一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法及其處理裝置的製作方法
2023-04-28 16:01:06
專利名稱：一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法及其處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種焦化廢水和剩餘汙泥的同步處理方法，特別是涉及一種利用顆粒汙泥處理焦化廢水和剩餘汙泥的方法。本發明還涉及一種適用於上述焦化廢水和剩餘汙泥處理方法的處理裝置。
背景技術：
焦化廢水治理是一道世界性的難題，使用顆粒汙泥處理焦化廢水是一種有效方法。根據國家對城市汙水汙染控制的技術政策，焦化廢水治理必然會涉及到汙水處理和汙泥處理、處置兩方面的問題。1)焦化廢水的高效處理問題。焦化廢水含有數十種無機和有機化合物，包括氨氮、 硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、苯胺、苯並芘等，屬於高汙染難治理工業廢水，是一種典型的難降解有機廢水。2)剩餘汙泥的安全處理、處置問題。目前大量剩餘汙泥的安全處置和合理利用已經成為我國汙水處理行業發展的瓶頸，而焦化廢水生物處理所產生的剩餘汙泥中含有大量有毒汙染物質，具有更大的危險性。所以在焦化廢水處理過程中，應該是汙水與汙泥並重，兩者同時考慮！
目前焦化廢水常規處理採用A2/0工藝，此工藝雖然能在一定程度上去除焦化廢水中的汙染物質，但出水COD降到一定程度後就很難降下去，難以達到國家排放標準，而且最關鍵的是這些剩餘的COD中包括大量毒性、致癌物質如萘類、多環芳烴、SCN等。也就是說，目前焦化廢水處理中COD達標排放成為突破的重難點，必須考慮開發新的工藝進一步解決焦化廢水中這些汙染物質的去除問題。對於剩餘汙泥的處理，現在一般採用的工藝是濃縮+脫水+外運，而外運的汙泥含水率仍在80%以上，採用幹化+焚燒、幹化+水泥窯/磚窯+建材利用、幹化+發電等幾種方式都不太合適，因為如此高含水率的汙泥致使幹化設備投資很大，而且後續焚燒等環節還需要有附加能源投入，經濟上是非常不可取的。國家「十二五」期間，為實現節能減排、循環利用的目標，強調汙泥處理的重點應放在汙泥的穩定上，汙泥經穩定化後，可大大降低對環境的影響。汙泥穩定化推薦採用汙泥厭氧消化技術或高溫好氧堆肥處理技術。由此可見，傳統的焦化廢水處理工藝複雜(A2/0工藝)，出水中還殘留一部分對環境有危害的C0D，需要進一步處理(一般是在A2/0工藝後加兩級曝氣生物濾池，實際工程運行表明效果也不是太好)；而且更為重要的是該工藝產生的大量剩餘汙泥也需要經過複雜的工藝進行處理處置(比如濃縮+脫水+ (厭氧消化)+幹化+焚燒(或其它工藝))。因此， 傳統的焦化廢水、剩餘汙泥處理工藝流程複雜、能耗高(尤其是汙泥處理階段更是高耗能階段)，同時還會向環境中排放大量的(X)2及其它一些物質，不符合低碳經濟的要求，有必要針對焦化廢水的水質特點和最終難以降解的毒性汙染物質的降解特點，並結合剩餘汙泥的處理處置需求，開發新的焦化廢水和剩餘汙泥處理工藝。新工藝一定要體現以下特點高效、 節能、減排，另外還要考慮到能源和資源最大可能的回收與利用。
發明內容
本發明的目的是提供一種一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法及其處理裝置，以達到同時高效處理焦化廢水和剩餘汙泥的目的。本發明是針對傳統焦化廢水、剩餘汙泥處理工藝複雜，能耗高，不符合低碳經濟要求的不足，而提供的一種結構緊湊、前期投資和運行成本低、處理效果好、規模靈活的能同時處理焦化廢水和剩餘汙泥的雙膨脹顆粒汙泥床一體化工藝。該工藝是在對焦化廢水的處理過程中採用雙膨脹顆粒汙泥床反應器，通過適量曝氣維持反應器內的微氧狀態，促進反應器內絲狀菌的適度生長，形成顆粒汙泥的適度膨脹；以出水外回流和汙泥內回流結合的方式保持反應器內的高液體上升流速，並結合反應器內大量氣體的產生，為顆粒汙泥床的適當膨脹創造條件；同時促進雙膨脹顆粒汙泥床內能同步高效處理焦化廢水和剩餘汙泥高效菌種的優勢培養，實現焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理，並實現了系統的高生物質能化。本發明的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法是
a.將焦化廢水、回流水由反應器底部經曝氣分配室、布水裝置進入雙膨脹顆粒汙泥反應器中，通過曝氣管供給適量的氧，並經曝氣分配室均勻分布供給反應器，以保證反應器內的微氧狀態，以及反應器內顆粒汙泥床的雙膨脹狀態；
b.焦化廢水和剩餘汙泥經過反應器反應區的雙膨脹顆粒汙泥床，被同步高效降解處理後得到被處理水；
c.反應器反應區中上部的一部分雙膨脹顆粒汙泥經汙泥回流管回流至反應器反應區的底部，以使顆粒汙泥床充分膨脹，強化傳質，保證焦化廢水和剩餘汙泥的高效降解；
d.反應器反應區內的氣(處理焦化廢水和剩餘汙泥過程中產生的氣體)、固(顆粒汙泥)、液(被處理水)三相經過位於反應器上部的突塊和三相分離裝置分離後，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒汙泥與被處理水分離，顆粒汙泥回到反應器中，被處理水繼續經沉澱區的懸浮過濾降解層進一步強化處理，得到的處理水分成兩部分，一部分作為回流水回流至反應器底部，另一部分直接排放，且在單位時間內直接排放的處理水體積與進入反應器的焦化廢水體積相同；
以上過程連續進行。本發明為雙膨脹顆粒汙泥反應器設置有保溫層，來自恆溫水浴的熱水經循環熱水進水管供給保溫層一定溫度的熱水，以保持反應器內適宜的溫度，該熱水經循環熱水出水管回流至恆溫水浴，連續進行，反應器的溫度通過控制恆溫水浴的溫度和循環熱水進出水管流量來實現。本發明是通過對反應器內氧化還原電位的監測控制來控制曝氣量的大小，實現向反應器內的適量供氧的。通過對曝氣量大小的適度調節，將反應器內的氧化還原電位控制在15-60mV，實現焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理。本發明同時還提供了一種適用於上述焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法的處理裝置，該裝置包括
一個用於貯存焦化廢水的廢水貯罐，該廢水貯罐的出水口與雙膨脹顆粒汙泥反應器上的進水管連接，用於將焦化廢水通入反應器中；一個雙膨脹顆粒汙泥反應器，包括曝氣分配室、反應區和沉澱區三部分，曝氣分配室內有帶有曝氣孔的曝氣管和用於均勻布氣的填料(如礫石)，曝氣孔孔口對稱設置在曝氣管中心線往下45°角的位置，可以在充分保證曝氣效率的基礎上有效防止孔口堵塞；在反應區有用於降解廢水和汙泥中汙染物質的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的適當大小的顆粒汙泥，這些顆粒汙泥形成的顆粒汙泥床在液體上升流速和氣體釋放的作用下處於膨脹狀態； 在沉澱區有由膨脹的小顆粒汙泥或懸浮汙泥組成的懸浮過濾降解層，沉澱區另外設有出水槽，處理水通過設置在沉澱區與出水槽之間的出水堰從沉澱區流至出水槽；在反應區和曝氣分配室之間設置有布水裝置；突塊和三相分離裝置設置在反應器的上部，反應區與沉澱區之間，用於進行反應器內氣液固的分離；曝氣分配室下方連接反應器進水管；
保溫層，包裹在反應器的外部，其下部設有用於將來自於恆溫水浴的熱水提供給保溫層的循環熱水進水管，上部設有用於將保溫層內水循環回流至恆溫水浴的循環熱水出水管，用於給反應器加熱並保溫，使反應器內處於汙染物和汙泥同步高效降解的最佳溫度；
汙泥回流管，設置在反應器的中上部(具體設置位置可以根據反應器運行情況，汙泥性能等來確定)，用於將反應器內汙泥回流至反應器下部進入反應器，形成汙泥循環，保證汙泥的膨脹，環形運動狀態；
出水回流管，設置在反應器沉澱區的出水槽底部，與反應器進水管連接，用於將處理水回流至反應器底部；
出水管，設在反應器沉澱區的出水槽底部，用於排出處理水；
氣體收集管，連接在三相分離裝置的上方，用於收集焦化廢水和剩餘汙泥處理過程中產生的氣體； 以及，
在每條管路上均設置有閥門，用於控制和調節該管路內流水的流量。本發明的特點之一是採用高效顆粒汙泥反應器作為主體工藝來同步處理焦化廢水和剩餘汙泥。對於含大量毒性、難降解汙染物質的焦化廢水以及相對更難處理處置的剩餘汙泥而言，生物處理成功的關鍵是反應器的選擇。目前，傳統焦化廢水處理工藝基本上都是複雜的A2/0工藝(甚至後續還要加上兩級曝氣生物濾池來強化穩定出水水質)，該工藝在汙染物去除機理上是考慮通過厭氧段強化難降解汙染物質的降解；通過缺氧段完成反硝化過程；通過好氧段完成硝化過程以及有機汙染物質的氧化去除過程。但由於系統本身的缺陷(如汙染物質通過厭氧-缺氧-好氧順序降解)，使得出水COD降到一定程度後就很難降下去，難以達到國家排放標準，而且最關鍵的是這些剩餘的COD中包括大量毒性、致癌物質比如萘類、多環芳烴、SCN等，難以通過後續的工藝，比如曝氣生物濾池進一步去除，也就是目前焦化廢水處理中COD達標排放成為突破的重難點。必須考慮開發新的工藝進一步解決剩餘這些汙染物質的去除問題。目前，傳統汙泥穩定化過程採用的是普通的中溫厭氧消化技術，該技術汙泥消化效率低，甲烷產率低，運行不穩定，造成許多汙水廠的汙泥處理厭氧消化池基本上不運行， 形同虛設，汙泥的最終處理處置還需要後續的焚燒等手段來解決。從經濟、環保角度考慮， 現在還是需要考慮進一步開發新型的汙泥生物處理新工藝。綜合分析，焦化廢水和剩餘汙泥高效處理的關鍵是反應器構型的改變——新型高速顆粒汙泥反應器的應用。此高效顆粒汙泥反應器的應用能夠達到的效果如下。1)高效去除焦化廢水中汙染物質。傳統焦化廢水處理工藝所選用的反應器內生物作用的主體基本上都是活性汙泥，沉降性能差，必須依靠汙泥回流來保證反應器內的汙泥濃度(汙泥濃度最高只能達到8g/L)。而高效顆粒汙泥反應器的明顯優勢是汙泥濃度高 (可以達到40g/L以上)，汙泥沉澱性能好，停留時間長，保證了硝化菌、反硝化菌等的生長優勢；微生物菌群豐富，菌群排列緊密，各種微生物間的協同作用使得汙染物質和代謝中間產物都能有效傳遞；同時反應器的高回流、高液體上升流速又為毒性物質的稀釋和泥水間的高效傳質提供了保證。以上這些都為焦化廢水中汙染物質的高效去除提供可能。2)高效顆粒汙泥床反應器能夠同時作為汙泥處理反應器，達到焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理。剩餘汙泥的最大的一個特點就是難降解，可能對於傳統的生物處理系統來講，生物汙泥僅僅是用來處理廢水中的一些容易降解的汙染物質的，微生物系統內的菌種比較少。但處理焦化廢水的生物汙泥不同，尤其是處理焦化廢水的顆粒汙泥系統是一個特殊的微生物生態系統，該系統不僅菌種豐富，菌群排列緊密，形成有效的協同代謝作用，而且更為重要的是該生態系統內有大量的降解難降解毒性汙染物質的微生物菌群，而且有此功能的菌群豐富，這種特殊的微生物菌群能夠獲得同步高效處理焦化廢水和剩餘汙泥的效果。本發明的特點之二是形成了雙膨脹顆粒汙泥床，強化焦化廢水和剩餘汙泥中汙染物質的去除。對於汙染物質尤其是難降解毒性汙染物質的去除，一個關鍵是如何強化泥水傳質效果，傳統活性汙泥法通過曝氣強化泥水傳質，高曝氣產生的強傳質效果是好的，但不足是汙泥濃度太低(傳質效果再好也不行)。新型顆粒汙泥反應器形成了汙泥濃度的優勢，但該反應器真正優勢的發揮應該是在保證高汙泥濃度的優勢的基礎上進一步強化泥水傳質，最終提高處理效率(即保持高負荷率和高去除率)。本發明在反應器內形成了雙膨脹顆粒汙泥床，在保證泥水充分傳質的基礎上強化了出水水質。雙膨脹之一是汙泥床膨脹通過液體上升流速提高和大量氣體的釋放來使得整個汙泥床由基本靜止的狀態過度到適度膨脹的狀態，以此來強化泥水間以及不同微生物菌群間的傳質效果，提高處理效果。傳統生物反應器處理效果差的一個關鍵問題是汙泥傳質效果差。再者，在形成汙泥床有效膨脹過程中，系統也利用了回流稀釋作用降低毒性汙染物質對微生物的毒性抑制作用。雙膨脹之二是汙泥膨脹主要是創造條件讓顆粒汙泥表面的絲狀菌適度增長，強化出水水質。已有許多研究表明絲狀菌適度增長有利於提高出水水質。但過去多年來對於生物處理來講一直是控制汙泥膨脹的。因為對於傳統的活性汙泥法來說，汙泥膨脹是其所面臨的主要困難(汙泥膨脹導致汙泥沉速變慢或密實性變差，不能保證二沉池的出水水質， 這樣雖然汙泥適度膨脹能提高出水水質，但控制不當會導致二沉池泥水不能有效分離，最終使得整個處理系統運行失敗)。而微氧顆粒汙泥反應器能夠緊密結合顆粒汙泥的優勢，形成絲狀菌適當佔優勢的顆粒汙泥，在充分利用絲狀菌膨脹提高出水水質(不僅僅是提高COD 和氨氮的去除率，更重要的是強化SS和濁度的去除)的同時能保證汙泥良好的沉降性能，繼續保持微氧顆粒汙泥反應器高汙泥濃度、高生物固體停留時間的優勢，也就是顆粒汙泥床反應器不存在依靠二沉池來保證出水水質的問題，顆粒汙泥有足夠大的沉速保證汙泥能停留在反應器內，藉此就可以充分利用適度絲狀菌的生長來強化出水水質的優勢。本發明的特點之三是強化了同步處理焦化廢水和剩餘汙泥的關鍵菌種的優勢培養。焦化廢水和普通廢水不同，焦化廢水中含有大量毒性難降解汙染物，這可以說是焦化廢水處理最不利的一面，是非常難生物處理的一種廢水；但又可以說是其有利的一面， 焦化廢水難處理，剩餘汙泥也同樣難處理的，而處理汙水的微生物又具有很強的可馴化性和適應性，這樣，只要能夠培養出高效處理焦化廢水的微生物，就為處理焦化廢水的生物處理系統同步處理剩餘汙泥提供了可能。本發明的關鍵就是通過反應器構型、微生物聚集體， 微生物生存環境、反應器動力學參數、運行控制參數以及微生物學特性參數等關鍵環節的控制，快速完成了同步處理焦化廢水和剩餘汙泥的關鍵菌種的優勢培養。本發明的特點之四是反應器內的水流的上升流態、顆粒汙泥的環流運動。當水流處於上升流流態時，上升流速達到一定程度，能夠形成相對同向的環流，使微生物能夠不斷地承受環形水力摩擦，從而可提供理想的廢水與微生物的作用方式，並且能夠使微生物聚集成具有最小的表面自由能的規則顆粒，這是高速顆粒汙泥反應器快速啟動的關鍵。而且本發明所選反應器的另一個特點是高徑比較高，確保了較長的環流軌道，從而使微生物聚集體產生更有效水力摩擦，使得顆粒汙泥內部微生物菌群排列更加緊密，菌群的協同代謝作用更強，活性更高。 本發明的特點之五是微氧環境。微氧環境可以說是完成同步處理焦化廢水和剩餘汙泥關鍵菌種的優勢培養的關鍵。焦化廢水中含有大量毒性難降解汙染物，同時也含有大量氨氮，這樣一些汙染物質考單純的好氧或單純的厭氧環境是難以去除的，傳統處理理念也是將好氧和厭氧(或缺氧)結合，但結合的方式是厭氧——缺氧——好氧構築物順序連接，這種方式一方面容易導致中間代謝產物的累積，從而使得整個組合系統的處理效率降低，更重要的是有可能有一些汙染物根本就沒有辦法徹底去除。本發明是在單一的反應器內創造微氧環境，依託反應器內特殊的微生物聚集狀態——顆粒汙泥，在顆粒汙泥的外、中、內層形成不同的氧環境，為多種微生物的生長與競爭提供可能，也為多種汙染物的同步高效降解提供可能。同時通過控制溶解氧和反應器內的微氧狀態，保證同步高效去除焦化廢水和剩餘汙泥關鍵菌種的快速優勢培養。另外，恰當的微氧環境充分保證了汙泥床和汙泥的雙膨脹，並依託本發明所提供的反應器裝置和裝置內特殊的水流上升流態，在反應器的上部形成已成適當厚度的汙泥層 (稱為懸浮過濾降解層)，該懸浮過濾降解層膨脹度適當，起到了微生物濾層的作用，強化了出水水質。本發明的特點之六是強化了系統的高效生物質能化，提供一種替代能源。傳統焦化廢水和剩餘汙泥處理的思路是將廢水和汙泥都當作汙染物或廢棄物，需要處理乾淨排放(以不給環境造成汙染)，比如通過將汙水中有機汙染物徹底轉化為CO2和汙泥，將汙泥焚燒等等。但事實上我們應該轉變觀念汙水和剩餘汙泥都是放錯地方的資源，在當今全球能源緊張，迫切需要尋求新型潔淨能源的形勢下，開發生物質能這種新型能源更應引起我們的重視。汙水和汙泥中大量的有機碳源(有機汙染物)正是生物質能的重要原料，另外汙水和汙泥中還有大量的N源、P源等，以及H2O (即水資源)，我們可以分別將這些資源回收利用，例如我們可以考慮不要將汙水和汙泥中有機汙染物徹底轉化為CO2，而是將其轉化為中間更為有用的物質(如乙酸、乙醇、甲烷等)，其實在這個環節我們還可以節約大量能源(比如將有機汙染物轉化為中間物質所需的氧量比將有機汙染物徹底轉化為CO2 要明顯減少)。本發明就是考慮儘可能地實現系統的高生物質能化，即將焦化廢水和剩餘汙泥中的有機汙染物儘可能地轉化為甲烷(CH4)。本發明通過向高速上升流厭氧顆粒汙泥反應器內微量曝氣，使其處於一種微氧狀態，形成雙膨脹顆粒汙泥，並形成同步高效處理焦化廢水和剩餘汙泥中汙染物質的關鍵菌群的優勢培養，在一個反應器內實現了同步處理焦化廢水和剩餘汙泥，並實現了系統的高效生物質能化。而且，通過汙泥內回流和出水外回流，雙膨脹、菌群豐富、活性高、協同代謝作用強的顆粒汙泥，懸浮過濾降解層等的強化作用，整個系統汙染物去除效率高、停留時間短。這就意味著反應器具有降解汙染物能力強，所需體積小、佔地面積小，工程應用中可以大幅減少設備投資等優點。
圖1是本發明一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置的結構示意圖。
具體實施例方式實施例1。一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置如圖1所示，由雙膨脹顆粒汙泥反應器 8和廢水貯箱1組成。雙膨脹顆粒汙泥反應器8採用有機玻璃製成，整個反應器分為曝氣分配室6、反應區和沉澱區12三部分，其中，曝氣分配室6位於反應器底部，內徑100mm，高度0. 2m，體積 1. 5L ；反應器大部分為反應區，位於反應器的中部，內徑100mm、高度1. 7m、體積12L ；沉澱區 12位於反應器頂部，內徑140mm、高度0. 6m、體積6L。反應器的反應區有用於降解廢水中汙染物質的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的顆粒汙泥，這些顆粒汙泥形成的顆粒汙泥床在液體上升流速的作用下處於膨脹狀態。反應器的沉澱區有懸浮過濾降解層，該懸浮過濾降解層膨脹度適當，起到了微生物濾層的作用， 強化出水水質。在反應器8的曝氣分配室6和反應區之間設置有一個布水裝置7，曝氣分配室下方連接反應器進水管4 ；突塊9和三相分離裝置10設置在反應器的上部，反應區與沉澱區之間，用於進行反應器內氣液固的分離；沉澱區12另外設有出水槽22，處理水通過設置在沉澱區12與出水槽22之間的出水堰23從沉澱區流至出水槽22 ；出水槽22底部設有出水管11，出水管11上分支出出水回流管13，用於將處理水回流至反應器底部，連接反應器進水管4 ；在三相分離裝置10的上方還連接有氣體收集管對，用於收集焦化廢水和剩餘汙泥同步處理過程中產生的氣體。廢水貯箱1用於貯存焦化廢水，其出水口通過閥門2和反應器進水泵3與反應器進水管4連接，用於將焦化廢水通入反應器8中。
進入反應器8的焦化廢水和處理焦化廢水過程中產生的剩餘汙泥經過雙膨脹顆粒汙泥床降解處理後得到被處理水和氣體(主要是生物質能氣體一甲烷)，顆粒汙泥、被處理水和處理過程中產生的氣體經過位於反應器上部的突塊9和三相分離裝置10分離，氣體經過氣體收集管M被收集利用，顆粒汙泥與處理水徹底分離，顆粒汙泥回到反應器8中，處理水分成兩部分，一部分通過回流管13、閥門2和出水回流泵14與反應器進水管4連接進入反應器8，另一部分通過出水管11排放。曝氣泵18通過流量計17、閥門2、多孔曝氣管5供給反應器8適量氧，並通過曝氣分配室6均勻分布給反應器的顆粒汙泥床。回流汙泥經汙泥回流管15，閥門2和汙泥回流泵16，從反應器8的沉澱區中上部回流至沉澱區的底部。來自恆溫水浴的熱水經循環熱水進水管20供給反應器保溫層19 一定溫度的熱水，以保持反應器8內適宜的溫度，該熱水經循環熱水出水管21回流至恆溫水浴，反應器8 的溫度通過控制恆溫水浴的溫度和循環熱水進水管20、循環熱水出水管21的流量來實現。同時，在上述各條管路上均設置有閥門2，用於控制和調節該管路內流水或汙泥的流量。上述一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置的整個運行過程分為啟動和穩定運行兩個階段。啟動階段的任務有二 一是快速形成雙膨脹顆粒汙泥；二是優勢培養能夠同步高效處理焦化廢水和剩餘汙泥的關鍵菌種。雙膨脹顆粒汙泥的快速形成首先要保證有大量性能良好的顆粒汙泥的形成，保證反應器內足夠的汙泥濃度，充分發揮高速顆粒汙泥反應器的獨特優勢(汙泥濃度高)，接下來才是考慮如何利用此顆粒汙泥高效處理各種難降解汙染物質，所以將雙膨脹顆粒汙泥的形成分成兩個階段。階段一是快速形成顆粒汙泥。此顆粒汙泥的突出特點必須是性能良好，具體體現在高活性、良好的沉澱性能、高菌種豐富度、微生物排列緊密、系統代謝能力強等多方面。具體選擇的種泥是較易獲取的、菌種豐富的市政汙泥，並通過少量鬆散顆粒汙泥的添加(作為引泥)，並通過營養豐富的啤酒廢水或生活汙水的培養，在短期內獲得大量顆粒汙泥，此階段一定要保持較高的液體上升流速，以保證能形成性能良好的顆粒汙泥。階段二是形成顆粒汙泥的雙膨脹狀態。此階段曝氣量的控制非常重要，主要通過控制反應器內氧化還原電位來控制供氧量，使得顆粒汙泥的不同部位根據溶解氧量多少和氧化還原電位的不同而出現不同的優勢菌群優勢。再者也形成絲狀菌的適度生長形成汙泥適度膨脹，以強化處理效果。其次，要控制出水回流量和汙泥回流量，使得汙泥床適度膨脹，並且保證汙泥的充分環流狀態，保證泥水有效傳質以及顆粒汙泥內部的有效傳質。雙膨脹顆粒汙泥形成後，要通過優勢培養一些關鍵菌種，獲得焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理。此階段一定要注意幾點一是焦化廢水和剩餘汙泥中都含有一些難降解的毒性汙染物質，這樣一些汙染物質的降解都需要多種微生物菌群協同代謝，共同作用完成；第二，在降解這些難降解汙染物質的過程中，有一些菌種起著關鍵作用，必須保證系統中這些關鍵菌種的優勢培養；第三，各種汙染物質的降解是相互影響的，有些汙染物質的降解是關鍵步驟，直接影響整個系統的處理率。具體通過曝氣量的控制、反應器運行參數的控制、汙泥性能參數的控制等來解決，最終體現在反應器運行參數的優化，汙泥性能的優化。穩定運行階段是優化運行參數同時實現焦化廢水的高效處理、剩餘汙泥的高效處理、焦化廢水和剩餘汙泥的高效生物質能化。此階段要關注四個參數1)汙泥活性，直接決定系統的汙水和汙泥處理能力；2)汙染物質去除率和負荷率，直接說明汙水和汙泥的綜合處理效果3)汙泥濃度，表觀直接說明汙泥處理效果；4)產甲烷量，系統將汙水和汙泥轉化為生物質能的能力。實施例2。取太原市某汙水處理廠脫水汙泥餅進行活性恢復後接種到實施例1的反應器中，並添加少量鬆散顆粒汙泥作為引泥，並取太原市某生活小區的生活汙水在35°C左右中溫條件下快速馴化培養顆粒汙泥。進水COD為149-615mg .1^,60天左右啟動成功，顆粒汙泥基本形成，大於0. 45mm顆粒的重量百分比達到57%，汙泥產甲烷活性達到
0.58gC0DCH4 · gVSS-1 · cf1，COD 去除率保持在 62% 左右，有機負荷達到 6. 9kgC0D · πΓ3· cf1 左右ο接下來是形成雙膨脹顆粒汙泥床並同步優勢培養能同步處理焦化廢水和剩餘汙泥的關鍵菌種。焦化廢水取自太原市某焦化廠，進水COD、氨氮、酚類、SCN和CN的濃度分別為 1400-2400mg · r\89-368mg · Γ1、12. 8-49. 3mg · L-1、66· 7-154. 7mg · I71、
1.82-57. 8mg · L-1。焦化廢水進水量為1. OL · h-1，曝氣量為800mL · min—1，出水回流量為 20L化―1，液體上升流速2. 7m· r1, COD去除率一周內逐漸降至10% ；隨後逐漸提高曝氣量至 5000mL · mirT1，汙泥床已經膨脹至反應器中上部，顆粒汙泥表面也出現絲狀菌的適度膨脹， 但COD去除率還是僅僅只能維持在30%-40%，汙泥在適應焦化廢水的過程中出現流失現象， 汙泥濃度甚至出現減小的趨勢，但此階段還沒有出現反應器系統內微生物降解處理汙泥的現象。添加少量啤酒廢水作為共基質，並進一步提高曝氣量至SOOOmL -Hiin^jCOD去除率能夠適當提高至35%-45%，但並沒有進一步提高的趨勢。分析進出水氨氮、酚類、SCN和CN濃度的變化情況，發現酚類有很大程度去除，但CN，氨氮，SCN去除率很低，尤其是SCN和氨氮幾乎沒有去除。停止添加啤酒，而添加碳酸氫鈉，COD、氨氮和SCN的去除率快速上升，一個半月COD去除率達到89%，氨氮去除率和SCN去除率分別為78%和95%。此階段的曝氣量為 5000mL · mirT1，氧化還原電位控制在30_50mV。進水流量1. OL · IT1，曝氣量5000mL · min^,3g · Γ1的碳酸氫鈉添加量，穩定運行雙膨脹顆粒汙泥床反應器，同時啟動汙泥回流泵，汙泥回流量為6. 5L · h—1，出水回流量為 15L · 1Γ1，液體上升流速為3. Om · 1Γ1，汙泥床進一步膨脹，汙泥表面絲狀菌進一步生長，一部分絮狀汙泥和小的表面絲狀菌適度生長的顆粒汙泥聚集在反應器沉澱區形成一定厚度的懸浮過濾降解層，反應器反應區內有效環流使得顆粒汙泥表面和內部的代謝產物和汙染物質都能夠快速有效地傳遞，菌群豐富並且排列緊密，而且不同的關鍵菌群得到優勢培養，分區分簇地或及交叉融合地生長，這些菌群能成功將焦化廢水中難降解或毒性有機汙染物質降解，也能將一些控制整個系統運行狀況的關鍵物質如氨氮，SCN等有效降解，同時也能將剩餘汙泥中更難降解的一些汙染物質有效分解代謝，實現了焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效降解。此階段曝氣量和氧化還原電位的控制更為重要，因為不僅僅是為了處理焦化廢水和剩餘汙泥，更重要的是要同步實現整個系統的高效生物質能化，即要儘可能多地產生生物質能一甲烷。但還必須與汙泥性能結合，調整曝氣量和氧化還原電位。穩定運行在35°C左右中溫條件下，HRT12. 0h，進水COD、氨氮、酚類、SCN和CN的濃度分別為1400_2400mg · Γ1、 89-368mg · L-1、12· 8-49. 3mg · L-1、66· 7-154. 7mg · lAl. 82-57. 8mg · I71。液體上升流速 2. 7m · h—1，汙泥回流量7. OL · tT1，出水回流量13L · tT1，曝氣量3000_5000mL · mirT1，氧化還原電位15-60mV，COD、氨氮、酚類、SCN和CN去除率分別為79%-89%、56%-78%、92%_100%、 82%-91%和89%-99% ；反應器內的汙泥濃度幾乎沒有變化，基本上維持在20_25mg化―1 ；甲烷產率達到58%-82%。實施例3。取太原某汙水處理廠的脫水汙泥進行活性恢復後接種到實施例1的反應器中，焦化廢水取自太原市某焦化廠，進水COD、氨氮、酚類、SCN和CN的濃度分別為630-950mg 69-182mg · Γ1、10. 8-200. 3mg · 1^、66. 7-577. 7mg · Λθ· 49-57. 8mg · Γ1。採用自配啤酒廢水，並添加少量鬆散顆粒汙泥作為引泥，在35°C條件下啟動運行，維持HRT3. 4h，在一周內將進水COD從200mg · Γ1提高到IOOOmg · Γ1，進水負荷由1. 58kgC0D · πΓ3 · cT1提高到 7. 5kgC0D · m_3 · cT1，10天左右就快速形成了顆粒汙泥，汙泥濃度達到32. 7g · Γ1, VSS/SS達到0. 66，COD去除率達到94. 7%ο直接用焦化廢水馴化顆粒汙泥，採用連續微氧曝氣方式，並啟動汙泥內回流和處理水外回流，以快速形成性能良好雙膨脹顆粒汙泥。進水流量1. 2L · h—1，液體上升流速維持在 2. 7-3. Om · 1Γ1，曝氣量從 600mL · mirT1 逐漸增加，800mL · mirT1，1200mL · mirT1， 1500mL ·πι η_1,2000πι 'min-1, 3000mL .mirT1,直至 5000mL .InirT1tj 氧化還原電位也從-IOOmV 左右提高到OmV左右，並進一步提高至30mV左右。汙泥床也逐漸開始膨脹，而且顯微鏡下進行鏡檢發現，顆粒汙泥表面也已經出現適量絲狀菌的優勢，出水水質明顯改善。COD去除率達到70%以上，氨氮去除率也開始穩步上升。隨後穩步提高氧化還原電位至20_60mV，進水流量增至1. 5L · h—1，液體上升流速穩定在3. Om · 1Γ1，汙泥回流量7. 5L · h—1，出水回流量14L · h—1，曝氣量5000mL · mirT1，在 35°C左右中溫條件下，HRT8. 0h，對於 1400_2400mg · r\89-368mg ·8-49. 3mg · Γ1、 66. 7-154. 7mg · Γ1、1· 82-57. 8mg · Γ1的進水COD、氨氮、酚類、SCN和CN濃度，去除率分別為70%-79%、46%-65%、93%-100%、85%-91%和88%_99% ；反應器內的汙泥濃度幾乎沒有變化， 基本上維持在19-2;3mg · Γ1 ；甲烷產率達到50%-68%。
權利要求
1.一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法，是利用雙膨脹顆粒汙泥反應器，以出水外回流和汙泥內回流結合的方式，實現焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理，其處理方法為a.將焦化廢水、回流水由反應器底部經曝氣分配室、布水裝置進入雙膨脹顆粒汙泥反應器中，通過曝氣管供給適量的氧，並經曝氣分配室均勻分布供給反應器，以保證反應器內的微氧狀態，以及反應器內顆粒汙泥床的雙膨脹狀態；b.焦化廢水和剩餘汙泥經過反應器反應區的雙膨脹顆粒汙泥床，被同步高效降解處理後得到被處理水；c.反應器反應區中上部的一部分雙膨脹顆粒汙泥經汙泥回流管回流至反應器反應區的底部，以使顆粒汙泥床充分膨脹，強化傳質，保證焦化廢水和剩餘汙泥的高效降解；d.反應器反應區內的氣體、顆粒汙泥、被處理水經過位於反應器上部的突塊和三相分離裝置分離後，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒汙泥回到反應器中，被處理水繼續經沉澱區的懸浮過濾降解層進一步強化處理，得到的處理水分成兩部分，一部分作為回流水回流至反應器底部，另一部分直接排放，且在單位時間內直接排放的處理水體積與進入反應器的焦化廢水體積相同；以上過程連續進行。
2.根據權利要求1所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法，其特徵是在雙膨脹顆粒汙泥反應器外設有保溫層，保溫層內通入循環熱水以保持反應器內適宜的溫度。
3.根據權利要求1所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法，其特徵是通過對反應器內氧化還原電位的監測來控制曝氣量的大小，實現向反應器內的適量供氧。
4.根據權利要求3所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法，其特徵是將反應器內的氧化還原電位控制在15 60mV，以保持反應器內的微氧狀態。
5.用於權利要求1所述一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法的處理裝置，該裝置包括一個用於貯存焦化廢水的廢水貯罐，該廢水貯罐的出水口與雙膨脹顆粒汙泥反應器上的進水管連接，用於將焦化廢水通入反應器中；一個雙膨脹顆粒汙泥反應器，包括曝氣分配室、反應區和沉澱區三部分，曝氣分配室內有帶有曝氣孔的曝氣管和用於均勻布氣的填料，反應區有用於降解廢水和汙泥中汙染物質的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的適當大小的顆粒汙泥，沉澱區有由膨脹的小顆粒汙泥或懸浮汙泥組成的懸浮過濾降解層；沉澱區設有出水槽，處理水從沉澱區流至出水槽；突塊和三相分離裝置設置在反應器的上部，反應區與沉澱區之間，用於進行反應器內氣液固的分離；曝氣分配室下方連接反應器進水管；保溫層，包裹在反應器的外部，其下部設有用於將來自於恆溫水浴的熱水提供給保溫層的循環熱水進水管，上部設有用於將保溫層內水循環回流至恆溫水浴的循環熱水出水管，用於給反應器加熱並保溫；汙泥回流管，設置在反應器的中上部，用於將反應器內汙泥回流至反應器下部進入反應器，形成汙泥循環；出水回流管，設置在反應器沉澱區的出水槽底部，與反應器進水管連接，用於將處理水回流至反應器底部；出水管，設在反應器沉澱區的出水槽底部，用於排出處理水；氣體收集管，連接在三相分離裝置的上方，用於收集焦化廢水和剩餘汙泥處理過程中產生的氣體； 以及，在每條管路上均設置有閥門，用於控制和調節該管路內流水的流量。
6.根據權利要求5所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置，其特徵是所述曝氣管上的曝氣孔孔口對稱設置在曝氣管中心線往下45°角的位置。
7.根據權利要求5所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置，其特徵是在沉澱區與出水槽之間設有出水堰。
8.根據權利要求5所述的一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理裝置，其特徵是在反應區與曝氣分配室之間設置有布水裝置。
全文摘要
一體化焦化廢水/剩餘汙泥同步處理方法及其處理裝置，是在對焦化廢水的處理過程中採用雙膨脹顆粒汙泥床反應器，通過適量曝氣維持反應器內的微氧狀態，促進反應器內絲狀菌的適度生長，形成顆粒汙泥的適度膨脹；以出水外回流和汙泥內回流結合的方式保持反應器內的高液體上升流速，並結合反應器內大量氣體的產生，為顆粒汙泥床的適當膨脹創造條件；同時促進雙膨脹顆粒汙泥床內能同步高效處理焦化廢水和剩餘汙泥高效菌種的優勢培養，實現焦化廢水和剩餘汙泥的同步高效處理，並實現了系統的高生物質能化。
文檔編號C02F3/30GK102432103SQ20111033731
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者張紅梅, 汪豔霞, 潘青業, 王啟軍, 耿炤宇, 董春娟, 趙甜甜 申請人:太原大學