一种费托合成废水生化处理方法与流程

本发明的应用领域为工业污水处理，尤其涉及费托合成废水生化处理工艺，适用于煤化工费托合成过程产生的具有浓度高、酸性强特征的工业废水。

技术背景

煤化工是我国的重要行业，使用煤炭为原料，转化为气体、液体和固体产品。费托合成(fischer-tropschsynthesis)是煤间接液化的重要技术路线之一，以合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)为原料在催化剂和适当条件下合成液态混合烃类和含氧化合物。该过程会产生大量浓度高、酸性强的废水，其化学需氧量(cod)浓度约为15000～35000mg/l，ph范围为2～4左右。该类废水一般处理工艺，通常需要加碱调整ph为中性附近(伍金伟等，工业水处理，2015，11：56-59；田忠明等，水处理技术，2017，9：101-103)，然后再使用生化工艺(厌氧、好氧)。当需要回用废水的时候，一般再加上膜处理(超滤、反渗透)单元，回收生化处理单元的出水。该废水处理过程没有设置菌种选择器，无法形成适合费托废水处理的菌群，导致该处理工艺有如下突出缺陷：1)用碱量大、成本高，因ph较低，需要投加大量的碱才能调整ph为中性；2)反渗透工艺能耗高，投加碱提高了废水的盐含量，增加了渗透压，提高了反渗透工艺的能耗；3)净水回收率低，浓盐水产量大，增加蒸发器能耗；4)废盐渣产量大，固废处置成本高。上述问题的根源在于加碱中和，本发明采用新型生化工艺及设备，通过设置菌种选择器，筛选出适合费托废水处理的特定菌群，不用加碱即可处理费托合成废水，出水ph值为中性，cod值小于100mg/l。

本发明在原有费托合成废水处理工艺的基础上，设计了特殊的菌群选择器，通过酸性废水进行环境筛选，结合水力条件和反应器结构进行机械筛选，最终形成耐酸厌氧菌群，对厌氧反应器进行菌群补充。该菌群选择器为密闭圆柱形罐体，上部设有斜板分离器(或斜板沉降分离器或斜板沉淀分离器)，中部设有布水器，运行方式为上流式。如图2所示，反应器上部为圆筒形，下部为倒圆锥形(或倒圆锥台形)。回流污泥通过中部侧面的进水管经反应器内部的布水器进入反应器，通过污泥混合液中污泥颗粒和水形成沿反应器形成的离心力差异及上部的斜板分离器，部分污泥沉入底部，排放进入后续的厌氧池。反应器顶部的中心位置(斜板分离器的上方)设置溢流器(深度为0.5米)(或溢流槽)，溢流器上端液体流入端的边缘为锯齿状。废水通过溢流器进入排水管，排出反应器。具体设计参数见图中标注，其它要求为：h/d＝1.5～2.0，d/d＝0.5。酸性废水与好氧池的混合液回流后，从位于底部布水器进入菌群选择器，经水力剪切作用，释放菌胶团内部的厌氧菌。泥水混合物流经上部的固液分离器，大颗粒污泥被分离下沉。穿过固液分离器的菌群，从上部流出菌群选择器，作为补充菌种，进入厌氧反应系统。

本发现要解决的技术问题是，如何采用厌氧的办法直接处理费托合成废水，避免加碱中和带来的系统问题，最终实现大幅降低费托合成废水处理及回用的综合成本之目的。

技术实现要素：

本发明涉及一种费托合成废水生化处理工艺，本发明的目的是提供一种费托合成废水低ph值生化处理工艺，该工艺能有效降低废水中cod值。

1.一种费托合成废水生化处理工艺，其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水排进缓冲池；(2)缓冲池出水进入菌种选择器，该设备同时接收兼氧池混合液回流；(3)菌种选择器出水进入厌氧反应器；(3)采用厌氧反应器出水进行处理；(4)好氧池部分混合液回流至菌种选择器；(5)对好氧池出水进行沉淀，获得剩余污泥，具体参数条件如下：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于5,000～25,000mg/l，ph为2.5～4.0，温度为15～40℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/10～1/4；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的5～15％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的20～30％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/20～1/8；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

(4)该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(5)厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝2～8天，温度为32℃～40℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为5～10kg/m³；

(6)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时好氧池中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧2.0～4.0mg/l，水力停留时间hrt＝10～20h，温度为15℃～30℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为1～5kg/m³；

所述的缓冲池中废水的ph值保持在2.5～4.0之间。

厌氧反应器前设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/10～1/5。

菌种选择器接收好氧池混合液回流，回流量占进水量的1/20～1/8。

所述的a/o系统通过菌种选择器形成特殊菌群，cod容积负荷设计值为0.20～0.80kg/m³·d。

本发明的突出特点有：1)无需加碱调整废水ph；2)采用菌群选择器，从反硝化污泥中分离富集耐酸菌群，无需持续投加菌种；3)高酸废水首先进入菌群选择器，然后进入厌氧系统。

附图说明

图1费托合成废水生化处理工艺；

图2菌种选择器结构示意图。图中1、溢流器；2、排水管；3、进水管；4、斜板分离器，5、排泥管。

具体实施方式

对比例1：

一种费托合成废水生化处理工艺，(1)将费托合成废水排进缓冲池；(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，采用厌氧反应器对缓冲池出水进行处理；(3)厌氧反应器出水进入好氧池，采用好氧池对厌氧反应器出水进行处理；(4)对好氧池出水混合液进行沉淀，获得剩余污泥和处理后的水体；

其原始处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于21,000mg/l，ph为3.5，温度为20℃，在缓冲池中投加氧化钙，使出水ph为7；

(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝2～8天，温度为35℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为8kg/m³；

(3)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.0mg/l，水力停留时间hrt＝15h，温度为20℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为3kg/m³；

(4)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为598mg/l，ph为7，tss为30mg/l。

实施例1

于运行的对比例1所述的费托合成废水生化处理装置的缓冲池和厌氧反应器之间设置一容器作为菌种选择器；缓冲池出水进入菌种选择器，菌种选择器同时接收好氧池出水混合液的部分回流水；菌种选择器出水进入厌氧反应器；好氧池部分出水混合液回流至菌种选择器；

一种费托合成废水生化处理工艺，其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于21,000mg/l，ph为3.5，温度为20℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/8；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的10％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的20％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/12；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

(4)该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(5)菌种选择器出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝2～8天，温度为35℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为8kg/m³；

(6)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时a池(好氧池)中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.0mg/l，水力停留时间hrt＝15h，温度为20℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为3kg/m³；

(7)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为85mg/l，ph为6，tss为20mg/l。对比例2：

一种费托合成废水生化处理工艺，(1)将费托合成废水排进缓冲池；(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，采用厌氧反应器对缓冲池出水进行处理；(3)厌氧反应器出水进入好氧池，采用好氧池对厌氧反应器出水进行处理；(4)对好氧池出水混合液进行沉淀，获得剩余污泥和处理后的水体；

其原始处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于21,000mg/l，ph为3.5，温度为20℃，在缓冲池中投加氧化钙，使出水ph为7；

(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝5天，温度为30℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为6kg/m³；

(3)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，好氧池通过曝气使池内溶解氧2.5mg/l，水力停留时间hrt＝18h，温度为25℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为2kg/m³；

(4)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为714mg/l，ph为7，tss为53mg/l。

实施例2：

于运行的对比例2所述的费托合成废水生化处理装置的缓冲池和厌氧反应器之间设置一容器作为菌种选择器；缓冲池出水进入菌种选择器，菌种选择器同时接收好氧池出水混合液的部分回流水；菌种选择器出水进入厌氧反应器；好氧池部分出水混合液回流至菌种选择器；

其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于21,000mg/l，ph为3.5，温度为20℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/10；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的15％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的25％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/12；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

(4)该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(5)菌种选择器出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝5天，温度为30℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为6kg/m³；

(6)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时a池中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧2.5mg/l，水力停留时间hrt＝18h，温度为25℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为2kg/m³；

(7)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为75mg/l，ph为6.5，tss为18mg/l。对比例3：

一种费托合成废水生化处理工艺，(1)将费托合成废水排进缓冲池；(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，采用厌氧反应器对缓冲池出水进行处理；(3)厌氧反应器出水进入好氧池，采用好氧池对厌氧反应器出水进行处理；(4)对好氧池出水混合液进行沉淀，获得剩余污泥和处理后的水体；

其原始处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于25,000mg/l，ph为3.2，温度为30℃，在缓冲池中投加氧化钙，使出水ph为7；

(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝6天，温度为32℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为7kg/m³；

(3)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.2mg/l，水力停留时间hrt＝18h，温度为27℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为4kg/m³；

(4)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为625mg/l，ph为7，tss为56mg/l。

实施例3：

于运行的对比例3所述的费托合成废水生化处理装置的缓冲池和厌氧反应器之间设置一容器作为菌种选择器；缓冲池出水进入菌种选择器，菌种选择器同时接收好氧池出水混合液的部分回流水；菌种选择器出水进入厌氧反应器；好氧池部分出水混合液回流至菌种选择器；

一种费托合成废水生化处理工艺，其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于25,000mg/l，ph为3.2，温度为30℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/8；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的15％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的25％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/15；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

(4)该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(5)菌种选择器出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝6天，温度为32℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为7kg/m3；

(6)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时a池中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.2mg/l，水力停留时间hrt＝18h，温度为27℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为4kg/m3；

(7)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为78mg/l，ph为6.2，tss为19mg/l。

对比例4：

一种费托合成废水生化处理工艺，(1)将费托合成废水排进缓冲池；(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，采用厌氧反应器对缓冲池出水进行处理；(3)厌氧反应器出水进入好氧池，采用好氧池对厌氧反应器出水进行处理；(4)对好氧池出水混合液进行沉淀，获得剩余污泥和处理后的水体；

其原始处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于10,000mg/l，ph为2.8，温度为29℃，在缓冲池中投加氧化钙，使出水ph为7；

(2)缓冲池出水进入厌氧反应器，厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝5天，温度为36℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为9kg/m³；

(3)厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.8mg/l，水力停留时间hrt＝20h，温度为28℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为5kg/m³；

(4)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为697mg/l，ph为7，tss为52mg/l。

实施例4：

于运行的对比例4所述的费托合成废水生化处理装置的缓冲池和厌氧反应器之间设置一容器作为菌种选择器；缓冲池出水进入菌种选择器，菌种选择器同时接收好氧池出水混合液的部分回流水；菌种选择器出水进入厌氧反应器；好氧池部分出水混合液回流至菌种选择器；

一种费托合成废水生化处理工艺，其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于10,000mg/l，ph为2.8，温度为29℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/8；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的20％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的20％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/9；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(4)厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝5天，温度为36℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为9kg/m³；

(5)菌种选择器出水进入厌氧反应器，厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时a池中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.8mg/l，水力停留时间hrt＝20h，温度为28℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为5kg/m³；

(6)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为74mg/l，ph为6.1，tss为16mg/l。

实施例5：

一种费托合成废水生化处理工艺，其处理工艺流程为：

(1)将费托合成废水送入缓冲池，缓冲池收集废水的cod处于21,000mg/l，ph为3.5，温度为20℃；

(2)在缓冲池和厌氧反应器间，设置菌种选择器，其有效体积为厌氧反应器的1/8；厌氧反应器内采用厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)颗粒污泥接种，接种污泥量为进水量的10％，好氧池采用普通城市生活污泥接种，接种污泥量为池子体积的20％，不用投加额外营养物。

(3)该菌种选择器同时接收好氧池的混合液回流，回流量占好氧池进水量的1/12；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起连续进入厌氧反应器；

该菌种选择器同时接收缓冲池出水，对耐酸菌群进行分离；分离得到的耐酸菌和费托合成废水一起进入厌氧反应器；

(4)厌氧反应器利用厌氧反应器中的耐酸菌群和其它菌群降解废水中的有机物质，将其转化为沼气，厌氧反应器条件为水力停留时间hrt＝2～8天，温度为35℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为8kg/m³；

(5)菌种选择器出水进入厌氧反应器，厌氧反应器出水进入好氧池，进一步降解废水中的有机物，同时a池中的部分混合液回流到菌种选择器，好氧池通过曝气使池内溶解氧3.0mg/l，水力停留时间hrt＝15h，温度为20℃，通过进水流量及停留时间控制总悬浮固体含量tss为3kg/m³；

(6)稳定运行72h后，好氧池出水实现泥水分离，一部分污泥回流到菌种选择器，另一部分污泥排出好氧池，好氧池池出水cod为85mg/l，ph为6，tss为20mg/l。