專利名稱：交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水
處理方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了適應(yīng)我國建設(shè)節(jié)約型社會和走循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，國家2004年
就明確了鋼鐵、印染、造紙等高取水、高排放行業(yè)限量排放的標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)化焦化廢水、印染廢
水、造紙廢水等的處理，提高出水水質(zhì)和循環(huán)利用率已成為目前人們關(guān)注和研究的重點(diǎn)。 目前，許多焦化廠廢水未處理或處理未達(dá)標(biāo)排放；有的焦化廠的處理水依靠大量
的生活污水和工業(yè)循環(huán)水稀釋后才能達(dá)標(biāo)，這是不符合污染物總量控制原則的。隨著我國
對環(huán)境管理的加強(qiáng)，出水水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)已成為焦化廢水處理的一大難題。針對焦化廢水水
量大、成分復(fù)雜，含有高濃度的氨氮和許多難生物降解有機(jī)物，對環(huán)境危害較大的特點(diǎn)，研
究和開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上可行，節(jié)能、環(huán)保、高效的焦化廢水回用工藝和設(shè)備勢在必行。 焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機(jī)廢水，雖適于用生物處理系統(tǒng)，但傳統(tǒng)的
A/0或A2/0工藝出水COD難以達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)，脫氮效率也難以提高。這主要是由于A/
0或A70工藝設(shè)計(jì)本身的限制 1)沒有考慮到利用新型高速反應(yīng)器的概念，這樣，污泥濃度難以提高，相應(yīng)也不能 培養(yǎng)出足夠量的硝化菌、反硝化菌。而且污泥停留時(shí)間短，泥齡長的硝化菌、反硝化菌也不 能占優(yōu)勢。 2)厭氧、缺氧和好氧過程是順序進(jìn)行的，使得許多中間代謝產(chǎn)物不能及時(shí)有效降 解和有效傳遞，產(chǎn)生累積，最終影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的COD和氨氮去除率。
3)脫氮效果取決于混合液回流比，而A70工藝的混合液回流比不宜太高 (《200% )，脫氮效果不能滿足較高要求。 為了強(qiáng)化A2/0工藝出水水質(zhì)，現(xiàn)在普遍的做法是在A2/0工藝后加兩級曝氣生物濾 池，但由于A2/0工藝出水COD和氨氮去除效果不穩(wěn)定，波動較大，后續(xù)的曝氣生物濾池效果 也難以保證。而且，A/0或A70工藝還面臨著工藝流程復(fù)雜、占地面積大、運(yùn)行費(fèi)用高、沒有 做到"節(jié)能減排"(需要大量曝氣，能耗高；需要排放大量污泥，二次污染嚴(yán)重)等一系列問 題。 目前，無論是COD的去除還是N的去除都出現(xiàn)了許多新的理念，與當(dāng)前全球所面臨 的能源、資源緊張，環(huán)境污染嚴(yán)重，迫切需要發(fā)展可持續(xù)水處理工藝的形式相適應(yīng)的有以下 幾點(diǎn)1)新型高速厭氧反應(yīng)器的出現(xiàn)(最有代表性的是EGSB反應(yīng)器、IC反應(yīng)器、ASBR反應(yīng) 器等)使得厭氧處理工藝由以前的預(yù)處理工藝逐漸上升到了主體處理工藝的位置。2)顆粒 污泥的形成真正克服了以前傳統(tǒng)工藝所面臨的污泥濃度低，處理效率難以提高的困境；也 在一定程度上解決了傳統(tǒng)工藝污泥受污泥停留時(shí)間所限，硝化菌生長繁殖受限的困境。3) 顆粒污泥反應(yīng)器的應(yīng)用，尤其是具有上升流特點(diǎn)的顆粒污泥反應(yīng)器的應(yīng)用，為常溫下低濃 度污水的高效處理以及高濃度難降解工業(yè)廢水的高效處理提供了可能。這種上升流顆粒污
4泥反應(yīng)器內(nèi)的高液體上升流速所產(chǎn)生的強(qiáng)化傳質(zhì)作用，高濃度顆粒污泥間的協(xié)同代謝作用 為其高效處理污水提供了保證，使得它的處理范圍更廣、占地面積更小、能耗更低。再者，微 氧概念的引入為在同一反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)焦化廢水中難降解污染物質(zhì)和氨氮的同時(shí)高效去除 提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法及其 設(shè)備，以達(dá)到同時(shí)高效去除焦化廢水中COD和氨氮的目的，并盡量減少曝氣量，降低污泥排 放量。 本發(fā)明是針對傳統(tǒng)的焦化廢水處理工藝——A/0或A2/0工藝出水COD難以達(dá)到新 的排放標(biāo)準(zhǔn)，脫氮效率也難以提高，還需要大量曝氣，單純的厭氧或好氧工藝又難以滿足焦 化廢水處理要求的不足，而提供的一種結(jié)構(gòu)緊湊、前期投資和運(yùn)行成本低、處理效果好、規(guī) 模靈活的能同時(shí)去除COD和氨氮的交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理工藝。該工 藝是在對焦化廢水的處理過程中采用兩級微氧雙膨脹(即絲狀菌適度生長造成的顆粒污 泥的膨脹和由反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速和大量氣體釋放上升引起的顆粒污泥床的膨脹)顆 粒污泥反應(yīng)器，并適量曝氣以維持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)，以兩級微氧雙膨脹顆粒污泥反應(yīng) 器出水交叉回流的方式，為污泥的適當(dāng)膨脹(由絲狀菌引起的污泥適當(dāng)膨脹)創(chuàng)造條件，同 時(shí)保持反應(yīng)器的高回流高混合狀態(tài)，為污泥床的適當(dāng)膨脹(由反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速和大 量氣體釋放上升引起的污泥床膨脹)創(chuàng)造條件，從而利用雙膨脹顆粒污泥實(shí)現(xiàn)焦化廢水中
COD和氨氮的同時(shí)高效去除。 本發(fā)明的交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法是 a).將焦化廢水由反應(yīng)器的底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入一級雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器中，
焦化廢水中的污染物質(zhì)經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床被降解處理，得到一級處理水； b).顆粒污泥、一級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相
分離裝置分離后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與一級處理水分離，顆粒
污泥回到反應(yīng)器中， 一級處理水分成兩部分， 一部分進(jìn)入一級曝氣回流柱，另一部分直接通
入二級反應(yīng)器中； c).進(jìn)入一級曝氣回流柱中的一級處理水經(jīng)充分曝氣后，其中一部分作為一級處 理曝氣回流水，與二級處理直接回流水合流回流到一級反應(yīng)器中，另一部分作為一級處理 曝氣水，與二級處理曝氣水合流通入二級反應(yīng)器中； d).進(jìn)入二級反應(yīng)器的處理水由二級反應(yīng)器的底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入二級雙膨脹顆 粒污泥反應(yīng)器中，處理水中的污染物質(zhì)經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床，再次被降解處理，得到二級 處理水； e).顆粒污泥、二級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相 分離裝置分離后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與二級處理水分離，顆粒 污泥回到反應(yīng)器中，二級處理水則分成以下三部分 i) —部分直接排放，且在單位時(shí)間內(nèi)直接排放的二級處理水體積與進(jìn)入一級反應(yīng) 器的焦化廢水體積相同； ii) —部分通入二級曝氣回流柱中，曝氣后作為二級處理曝氣水返回到二級反應(yīng)器中； iii) —部分作為二級處理直接回流水直接回流至一級反應(yīng)器中；
以上過程連續(xù)進(jìn)行。 上述廢水處理方法中，反應(yīng)器始終是在微氧狀態(tài)下處理廢水的，而保持反應(yīng)器內(nèi)
處于微氧狀態(tài)的辦法是以曝氣的方式對進(jìn)入反應(yīng)器的回流水進(jìn)行適量供氧。 本發(fā)明是通過對反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位的監(jiān)測控制來控制曝氣回流柱內(nèi)曝氣量
大小，實(shí)現(xiàn)向反應(yīng)器內(nèi)的適量供氧的。通過對曝氣量大小的適度調(diào)節(jié)，將一級反應(yīng)器內(nèi)的氧
化還原電位始終控制在20 40mV，二級反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位始終控制在40 90mV，
以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)焦化廢水中COD和氨氮的同時(shí)高效去除。 本發(fā)明同時(shí)還提供了一種適用于上述交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處
理方法的處理裝置，該裝置包括 —個(gè)用于貯存焦化廢水的廢水貯罐，該廢水貯罐的出水口與一級反應(yīng)器上的一級 反應(yīng)器進(jìn)水管連接，用于將焦化廢水通入一級反應(yīng)器中； 兩個(gè)雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器，分為一級反應(yīng)器和二級反應(yīng)器，反應(yīng)器包括反應(yīng)區(qū) 和沉淀區(qū)兩部分，內(nèi)部填充有用于降解廢水中污染物質(zhì)的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的 顆粒污泥，這些顆粒污泥形成的顆粒污泥床在液體上升流速的作用下處于膨脹狀態(tài)；在反 應(yīng)器的底部設(shè)置有布水裝置，兩個(gè)布水裝置下方分別連接一級反應(yīng)器進(jìn)水管和二級反應(yīng)器 進(jìn)水管；三相分離裝置設(shè)置在兩個(gè)反應(yīng)器的上部，用于進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)氣液固的分離；
回流管，設(shè)置在兩個(gè)反應(yīng)器上部三相分離裝置的安裝位置處，其中，一級反應(yīng)器回 流管與一級曝氣回流柱連接，二級反應(yīng)器回流管分別連接二級曝氣回流柱和一級反應(yīng)器進(jìn) 水管； 兩個(gè)曝氣裝置一級曝氣回流柱和二級曝氣回流柱，其內(nèi)分別設(shè)置有曝氣頭，用于 向流入曝氣裝置中的廢水適度供氧；其中，一級曝氣回流柱的出水分別連接一級反應(yīng)器進(jìn) 水管和二級反應(yīng)器進(jìn)水管，二級曝氣回流柱的出水管連接二級反應(yīng)器進(jìn)水管；
—級反應(yīng)器出水管，設(shè)置在一級反應(yīng)器沉淀區(qū)的上部，與二級反應(yīng)器進(jìn)水管連接， 用于將一部分一級處理水排入二級反應(yīng)器中； 二級反應(yīng)器出水管，設(shè)置在二級反應(yīng)器沉淀區(qū)的上部，用于排出二級處理水；
氣體收集管，連接在兩個(gè)三相分離裝置的上方，用于收集焦化廢水處理過程中產(chǎn)
生的氣體；
以及， 在每條管路上均設(shè)置有閥門，用于控制和調(diào)節(jié)該管路內(nèi)流水的流量。 本發(fā)明的特點(diǎn)之一是采用高效顆粒污泥反應(yīng)器作為主體工藝來處理焦化廢水。
目前的焦化廢水處理主體工藝基本上都是復(fù)雜的A2/0工藝(甚至后續(xù)還要加上
兩級曝氣生物濾池)，而且所選用的反應(yīng)器內(nèi)生物作用的主體基本上都是活性污泥，沉降性
能差，必須依靠污泥回流來保證反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度(污泥濃度最高只能達(dá)到8g/L)。而高
效顆粒污泥反應(yīng)器的明顯優(yōu)勢是污泥濃度高(可以達(dá)到40g/L以上)；污泥沉淀性能好，停
留時(shí)間長，保證了硝化菌、反硝化菌等的生長優(yōu)勢；微生物菌群豐富，菌群排列緊密，協(xié)同作
用使得污染物質(zhì)和代謝中間產(chǎn)物都能有效傳遞；同時(shí)反應(yīng)器的高回流、高液體上升流速又
為毒性物質(zhì)的稀釋和泥水間的高效傳質(zhì)提供了保證。
本發(fā)明的特點(diǎn)之二是通過給高效顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)適量曝氣，在反應(yīng)器內(nèi)形成厭 氧、好氧、缺氧微環(huán)境，在同一微氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)COD和氨氮的同時(shí)高效去除。
對于焦化廢水中的大量難降解毒性污染物質(zhì)，有許多是在單純厭氧或好氧條件下 難以徹底降解(或礦化)的，目前普遍采用的是順序厭氧-好氧生物處理技術(shù)，其中厭氧段 主要是水解酸化，提高BOD乂COD的作用。但由于焦化廢水中這些毒性、難降解污染物質(zhì)的 厭氧轉(zhuǎn)化常常是不完全的，僅僅能被轉(zhuǎn)化為一些中間產(chǎn)物，在某些情況下，這些中間產(chǎn)物甚 至比原來的物質(zhì)更具有毒性，更難降解，必須通過厭氧、好氧的交替作用才能完全降解。但 在順序厭氧-好氧系統(tǒng)中，這些中間代謝產(chǎn)物是不能及時(shí)傳遞給好氧系統(tǒng)的，會產(chǎn)生積累 對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制，從而造成厭氧處理效率的降低，以致增加后續(xù)好氧處理系統(tǒng)的負(fù)荷， 最終使整個(gè)順序厭氧_好氧系統(tǒng)處理效率降低。 在本發(fā)明的高效顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)，顆粒污泥的存在，并通過微量氧的介入，形成 了許多厭氧、好氧、缺氧的微環(huán)境，而且，顆粒污泥內(nèi)的微生物排列緊密，微生物種類豐富， 各種菌群間傳質(zhì)快，協(xié)同作用，能夠快速實(shí)現(xiàn)毒性難降解污染物的高效傳遞、降解和礦化。
本發(fā)明微氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)COD和氨氮的同時(shí)高效去除有以下幾種生物作用
1)短程同步硝化反硝化?；陬w粒污泥反應(yīng)器基礎(chǔ)上的微氧產(chǎn)甲烷技術(shù)可以在一 個(gè)反應(yīng)器(微氧顆粒污泥反應(yīng)器)內(nèi)實(shí)現(xiàn)短程同步硝化反硝化。而且，微氧顆粒污泥反應(yīng) 器內(nèi)無數(shù)厭氧_缺氧_好氧的微環(huán)境相當(dāng)于無數(shù)個(gè)或多級短時(shí)好氧_缺氧_厭氧重復(fù)操作 過程，保證了 COD和N的高效去除，可以稱為是一種新型的短程同步硝化反硝化脫氮除磷工 藝。 2)硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌生態(tài)學(xué)優(yōu)勢。在微氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)高污泥濃度和 低COD濃度的優(yōu)勢能夠促進(jìn)形成硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和除磷菌的生態(tài)學(xué)優(yōu)勢。微氧顆粒 污泥反應(yīng)器內(nèi)高達(dá)40gMLSS *L—1以上的污泥濃度給作為弱勢菌群的硝化菌和反硝化菌提供 了足夠的生態(tài)學(xué)優(yōu)勢。另外微氧顆粒污泥反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)學(xué)特點(diǎn)(出水循環(huán))使得反應(yīng)器內(nèi) 的BOD和NH4+濃度能夠保持很低的水平。 3)好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用。而且更為重要的是雖然顆粒污泥反 應(yīng)器內(nèi)COD濃度很低，有機(jī)碳源相對不足，但好氧氨氧化菌能夠利用甲烷作為唯一的有機(jī) 碳源，氧作為電子受體，將NH4+氧化為NO2—(短程硝化過程)。接下來，厭氧氨氧化菌能夠利 用N02—作為電子受體氧化NH4+ (厭氧氨氧化)，從而保證了微氧顆粒污泥反應(yīng)器的高NH3-N 去除率。 4)厭氧氨氧化菌與甲烷菌、反硝化菌的協(xié)同耦合作用。微氧顆粒污泥反應(yīng)器將厭 氧氨氧化菌與甲烷菌、反硝化菌復(fù)合在一個(gè)有利的微生態(tài)環(huán)境中，反硝化菌主要分布于顆 粒污泥表層，產(chǎn)甲烷菌主要分布于顆粒污泥中間層，厭氧氨氧化菌則集中在顆粒污泥中心 部位，這些功能微生物都具有各自有利的微生態(tài)環(huán)境，能充分發(fā)揮它們之間的協(xié)同作用，從 而保證了低能耗條件下的高COD和高N的去除。 本發(fā)明的特點(diǎn)之三是采用兩級微氧顆粒污泥反應(yīng)器，通過在一級和二級反應(yīng)器內(nèi) 所形成的不同優(yōu)勢菌群來去除COD和氨氮。 焦化廢水的特點(diǎn)是進(jìn)水COD和氨氮濃度高，而且，廢水中含有大量難降解的毒性 污染物質(zhì)，單級反應(yīng)器處理要達(dá)到較好的出水效果必須延長HRT，而且在某種程度上單級反 應(yīng)器很難達(dá)到難降解COD和氨氮的同時(shí)高效去除。為此，考慮采用兩級反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)不同菌群占優(yōu)勢，以保證在較短HRT條件下獲得良好的去除效果。 一級反應(yīng)器以COD去除為 主(反應(yīng)器內(nèi)COD濃度高，本身抑制硝化反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。由于污泥濃度高，而且含有大 量的污染物質(zhì)，適當(dāng)曝氣主要用于氧化一些毒性難降解的有機(jī)污染物)。二級反應(yīng)器以氨氮 去除為主(反應(yīng)器內(nèi)COD濃度低，污泥濃度高，能夠形成硝化菌、反硝化菌等的優(yōu)勢)。
本發(fā)明的特點(diǎn)之四是雙膨脹。 膨脹之一是污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(gè)污 泥床由基本靜止的狀態(tài)過度到適度膨脹的狀態(tài)，以此來強(qiáng)化泥水間以及不同微生物菌群間 的傳質(zhì)效果，提高處理效果。傳統(tǒng)生物反應(yīng)器處理效果差的一個(gè)關(guān)鍵問題是污泥傳質(zhì)效果差。 膨脹之二是污泥膨脹主要是創(chuàng)造條件讓絲狀菌適度增長，強(qiáng)化出水水質(zhì)。已有許 多研究表明絲狀菌適度增長有利于提高出水水質(zhì)。但過去多年來對于生物處理來講一直是 控制污泥膨脹的。因?yàn)閷τ趥鹘y(tǒng)的活性污泥法來說，污泥膨脹是其所面臨的主要困難(污 泥膨脹導(dǎo)致污泥沉速變慢或密實(shí)性變差，不能保證二沉池的出水水質(zhì))。而微氧顆粒污泥反 應(yīng)器能夠緊密結(jié)合顆粒污泥的優(yōu)勢，形成絲狀菌適當(dāng)占優(yōu)勢的顆粒污泥，在充分利用絲狀 菌膨脹提高出水水質(zhì)(不僅僅是提高C0D和氨氮的去除率，更重要的是強(qiáng)化SS和濁度的去 除)的同時(shí)保持污泥良好的沉降性能，繼續(xù)保持微氧顆粒污泥反應(yīng)器高污泥濃度、高生物 固體停留時(shí)間的優(yōu)勢。 本發(fā)明的特點(diǎn)之五是交叉回流。 單純的兩級微氧顆粒污泥反應(yīng)器順序回流處理焦化廢水會出現(xiàn)二級顆粒污泥反 應(yīng)器出水亞硝酸鹽N02—大量積累的問題，以致C0D去除率很高，出水C0D可以降到很低， 100mg/L甚至80mg/L以下。但在最終出水COD滿足要求的同時(shí)，在第二級顆粒污泥反應(yīng)器 內(nèi)出現(xiàn)了亞硝酸鹽的積累，氨氮去除率沒有辦法進(jìn)一步提高。為此創(chuàng)新性地提出一點(diǎn)通過 交叉回流來解決二級反應(yīng)器亞硝酸鹽積累和兩級反應(yīng)器氨氮去除率難以提高的問題。所謂 的交叉回流是針對順序回流而言的。順序回流是各級反應(yīng)器的出水回流至各級反應(yīng)器內(nèi)， 即一級反應(yīng)器出水回流至一級反應(yīng)器，二級反應(yīng)器出水回流至二級反應(yīng)器。而交叉回流則 為兩級反應(yīng)器交叉回流，即一級反應(yīng)器出水回流至二級反應(yīng)器；二級反應(yīng)器出水回流至 一級反應(yīng)器(注意此處不經(jīng)過曝氣回流柱，而是直接回流至一級反應(yīng)器內(nèi)，否則亞硝酸鹽 會被氧化為硝酸鹽，削弱了好氧氨氧化菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用以及厭氧氨氧化菌與 甲烷菌、反硝化菌的協(xié)同耦合作用。而且許多研究表明，在厭氧氨氧化過程中，NO廠N才是關(guān) 鍵的電子受體，而不是NOfN)。此交叉回流能夠解決兩方面的問題一是一級反應(yīng)器進(jìn)水中 亞硝酸鹽濃度過低，而二級反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)亞硝酸鹽過量積累的問題；二是二級反應(yīng)器內(nèi)碳 源不足、氨氮去除率偏低的問題。 本發(fā)明廢水處理方法中的交叉回流是為了進(jìn)一步提高氨氮去除率，回流率是與氨 氮去除效果緊密聯(lián)系的。但高速顆粒污泥反應(yīng)器的出水回流在處理類似焦化廢水這樣一些 難降解毒性污染物時(shí)的另外一個(gè)重要作用就是稀釋和促進(jìn)傳質(zhì)。所以，本發(fā)明在主要考慮 交叉回流的同時(shí)，還適當(dāng)保持了原順序回流方式。通過閥門控制，以調(diào)整原順序回流量的大 小，從而保證了反應(yīng)器內(nèi)足夠的液體上升流速和充分的傳質(zhì)效果。 本發(fā)明通過向高速上升流厭氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi)微量曝氣，使其處于一種微氧狀 態(tài)，從而提供了一個(gè)好氧菌、厭氧菌、兼性菌共存，氧化作用與還原作用共同發(fā)生作用的環(huán)
8境，在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)去除COD(產(chǎn)生甲烷)和氨氮。而且通過兩級反應(yīng)器內(nèi)不同 的優(yōu)勢菌群、反應(yīng)器內(nèi)污泥的適度膨脹(絲狀菌的適度繁殖)、交叉回流等強(qiáng)化作用，整個(gè) 系統(tǒng)污染物去除效率高、停留時(shí)間短。這就意味著反應(yīng)器具有降解污染物能力強(qiáng)，所需體積 小、占地面積小，工程應(yīng)用中可以大幅減少設(shè)備投資等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，本發(fā)明整個(gè)廢水處理系 統(tǒng)的需氧量很少，剩余污泥量很少，而且這些剩余的顆粒污泥不需要處置，相反卻可以當(dāng)作 商品來出售，這樣能夠大幅減少傳統(tǒng)好氧污水處理中曝氣和剩余污泥處置兩項(xiàng)最大的運(yùn)行 費(fèi)用。 不同于處理一般的容易降解的廢水(比如啤酒廢水等)，處理焦化廢水等難降解 毒性污染物的顆粒污泥是比較難以通過單純接種市政消化污泥等非顆粒污泥來培養(yǎng)的，必 須適當(dāng)接種少量顆粒污泥。 本發(fā)明的廢水處理方法既可以用于處理焦化廢水，也可以用于處理酸性礦山廢 水、造紙廢水等其他工業(yè)廢水，另外還可以用于處理城市生活污水；既可以在中溫下運(yùn)行， 也可以在常低溫下高效運(yùn)行。這樣不僅適用于一般地區(qū)的廢水處理，更適用于一些較冷地 區(qū)的廢水處理。


圖1是本發(fā)明交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理裝置如圖1所示，由一級反應(yīng)器5、二 級反應(yīng)器15兩個(gè)雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器構(gòu)成，并配置有廢水貯罐1、一級曝氣回流柱9和二 級曝氣回流柱18。 雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器5和15均采用有機(jī)玻璃制成，整個(gè)反應(yīng)器分為反應(yīng)區(qū)和沉 淀區(qū)兩部分，其中，反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑100mm、高度1. 7m、體積12L ;沉淀區(qū)內(nèi)徑140mm、高度0. 6m、 體積6L。反應(yīng)器內(nèi)部填充有用于降解廢水中污染物質(zhì)的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的顆 粒污泥，這些顆粒污泥形成的顆粒污泥床在液體上升流速的作用下處于膨脹狀態(tài)。
—級反應(yīng)器5和二級反應(yīng)器15的底部各設(shè)置有一個(gè)布水裝置4，并在兩個(gè)布水裝 置4的下方分別連接一級反應(yīng)器進(jìn)水管3和二級反應(yīng)器進(jìn)水管14 ;兩個(gè)三相分離裝置6分 別設(shè)置在兩個(gè)反應(yīng)器的沉淀區(qū)，用于進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)氣液固的分離；在一級反應(yīng)器5上方沉 淀區(qū)的三相分離裝置6的安裝位置處設(shè)有一級反應(yīng)器回流管7和一級反應(yīng)器出水管21，在 二級反應(yīng)器15上方沉淀區(qū)的三相分離裝置6的安裝位置處設(shè)有二級反應(yīng)器回流管17和二 級反應(yīng)器出水管16 ;在兩個(gè)三相分離裝置6的上方還連接有氣體收集管19，用于收集焦化 廢水處理過程中產(chǎn)生的氣體。 在一級曝氣回流柱9和二級曝氣回流柱18內(nèi)分別設(shè)置有曝氣頭10，用于向曝氣裝 置中的廢水適度供氧；在兩個(gè)曝氣回流柱上均安裝有釋氣管8，釋氣管上安裝有閥門20。
廢水貯罐1用于貯存焦化廢水，其出水口通過閥門20和一級反應(yīng)器進(jìn)水泵2與一 級反應(yīng)器5上的一級反應(yīng)器進(jìn)水管3連接，用于將焦化廢水通入一級反應(yīng)器5中。
進(jìn)入一級反應(yīng)器5的焦化廢水經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床降解處理后得到一級處理水，顆粒污泥、一級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相分離裝置 6分離，氣體經(jīng)過氣體收集管19被收集或直接排放，顆粒污泥與一級處理水徹底分離，顆粒 污泥回到一級反應(yīng)器5中， 一級處理水分成兩部分， 一部分通過一級反應(yīng)器回流管7進(jìn)入一 級曝氣回流柱9，另一部分通過一級反應(yīng)器出水管21由二級反應(yīng)器進(jìn)水泵11經(jīng)二級反應(yīng)器 進(jìn)水管14直接輸送到二級反應(yīng)器15中。 進(jìn)入一級曝氣回流柱9中的一級處理水經(jīng)充分曝氣后，其中一部分作為一級處理 曝氣回流水，由一級反應(yīng)器回流泵12回流到一級反應(yīng)器5中，另一部分作為一級處理曝氣 水，由二級反應(yīng)器回流泵13輸送到二級反應(yīng)器15中。 進(jìn)入二級反應(yīng)器15的處理水經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床降解處理后得到二級處理 水，顆粒污泥、二級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相分離裝置6 分離，氣體經(jīng)過氣體收集管19被收集或直接排放，顆粒污泥與二級處理水徹底分離，顆粒 污泥回到二級反應(yīng)器15中，二級處理水分成三部分， 一部分通過二級反應(yīng)器出水管16直接 排放，一部分通過二級反應(yīng)器回流管17通入二級曝氣回流柱18中，一部分作為二級處理直 接回流水，通過一級反應(yīng)器回流泵12由一級反應(yīng)器進(jìn)水管3直接回流至一級反應(yīng)器5中。
進(jìn)入二級曝氣回流柱18中的二級處理水經(jīng)充分曝氣后，作為二級處理曝氣水，由 二級反應(yīng)器回流泵13通過二級反應(yīng)器進(jìn)水管14回流到二級反應(yīng)器15中。
同時(shí)，在上述各條管路上均設(shè)置有閥門20，用于控制和調(diào)節(jié)該管路內(nèi)流水的流量。
上述焦化廢水處理裝置的整個(gè)運(yùn)行過程分為啟動階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段。
啟動階段啟動方式的選擇是本發(fā)明的又一創(chuàng)新。接種污泥選用市政消化污泥(主 要考慮市政消化污泥易獲取，而且市政消化污泥內(nèi)菌種豐富，適宜培養(yǎng)馴化適用于處理各 種廢水的顆粒污泥)，但考慮到用市政消化污泥培養(yǎng)直接處理焦化廢水的顆粒污泥較困難， 所以啟動階段采用的是先用啤酒廢水培養(yǎng)顆粒污泥，然后再用焦化廢水馴化的啟動方式。 具體的焦化廢水馴化方式可以采用以下三種厭氧+微氧馴化方式、微氧連續(xù)曝氣馴化方 式和微氧間歇曝氣馴化方式。其中，啤酒廢水啟動階段，將市政消化污泥和顆粒污泥按比例 同時(shí)接種到反應(yīng)器內(nèi)。此處顆粒污泥的選擇非常重要，本實(shí)施例中所選顆粒污泥是從穩(wěn)定 運(yùn)行處理啤酒廢水的EGSB反應(yīng)器取出后，不加任何保護(hù)措施，沒有任何營養(yǎng)物質(zhì)添加，在 常溫甚至低溫下厭氧保存兩年后的顆粒污泥。這種營養(yǎng)缺乏、低溫的雙重不利因子使得顆 粒污泥變得松散，甚至解體，而且會分泌出大量的胞外聚合物，而這些松散的、解體的、分泌 大量胞外多聚物的顆粒污泥(準(zhǔn)確地應(yīng)稱為微生物聚集體)正是接種市政消化污泥高速顆 粒污泥反應(yīng)器啤酒啟動階段快速形成新的、高活性顆粒污泥的關(guān)鍵有利因子。同時(shí)，配合采 用高進(jìn)水流量、高液體上升流速、高有機(jī)負(fù)荷的啟動運(yùn)行方式。 反應(yīng)器啟動成功后，逐步提高有機(jī)負(fù)荷，減小回流比，縮短HRT(水力停留時(shí)間)， 穩(wěn)定運(yùn)行反應(yīng)器，考察反應(yīng)器對COD和氨氮等的去除效果；液體上升流速、HRT、負(fù)荷沖擊、 pH沖擊等反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響；確定反應(yīng)器的運(yùn)行控制參數(shù)。 取太原某污水處理廠消化池的脫水污泥進(jìn)行活性恢復(fù)后接種到實(shí)驗(yàn)用的反應(yīng)器 中，同時(shí)按照1 : 6的質(zhì)量比，將少量取自高效穩(wěn)定運(yùn)行的處理啤酒廢水的EGSB反應(yīng)器內(nèi)， 并在常溫下放置兩年，沒有任何營養(yǎng)物添加的，松散的甚至解體的顆粒污泥也接種到反應(yīng) 器內(nèi)。啤酒廢水采用自配水，進(jìn)水COD為500 1600mg *L—、在3(TC條件下啟動運(yùn)行，10天 左右啟動成功，COD去除率保持在94%左右，有機(jī)負(fù)荷達(dá)到7. 5kgC0D m—3. d—1左右。
10
啤酒廢水啟動成功后，用實(shí)際焦化廢水馴化顆粒污泥。焦化廢水取自太原煤化集 團(tuán)第二焦化廠，進(jìn)水COD和氨氮濃度分別為1400 2400mg L—1和89 368mg L—、考慮 實(shí)際焦化廢水中不僅COD和氨氮濃度高，而且還含有大量毒性、難降解污染物質(zhì)。如果直接 用此焦化廢水馴化以啤酒廢水啟動成功的顆粒污泥，可能會受到很大沖擊，甚至可能會導(dǎo) 致反應(yīng)器運(yùn)行失??！所以考慮在原來用啤酒廢水培養(yǎng)顆粒污泥并穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對于 一級反應(yīng)器按比例添加焦化廢水進(jìn)行馴化；對于二級反應(yīng)器直接用焦化廢水進(jìn)行馴化。加 氧方式采用厭氧+微氧方式。具體操作方式為在22 26t:常溫條件下，穩(wěn)定進(jìn)水COD濃 度不變，按照5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和 100%原啤酒廢水COD濃度的比例逐漸添加焦化廢水，采用厭氧方式馴化一級反應(yīng)器內(nèi)顆 粒污泥(二級反應(yīng)器在一級反應(yīng)器厭氧馴化結(jié)束后直接處理一級反應(yīng)器出水，無需厭氧馴 化)。4個(gè)月厭氧馴化過程結(jié)束，所形成的顆粒污泥沉淀性能良好，顆粒大小適中，產(chǎn)甲烷活 性高，有機(jī)負(fù)荷率高達(dá)5. 6kgC0D m—3 d—、在10. 0 : 1的低回流比條件下能獲得56. 2% 的高COD去除率，氨氮去除率幾乎沒有甚至為負(fù)去除。隨后，一級反應(yīng)器出水直接進(jìn)入二級 反應(yīng)器，此階段給兩個(gè)反應(yīng)器微氧曝氣進(jìn)行微氧馴化。將氧化還原點(diǎn)位控制在_5 +5mV， 2個(gè)月內(nèi)逐漸將進(jìn)水流量從0. 6L h-1提高到1. 3L h-、 HRT從20h縮短到9. 2h， COD和氨 氮去除率分別達(dá)到86. 7%和54. 7%。 隨后穩(wěn)定1. 3L h—1的進(jìn)水流量，穩(wěn)步增加曝氣量，氧化還原點(diǎn)位控制在20 90mV。此階段一級反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥排列緊密，菌種豐富，氧化與還原作用共存，溶解氧的 供應(yīng)主要用于將大量難降解毒性污染物質(zhì)降解為中間代謝產(chǎn)物，大量厭氧和兼性微生物的 存在使得這些污染物質(zhì)能夠徹底降解或礦化。在此階段氨氮的絕對去除率相對較低，主要 是有許多含氮有機(jī)污染物降解過程中釋放出大量氨氮。氨氮的去除主要是通過厭氧氨氧 化、同時(shí)硝化反硝化、短程硝化反硝化等過程來完成。二級反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)污染物濃度相對 較低，而且由于顆粒污泥的存在，為硝化菌、反硝化菌等弱勢菌群的優(yōu)勢提供可能，同時(shí)在 二級反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了亞硝酸鹽的富集，為二級反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化、厭氧氨氧化 提供優(yōu)勢。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)在22 26t:常溫條件下，HRT16. 9h，進(jìn)水C0D和氨氮濃度分別為 1400 2200mg *L—1和89 362mg *L—、 C0D和氨氮的負(fù)荷率分別為4. 0 5. 3kgC0D *m—3 'd—1 和0. 21 0. 86kg COD m—3 d—、平均COD和氨氮去除率分別達(dá)到了 96. 7%和94. 3%。出 水COD和氨氮濃度分別為31 97mg L—1和9 18mg L—、平均COD和氨氮濃度分別為 64. 5mg L-1和13. 5mg L—、都達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)。
實(shí)施例2 取太原某污水處理廠消化池的脫水污泥進(jìn)行活性恢復(fù)后接種到實(shí)驗(yàn)用的反 應(yīng)器中，焦化廢水取自太原煤化集團(tuán)第二焦化廠，進(jìn)水COD和氨氮濃度分別為1140 1792mg L—1和56 179mg L—、采用自配啤酒廢水，將少量顆粒污泥與市政消化污泥 按照l : 6的質(zhì)量比接種到反應(yīng)器內(nèi)，在35t:條件下啟動運(yùn)行，維持HRT3.4h，在一周內(nèi) 將進(jìn)水C0D從200mg L-1提高到1000mg L—、進(jìn)水負(fù)荷由1. 58kgC0D m—3 d—1提高到 7. 5kgC0D m—3 d—、快速形成顆粒污泥，成功啟動反應(yīng)器，污泥濃度達(dá)到32. 7g L—、 VSS/SS 達(dá)到0. 66， COD去除率達(dá)到94. 7% 。兩級反應(yīng)器都直接用焦化廢水進(jìn)行馴化，采用連續(xù)微 氧曝氣方式。 通過控制反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位控制反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧含量，焦化廢水微氧馴
11化初期氧化還原電位基本控制在0mV左右，采用低流量(0. 5 0. 6L h—0 ，高回流(回流 比30.0 : 1)方式運(yùn)行。兩個(gè)半月左右，氧化還原電位增至10 15mV，進(jìn)水流量提高至
0. 8L'h人回流比降至20. 0 : 1，C0D去除率達(dá)到61.2X，氨氮去除率也基本維持在20X左 右。此階段反應(yīng)器焦化廢水馴化成功。 隨后穩(wěn)步提高氧化還原電位至25 80mV，進(jìn)水流量增至1. 5L h—、回流比降至 10.0 : 1， COD和氨氮去除率穩(wěn)步提高并穩(wěn)定運(yùn)行。在20 23t:常溫條件下，進(jìn)水流量
1. 5L h—、 HRT15. 2h，進(jìn)水COD和氨氮濃度分別為1140 1792mg L—1和56 179mg L—、 COD和氨氮的負(fù)荷率分別為3. 6 4. 7kgC0D *m—3 'd—1和0. 17 0. 58kgC0D *m—3 'd—、 COD和 氨氮平均去除率分別達(dá)到了 94. 2%和91. 7%。出水COD和氨氮濃度分別為33 86mg 'L一1 和9 15mg L-、平均C0D和氨氮濃度分別為61. 2mg L-1和12. 3mg L-、都達(dá)到了《污水 綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)。
權(quán)利要求
交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法，是采用兩級微氧雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器，以兩級微氧雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器的出水交叉回流的方式，利用雙膨脹顆粒污泥實(shí)現(xiàn)焦化廢水中COD和氨氮的同時(shí)去除，其處理方法為a).將焦化廢水由反應(yīng)器的底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入一級雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器中，焦化廢水中的污染物質(zhì)經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床被降解處理，得到一級處理水；b).顆粒污泥、一級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相分離裝置分離后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與一級處理水分離，顆粒污泥回到反應(yīng)器中，一級處理水分成兩部分，一部分進(jìn)入一級曝氣回流柱，另一部分直接通入二級反應(yīng)器中；c).進(jìn)入一級曝氣回流柱中的一級處理水經(jīng)充分曝氣后，其中一部分作為一級處理曝氣回流水，與二級處理直接回流水合流回流到一級反應(yīng)器中，另一部分作為一級處理曝氣水，與二級處理曝氣水合流通入二級反應(yīng)器中；d).進(jìn)入二級反應(yīng)器的處理水由二級反應(yīng)器的底部經(jīng)布水裝置進(jìn)入二級雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器中，處理水中的污染物質(zhì)經(jīng)過雙膨脹顆粒污泥床，再次被降解處理，得到二級處理水；e).顆粒污泥、二級處理水和處理過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過位于反應(yīng)器上部的三相分離裝置分離后，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，顆粒污泥與二級處理水分離，顆粒污泥回到反應(yīng)器中，二級處理水則分成以下三部分i)一部分直接排放，且在單位時(shí)間內(nèi)直接排放的二級處理水體積與進(jìn)入一級反應(yīng)器的焦化廢水體積相同；ii)一部分通入二級曝氣回流柱中，曝氣后作為二級處理曝氣水返回到二級反應(yīng)器中；iii)一部分作為二級處理直接回流水直接回流至一級反應(yīng)器中；以上過程連續(xù)進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法，其特征是以曝氣的方式對進(jìn)入反應(yīng)器的回流水進(jìn)行適量供氧，保持反應(yīng)器內(nèi)處于微氧狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法，其特征是通過對反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位的監(jiān)測來控制曝氣量的大小，實(shí)現(xiàn)向反應(yīng)器內(nèi)的適量供氧。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法，其特征是將一級反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位控制在20 40mV，二級反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位控制在40 90mV，以保持反應(yīng)器內(nèi)的微氧狀態(tài)。
5. 用于權(quán)利要求1所述交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法的處理裝置，該裝置包括一個(gè)用于貯存焦化廢水的廢水貯罐(l)，其出水口與一級反應(yīng)器(5)上的一級反應(yīng)器進(jìn)水管(3)連接，用于將焦化廢水通入一級反應(yīng)器(5)中；兩個(gè)雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器，分為一級反應(yīng)器(5)和二級反應(yīng)器(15)，反應(yīng)器包括反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)兩部分，內(nèi)部填充有用于降解廢水中污染物質(zhì)的絲狀菌適度生長造成適度膨脹的顆粒污泥，這些顆粒污泥形成的顆粒污泥床在液體上升流速的作用下處于膨脹狀態(tài)；在反應(yīng)器的底部設(shè)置有布水裝置(4)，兩個(gè)布水裝置(4)下方分別連接一級反應(yīng)器進(jìn)水管(3)和二級反應(yīng)器進(jìn)水管(14);三相分離裝置(6)設(shè)置在兩個(gè)反應(yīng)器的上部，用于進(jìn)行反應(yīng)器內(nèi)氣液固的分離；回流管，設(shè)置在兩個(gè)反應(yīng)器上部三相分離裝置(6)的安裝位置處，其中，一級反應(yīng)器回流管(7)與一級曝氣回流柱(9)連接，二級反應(yīng)器回流管(17)分別連接二級曝氣回流柱(18)和一級反應(yīng)器進(jìn)水管(3);兩個(gè)曝氣裝置一級曝氣回流柱(9)和二級曝氣回流柱(18)，其內(nèi)分別設(shè)置有曝氣頭(IO)，用于向流入曝氣裝置中的廢水適度供氧；其中，一級曝氣回流柱(9)的出水分別進(jìn)入一級反應(yīng)器進(jìn)水管(3)和二級反應(yīng)器進(jìn)水管(14) ，二級曝氣回流柱(18)的出水管連接二級反應(yīng)器進(jìn)水管(14);一級反應(yīng)器出水管(21)，設(shè)置在一級反應(yīng)器(5)沉淀區(qū)的上部，與二級反應(yīng)器進(jìn)水管(14)連接，用于將一部分一級處理水排入二級反應(yīng)器(5)中；二級反應(yīng)器出水管(16)，設(shè)置在二級反應(yīng)器(15)沉淀區(qū)的上部，用于排出二級處理水；氣體收集管(19)，連接在兩個(gè)三相分離裝置(6)的上方，用于收集焦化廢水處理過程中產(chǎn)生的氣體；以及，在每條管路上均設(shè)置有閥門(20)，用于控制和調(diào)節(jié)該管路內(nèi)流水的流量。
全文摘要
交叉回流兩段雙膨脹顆粒污泥焦化廢水處理方法及其設(shè)備，是將焦化廢水先進(jìn)入一級雙膨脹顆粒污泥反應(yīng)器中降解得到一級處理水，一部分進(jìn)入一級曝氣回流柱，一部分直接通入二級反應(yīng)器中；進(jìn)入一級曝氣回流柱中的處理水經(jīng)曝氣后，一部分與二級處理直接回流水合流回流到一級反應(yīng)器中，一部分與二級處理曝氣水合流通入二級反應(yīng)器中；進(jìn)入二級反應(yīng)器的處理水降解得到二級處理水，一部分直接排放，一部分通入二級曝氣回流柱中，曝氣后作為二級處理曝氣水返回到二級反應(yīng)器中，一部分作為二級處理直接回流水回流至一級反應(yīng)器中。本發(fā)明的處理方法和裝置可以實(shí)現(xiàn)焦化廢水中COD和氨氮的同時(shí)高效去除。
文檔編號C02F3/12GK101786730SQ20101012989
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者潘青業(yè), 石俊仙, 耿炤宇, 董春娟, 趙聃 申請人:太原大學(xué)