一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法和系统与流程

本发明属于水处理技术领域，涉及一种焦化废水强化处理工艺和技术，具体涉及一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法和系统。

背景技术：

中国是一个焦炭大国。炼焦是高能耗、高污染、资源性的典型“两高一资”行业。生产焦炭的过程中会排放大量的废水，我国每年约排放1亿吨焦化废水。

焦化废水是煤在高温干馏以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，成分复杂，有机污染物浓度及污水色度高、毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水。

目前国家对废水的排放标准及相关的“节能减排”政策正逐步提高，上2012年10月1日起颁布了新的《炼焦化学工业污染物排放标准》(gb16171-2012)，其中《炼焦化学工业污染物排放标准》要求自2015年1月1日起，现有企业执行的的焦化排水指标有严格的要求。

本发明的目的就是根据焦化废水的水质水量情况，开发出高效的去除溶解性有机物和有机氮的方法。开发焦化废水强化处理工艺和装置，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。

技术实现要素：

为了解决焦化废水中溶解性有机物和有机氮的环境污染问题，本发明提供了一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法和系统，本发明的焦化废水处理系统是环境友好型的钢铁废水绿色环保处理工艺。

本发明的技术方案如下：

一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述焦化废水ph为6～10，scod为1200～1890mg/l，有机氮为35～92mg/l；

所述焦化废水进入焦化废水调节池，调节池出水ph在7～8；

焦化废水调节池出水依靠重力流入填料式缺氧反应池，焦化废水调节池出水口标高比填料式缺氧反应池进水口标高2～3米；填料式缺氧反应池的水力停留时间为18～36小时，内置悬挂式酶促柔性填料；挂式酶促柔性填料的中心绳串联塑料圆盘，将醛化纤纶丝均匀分布在塑料圆片上，组成一定长度地醛化纤纶丝；挂式酶促柔性填料的填充密度为65～85％；在缺氧反应池酶促柔性醛化纤纶丝填料内部可生长黄杆菌纲和纤维粘网菌纲，两者的菌群分布的相对丰度分别在21～36％之间和12～23％之间；而在填料外部的微生物菌群分布中，两者的相对丰度均低于3％；填料式缺氧反应池悬浮固体浓度为4350～7750mg/l，污泥泥龄为15～20天，填料式缺氧池出水有机氮为17～35mg/l；所述中心绳可选尼龙绳。所述黄杆菌纲和纤维粘网菌纲为废水微生物领域内的常用菌群，普遍采用高通量测序技术进行检测。

焦化废水填料式缺氧池出水依靠重力流入混合曝气悬浮填料池，混合曝气悬浮填料池放置c-scbp-1；

c-scbp-1由如下方法制备而成：取25～50份羟基戊酸酯，2～4份1，4-丁二醇，10～20份椰壳活性焦、20～45份聚异氰型酸酯，1～2份二羟丙基聚硅烷，1份n-酰基甲基牛磺酸，5～8份蛋白酶，10～15份金属铜，溶解在55～75份水溶性聚氨酯溶液中；取10～15份聚氨酯填料，将其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，然后升温水溶性聚氨酯溶液至55～65度，恒温2～3小时，冷却后取出聚氨酯悬浮填料，烘箱中干燥，得到铜负载聚氨酯悬浮填料；在焦化废水混合曝气悬浮填料池的铜负载聚氨酯悬浮填料中，α-变形菌纲相对丰度在15～35％之间和纤维粘网菌纲在相对丰度在15～35％之间，可采用高通量测序技术进行检测，这两中菌纲强化了溶解性有机物的降解；

混合曝气悬浮填料池的混合液悬浮固体浓度为4550～6350mg/l，污泥泥龄为35～55天，水力停留时间为35～65小时；

然后焦化废水通过重力流入污泥沉淀池，沉淀后的污泥通过污泥回流泵打入填料式缺氧反应池，回流比为2：1；沉淀池中的上清液通过一级提升泵进入混凝沉淀池；

混凝沉淀池前部为搅拌区域，复合药剂加药系统将药剂加入前部的搅拌区域，复合药剂加入量为450～1250mg/l；混凝沉淀区后部为斜板沉淀池，沉淀时间为30～55分钟；

混凝沉淀池出水通过加药泵排入深度处理系统，经过本发明方法后，焦化废水出水ph为7～9，scod为67～123mg/l，有机氮为9～17mg/l。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，

所述复合药剂为改性生物炭混凝剂，所述改性生物炭混凝剂由以下步骤制备而成：制备的方法：1)筛取粒径为0.3～0.6mm的颗粒生物炭，颗粒生物炭炭含量质量百分比为45～52％，氢含量为3～8％，氮含量为2～5％，氧含量为21～42％；颗粒生物炭比表面积为1.3～2.9平方米/克；2)配制质量百分比为24～39％的聚硫酸氯化铁溶液，然后按照质量比生物炭：淀粉顺丁烯二酸单酯＝(60～85)：2的比例向聚硫酸氯化铁水溶液中投加，投加量为每升300～500克固体；3)配制的溶液在在水浴55℃下搅拌0.5～2小时，搅拌速度为55～75转/分钟；冷却后制得改性生物炭混凝剂。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，调节池中的水力停留时间为30～60分钟，调节池根据在线检测ph计来调节水中的ph值。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，挂式酶促柔性填料的中心绳直径为3.2～4.5毫米，断裂强力为91.3～94.5dn，断裂伸长率为23.8～39.2％。中心绳每隔1～2厘米串联塑料圆盘，圆盘直径为5～8厘米。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，焦化废水填料式缺氧池出水口标高比混合曝气悬浮填料池进水口标高4～5米，即高差为4～5米。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，c-scbp-1为立方体，30mm×30mm×30mm；比表面积可达24.1～31.5m²/g；c-scbp-1在混合曝气悬浮填料池中填充率为25～45％。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，经过混合曝气悬浮填料池后，焦化废水中scod为245～421mg/l。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，混凝沉淀池前部搅拌区域装有搅拌混合器，速度为50～70转/分钟，搅拌混合时间为5～8分钟。

根据本发明所述一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，吸附剂为颗粒生物炭和交联淀粉顺丁烯二酸单酯，絮凝剂为聚硫酸氯化铁。

本法吗还提供一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的系统，上述同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法可应用于该系统，依次包括进水泵1、调节池2、填料式缺氧反应池3、混合曝气填料池5、污泥沉淀池8、一级提升泵9、混凝沉淀池10、出水泵13；在所述填料式缺氧反应池3中内置悬挂式蜂窝填料4，在所述混合曝气填料池5内置c-scbp-16，在所述混凝沉淀池10上方设置复合药剂加药系统11，所述复合药剂加药系统11内置改性生物炭混凝剂12；在所述填料式缺氧反应池3和污泥沉淀池8之间设置污泥回流泵7。

发明详述：

一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的工艺，包括进水泵、调节池、填料式缺氧反应池、悬挂式酶促柔性填料、混合曝气悬浮填料池、焦化废水悬浮填料生物膜工艺填料—1(c-scbp-1)、污泥沉淀池、污泥回流泵、一级进水泵、斜板沉淀池、复合药剂加药系统、改性生物炭混凝剂、加药泵、出水泵。

所述焦化废水ph为6～10，scod(溶解性有机物)为1200～1890mg/l，有机氮为35～92mg/l。

所述焦化废水通过进水泵打入调节池，调节池中的水力停留时间为30～60分钟，调节池根据在线检测ph计来调节水中的ph值，最终调节池出水ph在7～8之间。

焦化废水调节池出水依靠重力流入填料式缺氧反应池，调节池出水口标高比填料式缺氧反应池进水口标高2～3米，即高差为2～3米。填料式缺氧反应池的水力停留时间为18～36小时，内置悬挂式酶促柔性填料。填料的中心绳直径为3.2～4.5毫米，断裂强力为91.3～94.5dn，断裂伸长率为23.8～39.2％。中心绳每隔1～2厘米串联塑料圆盘，圆盘直径为5～8厘米，将醛化纤纶丝均匀分布在塑料圆片上，组成一定长度地醛化纤纶丝。挂式酶促柔性填料的填充密度为65～85％。在缺氧池酶促柔性醛化纤纶丝填料内部可生长黄杆菌纲和纤维粘网菌纲，两者的菌群分布的相对丰度分别在21～36％之间和12～23％之间。而在填料外部的微生物菌群分布中，两者的相对丰度均低于3％。因为黄杆菌纲和纤维粘网菌纲的存在，强化了有机氮的去除。填料式缺氧反应池悬浮固体浓度为4350～7750mg/l，污泥泥龄为15～20天。填料式缺氧池出水有机氮为17～35mg/l。

焦化废水填料式缺氧池出水依靠重力流入混合曝气悬浮填料池，焦化废水填料式缺氧池出水口标高比混合曝气悬浮填料池进水口标高4～5米，即高差为4～5米。

然后焦化废水进入混合曝气悬浮填料池，混合曝气悬浮填料池放置c-scbp-1。c-scbp-1为立方体，30mm×30mm×30mm；比表面积可达24.1～31.5m²/g。c-scbp-1在混合曝气悬浮填料池中填充率为25～45％。混合曝气悬浮填料池的混合液悬浮固体浓度为4550～6350mg/l，污泥泥龄为35～55天，水力停留时间为35～65小时。

c-scbp-1根据焦化废水的水质特点制备，方法如下：取25～50份羟基戊酸酯，2～4份1，4-丁二醇，10～20份椰壳活性焦、20～45份聚异氰型酸酯，1～2份二羟丙基聚硅烷，1份n-酰基甲基牛磺酸，5～8份蛋白酶，10～15份金属铜，溶解在55～75份水溶性聚氨酯溶液中；取10～15份聚氨酯填料，将其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，然后升温水溶性聚氨酯溶液至55～65度，恒温2～3小时，冷却后取出聚氨酯悬浮填料，在90度烘箱中干燥，完全烘干后后制得铜负载聚氨酯悬浮填料。在焦化废水混合曝气悬浮填料池的铜负载聚氨酯悬浮填料中，α-变形菌纲相对丰度在15～35％之间和纤维粘网菌纲在相对丰度在15～35％之间，这两中菌纲强化了溶解性有机物的降解。

经过混合曝气悬浮填料池后，焦化废水中scod(溶解性有机物)为245～421mg/l.

然后焦化废水又通过重力流入污泥沉淀池，沉淀后的污泥通过污泥回流泵打入填料式缺氧池，回流比为2：1。沉淀池中的上清液通过一级提升泵进入混凝沉淀池。

混凝沉淀池前部为搅拌区域，装有搅拌混合器，速度为50～70转/分钟，搅拌混合时间为5～8分钟。复合药剂加药系统将药剂加入前部的搅拌区域，药剂加入量为450～1250mg/l。混凝沉淀区后部为斜板沉淀池，沉淀时间为30～55分钟。

本发明的改性生物炭混凝剂由根据焦化废水的水质特性制备而成。吸附剂为颗粒生物炭和交联淀粉顺丁烯二酸单酯，絮凝剂为聚硫酸氯化铁。制备的方法：1)筛取粒径为0.3～0.6mm的颗粒生物炭，颗粒生物炭炭含量(质量百分比)为45～52％，氢含量为3～8％，氮含量为2～5％，氧含量为21～42％。颗粒生物炭比表面积为1.3～2.9平方米/克。2)配制质量百分比为24～39％的聚硫酸氯化铁溶液，然后按照生物炭：淀粉顺丁烯二酸单酯(质量比)＝(60～85)：2的比例向聚硫酸氯化铁水溶液中投加，投加量为每升300～500克固体。3)配制的溶液在在水浴55℃下搅拌0.5～2小时，搅拌速度为55～75转/分钟。冷却后制得改性生物炭混凝剂。改性生物炭混凝剂可以高效的去除焦化废水中剩余的溶解性有机物和有机氮。

混凝沉淀池出水通过加药泵排入深度处理系统。

经过此工艺后，焦化废水出水ph为7～9，scod(溶解性有机物)为67～123mg/l，有机氮为9～17mg/l。

本发明有益的技术效果：

经过本发明所提供的一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法和系统处理后，焦化废水出水ph为7～9，scod(溶解性有机物)为67～123mg/l，有机氮为9～17mg/l。本发明实现了一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，该工艺一次性投资低；废水处理效果稳定，充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。

附图说明

图1为一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的工艺图，包括进水泵1、调节池2、填料式缺氧反应池3、悬挂式蜂窝填料4、混合曝气填料池5、c-scbp-16、污泥沉淀池8、污泥回流泵7、一级提升泵9、混凝沉淀池10、复合药剂加药系统11、改性生物炭混凝剂12、出水泵13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述，本领域技术人员应当理解，所述实施例仅用于示例，而不对本发明构成任何限制。

实施例1：

一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的工艺，包括进水泵、调节池、填料式缺氧反应池、悬挂式酶促柔性填料、混合曝气悬浮填料池、c-scbp-1、污泥沉淀池、污泥回流泵、一级进水泵、斜板沉淀池、复合药剂加药系统、改性生物炭混凝剂、加药泵、出水泵。

所述焦化废水ph为6.2，scod(溶解性有机物)为1750mg/l，有机氮为89mg/l。

所述焦化废水通过进水泵打入调节池，调节池中的水力停留时间为50分钟，调节池根据在线检测ph计来调节水中的ph值，最终调节池出水ph在7.3。

焦化废水调节池出水依靠重力流入填料式缺氧反应池，调节池出水口标高比填料式缺氧反应池进水口标高2米，即高差为2米。填料式缺氧反应池的水力停留时间为34小时，内置悬挂式酶促柔性填料。填料的中心绳直径为3.9毫米，断裂强力为93.5dn，断裂伸长率为27.8％。中心绳每隔1.6厘米串联塑料圆盘，圆盘直径为7厘米，将醛化纤纶丝均匀分布在塑料圆片上，组成一定长度地醛化纤纶丝。挂式酶促柔性填料的填充密度为70％。在缺氧池酶促柔性醛化纤纶丝填料内部可生长黄杆菌纲和纤维粘网菌纲，两者的菌群分布的相对丰度分别在25％之间和17％之间。而在填料外部的微生物菌群分布中，两者的相对丰度均低于3％。因为黄杆菌纲和纤维粘网菌纲的存在，强化了有机氮的去除。填料式缺氧反应池悬浮固体浓度为5460mg/l，污泥泥龄为15天。填料式缺氧池出水有机氮为30mg/l。

焦化废水填料式缺氧池出水依靠重力流入混合曝气悬浮填料池，焦化废水填料式缺氧池出水口标高比混合曝气悬浮填料池进水口标高4米，即高差为4米。

然后焦化废水进入混合曝气悬浮填料池，混合曝气悬浮填料池放置c-scbp-1。c-scbp-1为立方体，30mm×30mm×30mm；比表面积可达26.9m²/g。c-scbp-1在混合曝气悬浮填料池中填充率为33％。混合曝气悬浮填料池的混合液悬浮固体浓度为4980mg/l，污泥泥龄为40天，水力停留时间为55小时。

c-scbp-1根据焦化废水的水质特点制备，方法如下：取45份羟基戊酸酯，3份1，4-丁二醇，18份椰壳活性焦、40份聚异氰型酸酯，2份二羟丙基聚硅烷，1份n-酰基甲基牛磺酸，5份蛋白酶，15份金属铜，溶解在65份水溶性聚氨酯溶液中；取10份聚氨酯填料，将其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，然后升温水溶性聚氨酯溶液至65度，恒温2小时，冷却后取出聚氨酯悬浮填料，在90度烘箱中干燥，完全烘干后后制得铜负载聚氨酯悬浮填料。在焦化废水混合曝气悬浮填料池的铜负载聚氨酯悬浮填料中，α-变形菌纲相对丰度在25％之间和纤维粘网菌纲在相对丰度在20％之间，这两中菌纲强化了溶解性有机物的降解。

经过混合曝气悬浮填料池后，焦化废水中scod(溶解性有机物)为339mg/l.

然后焦化废水又通过重力流入污泥沉淀池，沉淀后的污泥通过污泥回流泵打入填料式缺氧池，回流比为2：1。沉淀池中的上清液通过一级提升泵进入混凝沉淀池。

混凝沉淀池前部为搅拌区域，装有搅拌混合器，速度为50～70转/分钟，搅拌混合时间为6分钟。复合药剂加药系统将药剂加入前部的搅拌区域，药剂加入量为780mg/l。混凝沉淀曲后部为斜板沉淀池，沉淀时间为45分钟。

本发明的改性生物炭混凝剂由根据焦化废水的水质特性制备而成。吸附剂为颗粒生物炭和交联淀粉顺丁烯二酸单酯，絮凝剂为聚硫酸氯化铁。制备的方法：1)筛取粒径为0.4mm的颗粒生物炭，颗粒生物炭炭含量(质量百分比)为52％，氢含量为6％，氮含量为3％，氧含量为39％。颗粒生物炭比表面积为2.3平方米/克。2)配制质量百分比为32％的聚硫酸氯化铁溶液，然后按照生物炭：淀粉顺丁烯二酸单酯(质量比)＝77：2的比例向聚硫酸氯化铁水溶液中投加，投加量为每升400克固体。3)配制的溶液在在水浴55℃下搅拌0.5小时，搅拌速度为55转/分钟。冷却后制得改性生物炭混凝剂。改性生物炭混凝剂可以高效的去除焦化废水中剩余的溶解性有机物和有机氮。

混凝沉淀池出水通过加药泵排入深度处理系统。

经过此工艺后，焦化废水出水ph为7.9，scod(溶解性有机物)为111mg/l，有机氮为13mg/l。实例2

一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的工艺，包括进水泵、调节池、填料式缺氧反应池、悬挂式酶促柔性填料、混合曝气悬浮填料池、c-scbp-1、污泥沉淀池、污泥回流泵、一级进水泵、斜板沉淀池、复合药剂加药系统、改性生物炭混凝剂、加药泵、出水泵。

所述焦化废水ph为9.3，scod(溶解性有机物)为1450mg/l，有机氮为58mg/l。

所述焦化废水通过进水泵打入调节池，调节池中的水力停留时间为40分钟，调节池根据在线检测ph计来调节水中的ph值，最终调节池出水ph为7.9。

焦化废水调节池出水依靠重力流入填料式缺氧反应池，调节池出水口标高比填料式缺氧反应池进水口标高2米，即高差为2米。填料式缺氧反应池的水力停留时间为22小时，内置悬挂式酶促柔性填料。填料的中心绳直径为4.1毫米，断裂强力为93.6dn，断裂伸长率为37.1％。中心绳每隔1厘米串联塑料圆盘，圆盘直径为8厘米，将醛化纤纶丝均匀分布在塑料圆片上，组成一定长度地醛化纤纶丝。挂式酶促柔性填料的填充密度为65％。在缺氧池酶促柔性醛化纤纶丝填料内部可生长黄杆菌纲和纤维粘网菌纲，两者的菌群分布的相对丰度分别在33％之间和17％之间。而在填料外部的微生物菌群分布中，两者的相对丰度均低于3％。因为黄杆菌纲和纤维粘网菌纲的存在，强化了有机氮的去除。填料式缺氧反应池悬浮固体浓度为6120mg/l，污泥泥龄为20天。填料式缺氧池出水有机氮为23mg/l。

焦化废水填料式缺氧池出水依靠重力流入混合曝气悬浮填料池，焦化废水填料式缺氧池出水口标高比混合曝气悬浮填料池进水口标高4米，即高差为4米。

然后焦化废水进入混合曝气悬浮填料池，混合曝气悬浮填料池放置c-scbp-1。c-scbp-1为立方体，30mm×30mm×30mm；比表面积可达29.1m²/g。c-scbp-1在混合曝气悬浮填料池中填充率为30％。混合曝气悬浮填料池的混合液悬浮固体浓度为4960mg/l，污泥泥龄为50天，水力停留时间为60小时。

c-scbp-1根据焦化废水的水质特点制备，方法如下：取45份羟基戊酸酯，2份1，4-丁二醇，15份椰壳活性焦、45份聚异氰型酸酯，2份二羟丙基聚硅烷，1份n-酰基甲基牛磺酸，5份蛋白酶，15份金属铜，溶解在75份水溶性聚氨酯溶液中；取10份聚氨酯填料，将其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，然后升温水溶性聚氨酯溶液至65度，恒温2小时，冷却后取出聚氨酯悬浮填料，在90度烘箱中干燥，完全烘干后后制得铜负载聚氨酯悬浮填料。在焦化废水混合曝气悬浮填料池的铜负载聚氨酯悬浮填料中，α-变形菌纲相对丰度在26％之间和纤维粘网菌纲在相对丰度在19％之间，这两中菌纲强化了溶解性有机物的降解。

经过混合曝气悬浮填料池后，焦化废水中scod(溶解性有机物)为331mg/l.

然后焦化废水又通过重力流入污泥沉淀池，沉淀后的污泥通过污泥回流泵打入填料式缺氧池，回流比为2：1。沉淀池中的上清液通过一级提升泵进入混凝沉淀池。

混凝沉淀池前部为搅拌区域，装有搅拌混合器，速度为70转/分钟，搅拌混合时间为8分钟。复合药剂加药系统将药剂加入前部的搅拌区域，药剂加入量为890mg/l。混凝沉淀曲后部为斜板沉淀池，沉淀时间为30分钟。

本发明的改性生物炭混凝剂由根据焦化废水的水质特性制备而成。吸附剂为颗粒生物炭和交联淀粉顺丁烯二酸单酯，絮凝剂为聚硫酸氯化铁。制备的方法：1)筛取粒径为0.3mm的颗粒生物炭，颗粒生物炭炭含量(质量百分比)为52％，氢含量为7％，氮含量为5％，氧含量为36％。颗粒生物炭比表面积为1.5平方米/克。2)配制质量百分比为31％的聚硫酸氯化铁溶液，然后按照生物炭：淀粉顺丁烯二酸单酯(质量比)＝67：2的比例向聚硫酸氯化铁水溶液中投加，投加量为每升500克固体。3)配制的溶液在在水浴55℃下搅拌2小时，搅拌速度为75转/分钟。冷却后制得改性生物炭混凝剂。改性生物炭混凝剂可以高效的去除焦化废水中剩余的溶解性有机物和有机氮。

混凝沉淀池出水通过加药泵排入深度处理系统。

经过此工艺后，焦化废水出水ph为8.1，scod(溶解性有机物)为79mg/l，有机氮为13mg/l。

综上所述，本发明实现了一种同时去除焦化废水中溶解性有机物和有机氮的方法，本发明工艺一次性投资低；废水处理效果稳定，充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。