专利名称：高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术中的废水处理技术领域，具体涉及一种高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺。
背景技术：
焦化废水是由原煤的高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的。焦化废水主要来自洗煤，熄焦和副产品的加工和精制过程，焦化废水呈褐色，味重难闻，成分复杂，毒性大。其成分与性质随炼焦用煤的种类和质量，碳化温度，煤气精制和化工厂品回收工艺而异。废水所含污染物主要包括酚、氨氮、氰化物、硫氰化物、硫化物、苯、焦油等有毒物质，以及吡啶、喹啉、吲哚、萘、菲、蒽等杂环芳烃和多环芳烃。这些污染物除酚外，大多是生物难降解物，这使得焦化废水成为一种较难生物处理的废水。
我国现阶段焦化废水的处理方法主要分为生物处理法和物化处理方法。物化处理方法一般是湿式氧化法、强氧化剂氧化法、紫外光催化法、混凝处理、吸附、离子交换，或者是几种方法的配合。物化处理焦化废水实现工业应用比较少，主要的原因在于物化方法处理焦化废水存在成本过高，或者处理的对象单一，COD和氨氮处理没有同时处理，或者处理的安全性差等问题。生物处理法一般包括常规的活性污泥法，一般采用A-O工艺或A-A-O工艺。全国约90％的焦化废水厂采用的方法为常规的活性污泥法。活性污泥法处理焦化废水就是维持废水中一定的污泥浓度并不断曝气，利用好氧微生物的呼吸和吸附作用将污染物从废水中去除的方法。常规活性污泥法处理焦化废水的COD和氨氮去除率很低，有研究表明COD的处理率不到60％，有时有机氮转化为氨氮反而使氨氮出现了增长。此外，活性污泥法处理焦化废水需要消耗大量的稀释水，出水却远不能达标。对于高浓度、高氨氮和高硫含量的焦化废水，由于过高的硫和氨氮都对微生物有毒害作用，常规的活性污泥法就更是无法直接处理焦化废水，在进入生物反应器之前必须要进行稀释或脱硫脱氮，这又会造成废水处理成本的大幅度增大。
发明内容
本发明针对现行的活性污泥法处理焦化废水存在的问题，提出了一种生物絮凝技术和用多层式矿化垃圾生物反应床联用直接处理焦化废水，尤其是处理高浓度、高氨氮和高硫含量焦化废水的工艺。该工艺技术具有流程简短、能耗低、操作简单、运行费用低、采用的多层式矿化垃圾生物反应床易于放大等特点，因而在焦化废水处理利用方面具有很大的应用前景。
本发明采用生物絮凝技术和用多层式矿化垃圾生物反应床联用直接处理焦化废水，工艺主要包括以下两部分(1)生物絮凝过程首先将要处理的原焦化废水和从多层式矿化垃圾生物反应床流出的处理水按1∶1～1∶2的回流比搅拌混合，必要时加入少量的磷酸调节混合液的pH值，此时，由于化学或物理作用会产生生物混凝现象，生成固体沉淀物，静置澄清一定时间以后，上清液作为多层式矿化垃圾生物反应床的进水，澄清池底部的沉淀产物可以作为废水中过饱和溶解物析出的晶核，导致更大量的沉淀产生，沉淀积累多了以后，可以排除一部分，经过填埋或其它方法处理掉。在静置澄清过程中，如果废水中的硫化物过多，静置一段时间有利于硝酸根与之反应，从而使硫离子浓度下降。
(2)多层式矿化垃圾生物反应床处理将前面的生物混凝—静置澄清后出来的上清液作为该生物反应床的进水，以喷淋或滴灌等方式将进水均匀地洒在顶部的第一床层表面，当最下面的床层开始出水后，检查其中的有关指标，当所要求的技术指标到达要求值时，停止供水，让床层中的水自由落干，当第一床层上表面的水份落干时，又开始重复第一次的供水和落干，如此采用周期性的连续进水——床层自由落干的交替方式运行，经过处理以后流出的达到排放标准的水，一部分回流与待处理的原焦化废水混合，另一部分排放或者回到生产中使用，从而完成整个废水处理过程，实现废水资源化。
本发明中采用的多层式矿化垃圾生物反应床以矿化垃圾作为固定微生物的多孔性填料，在结构上采取了易于通风复氧的多床层结构。它由反应床体和间距布置在床体内的多层矿化垃圾床层构成，每层矿化垃圾床层的底层是一多孔支撑板，其上布置有一层网状织物或一薄层碎石，再其上是矿化垃圾填料，矿化垃圾床层各层之间的空间与外部大气相通，反应床的顶部设置有多孔性供水管道，将前一静置澄清工序中得到的上清液输入反应床中。每层矿化垃圾床层的厚度为0.5-1.0m较佳。所采用的矿化垃圾填料是从填埋8年以上的生活垃圾中筛选出来的多孔性颗粒料。反应床体为框架式或为床壁上分布有通气孔的筒体式，矿化垃圾床层各层之间的空间通过反应床壁上分布的通气孔或通过框架直接与外部大气相通。反应床外形上可以根据需要采用多种形状，钢结构或混凝土结构均可。矿化垃圾具有巨大的阳离子交换容量，所以可以吸附大量的氨氮，这为氨氮的去除创造了良好的条件，这是矿化垃圾生物反应床具有较高氨氮去除率的原因之一。矿化垃圾中丰富的固定化微生物具有很强的降解有机物去除COD的能力，同时通过硝化反硝化，短程硝化反硝化等途径去除氨氮。在使用矿化垃圾生物反应床处理的单元操作中，矿化垃圾通过过滤截留、吸附、降解等机理实现COD的综合去除，效果远大于其它的生物处理过程，抗负荷冲击能力强。在多层式矿化垃圾生物反应床正式运行之前，要采用逐步提高废水浓度的方法，将其中的微生物进行驯化，直到用于驯化的废水浓度接近实际需要处理的进水浓度为止。
与现在采用的活性污泥法处理焦化废水相比，本工艺具有以下的优点(1)在废水处理流程中，采用了处理水和原水混合产生生物絮凝的现象，形成了一种新的生物絮凝技术，这一步对于焦化废水中COD和其它有害物质的吸附去除效果明显，有利于减轻后续工序的负荷。作为焦化废水的预处理是一种技术创新。
(2)在流程中，采用了多层式矿化垃圾生物反应床作为生物反应器，可以耐受含高浓度氨氮和硫化物的焦化废水，故可以在不蒸氨不脱硫的情况下对其进行直接处理。试验证实，处理未蒸氨除硫焦化废水，在回流比不小于1的情况下运行，该系统出水稳定，适于回用。在合理调节和管理的基础上可以实现达标排放。这意味着节省大量的处理成本并简化工艺。
(3)用该工艺处理焦化废水过程中不产生二次污染，与一般的活性污泥法相比，在生物处理过程中不产生污泥，只在絮凝的过程中产生易于集中处理的沉淀，该沉淀可采用污泥填埋进行处置。
(4)处理过程中由于无需曝气，能耗大量减少。只有絮凝阶段需要进行少量的搅拌，其余就是废水输送和喷洒所需的能量。
(5)设备简单，运行稳定，工艺管理方便，耐冲击负荷能力强，启动简单。由于不需曝气，可以省去很多的设备；该工艺受进水的影响较小，进水COD在2200～3600mg/l时，出水都很稳定；在管理上由于该法特有的优点，不会出现管理上的难点；膜法最大的优点之一是耐冲击负荷，这一点在矿化垃圾生物反应床上得到充分体现；在实际运行中发现，启动几乎不需辅助的措施，停止运行一段时间以后，直接进水即可，并且运行中发现，停止运行一段时间可以使出水水质更佳。
(6)利用的填料是填埋场填埋八年以上的垃圾，该工艺使之实现资源化，填埋场可以实现可持续利用。由于可利用的填埋场土地资源越来越少，而产生的垃圾越来越多，尽可能的利用有限的填埋空间是一个重大的课题，所以这一点具有很大的社会价值。
图1是本工艺的流程图；图2是本工艺中使用的多层式矿化垃圾生物反应床的结构示意图。
图3A、图3B和图3C是其中矿化垃圾床层的支撑板、网状织物或一薄层碎石层、以及矿化垃圾填料这三层结构的平面结构示意图。
具体实施例方式
以下结合图1说明本工艺的具体实施过程将一种COD为1900-3400mg/L、NH3-N为1400-2950mg/L、挥发酚约600mg/L、硫化物为400-888mg/L、氰化物约为74.3mg/L、pH值为9.67-9.82的焦化废水原水与处理后的回流水按1∶1搅拌混合，在回流水中加入磷酸，将混合池中的混合液pH调节在8.6左右。搅拌池采用气体搅拌的方法，混合均匀的废水进入澄清池静置澄清，澄清后的废水以3-4L/h的速度均匀喷洒或滴灌在一个高2.4m、直径约20cm的每层床厚为0.5m的多层式矿化垃圾生物反应床的顶层上，在一个为期一天的操作周期中，连续进水3-5小时，其余为床层自由落干时间。经过反应床处理后的出水COD一般在100～200mg/l、NH3-N在100mg/L以下、废水中的硫化物和酚氰几乎100％地被去除。出水一部分回流与原水混合，另一部分排放或返回用于生产中，实现废水资源化利用，如出水可用于洗煤循环补充水和熄焦用水。此外，由于焦化废水中含高浓度的氨氮，有毒有害物质去除以后，还可以利用其作为液体的氮肥。
本工艺中使用的多层式矿化垃圾生物反应床的结构见图2，它由每层厚度为0.5-1.0m的矿化垃圾床层3按一定的层间距布置在框架式反应床体2中构成。结合图3A、图3B和图3C可见，每层矿化垃圾床层由一种均匀分布有孔的支撑板31和其上面的一种网状织物或一薄层碎石层32作为矿化垃圾填料的支撑层，最上面铺矿化垃圾填料33，矿化垃圾填料是从已经填埋8年以上的稳定化了的生活垃圾中筛选出来的多孔性颗粒料。多层式矿化垃圾生物反应床的外形根据需要或场地情况可以设计成圆柱形或其它多种外形，床层之间的空间直接与外部大气相通。如果是反应床体是采用筒体式结构，床层之间的空间则可通过反应床壁上分布的通气孔与外部大气相通。生物反应床的顶部布置的是多孔性供水管道4，用于向下喷淋废水。反应床的底部可以接出水池1，以方便出水。
权利要求
1.高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，工艺包括以下两部分(1)生物絮凝过程首先将要处理的原焦化废水和从多层式矿化垃圾生物反应床流出的处理水按1∶1～1∶2的回流比搅拌混合，再送入澄清池进行静置澄清，澄清后的上清液送入多层式矿化垃圾生物反应床处理，澄清池底部的沉淀产物继续作为废水中过饱和溶解物析出的晶核，导致更大量的沉淀产生，沉淀积累多以后，排除部分，经过填埋或其它方法处理掉；(2)多层式矿化垃圾生物反应床处理经生物絮凝处理后得到的上清液送入多层式矿化垃圾生物反应床，通过多孔性供水管道以喷淋或滴灌方式将上清液均匀地洒在顶部的第一床层表面，当最下面的床层开始出水后，检查其中的有关指标，当所要求的技术指标到达要求值时，停止供水，让床层中的水自由落干，当第一床层上表面的水份落干时，又开始重复第一次的供水和落干，如此采用周期性的连续进水-床层自由落干的交替方式运行，经过处理以后流出的达到排放标准的水，一部分回流与待处理的原焦化废水混合，另一部分排放或者回到生产中使用，从而完成整个废水处理过程；所述的多层式矿化垃圾生物反应床由反应床体和间距布置在床体内的多层矿化垃圾床层构成；每层矿化垃圾床层的底层是一多孔支撑板，其上布置有一层网状织物或一薄层碎石，其上再布置有矿化垃圾填料；矿化垃圾床层各层之间的空间与外部大气相通，生物反应床的顶部设置有多孔性供水管道。
2.根据权利要求1所述的高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，其特征在于在原焦化废水与从多层式矿化垃圾生物反应床回流的处理水搅拌混合时，加入磷酸调节混合液的pH在7～9之间。
3.根据权利要求1所述的高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，其特征在于每层矿化垃圾床层的厚度为0.5-1.0m。
4.根据权利要求1所述的高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，其特征在于所采用的矿化垃圾填料选用从已经填埋8年以上的生活垃圾中筛选出来的多孔性颗粒料。
5.根据权利要求1所述的高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，其特征在于反应床体采用框架式结构或床壁上分布有通气孔的筒体式结构，矿化垃圾床层各层之间的空间通过反应床壁上分布的通气孔或通过框架直接与外部大气相通。
6.根据权利要求1所述的高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，其特征在于在多层式矿化垃圾生物反应床正式运行之前，要采用逐步提高废水浓度的方法，将其中的微生物进行驯化，直到用于驯化的废水浓度接近实际需要处理的进水浓度为止。
全文摘要
本发明请求保护一种高浓度高氨氮高含硫焦化废水生化处理工艺，目的是解决现行的活性污泥法处理焦化废水存在的问题。该工艺采用生物絮凝技术和用多层式矿化垃圾生物反应床联用直接处理焦化废水，主要步骤有将要处理的原焦化废水和从多层式矿化垃圾生物反应床回流的部分处理水混合，静置澄清，取上清液送入多层式矿化垃圾生物反应床中进行处理，处理有一部分回流与待处理的原焦化废水混合，另一部分排放或者回到生产中使用，完成整个废水处理过程。该工艺技术具有流程简短、能耗低、操作简单、运行费用低、采用的多层式矿化垃圾生物反应床易于放大等特点，尤其是处理高浓度、高氨氮和高硫含量焦化废水的工艺。
文档编号C02F3/10GK1792895SQ20051005737
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月8日 优先权日2005年11月8日
发明者全学军, 张丽杰, 萧灿 申请人:重庆工学院