一种反硝化前置处理煤气化废水的生化方法与流程

本发明属于一种高效生化处理煤气化废水的方法，具体地说，是将传统的a²o²工艺中各单元间的逻辑顺序按照其污染物去除特征进行重排，并改进反应条件，强化各单元对各自特征污染物的去除效率，实现系统对废水中污染物的高效去除，提升出水水质。

背景技术：

鲁奇煤气化废水是在采用鲁奇炉碎煤加压气化工艺制造煤气的过程中所产生的废水，其中荒煤气中夹带的水蒸气在经过初冷凝器时形成的冷却水称作剩余氨水，含有高浓度的酚、氨、氰和焦油等，这是鲁奇煤气化废水中最主要的污染物来源。

目前工程应用的煤气化废水生化处理工艺主要有活性污泥法(cas)、序批式活性污泥法(sbr)、缺氧/好氧工艺(a/o)、厌氧/缺氧/好氧工艺(a/a/o)、生物膜法等。通过运行案例可以看出，以上工艺能够去除废水中大部分污染物，降低废水毒害性，但是出水中仍含有大量有机物和氨氮，出水远不能达到回用或排放标准，而且易受来水水质、水量波动影响，造成系统处理效率骤降，需要很长时间才能恢复正常。这些工艺还存在水力停留时间过长的问题，造成工程占地面积大、投资大以及运行费用高。

因此，需要开发一种高效稳定的处理鲁奇煤气化废水的生化工艺，在不增加投资运行成本的前提下提高污染物去除效率。

技术实现要素：

为了解决传统生化工艺处理鲁奇煤气化废水存在的问题，本发明采用一种改进处理工艺，通过改进缺氧反硝化、好氧脱碳、厌氧水解和好氧硝化的组合逻辑和运行方式，提高废水生化处理效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种新型煤气化废水处理系统，将缺氧反硝化池(a1)置于生化系统的最前端，包括顺次连通的缺氧反硝化池(a1)、好氧脱碳池(o1)、厌氧水解池(a2)和好氧硝化池(o2)。

进一步，还包括中沉池和二沉池，中沉池污泥回流至缺氧反硝化池(a1)，二沉池污泥回流至好氧硝化池(o2)；中沉池与二沉池均为双层套筒结构；中沉池与二沉池内设置有泥斗，该泥斗内设置有刮泥机。

进一步，缺氧反硝化池(a1)内部的固定床的上下层均设置有搅拌桨叶。

进一步，好氧脱碳池(o1)填充有bf弹性填料，填充比60％～80％；该好氧脱碳池内设置在线do检测联锁控制曝气装置，池内溶氧浓度do0.5～1mg/l。

进一步，厌氧水解池(a2)内的固定床下层设有搅拌浆叶；该厌氧水解池内设置温度探头和电伴热带。

进一步，好氧硝化池(o2)填充有bf弹性填料，填充比60％～80％；该好氧硝化池内设置在线do检测联锁控制曝气装置，池内溶氧浓度do2～3mg/l。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)将缺氧反硝化池(a1)置于系统最前端，设置搅拌装置提高传质速率并抑制反硝化污泥上浮；反硝化前置的优势包括：反硝化碳源充足，脱氮效率高；降低后续工段的有机负荷；回流硝化液对进水的稀释能够增强系统抗负荷冲击能力；充分发挥兼性菌可降解难降解有机物的特性，改善出水效果；

(2)好氧脱碳池(o1)保持低溶解氧运行，低溶解氧会形成好氧和局部缺氧环境，强化对难降解有机物的去除，并抑制硝化反应，防止硝酸盐对水解酸化池内厌氧菌活性产生干扰；

(3)厌氧水解池(a2)设置搅拌装置提高传质速率；废水中大部分有机物被前端的反硝化菌和好氧菌去除，剩下的多为难降解有机物，通过厌氧菌的水解作用，改变有机物结构，提高废水可生化性；

(4)好氧硝化池(o2)采用生物膜技术延长硝化菌的污泥停留时间，并保持高溶解氧环境，强化硝化效果以及对废水中剩余有机物的去除。

附图说明

图1是实施例中一种反硝化前置处理煤气化废水的生化工艺流程图；

图2是实施例中反应器水样分析结果。

图中：1、缺氧反硝化池，2、好氧脱碳池，3、厌氧水解池，4、好氧硝化池，5、中沉池，6、二沉池，7、进水槽，8、出水槽，9、蠕动泵，10、曝气风机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

具体实施方式

本实施例的一种新型煤气化废水处理系统，包括顺次连接的缺氧反硝化池(a1)、好氧脱碳池(o1)、厌氧水解池(a2)和好氧硝化池(o2)。

其中，缺氧反硝化池(a1)有效反应容积6l，hrt为18h，采用生物固定床+搅拌的运行方式，该硝化池内部的固定床上下分别设置搅拌桨叶。

好氧脱碳池(o1)填充bf弹性填料，填充比70％，有效反应容积8l，hrt为24h；设置在线do检测联锁控制曝气装置，保持池内较低的溶氧浓度(do0.5～1mg/l)。

中沉池与二沉池设计参数一致，均为双层套筒结构；中沉池与二沉池内设置有泥斗，该泥斗内设置有刮泥机，强化沉淀效果；中沉池污泥回流至缺氧反硝化池(a1)，二沉池污泥回流至好氧硝化池(o2)。

厌氧水解池(a2)有效反应容积8l，hrt为24h；采用生物固定床+搅拌的运行方式，固定床下设一个搅拌浆叶能够保证废水与填料表面的微生物充分接触反应；反应器设置温度探头和电伴热带。

好氧硝化池(o2)填充bf弹性填料，填充比70％，有效反应容积4l，hrt为12h；设置在线do检测联锁控制曝气装置，保持池内高溶氧浓度(do2～3mg/l)。

本实施例的煤气化废水处理系统处理废水过程主要包括以下两个阶段：

一、反应器启动阶段：

废水来源和水质：以某煤气化厂的鲁奇碎煤加压气化废水经过隔油-蒸氨-脱酚预处理后出水为系统进水，废水水质cod为2700～3200mg/l，总酚(tp)1000～1250mg/l，氨氮(nh3-n)120～180mg/l，总氮(tn)310～400mg/l。

反应器接种污泥：a1、o1和o2池的接种污泥来自市政污水厂cast工艺的二沉池排泥，该排泥为活性污泥，污泥接种浓度为5000mg/l，a2池接种污泥来自市政污水厂的厌氧水解池排泥，污泥接种浓度为5000mg/l。

反应器启动：接种污泥后，好氧反应器o1和o2投加适量醋酸钠、氯化铵和其他营养元素进行闷曝，反应器每运行24h停止曝气，待污泥沉淀后换水进入下一个周期。

营养元素成分及投加量如表1所示：

表1营养元素投加表

a1投加适量营养元素(同表1，并额外加50mg/l硝酸钠)进行搅拌，每运行24h停止搅拌，待污泥沉淀后换水进入下一个周期。a2投加适量营养元素(同表1，有机物以100mg/l淀粉替代醋酸钠)进行搅拌，每运行24h停止搅拌，待污泥沉淀后换水进入下一个周期。

启动总周期为10d左右，以微生物挂膜成功及有机物去除(a1、o1和o2)或转化率(a2)达到80％为准。

二、反应器运行阶段：

废水自进水槽通过蠕动泵提升至a1池，进水槽和蠕动泵之间通过球阀切断。废水自a1反应器底部进入，废水流量为8l/d。a1池内的搅拌器转速为60rpm，保持反应器内泥水充分混合。a1出水自反应器上部出水口溢流至o1池底部进水口，o1池曝气采用变频曝气风机，通过池内do在线仪连锁控制曝气量，使反应器内do维持在0.5～1.0mg/l。o1池出水溢流至中沉池套筒内，中沉池内设刮泥机强化污泥沉淀效果，刮泥机转速3rpm。沉淀污泥自底部经蠕动泵回流至a1池，回流量为4l/d(50％回流比)，回流污泥的作用一方面是稀释进水浓度，另一方面维持a1池内悬浮污泥浓度，剩余污泥经排泥管线定期排泥。经沉淀后的上清液自中沉池上部出水口溢流至a2反应器底部进水口，a2池内的搅拌器转速为60rpm。a2池内设加热带和温控仪表，自动控制反应器内温度维持在30±1℃。a2出水自反应器上部出水口溢流至o2池底部进水口，o2池曝气采用变频曝气风机，通过池内do在线仪连锁控制曝气量，使反应器内do维持在2.0mg/l。o2溢流出水进入二沉池，二沉池设置参数与中沉池一致，二沉池回流污泥经蠕动泵送至o2池进水口，回流量为4l/d(50％回流比)。二沉池出水溢流至产水槽，产水槽部分硝化液经蠕动泵回流至系统最前端的a1池，为反硝化反应提供硝化液，回流量为16l/d(200％回流比)，多余硝化液通过产水槽上端溢流水口外排。

反应器启动后系统开始连续运行，运行初期用自来水对废水进行稀释后进水，当系统cod和nh3-n去除率分别达到80％和60％时提高进水比例，进水中原废水比例梯度为20％、40％、60％、80％、100％。进水废水达到100％后，系统连续运行100d，每天定时对各反应器进行检测，检测指标包括ph值、do、污泥浓度以及cod、tp、nh3-n、tn和nox-n等水质指标。

在设定运行条件下(hrta1＝18h，hrto1＝24h，hrta2＝24h，hrto2＝12h，总hrt＝78h，r＝200％)，主要监测污染物出水浓度为cod169～186mg/l，tp3～5mg/l，nh3-n8～12mg/l，tn57～75mg/l，去除率分别为93.5％～94.2％，99.6％，91.6％～94.5％，78.7％～81.5％。

对各反应器水样分析结果如图1所示，废水中60％以上的tn和30％左右cod的去除在缺氧反硝化池完成，进水中充足的有机物保证了反硝化菌所需碳源，提高了反硝化效率。好氧脱碳池去除了废水中50％的cod和15％的tn，低溶解氧环境和生物膜的应用，实现了cod的高效去除和单一反应器内的同时硝化反硝化。厌氧水解池内cod去除率只有10％(以厌氧池进水浓度计)，而氨氮浓度增加15％，说明在该反应器内主要发生了有机物结构变化，含氮有机物通过水解反应释放出氨氮，废水生化性得到提高。硝化池出水中nox-n主要为no3-n(no3-n/nox-n＞95％)，no2-n只有在系统运行初期出现短期浓度积累，很快降至0.5mg/l以下，说明池内硝化菌的反应活性高，没有受到废水中有毒污染物的抑制。

将反硝化置于系统前端是基于反硝化菌可以利用一些有毒或难降解有机物作为反硝化碳源，特别在与易降解共代谢基质(如苯酚)共存的环境下，而且降解速率高于厌氧反应。以反硝化池为反应器，以苯酚为共基质碳源，分别以吡啶、喹啉和吡咯为目标代谢物，通过批次反硝化共代谢试验发现：吡啶作反硝化碳源的降解反应启动周期长，而且容易对微生物活性抑制，而苯酚的加入可以缩短启动周期。吡啶单基质的最高污泥去除速率为4.38mg/(gmlss·h)；喹啉和吡咯在作为单基质反硝化碳源时的去除效率分别只有18.5％和14.9％。而与苯酚共基质时去除效果都有明显改善，且去除率随着苯酚浓度的增大上升，其在本系统取得的最高去除率分别达到73.8％和65.9％。两者的最高污泥降解速率为1.86和1.09mg/(gmlss·h)。

综上，通过实验结果可以看到，a²o²系统能够实现有机物和氨氮类污染物的高效去除，且系统运行稳定，未出现处理效果骤降，出水恶化的现象。各反应器运行稳定，分工明确，对各自特征污染物的去除效率高，说明系统设置和运行条件选择合理。本系统将传统生化处理单元改造后进行有机组合，提高了对煤气化废水中污染物的去除效率，降低出水污染物浓度，减轻了后续废水排放或回用深度处理系统的运行压力，且环保、经济效益显著，是一种高效低耗的先进工艺。

以上所述仅为本发明创造的优选实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。