L),所述焦化廢水在外缺氧區A2的上段
的停留時間為2-3h;

隨著反應的進行,混合液進入外缺氧區A2的下段時,混合中的
溶解氧耗盡,混合液(為焦化廢水和污泥的混合物)進行缺氧反應(即
缺氧反硝化反應),并繼續向下流動,流向外筒1的底部,所述焦化
廢水在外缺氧區A2下段的停留時間控制在7-8h;

由于外筒1中外好氧區A1和外缺氧區A2底部連通,外缺氧區
A2底部反應后的混合液在密度差及外好氧區A1的氣流的慣性作用
下,部分進入外好氧區A1與由進水口6通入的新的焦化廢水混合重
新投入循環反應過程;又由于所述內筒2和外筒1之間具有水位差,
外筒1的水壓高于內筒2,其余部分的混合液在壓力的作用下,經過
外缺氧區A2下段對應的內筒1筒壁上的內筒進水孔17進入內筒1的
底部,由于內筒進水孔17上方折流板16的作用,外缺氧區A2內進
水孔6周圍的區域形成了液固沉降分散區域,使混合液中的部分污泥
在此沉降進行外筒1底部沉積或進入外筒1的循環中;

進入內筒的混合液在內筒1的內曝氣頭9向上噴出的氣流慣性及
密度差的作用下進入內層的內好氧區B1并再次與氣體混合形成含氣
-液-固的混合液(混合液中溶解氧濃度DO>4mg/L),混合液在高溶
解氧濃度的條件下進行高溶解氧曝氣處理(即好氧硝化反應)以進一
步降解焦化廢水中的氨氮和有機物,在內曝氣頭9向上噴出的氣流慣
性的作用下,且由于氣-液-固混合液的密度小于外缺氧區A2的液
-固混合液的密度,在密度差的作用下,混合液在內好氧區B1中向
上流動,邊流動邊進行著高溶解氧曝氣處理,隨著混合液的上升,混
合液中的氣體不斷溢出液面由外筒1頂面排出,所述焦化廢水在內好
氧區B1的停留時間控制在8-12h;

經高溶解氧曝氣處理后的混合液溢流越過環形溢流板3進入外
層的內缺氧區B2,部分混合液越過出水齒型溢流堰13進入環形的出
水槽12,再由出水管11排出反應器進入下一工序;其余部分混合液
中由于絕大部分氣相逸出,溶解氧濃度突然降低,混合液密度增加,
開始沿內缺氧區B2向下流動,但是混合液中仍含有大量的微細氣泡,
因此混合液(含有焦化廢水、污泥和少量氣體)在沿內缺氧區B2的
上段向下流動時進行著低溶解氧反應(混合液中溶解氧濃度DO<
2mg/L),所述焦化廢水在內缺氧區B2的上段的停留時間為2-3h;

隨著反應的進行,混合液在進入內缺氧區B2的下段時,混合液
中的溶解氧耗盡,混合液(此時為焦化廢水和污泥的混合物)進行缺
氧反應(即缺氧反硝化反應),并繼續向下流動,流向內筒2的底部,
流動的過程相當于在進行缺氧攪拌。所述焦化廢水在內缺氧區B2下
段的停留時間控制在7-8h;

由于內筒2的內好氧區B1和內缺氧區B2的底部相通,在內缺氧
區B2底部反應后的混合液在密度差及內好氧區B1的氣流的慣性作用
下,與由內筒進水孔17進入的混合液混合后再次進入內好氧區B1與
內曝氣頭9噴出的氣體混合后向上流動進行高溶解氧曝氣處理(混合
液中溶解氧濃度在4mg/L以上),經高溶解氧曝氣處理后的混合液溢
流越過環形溢流板3進入外層的內缺氧區B2,繼續上述循環過程。

沉積在外筒1底部的污泥可經由污泥排出口7排出后,部分再經
管道由污泥入口5回送至外筒1的外好氧區A1進入循環反應,控制
污泥回流比150-200%。

經過以上的反應過程,污泥中絕大部分硝酸菌被嚴重抑制和除
去,亞硝酸菌得到培養和富集,從而實現廢水的短程硝化和反硝化脫
氮處理。

實施例

焦化廢水按其來源可分為工藝廢水和區域廢水。焦化工藝廢水主
要來自于煉焦過程產生的剩余氨水、煤氣凈化及化產品回收過程的工
藝分離水,其污染物濃度高,含有大量的難生物降解的含氮雜環類有
機物,也稱作焦化酚氰廢水;焦化區域廢水來自于焦化生產區域設備
直接冷卻水、循環水排污水、泄漏于區域排水系統中的焦化產品等,
污染物數量較少,可生化性較好,水量大,具備深度處理和回用的條
件,但C/N比偏低,屬于含氮低濃度有機污水,由于該廢水營養物含
量低,傳統生物處理系統無法啟動運行。

實施例1:

經預處理后焦化酚氰廢水(焦化廢水中的一種)主要污染物濃度
波動范圍如表1所示。

表1:進生化處理系統焦化廢水指標


采用本發明自循環生物處理反應器處理后出水指標如表2所示
(出水pH值:6-7)。

表2:出生化處理系統焦化廢水指標


實施例2

焦化區域廢水的主要污染物濃度波動范圍如表3所示。

表3:焦化區域廢水指標


采用本發明自循環生物處理反應器處理后,出水中表3所列各項
指標均達到GB16171-2012限定的排放指標要求。

實驗例:

發明人對研究了本發明方法中焦化廢水中的堿度對氨氮去除的
影響,結果如圖3、圖4和圖5所示;其中圖中,所述“曝氣結束后”
是指經低溶解氧反應步驟后的焦化廢水中相關指標,所述“缺氧攪拌
結束后”是指經缺氧反應步驟后的焦化廢水中相關指標。

從圖中可以看出,隨著焦水堿度的降低,曝氣過程中總氮的損失
量呈增加趨勢,生成的亞硝態氮濃度降低,但氨氮去除率基本穩定。
推斷反應器中可能存在異養硝化好氧反硝化菌,它以有機物而不是
或為碳源,堿度減少對其生命活性影響不大,從一定程度
上來說,高堿度可能反而影響它的生理生化功能。

在高溶解氧曝氣處理階段和低溶解氧反應,硝酸菌被成功抑制,
并淘洗出反應器,系統一直都維持著很高的亞硝態氮積累率;但異養
亞硝酸菌和自養亞硝酸菌(后者占優)同時存在,進水堿度降低抑制
了自養亞硝酸菌的硝化反應,出水氨氮、總氮濃度升高;在短程硝化
反硝化階段,由于增加了缺氧反應過程,DO波動淘汰了自養亞硝酸
菌,此時,異養亞硝酸菌占絕對優勢,低堿度的環境更有利于它氧化
氨氮。

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焦化 廢水 短程 硝化 處理 工藝
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