新型高含氮石化废水处理装置的制作方法

本实用新型适用于污水生物处理领域，具体涉及一种新型高含氮石化废水处理装置。

背景技术：

随着我国石油化工企业不断增加，其产生的石化废水也不断的增加。石化企业产生的石化废水具有高氨氮和高难降解有毒有害有机物等特点，如果不对其进行处理会造成严重的水体污染，特别是其中的高氨氮和难降解有毒有害有机物对水体具有严重的污染，是一种比较难处理的污水。

传统的石化废水处理以混凝沉淀和吸附等物理方法处理和传统好氧生物处理为主，虽然这些方法可以去除无机离子和有机物等，但是其中高氨氮的处理需要添加额外的碳源，从而造成了高的处理成本。此外由于废水中含有难降解有毒有害有机物，会对好氧污泥形成抑制，从而导致石化废水的处理效率偏低。以短程硝化-厌氧氨氧化为核心的自养生物脱氮工艺与传统好氧生物处理工艺相比，自养生物脱氮工艺无需外加碳源，耗氧量低，可显著降低运行费用；污泥产量少，避免二次污染。自养生物脱氮工艺可以通过厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝酸盐氮转化成氮气，与好氧硝化/缺氧反硝化工艺相比具有节省碳源 100％、降低曝气能耗60％和污泥产量低的优点。

在现有的自养生物脱氮装置中，通常采用分体式自养生物脱氮装置，分体式自养生物脱氮装置需要分开设置短程硝化池和厌氧氨氧化池，另外还需要设置污泥回流系统，但是这些设备的增加导致了整个运行的费用增加；现有的自养生物脱氮装置对自养生物脱氮污泥的富集效率不高，导致自养生物脱氮装置中的污泥浓度低，从而导致整个自养生物脱氮装置的处理效率低下，出水很难达到国家的水质控制标准；同时由于石化废水中通常含有较高浓度的难降解有毒有害有机物，例如苯类化合物，这些有机物可导致自养生物脱氮装置的脱氮能力受到显著的抑制；自养生物脱氮装置中要生成硝酸盐氮，根据自养生物脱氮的反应式，自养生物脱氮装置对废水中总氮的最高理论去除率只能达到 88.7％，从而导致自养生物脱氮装置存在出水总氮浓度难于达标排放的问题；此外自养生物脱氮装置缺乏有效预警系统，导致自养生物脱氮装置在即将失稳时无法及时预警，严重影响自养生物脱氮装置稳定有效运行。

综上所述，目前对于高含氮石化废水采用自养生物脱氮技术处理时需要解决的主要问题包括：如何降低难降解有毒有害有机物对自养脱氮生物含量和活性的影响、如何解决自养生物脱氮装置中的自养生物脱氮污泥浓度低、如何保证自养生物脱氮装置稳定运行、如何避免自养生物脱氮装置出水中硝酸盐含量超标、如何减少自养生物脱氮工艺的运行成本。如何克服现有这些技术的缺陷，已成为了本技术领域需要研究和解决的课题。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种新型石化废水处理装置，解决石化废水中难降解有毒有害有机物对自养脱氮生物含量和活性的影响、自养生物脱氮污泥浓度低、自养生物脱氮工艺的运行成本高、自养生物脱氮装置运行不稳定和出水总氮的指标不合格的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是提供一种新型石化废水处理装置，包括依次连接的厌氧池、异养反消化池、第一沉淀池、自养生物脱氮池，第二沉淀池。

本实用新型的效果是：

(1)在厌氧池中，通过厌氧水解作用降解90％-95％的难降解有毒有害有机物，同时通过甲烷菌作用去除原水中70％-80％的有机物。通过厌氧处理作用可以实现难降解有毒有害有机物的降解和资源回收，同时降低运行费用。

(2)在异养反硝化池中，主要是去除硝酸盐氮和有机物。在异养反硝化细菌的作用下，利用进水中的有机物和自养生物脱氮池回流出水中的硝酸盐氮进行反硝化，把硝酸盐氮变成氮气，同时去除进水中的有机物，从而减少了进入自养生物脱氮池的有机物。通过异养反硝化池去除异养反硝化池进水中的 80％-90％的有机物，同时去除80％-90％自养生物脱氮池产生的硝酸盐氮。通过添加固定生物载体，异养反硝化池中的污泥浓度保持10000mg/L以上。

(3)第一沉淀池通过对异养反硝化池的出水混合液进行固液分离，将沉淀下来的污泥返送到异养反硝化池。通过第一沉淀池对异养反硝化池的出水混合液进行固液分离，出水悬浮物浓度≤70mg/L。

(4)在自养生物脱氮池中，通过在自养生物脱氮池中添加悬浮生物载体，采用改性拉西环载体，利用改性拉西环载体可以为微生物提供一个空间差，从而给不同功能的自养脱氮微生物分别提供各自适合的生态位：短程硝化菌在载体的外部的好氧区生长，厌氧氨氧化菌在载体里面的缺氧区内生长。在外部的短程硝化菌利用水体中的溶解氧把进水中的约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐氮，之后在载体内部的厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮和剩下的氨氮进行作用生成氮气，从而把污水中的氨氮去除。同时利用悬浮生物载体截留装置的作用，在3-5个月内对自养生物脱氮污泥进行富集，并且在自养生物脱氮池中的自养生物脱氮污泥浓度保持在10000mg/L以上；同时由于原水中的难降解有毒有害有机物的去除，从而减少了对自养生物脱氮污泥的影响，自养生物脱氮池的总氮处理负荷达到2.7-7.2kg/(m³·d)，进水中的氨氮的去除率达到 95％-99％。

(5)第二沉淀池通过对自养生物脱氮池的出水混合液进行固液分离，将沉淀下来的污泥通过悬浮生物载体截留装置返送到自养生物脱氮池。通过第二沉淀池对自养生物脱氮池的出水混合液进行固液分离，出水悬浮物浓度≤50mg/L。

(6)在所述第一沉淀池和自养生物脱氮池之间通过溢流形式流动，异养反硝化池和第一沉淀池、自养生物脱氮池和第二沉淀池均采用合建式，省去污泥回流泵和管道，降低了水力损失，从而减少20％-30％的运行费用。

(7)在所述自养生物脱氮池中，通过控制自养生物脱氮池中的溶解氧在 0.3-1mg/L、温度在30-35℃、出水回流比0.5-10、游离氨和游离亚硝酸的浓度分别在1-25mg/L和5-20μg/L、游离亚硝酸和游离氨的浓度随时间的变化率分别小于20μg/(L·d)和25mg/(L·d)，当以上参数超过变化范围时，自控系统发出警告从而进行预警，从而对这些参数进行调控，控制这些参数在控制范围内，从而保证自养生物脱氮池的稳定运行，保证出水水质达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)中的直接排放标准。

附图说明

图1为本实用新型的废水处理整体装置结构示意图。

图中：

1、厌氧池2、异养反硝化池3、第一沉淀池4、自养生物脱氮池5、第二沉淀池11、进水泵Ⅰ12、厌氧池进水管13、厌氧池支架14、厌氧池反应区

15、三相分离器16、气体收集管17、恒温加热器18、恒温水浴槽进水口 19、恒温水浴槽110、出水管111、恒温水浴槽出水口112、固定生物载体Ⅱ 113、排泥管114、集气室115、恒温水浴槽外壁21、进水泵Ⅱ22、固定生物载体Ⅰ 23、搅拌电机24、异养反硝化池升流区25、异养反硝化池降流区26、加热棒 27、导流板28、污泥回流缝29、搅拌装置210、搅拌桨

211、出水回流进水管212、异养反硝化池组合式在线检测仪

31、溢流孔32、排泥管41自养生物脱氮池升流区42、自养生物脱氮池降流区 43、悬浮生物载体44、导流板45、曝气装置46、污泥自流区

47、PLC控制器48、鼓风机49、自养生物脱氮池组合式在线检测仪51、悬浮生物载体截留装置52、出水管53、出水回流管54、排泥管55、出水回流泵

具体实施方式

结合附图对本实用新型的新型高含氮石化废水处理装置加以说明。

如图1所示，本实用新型的新型高含氮石化废水处理装置结构是由依序连接厌氧池1，异养反硝化池2，第一沉淀池3，自养生物脱氮池4和第二沉淀池 5组成。

所述厌氧池1的厌氧池进水管12通过管道与进水泵Ⅰ11连接，厌氧池进水管12通过法兰与厌氧池反应区14连接，之后厌氧池反应区14通过法兰与三相分离器15连接，厌氧池1的出水管110通过管道与进水泵Ⅱ21连接；厌氧池1 设有恒温加热系统：在厌氧池反应区14与恒温水浴槽外壁115之间设有恒温水浴槽19，恒温水浴槽19的恒温水浴槽进水管18、出水管110通过管道分别与恒温加热器17连接，在厌氧池1的厌氧池反应区14中填充有固定生物载体Ⅱ 112；厌氧池1的厌氧池反应区14的底部设有排泥管113；同时在厌氧池1的三相分离器15的上部设有带气体收集管16的集气室114。

在所述异养反硝化池2的内部设有导流板27，导流板27一侧为异养反硝化池升流区24，另一侧为异养反硝化池降流区25，所述异养硝化池升流区24通过管道与进水泵21连接，所述异养反硝化池降流区25下部设有污泥回流缝28 并与第一沉淀池3连接；在异养反硝化池2中填充有固定生物载体Ⅰ22；在异养反硝化池2的底部设有搅拌装置29并通过搅拌桨210与搅拌电机23，加热棒 26设在异养反硝化池升流区24液面以下并与PLC控制器47连接；异养反硝化池2还设有异养反硝化池组合式在线检测仪212并与PLC控制器47连接，PLC 控制器47通过管线分别与自养生物脱氮池组合式在线检测仪49、鼓风机48和出水回流泵55连接；异养反硝化池2的出水回流进水管211通过管道与出水回流泵55连接。

所述第一沉淀池3通过污泥回流缝28与异养反硝化池2连接，第一沉淀池3通过上部的溢流孔31与自养生物脱氮池4连接。

所述自养生物脱氮池4通过溢流孔31与第一沉淀池3连接，自养生物脱氮池4的内部设有导流板44，导流板44一侧的自养生物脱氮池升流区41，另一侧的自养生物脱氮池降流区42，所述自养生物脱氮池4通过自养生物脱氮池降流区42下部的污泥自流区46与第二沉淀池5连通；自养生物脱氮池4中填充有悬浮生物载体43，同时自养生物脱氮池4的自养生物脱氮池降流区42与第二沉淀池5之间设有悬浮生物载体截留装置51；自养生物脱氮池4中设有曝气装置45，曝气装置45通过管道连接有鼓风机48，鼓风机48并与PLC控制器47 连接；自养生物脱氮池4设有自养生物脱氮池组合式在线检测仪49并与PLC控制器47连接，PLC控制器47通过管线分别与自养生物脱氮池组合式在线检测仪49、加热棒26、鼓风机48和出水回流泵55连接。

所述第二沉淀池5的出水通过上部的出水管52排出，第二沉淀池5的出水分为两路：一路通过出水管52排出，另一路通过出水回流管53与出水回流泵 55连接，通过管道回流到异养反硝化池2，同时出水回流泵55与PLC控制器 47连接。

所述悬浮生物载体43为改性拉西环载体，改性拉西环载体尺寸为直径×高×壁厚＝D×H×W＝1-10cm×1-10cm×2-5mm，悬浮生物载体43投加率为体积比的10％-30％。

所述异养反硝化池2中的混合液通过搅拌装置29从异养反硝化池升流区24 的底部上升到异养反硝化池升流区24顶部，通过导流板27上部溢流进入异养反硝化池降流区25，从异养反硝化池降流区25上部向下流动到异养反硝化池降流区25下部，通过导流板27下部重新进入异养反硝化池降流区25中，形成内循环系统。

所述自养生物脱氮池4中的混合液和悬浮生物载体43通过曝气装置45从自养生物脱氮池升流区41的底部上升到自养生物脱氮池升流区41顶部，通过导流板44上部溢流进入自养生物脱氮池降流区42后，从自养生物脱氮池降流区42上部向下流动到自养生物脱氮池降流区42下部的污泥自流区46，之后重新进入自养生物脱氮池升流区41，在自养生物脱氮池4中形成内循环系统。

所述PLC控制器47是GCAN-PLC-400型可扩展PLC控制器，PLC控制器 47中设有预警模块和数据分析模块。

所述固定生物载体Ⅱ112为悬浮球型载体，载体尺寸为直径为1-10cm，载体通过绳线固定在厌氧池反应区14中，投加率为体积比的10％-30％。

通过实施例对本实用新型的新型高含氮石化废水装置说明实现过程：

处理对象：某石油化工厂产生的石化废水，该废水中的氨氮浓度为900mg/L， COD浓度为1200mg/L，悬浮物浓度为250mg/L，pH＝7-8。

(1)厌氧处理去除难降解有毒有害有机物

来自进水泵Ⅰ11的石化废水进入厌氧池1，污水在厌氧池1中的水力停留时间为12-48h，通过恒温加热器17保持厌氧池1的温度在30-35℃，在厌氧池1 中添加固定生物载体Ⅱ112，载体选用悬浮球型载体，载体通过绳线串联固定，载体直径为3cm，载体的投加率为体积比的30％，厌氧池1中的混合液在三项分离器15的作用下，把混合液中分离开，分离的沼气气体通过集气室114上部排气空16收集，污泥重新沉淀进入厌氧池反应区14，分离出的液体通过出水管 110排出，在进水泵Ⅱ21的作用下进入异养反硝化池2，污泥从底部排泥管113 排出。通过厌氧处理，可以去除原水中的70％-80％的COD和降解90％-95％的难降解有毒有害有机物，出水COD约为400-420mg/L。

(2)异养反硝化去除自养生物脱氮池出水回流的硝酸盐氮和进水中的有机物

厌氧池1的出水通过进水泵Ⅱ21的作用下进入异养反硝化池2的异养反硝化池升流区24，在异养反硝化池2中添加固定生物载体Ⅰ22，固定生物载体Ⅰ 22选用悬浮球型载体并通过绳线串联固定，载体直径为3cm，载体的投加率为体积比的30％。混合液在搅拌装置29的提升下从导流板27上部进入异养反硝化池降流区25，固定生物载体Ⅰ22上的异养反硝化菌和异养反硝化池2中絮状污泥的异养反硝化菌利用进水中的有机物将第二沉淀池5回流的硝酸盐氮生成氮气，通过添加固定生物载体Ⅰ22，保证异养反硝化池2中的污泥浓度在 10000mg/L以上。通过PLC控制器47、加热棒26与异养反硝化池组合式在线检测仪212的联控控制异养反硝化池2的温度在30-35℃，通过PLC控制器47、鼓风机48与异养反硝化池组合式在线检测仪212的联控控制异养反硝化池2的污水回流比控制在800％，污水在异养反硝化池2中的水力停留时间在12-24h，经过异养反硝化处理，在异养反硝化池2中可实现363mg/L的COD去除，硝酸盐氮可去除87％。异养反硝化池降流区25下部的混合液一部分重新进入异养反硝化池升流区24，另一部分通过污泥回流缝28进入第一沉淀池3。

(3)第一沉淀池的固液分离

第一沉淀池3的作用主要是对异养反硝化池2的出水混合液进行固液分离，混合液通过污泥回流缝28进入第一沉淀池3，混合液在第一沉淀池3的水力停留时间在3-6h，在重力作用下完成固液分离，出水悬浮物浓度降到70mg/L，沉淀污泥通过污泥回流缝28自行滑入异养反硝化池2，剩余污泥根据需要从排泥管32排出，上清液通过溢流孔31进入自养生物脱氮池4。

(4)自养生物脱氮去除污水中的氨氮

污水从第一沉淀池3的溢流孔31进入自养生物脱氮池4，在自养生物脱氮池4中投加悬浮生物载体43，悬浮生物载体43采用改性拉西环载体，尺寸为直径×高×壁厚＝D×H×W＝1cm×1cm×2mm，投加率为30％，利用改性拉西环载体可以为微生物提供一个空间差，从而给不同功能的自养脱氮微生物分别提供各自适合的生态位：短程硝化菌在载体的外部的好氧区生长，短程硝化菌利用水体中的溶解氧把进水中的约50％的氨氮氧化成亚硝酸盐氮；厌氧氨氧化菌在载体里面的缺氧区内生长，厌氧氨氧化菌利用短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮和剩下的氨氮进行作用生成氮气，从而把污水中的氨氮去除。同时在自养生物脱氮池4与第二沉淀池5之间设置悬浮生物载体截留装置51，悬浮生物载体截留装置51采用网状结构，材料采用难降解无毒无害的聚乙烯等高分子材料，网状结构的尺寸为6mm。通过悬浮生物载体43可以快速的对自养生物脱氮污泥进行富集，同时通过悬浮生物载体截留装置51把自养生物脱氮池4中的悬浮生物载体43截留在反应器中防止了悬浮生物载体43随出水流出。通过添加该悬浮生物载体43和悬浮生物载体截留装置51可以在3-5个月内对自养生物脱氮污泥富集，同时保持自养生物脱氮池4中污泥浓度在10 000mg/L以上。

污水从第一沉淀池3的溢流孔31进入自养生物脱氮池4后，在自养生物脱氮池4中被循环处理：采用鼓风机48将空气通过曝气装置45打入自养生物脱氮池升流区41底部，将混合液和悬浮生物载体43提升到自养生物脱氮池升流区41上部，混合液与悬浮生物载体43通过导流板44上部进入自养生物脱氮池降流区42，之后悬浮生物载体43和一部分混合液经过自养生物脱氮池降流区 42底部的污泥自流区46重新进入自养生物脱氮池升流区41下部进行循环；通过内循环提高了氨氮的去除效率，在自养生物脱氮池4中可实现894mg/L的氨氮去除，去除率达到99％。在自养生物脱氮池4中，通过PLC控制器47、加热棒26与自养生物脱氮池组合式在线检测仪49的联控控制自养生物脱氮池4的温度在30-35℃；通过PLC控制器47、鼓风机48与自养生物脱氮池组合式在线检测仪49的联控将自养生物脱氮池4的溶解氧控制在0.5mg/L左右；同时控制自养生物脱氮池4中的pH在7-8、游离氨浓度在1-25mg/L和游离亚硝酸浓度在 5-20μg/L。污水在自养生物脱氮池4中的水力停留时间为3-8h，此时自养生物脱氮池4的氮容积去除负荷率可达2.7-7.2kg/(m³·d)。另一部分混合液通过悬浮生物载体截留装置51进入第二沉淀池5。

(5)第二沉淀池对悬浮物的去除

自养生物脱氮池4中的混合液通过悬浮生物载体截留装置51进入第二沉淀池5沉淀，混合液在第二沉淀池5中的水力停留时间在3-6h，出水悬浮物浓度达到50mg/L，沉淀污泥从污泥自流区46进入自养生物脱氮池4，出水从出水管 52一部分排出，一部分通过出水回流泵55回流到异养反硝化池2。

(6)污水在第一沉淀池3和自养生物脱氮池4之间通过溢流形式流动，异养反硝化池2和第一沉淀池3、自养生物脱氮池4和第二沉淀池5均采用合建式，省去污泥回流泵和管道，降低了水力损失，从而减少20％-30％的运行费用。

(7)新型高含氮石化废水处理装置进行参数调整的方法

在所述新型高含氮石化废水处理装置中，通过异养反硝化池组合式在线检测仪212检测异养反硝化池2中的温度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数；通过自养生物脱氮池组合式在线检测仪49检测自养生物脱氮池4中的温度、溶解氧浓度、硝酸盐氮浓度、pH和氨氮浓度参数，PLC控制器47中的数据分析模块对来自自养生物脱氮池组合式在线检测仪49和异养反硝化池组合式在线检测仪212的数据进行分析，来分析自养生物脱氮池4中的游离氨和游离亚硝酸的浓度、自养生物脱氮池4中的游离氨和游离亚硝酸的浓度随时间的变化率、自养生物脱氮池4中的硝酸盐氮浓度与进水氨氮浓度的比值、异养反硝化池2 和自养生物脱氮池4中的温度，这些参数通过与PLC控制器47中的数据分析模块中的标准参数进行比对，当这些参数超过标准参数时，PLC控制器47中的预警模块发出警告，并对自养生物脱氮池5按以下步骤进行调整：

1)在所述自养生物脱氮池4和异养反硝化池2中的温度低于30℃时，PLC 控制器47发出预警信号，PLC控制器47通过控制加热棒26的闭合进行加热，当自养生物脱氮池4和异养反硝化池2中的温度上升到30-35℃时，PLC控制器 47通过控制加热棒26停止加热，保证使自养生物脱氮池4和异养反硝化池2中的温度在30-35℃；当温度高于35℃时，PLC控制器47发出预警信号，PLC控制器47通过控制加热棒26断开，使自养生物脱氮池4和异养反硝化池2中的温度保持在30-35℃。

2)在所述自养生物脱氮池4中，当自养生物脱氮池4中的游离氨浓度超过 25mg/L或游离亚硝酸浓度超过20μg/L时，PLC控制器47发出预警信号，此时调整自养生物脱氮池4进水中的pH在7-8和氨氮浓度为450mg/L，保证自养生物脱氮池4中的游离氨和游离亚硝酸浓度分别控制在1-25mg/L和5-20μg/L的范围内。

3)在所述自养生物脱氮池4中，当自养生物脱氮池4中的保游离氨和游离亚硝酸浓度分别控制在1-25mg/L和5-20μg/L时，当游离亚硝酸的浓度随时间的变化率大于20μg/(L·d)时或者游离氨的浓度随时间的变化率大于25mg/ (L·d)，PLC控制器47发出预警信号，此时调整自养生物脱氮池4进水中的pH 在7-8和氨氮浓度为450mg/L，保证自养生物脱氮池4中的游离氨和游离亚硝酸浓度分别控制在1-25mg/L和5-20μg/L。

4)在所述自养生物脱氮池4中，当自养生物脱氮池4中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值大于0.15时，PLC控制器47发出预警信号，此时调控鼓风机48降低通风量，从而调整自养生物脱氮池4中的溶解氧浓度在0.5mg/L左右，从而保证自养生物脱氮池4中的硝酸盐氮浓度和进水氨氮浓度的比值维持在 0.1-0.15之间。

通过以上参数的预警和调控，从而实现对自养生物脱氮池4的实时控制和预警，保证自养生物脱氮池4的长期稳定高效运行。