一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺的制作方法

专利名称：：一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺的制作方法
技术领域：
：一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，涉及一种焦化废水的处理方法。属于环境工程技术中的废水处理
技术领域：
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背景技术：
：焦化废水主要是原煤高温干馏过程中随煤气逸出、冷凝形成的炼焦煤水分以及煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水，是典型的含有毒难降解有机物的工业废水。焦化废水中有机物种类繁多，含有的毒性有机物如苯、吡啶、邻苯二酚、间苯三酚、二萘酚、萘、氯苯等在生化过程中抑制微生物的呼吸作用，而且这些有机物在生物降解过程中还会互相干扰和抑制。焦化废水含有较高的氨氮，当反应器内氨氮浓度超过100mg/L时，硝化反应被明显抑制，并随着氨氮浓度的升高，抑制性增大，硝化菌的比增长速率减小。此外，焦化废水中含有的部分有机物对硝化菌也具有抑制作用，如苯胺、苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚和氰化钠对硝化菌产生75%抑制的浓度分别为7.7、5.6、12.8、11.4、16.5和0.65mg/L。焦化废水的这些特点使其经生化处理后，出水COD和氨氮浓度仍难以达到《钢铁工业水污染物排放标准》(BG13456-92)规定的二级标准。目前，焦化废水的处理工艺大体上可分为物化法和生化法。物化法有微电解、混凝沉淀、混凝气浮、吸附、湿式空气氧化技术等。焦化废水属高浓度有机废水，完全采用物化处理成本高。实际应用中，物化处理工艺多用于废水预处理以改善生化处理段的进水水质和用于深度处理使废水达到排放标准。采用生化处理方法运行成本相对较低，国内大部分焦化厂采用生化处理工艺。为在降解焦化废水中有机物的同时去除氨氮，一般采用A/0(缺氧/好氧)工艺和设厌氧水解预处理的A,-A2-0(厌氧-缺氧-好氧)工艺。还有一部分焦化厂甚至采用在调节池加稀释水降低毒性，再通过生化处理。尽管这些生化工艺能有效的去除废水COD和氨氮，但由于焦化废水具有难降解有毒有机物种类多、含量高、氨氮浓度高和水质波动较大等特点，即使部分焦化厂采用了加水稀释的办法，但处理出水仍存在微生物活性易受抑制、COD难以达标、且氨氮处理效果易受水质冲击，冲击后需较长时间方能恢复的问题。为克服焦化废水生化处理COD、氨氮难以达标的问题，生化处理的强化技术被引入焦化废水处理领域。中国专利87100332公开了向生化池投加3~4mg/L葡萄糖生长素和占污泥总重量10%的氧化铁粉的方法，该方法用以健全细菌的酶系统和降低活性污泥的容积指数(SVI)，提高生化系统对COD、挥发酚、氰化物和硫化物的处理效果。中国专利200510047159.X公开了向好氧生化池投加由菌种和营养物质组成的生物增强剂的方法，提高生化系统对挥发酚的处理效果。中国专利200410005197.4公开了向活性污泥系统投加微生物菌群和活性炭载体提高COD、氨氮去除效果的方法。中国专利200510024373.3公开了向序批式反应器(SBR)投加沸石粉末强化脱氮效果的方法。中国专利200410043814.X公开了向活性污泥系统投加硅藻土提高微生物活性的方法。中国专利200510012434.4公开了生物膜法厌氧/缺氧/接触氧化/生物曝气滤池工艺，该工艺中氨氮的硝化反应主要发生在生物曝气滤池内，生物相沿填料高度分层，利于在填料层中一定高度形成硝化菌优势段，提高硝化效果。这些新发展的废水处理工艺都能在特定方面一定程度的提高焦化废水的生化处理效果，但并未能完全解决焦化废水处理设施在实际运行中存在的剧烈水质冲击后系统难以恢复或恢复慢、生化系统启动时间长的突出问题，而且并未涉及焦化废水处理存在的曝气池泡沫难消的问题。
发明内容本发明的目的是提供一种低成本、高效率、抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，该工艺不仅强化了生化处理工艺对废水COD、氨氮、挥发酚和其它污染物质的去除，而且能有效抵抗剧烈水质冲击，并具有系统启动快、曝气池泡沫少的优点。为达上述目的，本发明不需要在焦化废水调节池中加入自来水稀释，而是直接采用物化预处理，使焦化废水的油类、悬浮物和毒性有机物、毒性无机物大为降低，增强了废水的可生物降解性。然后进行生化组合处理，最后用物化深度处理工艺使其到达《钢铁工业水污染物排放标准》(BG13456-92)规定的一级标准。第一步，物化预处理，先在焦化废水中投加混凝剂，投加量视水质情况变化而变化，一般为50-200mg/L，采用无级变速机械搅拌混凝反应和气浮技术，提高废水的可生物降解性。混凝剂是聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、硫酸铝、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、高铁酸钾、高铁酸钠等的一种或多种按任意质量比的配置的混合物。当发生水质冲击，如焦油含量、氰化物或硫化物或其它废水特征污染物含量过高，可通过调整所投加的药剂种类和投加量来保证物化预处理的效果。絮凝反应可采用水力搅拌和机械搅拌两种形式，机械搅拌絮凝宜采用可调速减速机。混凝剂投加后，与废水充分混合，发生破乳、混凝、吸附和盐类反应等作用，使油类、悬浮物质和新生盐类沉淀物得到聚集，形成大小适宜的絮状体，并在絮体生成过程中吸附废水中部分溶解性有机物。混凝剂和废水充分反应后的固液分离可采用沉淀或气浮技术。气浮分离中带絮体的废水经气浮接触区和大量的微小气泡(气泡直径106(^m)接触，通过气泡粘附、共聚等作用在分离区形成浮渣，浮至水面上的浮油渣流入油水分离池进行油水分离。经固液分离后的焦化废水的油类、悬浮物和毒性有机物、毒性无机物大为降低，提高了废水的可生物降解性。经过物化预处理的焦化废水釆用厌氧/缺氧/好氧脱碳/好氧硝化复合反应(A"A2-0!-02)工艺进行生化组合处理，简称厌氧/缺氧/脱碳/硝化复合反应。第二步，用生物载体一活性污泥复合技术对经过物化预处理的焦化废水进行厌氧/缺氧/脱碳/硝化复合反应生化处理。A.厌氧水解复合反应。厌氧水解复合反应器内悬挂聚乙烯球形填料，填料单体采用蜂窝状通道设计，是折叠展开式悬浮微生物载体填料(见中国发明专利01112857.7)，该填料的型号为ZYZX，由上海中耀环保实业有限公司和上海申耀环保实业有限公司生产。该填料具有比表面积大、运输体积小、安装方便、价格低廉等特点。废水通过蜂窝状通道自由穿透填料，使填料上附着的大量厌氧菌生物膜能和废水充分混合，生物膜微生物浓度大于3.5g/L。同时在厌氧水解复合反应器后设沉淀池，构建厌氧污泥回流系统，使悬浮活性污泥和填料生物膜共存于厌氧复合生物反应器中。由于厌氧水解出水并不要求澄清，这里的沉淀池只需截流活性污泥以维持厌氧水解池内的活性污泥浓度，池体设计水力负荷较高，占地面积小。悬挂填料上的生物膜量和水体中的微生物浓度成正相关，由于悬浮活性污泥的存在使得填料上生物膜量比普通厌氧水解池悬挂填料的生物膜量高。厌氧水解复合反应器的水力停留时间为430小时。活性污泥微生物浓度大于2.0g/L，总微生物浓度大于5.5g/L。沉淀池采用竖流沉淀池，水力负荷为1.2m3/m、h。由于生物膜生长在填料表面，不存在结块现象。在反应器内细菌产生的胞外水解酶催化下将环状或杂环有机物的大分子有机物转化为简单的有机物，为后续的缺氧、好氧生物处理准备易被微生物利用的有机基质。再依次进入缺氧、脱碳和消化复合反应器，以期脱除废水中的有机物和氨氮。脱碳、脱氮通过缺氧、脱碳和硝化三种复合反应器和二沉池进行。其中缺氧复合反应器内悬挂折叠展开式、含大量蜂窝状通道的球形填料作为生物载体，脱碳和硝化两种复合反应器采用悬浮生物载体。B.缺氧复合反应器内悬挂聚乙烯球型填料，采用机械搅拌混合，生物膜和悬浮活性污泥共存，生物膜微生物浓度大于3.0g/L，活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L，停留1018h后进入后续的脱碳复合反应和硝化复合反应；当反应器内微生物性状异常或泡沫问题严重时，间歇向其中投加微生物活性激励剂，投加量为10~20mg/L，改善活性污泥性状、提高生物膜量、泡沫问题得到有效控制。C.脱碳复合反应，脱碳复合反应器内投加悬浮聚乙烯球形填料，采用大通量曝气，使空气搅拌强度达到2.8n^空气/h，mS水以上，悬浮的球型填料在水流、气流的搅拌作用下快速旋转，使废水和填料上的微生物充分接触，水力停留时间2436h;D.硝化复合反应，同样先在硝化复合反应器内悬浮聚乙烯球形填料，同时在该反应器入口处投加硝化反应所需补充的碱度，使pH=7-8;硝化复合反应器水力停留时间为12~24h，生物膜微生物浓度大于3.0g/L，活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L。硝化复合反应器出来的混合液一部分回流到缺氧复合反应器，混合液回流比控制在25倍。另一部分混合液经过二沉池澄清后去后续物化深度处理；二沉池浓縮的活性污泥回流至缺氧复合反应器，回流比控制在0.5-2倍。第三步，物化深度处理，废水经二沉池实现泥水分离后上清液进入物化深度处理器，采用混凝反应和气浮技术。采用混凝反应、气浮固液分离技术能进一步去除胶状有机物和细小活性污泥颗粒，使出水COD得到进一步降低。混凝剂的投放量为0~100mg/L，使出水水质达到《钢铁工业水污染物排放标准》(BG13456-92)—级标准。本发明的微生物活性激励剂为单独有机物、单独无机物或有机物与无机物的复合体。有机物可采用葡萄糖、丙酮酸，其作用机理是为健全酶系统提供物质条件。无机物为二价或三价金属离子化合物单体或聚合体，其作用机理是二价或三价金属离子能为生物酶提供辅基或激活剂，改善微生物酶的活性，二价或三价金属离子化合物单体或聚合体同时具备生物絮凝功能，可有效提高活性污泥絮凝性，有助于微生物在生物载体上的粘附，解决由于焦化废水水质极为不稳定、水质冲击或短期高负荷运行可能导致的活性污泥膨胀和生物载体微生物活性降低的问题。为了在异常情况下确保活性污泥生物絮凝性和微生物的高活性，在缺氧复合反应器投加微生物活性激励剂。采用有机物无机物复合体的微生物激励剂两种作用机理同时发挥，有效提高微生物活性，其中有机物和无机物按质量比1:31:1酉己制。活性污泥凝聚性提高使得其容积指数降低，能提高二沉池底流污泥浓度，进而提高系统的活性污泥浓度，而活性污泥浓度的提高又有利于生物载体上微生物浓度的提高。本发明的脱碳复合反应器内分有机物快速降解和脱碳硝化过渡两个功能区，且生物膜和悬浮活性污泥共存。在第一功能区(有机物快速降解区)内废水COD、挥发酚、氰化物、硫化物等污染物得到快速降解，解除硝化菌生长的的抑制因素；在第二功能区(脱碳硝化过渡区)内，有机物进一步降低，同时适宜的环境使得硝化菌得到繁殖。该区内硝化菌利用焦化水中原有的碱度将氨氮氧化为硝态氮，使得pH和碱度大为降低。在硝化复合反应器入口处投加硝化反应所需补充的碱度。硝化复合反应器内投加的碱因硝化作用被迅速消耗。脱碳复合反应器第一功能区内由于表面活性物质浓度高、pH较高，可能存在泡沫问题，因此在有机物快速降解功能区内设消泡喷头，消泡水取自系统出水储存池。废水在第一功能区内COD、挥发酚、氰化物、硫化物等污染物得到快速降解；在第二功能区内，有机物进一步降低，随后硝化菌在好氧条件下将氨氮氧化为硝态氮，同时产生氢离子，使得废水pH和碱度大为降低。本发明的有益效果-1、本发明通过物化预处理能大幅度去除焦化废水中的油类物质，同时去除悬浮物、胶体和部分溶解性有机物，能有效降低废水中的有机、无机毒性物质，优化废水的物质组成，提高废水的可生物降解性，有利于后续生化处理，并具有很强的抗水量及水质冲击能力。2、由于本发明的填料单体含有大量蜂窝状通道，废水在穿透这些通道时，水流剪力的脱附作用使得填料上的生物膜得到及时更新。球形填料上较厚的微生物膜存在溶解氧梯度和有机物梯度的微型环境，沿膜垂直方向朝内，可分成好氧区和缺氧区。即在这个方向上，溶解氧呈递减分布，形成微元的反硝化区。在生物膜外层，在好氧条件下发生硝化反应，产生的硝态氮进入内层缺氧区后，在反硝化作用下产生氮气。采用同步硝化和反硝化技术的优点是减少氧的供给，降低耗能，减小反硝化池的大小，减少处理设施的占地面积。3、通过厌氧水解反应将环状或杂环的大分子难降解有机物转化为简单的易生物降解有机物，为后续的缺氧、好氧生物处理准备提供高质量有机基质。厌氧复合反应器内生物载体微生物和活性污泥协同作用，微生物总浓度高、微生物相丰富，从而具有较强的抗冲击能力，成为后续生物脱碳脱氮工艺系统的水质缓冲屏障。在厌氧复合反应器启动初期，接种的活性污泥浓度通过污泥回流系统得以维持，这使得生物载体上的厌氧生物膜附着生长迅速，克服了焦化废水厌氧反应器启动时间长的难题。4、在缺氧复合反应器中，来自厌氧复合反应器的有机物作为碳源失电子，而来自硝化液回流的硝酸盐氮得电子，被还原为氮气，同时去除废水中的部分BOD。反应器内活性污泥和生物填料共存使得填料上生长的生物量增加，并丰富了反应器内的生物相、增加了微生物浓度，从而提高了生物总体耐毒性和抗水质冲击能力，可有效降低容积负荷，减少反应器的占地面积。5、采用的脱碳复合反应器功能分区设计，反应器碱度pH控制和局部消泡措施能有效的控制曝气池泡沫问题，解决了焦化废水传统生化处理系统泡沫问题严重、活性污泥易流失的难题。脱碳复合反应器的主要功能是降除废水COD、挥发酚、氰化物、硫化物等污染物，解除氰化物和有机物诸如苯胺、苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚对硝化菌的抑制，为后续硝化段硝化菌的生长繁殖创造有利条件。6、硝化复合反应器内以硝化菌为优势菌群，向硝化复合反应器内补充碱度以维持反应器内碱度和pH。硝化菌是生物脱氮的关键菌种，此类菌世代时间长、对环境适应能力差，并易受有毒有害物质抑制。由于大量硝化菌生长在比表面积大的折叠展开式蜂窝状球形填料上，一则具备足够的泥龄保证硝化菌繁衍，二则避免了随活性污泥回流至生化前端，免除毒性物质的毒害和缺氧过程对其的活性抑制。7、采用的微生物活性激励剂能在生化处理系统异常情况时发挥重要作用，使微生物系统迅速恢复处理效果，避免了焦化废水传统生化处理系统在发生水质冲击、污泥膨胀、泡沫剧增等异常问题后需长时间恢复的难题。8、本发明设计的倍增物化生化组合处理工艺具有强大的抗水质冲击能力，当焦化废水水质恶化时，仍能有效降解废水污染物质使出水达到预定处理目标，避免传统生化处理系统在受剧烈水质冲击后需重新驯化的风险。9、生化系统采用复合生物反应器，使得整体微生物浓度高，能取得较高的容积负荷，从而占地面积少，并具有运行成本低、对焦化废水的处理稳定有效的优点。图1为本发明所公开的焦化废水物化生化组合处理工艺流程。具体实施例方式请参阅图1，本发明的工艺不投加任何稀释水。某焦化厂焦化废水水量为1500m3/d。其废水来源为a、蒸氨废水，水量30m3/h;b、焦油车间的排水，水量1060m"h;c、精苯车间的排水，水量10mS/h;d、清洗槽车的排水e、地下酚水。物化预处理技术采用无级变速机械搅拌混凝反应、压力溶气气浮技术，压力溶气释放系统产生的微气泡直径为20nm左右，混凝剂投加浓度50~200mg/L。厌氧复合反应器悬挂聚乙烯球型填料，采用机械搅拌混合，水力停留时间为8h，生物膜微生物浓度大于3.5g/L，活性污泥微生物浓度大于2.0g/L，总微生物浓度大于5.5g/L。沉淀池为竖流沉淀池，水力负荷为1.2m3/m2*h，池体正方形，边长为7m，设两组。缺氧复合反应器悬挂聚乙烯球型填料，采用机械搅拌混合，停留时间为18h，生物膜微生物浓度大于3.0g/L，活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L。脱碳复合反应器和硝化复合反应器内悬浮聚乙烯球形填料，焦化废水需要大通量曝气，使得空气搅拌强度达到2.8mS空气/h'mS水，球型填料在水流、气流搅拌作用下快速旋转，使废水和填料上的微生物充分接触。脱碳复合反应器水力停留时间24h，其中"有机物快速降解区"停留时间为8小时，"脱碳、硝化过渡区"停留时间为16小时，硝化复合反应器水力停留时间为12h，生物膜微生物浓度大于3.0g/L，活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L。后物化处理采用混凝反应、压力溶气气浮作为水质保障技术。混凝剂投加量为10~100mg/L，也可以根据实际出水水质不投加药剂。在脱碳复合反应器有机物快速降解区设6组消泡喷头，消泡水取自系统出水储存池，消泡水量为6m3/h，水泵扬程为30m。微生物活性激励剂投加量为10~20mg/L，投加时间为每天12h，连续投加3天。该处理设施的处理效果和废水排放标准分别见表1和表2。表3给出了该处理设施的单位运行成本和处理成本。表1本发明工艺的总体处理效果和氨氮冲击时期的处理效果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2《钢铁工业水污染物排放标准》(BG13456—92)—级标准<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3废水单位运行成本和单位处理成本<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求1.一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，其特征在于第一步，物化预处理先在焦化废水中投加混凝剂，投加量为50-200mg/L，通过混凝反应和气浮技术，提高废水的可生物降解性；第二步，用生物载体-活性污泥复合技术对经过物化预处理的焦化废水进行厌氧/缺氧/脱碳/硝化复合反应生化处理A.厌氧复合反应器内成串悬挂安装聚乙烯球型填料，该填料为折叠展开式蜂窝状通道球形填料，同时在厌氧反应器后设置一个截流活性污泥以维持厌氧反应器内活性污泥浓度的沉淀池，使活性污泥和填料生物膜共存于厌氧反应器中，并将沉淀池所截留活性污泥回流至厌氧反应器；厌氧复合生物反应器采用机械搅拌混合，控制填料上附着生长的微生物浓度大于3.5g/L，厌氧反应器中悬浮活性污泥微生物浓度大于2.0g/L，总微生物浓度大于5.5g/L，水力停留4～30小时；沉淀池水力负荷小于1.5m3/m2·h；B.缺氧复合反应，A步的出水先进入缺氧复合反应器，以除去废水中的有机物和氨氮，缺氧复合反应器内成串悬挂安装聚乙烯球型填料，采用机械搅拌混合，生物膜和悬浮活性污泥共存，生物膜上附着生长的微生物浓度大于3.0g/L，缺氧反应器中悬浮活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L，停留10～18h后依次进入脱碳复合反应器和硝化复合反应器；当反应器内微生物性状异常或泡沫问题严重时，间歇向其中投加微生物活性激励剂，投加量为10～20mg/L，改善活性污泥性状、提高生物膜量；C.脱碳复合反应，先在脱碳复合反应内悬浮聚乙烯球形填料，同时通过二沉池构建混合液和污泥回流系统，采用大通量曝气，使空气搅拌强度达到2.8m3/h·m3水以上，悬浮的球型填料在水流搅拌作用下快速旋转，使废水和填料上的微生物充分接触，水力停留时间24～36h；D.硝化复合反应，同样在硝化复合反应器内悬浮聚乙烯球形填料，并在硝化复合反应器入口处投加硝化反应所需的碱度，使pH＝7-8；硝化复合反应器水力停留时间为12～24h，生物膜上附着生长的微生物浓度大于3.0g/L，反应器中悬浮活性污泥微生物浓度大于3.0g/L，总微生物浓度大于6.0g/L，硝化复合反应器出来的混合液一部分回流到缺氧复合反应器，混合液回流比控制在2～5倍，一部分经过二沉池澄清后去物化深度处理；二沉池浓缩的活性污泥回流至缺氧复合反应器，回流比控制在0.5～2倍；第三步，物化深度处理，采用混凝反应和气浮工艺，混凝剂的投放量为0～100mg/L，出水水质达到《钢铁工业水污染物排放标准》(BG13456-92)一级标准，常规排放。2.根据权利要求1所述的一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，其特征在于；所述的混凝剂是聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、硫酸铝、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、高铁酸钾、高铁酸钠中的一种或多种按任意质量比混合配置而成。-3.根据权利要求1所述的一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，其特征在于；所述的微生物活性激励剂是单独有机物、单独无机物或按质量比为有机物:无机物=1:3~1混合配置而成的有机物与无机物的复合体，其中有机物是葡萄糖或丙酮酸，无机物是二价金属离子化合物单体或聚合体。全文摘要一种抗冲击的倍增组合式焦化废水处理工艺，涉及一种焦化废水的处理方法。先采用物化预处理将焦化废水水质进行优化，提高废水的可生物降解性；然后采用生物载体—活性污泥复合技术进行厌氧/缺氧/好氧脱碳/好氧硝化生化组合处理，生化反应器内均设悬挂或悬浮折叠展开式球形填料，当反应器内微生物性状异常或泡沫严重时，间歇向反应器投加微生物活性激励剂，改善活性污泥性状、提高生物膜量。最后用物化深度处理使出水达到一级标准。本发明不仅强化了生化处理对焦化废水COD、氨氮、挥发酚和其它污染物质的去除，而且能有效抵抗剧烈水质冲击，并具有系统启动快、曝气池泡沫少的优点，占地面积少、运行成本低、对焦化废水的处理稳定有效。文档编号C02F1/52GK101113065SQ20071004279公开日2008年1月30日申请日期2007年6月27日优先权日2007年6月27日发明者娜侯,贾志宇,平邹,陈良才,魏宏斌申请人:同济大学;上海中耀环保设备工程有限公司