厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法
2023-10-18 02:04:34 3
專利名稱：厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理煤化工廢水的方法，屬於市政工程、環境工程及化工 廢水處理技術領域。
背景技術：
煤化工廢水是指在煤加工的預處理、處理過程中產生的廢水，主要包括造 氣廢水、淨化洗滌廢水和其它煤製品產生的廢水，屬於當前難處理的工業廢水 之一。該廢水的成份極其複雜，不但含有大量的酚類化合物外，還包括脂肪族 類化合物、雜環化合物、多環芳香族化合物和氰化物等。這些成份大多屬於有 毒有害、難降解的有機物，具有很強的生物毒害作用，嚴重威脅了環境的安全。 我國是一個煤炭資源豐富的國家，隨著國內能源需求的日益緊張，企業會逐步 擴大煤炭的開採和加工，煤化工廢水的治理也就變得日益嚴峻，因此如何處理 煤化工廢水便成為了研究的焦點。
目前，國內外對主要的煤化工產品所產生的各類廢水都有相關的研究，但 多數研究均集中在好氧生物處理工藝。厭氧工藝雖具有能耗低、有機容積負荷 高、剩餘汙泥量少、能分解有毒、難降解有機物等優點，但處理煤化工廢水仍 存在啟動困難、處理效能低等問題而很少報導。發明人在通過對煤化工企業廢 水處理的大量實地調査和試驗研究發現，直接採用好氧生物工藝處理煤化工廢 水啟動快、運行穩定，但運行成本高、出水水質很難達標且後續處理難度極大。 如果煤化工廢水經過厭氧處理後，不但能使很多難好氧處理的有機物質得到分 解，而且為後續實現達標排放處理創造了良好的條件。因厭氧處理煤化工廢水 的最大問題在於啟動困難、初期厭氧菌種難以適應廢水的特點，不僅造成工藝 處理效能極低，而且系統內菌種增殖困難，難以實現高效、穩定運行。因此， 厭氧處理煤化工廢水的成功關鍵在於如何實現接種細菌適應煤化工廢水水質 並大量繁殖的要求
發明內容
本發明為了解決採用厭氧工藝處理煤化工廢水存在啟動困難、初期厭氧菌 種難以適應廢水的特點，不僅造成工藝處理效能極低，而且系統內菌種增殖困
難，難以實現高效、穩定運行的問題；進而提供了一種厭氧共代謝處理煤化工 廢水的方法。
本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是本發明所述的厭氧共代謝 處理煤化工廢水的方法包括如下步驟
步驟一、選定以酚類為主要汙染物、COD(化學需氧量)為3000 4000mg/L、 總酚濃度為600 800mg/L的煤化工廢水作為待處理廢水；
步驟二、以厭氧顆粒汙泥作為初始接種泥源，將所述初始接種泥源放入厭 氧反應器內並靜沉12 24小時；所述厭氧反應器為中溫厭氧反應器，即保持 厭氧反應器內的溫度為32 35°C;
步驟三、採用甲醇作為共代謝基質，將甲醇投加到待處理廢水中，每天甲 醇投加的COD總量與每天處理煤化工廢水的COD總量之比控制在0. 1 0. 5;
步驟四、將投配甲醇的待處理廢水引入到厭氧反應器內，並保持水力停留 時間HRT為24h;
步驟五、控制穩定的工況，採用步驟三所述的甲醇投配比的基礎上運行三 至四個月即可達到穩定的工況。
本發明的有益效果是
本發明利用甲醇作為厭氧處理煤化工廢水的共代謝基質，使得造氣廢水的 可厭氧生化性得到了大幅度提高，縮短了反應器的啟動時間，解決了煤化工廢
水厭氧處理困難的問題。穩定運行三至四個月，在HRT為24h和最佳的甲醇投 配比情況下，厭氧處理煤化工廢水的C0D去除率可達到50。/。以上，總酚的去除 率可達到70-80%;煤化工廢水的厭氧處理效果得到了極大的提高。本發明通 過投加特定比例的共代謝基質提高了煤化工廢水厭氧處理的可行性，並強化了 其厭氧處理能力，大幅度提升了煤化工廢水中汙染物(尤其是酚類汙染物)的 厭氧去除效果，為後續工藝處理減輕負擔。
圖1是外循環厭氧反應器的結構示意圖(EC厭氧反應器；進水1、提升泵2、配水裝置3、取樣口4、溫控儀5、循環泵6、三相分離器7、沼氣8、出水 9)，圖2是升流式厭氧汙泥床的結構示意圖(UASB厭氧反應器；進水l、提升 泵2、配水裝置3、取樣口4、溫控儀5、三相分離器6、沼氣7、出水8)，圖 3是厭氧膨脹顆粒汙泥床的結構示意圖(EGSB厭氧反應器；進水l、提升泵2、 配水裝置3、取樣口4、溫控儀5、循環泵6、三相分離器7、沼氣8、出水9)。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式所述的厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法包 括如下步驟
步驟一、選定以酚類為主要汙染物、C0D為3000 4000mg/L、總酚濃度為 600 800mg/L的煤化工廢水作為待處理廢水(原水)；
步驟二、以厭氧顆粒汙泥作為初始接種泥源，將所述初始接種泥源放入厭 氧反應器內並靜沉12 24小時；所述厭氧反應器為中溫厭氧反應器，即保持 厭氧反應器內的溫度為32 35°C;
步驟三、採用甲醇作為共代謝基質，將甲醇投加到待處理廢水中，每天甲 醇投加的C0D總量(甲醇的COD當量)與每天處理煤化工廢水的COD總量之比 控制在O. 1 0. 5;
步驟四、將投配甲醇的待處理廢水引入到厭氧反應器內，並保持水力停留 時間服T為24h;
步驟五、控制穩定的工況，採用步驟三所述的甲醇投配比的基礎上運行三
至四個月即可達到穩定的工況；厭氧共代謝處理煤化工廢水需要穩定控制各個 運行參數，運行時間需要三至四個月。
利用微生物在降解外加甲醇的同時，對煤化工廢水中有毒有害、難降解性 汙染物進行共代謝降解作用。採用甲醇作為共代謝基質可以加快反應器內厭氧 細菌的增殖速度、獲得正常代謝所不能處理的難降解性汙染物的作用效果。此 技術的核心是採用甲醇作為共代謝基質以及甲醇的投加量。由於煤化工廢水中 有機汙染物主要是大量的酚類化合物、脂肪族類化合物、雜環化合物和多環芳 香族化合物，採用甲醇作為共代謝基質要比小分子糖類、生活汙水更能發揮效 能。厭氧共代謝是一種耗能反應，能量主要來自生長基質的代謝過程，當生長基質被消耗完時，能量便來源於細胞自身儲存能量物質。由共代謝理論可知， 關鍵酶的誘導及其活性的維持、生長基質與目標汙染物之間的競爭抑制、目標 汙染物及其中間產物對厭氧微生物的毒性作用將是影響共代謝過程的關鍵性 因素。所以，在厭氧處理煤化工廢水中控制最佳的甲醇投加比例可以實現反應 器的快速啟動和高效、穩定運行。
反應器在HRT為24h的條件下穩定運行三至四個月，厭氧處理煤化工廢水 在最佳的甲醇投配比(0.1-0.5)情況下的C0D去除率可達到50%以上，總酚 的去除率可達到70-80%;與空白試驗結果相比，在最佳的甲醇投配比條件下 C0D和總酚去除率分別提高了 20-30%和30-40%以上；與2倍和1倍的最佳甲 醇投加量相比，在最佳的甲醇投配比條件下總酚去除率均提高了 15-20%左右。 所以，投加最佳量的甲醇使煤化工廢水的厭氧處理效果得到了極大的提高。
具體實施方式
二本實施方式在步驟一中所述煤化工廢水的單元酚濃度為 150-250mg/L。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式在步驟二中，厭氧反應器內的初始接種泥源 的接種量控制在40gVSS/L以上(VSS是指揮發性懸浮固體)。其它步驟與具體 實施方式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式在步驟三中，每天甲醇投加的COD總量(甲 醇的COD當量)與每天處理煤化工廢水的COD總量之比控制在0. 2或0. 3。其 它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式在步驟四中，控制厭氧反應器內的混合液的 pH為7. 0 8. 0，並在每升原水中添加微量元素KH2P04，32mg/L;CaCl2， 100mg/L; MgS04， 100mg/L; FeS04， 20mg/L; CoCl2， 50嗎/L， NiCl2， 50嗎/L; FeCl:,， 50嗎/L; ZnSO" 50嗎/L:上述微量元素可提高厭氧細菌的活性，進一步強化厭氧細菌 對有機汙染物的去除效果。其它步驟與具體實施方式
一或四相同。
實施例
本發明採用了實際的煤化工廢水作為處理對象，並固定了反應器的外部運
行條件。所採用的煤化工廢水水質和運行條件如下
煤化工廢水水質試驗廢水取自煤化工企業實際排放廢水，COD為3000-4000mg/L， B0D5/C0D約為0. 3，總酚濃度為600_800mg/L，單元酚濃度為 150-250mg/L， NH3_N為150-250mg/L，溫度為32-35°C， pH為7. 0-8. 0。
運行條件採用厭氧顆粒汙泥作為接種泥源，初始汙泥接種量約為
45gVSS/L;採用工業精甲醇作為共代謝基質；投配比採用每天甲醇投加的COD 總量與每天處理煤化工廢水的COD總量之比，最佳的甲醇投配比控制在 0. 1-0. 5;水力停留時間HRT為24h，反應器溫度控制在32-35°C ，pH為7. 0-7. 5，
並添加微量元素。
本發明採用三種不同的厭氧反應器作為實施對象，以下結合三種不同的厭 氧反應器運行實例來對本發明作進一步說明。 實施例1
反應器外循環(External Circulation, EC)厭氧反應器(圖l)，採用 有機玻璃柱(直徑10cm，高度108cm)，底部採用旋流布水，並實現反應器內 的廢水回流。
在此實施條件下穩定運行3個月，厭氧處理煤化工廢水在最佳的甲醇投配 比情況下的COD去除率平均為57%，總酚的去除率平均為78%;與空白試驗結 果相比(沒有投加甲醇)，在最佳的甲醇投配比條件下COD和總酚去除率分別 提高了26%和39%;與2倍和l倍的最佳甲醇投加量相比，在最佳的甲醇投配 比條件下總酚去除率分別提高了 17%和18%。
實施例2
反應器升流式厭氧汙泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed, UASB) (圖2)，採用有機玻璃柱(直徑10cm，高度108cm)，底部採用旋流布水，不 採用廢水回流技術。
在此實施條件下穩定運行3個月，厭氧處理煤化工廢水在最佳的甲醇投配 比情況下的C0D去除率平均為49呢，總酚的去除率平均為68%;與空白試驗結 果相比，在最佳的甲醇投配比條件下COD和總酚去除率分別提高了 22%和25%; 與2倍和1倍的最佳甲醇投加量相比，在最佳的甲醇投配比條件下總酚去除率 分別提高了 14%和16%。
實施例3反應器厭氧膨脹顆粒汙泥床(Expanded Granular Sludge Bed, EGSB) (圖3)，採用有機玻璃柱(直徑10cm，高度108cm)，底部採用旋流布水，並 實現反應器的出水回流。
在此實施條件下穩定運行三個月，厭氧處理煤化工廢水在最佳的甲醇投配 比情況下的COD去除率平均為53%，總酚的去除率平均為75%;與空白試驗結 果相比，在最佳的甲醇投配比條件下COD和總酚去除率分別提高了 25%和29%; 與2倍和1倍的最佳甲醇投加量相比，在最佳的甲醇投配比條件下總酚去除率 分別提高了 15%和17%。
權利要求
1、一種厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，其特徵在於所述方法包括如下步驟步驟一、選定以酚類為主要汙染物、COD為3000～4000mg/L、總酚濃度為600～800mg/L的煤化工廢水作為待處理廢水；步驟二、以厭氧顆粒汙泥作為初始接種泥源，將所述初始接種泥源放入厭氧反應器內並靜沉12～24小時；所述厭氧反應器為中溫厭氧反應器，即保持厭氧反應器內的溫度為32～35℃；步驟三、採用甲醇作為共代謝基質，將甲醇投加到待處理廢水中，每天甲醇投加的COD總量與每天處理煤化工廢水的COD總量之比控制在0.1～0.5；步驟四、將投配甲醇的待處理廢水引入到厭氧反應器內，並保持水力停留時間HRT為24h；步驟五、控制穩定的工況，採用步驟三所述的甲醇投配比的基礎上運行三個月即可達到穩定的工況。
2、 根據權利要求1所述的厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，其特徵在 於在步驟一中所述煤化工廢水的單元酚濃度為150-250mg/L。
3、 根據權利要求1或2所述的厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，其特 徵在於在步驟二中，厭氧反應器內的初始接種泥源的接種量控制在40gVSS/L 以上。
4、 根據權利要求1所述的厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，其特徵在 於在步驟三中，每天甲醇投加的COD總量與每天處理煤化工廢水的COD總量 之比控制在0.2。
5、 根據權利要求1或4所述的厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，其特 徵在於在步驟四中，控制厭氧反應器內的混合液的pH為7.0 8.0，並在每 升原水中添加微量元素KH2P04， 32mg/L; CaCl2， lOOmg/L; MgS04， lOOmg/L; FeSO" 20mg/L; CoCl2， 50|ig/L， NiCl2， 50路/L; FeCl3， 50pg/L; ZnS04， 50嗎/L。
全文摘要
厭氧共代謝處理煤化工廢水的方法，它涉及一種處理煤化工廢水的方法。本發明解決了採用厭氧工藝處理煤化工廢水存在啟動困難、初期厭氧菌種難以適應廢水的特點，難以實現高效、穩定運行的問題。主要步驟為選定待處理廢水；以厭氧顆粒汙泥作為初始接種泥源；採用甲醇作為共代謝基質，每天甲醇投加的COD總量與每天處理煤化工廢水的COD總量之比控制在0.1～0.5；保持水力停留時間HRT為24h；控制穩定的工況。本發明利用甲醇作為厭氧處理煤化工廢水的共代謝基質，使得造氣廢水的可厭氧生化性得到了大幅度提高，縮短了反應器的啟動時間，解決了煤化工廢水厭氧處理困難的問題。穩定運行後，厭氧處理煤化工廢水的COD去除率可達到50％以上，總酚的去除率可達到70-80％。
文檔編號C02F3/28GK101555069SQ20091007203
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者姜殿臣, 寧秋實, 江 曲, 李慧強, 李生敏, 杜彥傑, 偉 王, 金剛石, 韓洪軍, 韓雪冬, 高亞樓 申請人:哈爾濱工業大學;中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司