短程硝化‑厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮膜处理方法

摘要

本发明公开一种短程硝化‑厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮膜处理方法，包括：进水/除油过程、水解酸化过程、预好氧膜处理过程、氨氮亚硝化过程、厌氧氨氧化过程和后置好氧膜过滤出水过程，各个过程依次连续进行。本发明方法结合预好氧脱碳膜生物反应器、联合短程硝化‑厌氧氨氧化以及后置好氧膜生物反应器，实现稳定高效脱氮。焦化废水首先进入隔油池和气浮池去除油类污染物，然后通过水解酸化提高焦化废水的可生化性，在短程硝化前进行预好氧去除有机物，保证亚硝化作用稳定进行，然后进入厌氧氨氧化反应器内进行脱氮，最后经后置好氧膜生物反应器进一步去除有机物和氨氮，最后由膜过滤出水。流程简单，能耗较低，出水水质好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种焦化废水处理方法，具体说是一种短程硝化-厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮膜处理方法。

背景技术

焦化废水是一种典型的难降解的高浓度有机工业废水。焦化废水主要来源是炼焦过程中，煤经过高温干馏逸出冷凝的水分，在这逸出的水分中溶解有大量的、各种类型的有机物、生成成分相当复杂的剩余氨水，另外还包括在煤气净化过程、焦油加工以及粗苯精制中产生的废水。焦化废水中的污染物质主要包括含有硫、氧、氮等的杂环化合物、多环芳烃类以及酚类等。酚类化合物是一种原型质毒物，高浓度的酚中毒会引起剧烈的腹痛、呕吐、腹泻、以及血便等症状，重度者甚至会导致死亡；多环芳烃类不仅难以生物降解去除，而且会容易引起细胞癌变；另外，焦化废水中含有的大量有机污染物排入到水体内，会消耗水体当中大量的溶解氧，导致水体发臭、水质恶化等状况，同时焦化废水中含的有毒物质，会严重威胁到水中水生生物的生存。因此，大量焦化废水的不达标排放，不但造成严重的环境污染问题，而且威胁到人类的健康。

传统的焦化废水处理工艺主要包括物理化学法和生物处理法。物理化学法，诸如萃取法、吸附法、催化湿式氧化技术、臭氧氧化法、光催化氧化法等，由于催化剂、絮凝剂等处理成本高，并且对设备要求严格，因此，工程应用并不十分广泛。实际中最主要的处理工艺为生物处理工艺，诸如生物铁法、SBR法、A/O法、A/O²法、A²/O法等，对焦化废水中COD具有较好的去除作用，但是SBR法由于自身条件限制，不能长时间进行硝化反硝化，而以AO法为核心（包括A/O²法、A²/O法等）的生物处理工艺脱氮效率均受到回流比的影响，实际运行中脱氮效率均不十分理想，且存在占地面积较大、能源消耗较多，剩余污泥产量较大等弊端。

目前，如何缩短氮的转化过程成为焦化废水处理的研究热点。根据新的氮转化途径研究开发的新工艺主要包括短程硝化-反硝化（SHARON）、同步硝化-反硝化（SND）、厌氧氨氧化（(ANAMMOX）等，这些新工艺或能够利用亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化，或能够利用好氧反硝化菌和异养硝化菌将硝化和反硝化控制在一个反应器中实现，突破了常规的脱氮处理方式。与传统工艺相比，这些新工艺大多具有反应时间短、反应器容积小、需氧量少、污泥产量低等优点，具有良好的发展前景。

（1）短程硝化-反硝化（SHARON）

SHARON工艺的基本原理是在同一个反应器内，先在有氧条件下利用亚硝化细菌将氨氧化成为亚硝酸盐，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化反应，生成氮气。与传统工艺相比，SHARON工艺具有工艺流程短、脱氮速率快、投资和运行费用低等优点，但是在混合菌群连续运行的条件下尚难以对氧和污泥的pH值进行良好的控制。

（2）同步硝化-反硝化（SND）

传统的生物脱氮理论认为硝化过程只能是自养菌完成，缺氧条件下才能发生反硝化过程。同时硝化—反硝化有别于传统的硝化和反硝化过程，主要原因是存在着一些特殊的微生物群落，许多好氧反硝化菌同时也是异样硝化菌，能够在好氧条件下直接将氨氮转化为气态产物逸出，在完全缺氧的条件下也可以发生异养硝化反应，从而实现同步硝化-反硝化。但是同步硝化-反硝化工艺往往造成整体工艺维护困难、菌落复杂难以控制等缺点。

（3）厌氧氨氧化（(ANAMMOX）

厌氧氨氧化工艺是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以氨氮为电子供体，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气的过程。在厌氧氨氧化中，氨氮的氧化无需分子态氧的参与，亚硝酸盐的还原也无需有机物参与。厌氧氨氧化工艺对于处理焦化废水等高氨氮的废水具有良好的前景，并且由于节省了亚硝酸盐的部分氧化，大大节省了能源，而如何保证亚硝酸盐的积累则是厌氧氨氧化工艺有效进行的关键。

综上所述，短程硝化-反硝化、同步硝化-反硝化以及厌氧氨氧化在处理高氨氮的焦化废水方面具有显著优势，发展潜力巨大。单一反应器的短程硝化-反硝化和同步硝化-反硝化工艺具有一定的脱氮效能，但是单一反应器内不同微生物之间相互影响以及对DO与营养需求的不同，导致脱氮效率难以大幅度提高。厌氧氨氧化工艺能够以单一的厌氧氨氧化菌同时去除氨氮和亚硝酸盐，但是如何稳定提供亚硝酸盐源是亟需解决的问题。另外，单一的短程硝化-反硝化、同步硝化-反硝化以及厌氧氨氧化工艺对焦化废水中的COD、酚类以及其它污染物质难以实现达标处理。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提出一种短程硝化-厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮的膜处理方法。结合预好氧脱碳膜生物反应器、联合短程硝化-厌氧氨氧化以及后置好氧膜生物反应器，实现稳定高效脱氮。

基本思路是：在预好氧池内设置膜组件，短时曝气以去除部分COD，保证后续短时硝化阶段的有效进行，为厌氧氨氧化阶段提供充足的亚硝酸盐，后置好氧池进一步处理焦化废水中剩余氨氮、COD、酚氰等其他污染物质，在后置好氧池内设置膜组件，膜过滤使出水达标排放。

本发明短程硝化-厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮的膜处理方法，依次串接设置调节池、隔油池、气浮池、水解酸化池、预好氧膜生物反应器、短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器和后置好氧膜生物反应器，采用连续流的运行方式，各反应器同时进行，连续出水。

处理过程：进水/除油过程、水解酸化过程、预好氧膜处理过程、氨氮亚硝化过程、厌氧氨氧化过程、后置好氧膜过滤出水过程，各个过程依次同步进行，实现连续进水，连续出水。

所述进水/除油过程是通过进水泵将调节池内的污水泵入隔油池去除油类污染物，隔油池出水流至气浮池进一步去除乳化油等污染物。

所述水解酸化过程是气浮池出水流至水解酸化池进行水解酸化，提高焦化废水的可生化性。

所述预好氧膜处理过程是水解酸化池出水流至预好氧膜膜生物反应器，进行有机物的降解以及酚氰等物质的去除。

所述氨氮亚硝化过程是将预好氧膜生物反应器的水通过膜组件泵入短程硝化反应器中，将部分氨氮转化为亚硝酸盐。

所述厌氧氨氧化过程是短程硝化反应器出水自流至厌氧氨氧化反应器，进行厌氧氨氧化反应。

所述后置好氧膜过滤出水过程是指出水泵通过膜组件将后置好氧膜生物反应器内的混合液过滤出水。

另外，还进一步包括排泥过程，通过隔油池污泥泵、水解酸化池污泥泵、预好氧池污泥泵以及后置好氧池污泥泵排出隔油池的含油污泥与水解酸化池、预好氧膜生物反应器及后置好氧膜生物反应器内的剩余污泥。

有益效果：本发明通过在水解酸化池后设置与好氧池，控制好氧时间以去除焦化废水中大部分的有机物质，保证后续氨氮亚硝化的高效运行，并且在与好氧池中设置膜组件，利用膜过滤实现了泥水几乎完全分离的效果，不仅提高了预好氧池的污泥浓度，能够保证好氧效果并降低运行时间，而且也有利于短程硝化反应器中亚硝化菌的富集，强化短程硝化效果，另外，膜过滤出水代替了沉淀池，缩短了工艺流程。短程硝化和厌氧氨氧化的联合，短程硝化和厌氧氨氧化分别在两个反应器中进行，一定程度上避免了不同微生物之间的相互影响，保障了不同微生物在各自的系统中良好生长环境，强化短程硝化效果和厌氧氨氧化效果，从而实现高效脱氮效能。通过后置好氧池，进一步去除水中剩余氨氮、COD、酚氰等污染物质，并在后置好氧池内设置膜组件，代替传统工艺中的砂滤池、沉淀池等，大大缩短工艺流程，膜过滤出水可使出水SS基本为0，保证出水达标排放。较传统工艺，该工艺具有流程简单、总的水力停留时间短、曝气量少、能耗低、生物浓度高、占地面积小、出水水质好、操作管理方便等优点，对焦化废水处理新工艺的开发和现有焦化废水处理工艺的升级改造具有重要指导意义。

附图说明

图1是本发明短程硝化-厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮的膜处理工艺流程图。

图中：1－调节池，2－隔油池，3－气浮池，4－水解酸化池，5－预好氧膜生物反应器，6－预好氧池膜组件，7－短程硝化反应器，8－厌氧氨氧化反应器，9－后置好氧膜生物反应器，10－后置好氧池膜组件，11－进水泵，12－预好氧膜生物反应器出水泵，13－出水泵，14－隔油池污泥泵，15－水解酸化池污泥泵，16－预好氧膜生物反应器鼓风机，17－后置好氧膜生物反应器鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明短程硝化-厌氧氨氧化高氨氮焦化废水脱氮膜处理方法，采用调节池1、隔油池2、气浮池3、水解酸化池4、预好氧膜生物反应器5、短程硝化反应器7，厌氧氨氧化反应器8和后置好氧膜生物反应器9，依次串接形成处理系统。其中预好氧膜生物反应器5和后置好氧膜生物反应器9内分别置有预好氧池膜组件6、后置好氧池膜组件10，用于预好氧出水和最终膜出水；在预好膜生物反应器5和后置好氧膜生物反应器9内通过鼓风曝气对微生物供氧，同时曝气还起到对膜面冲洗的作用，以控制膜污染。

采用连续流的运行方式，焦化废水从调节池1依次通过隔油池2、气浮池3、水解酸化池4、预好氧膜生物反应器5、短程硝化反应器7、厌氧氨氧化反应器8后置好氧膜生物反应器9，并在预好氧膜生物反应器5和后置好氧膜生物反应器9内分别置膜组件，实现膜出水。整个工艺流程包括进水/除油过程、水解酸化过程、预好氧膜处理过程、氨氮亚硝化过程、厌氧氨氧化过程、后置好氧膜过滤出水过程及排泥过程七个过程。

具体运行过程：

1、进水/除油过程：通过进水泵11将调节池1内的污水泵入隔油池2去除油类污染物，隔油池2出水自流至气浮池3进一步去除乳化油等污染物。

2、水解酸化过程是气浮池/3出水自流至水解酸化池4进行水解酸化，将难生物降解有机物降解为易生物降解有机物，将大分子有机物降解为小分子有机物，提高焦化废水的可生化性。

3、预好氧膜处理过程是水解酸化池4出水自流至预好氧膜膜生物反应器5，进行有机物的降解以及酚氰等物质的去除，采用鼓风机16进行曝气。

4、氨氮亚硝化过程是将预好氧膜生物反应器5的水通过膜组件6泵入12短程硝化反应器中7，将部分氨氮转化为亚硝酸盐。

5、厌氧氨氧化过程是短程硝化反应器7出水自流至厌氧氨氧化反应器8，进行厌氧氨氧化反应。

6、后置好氧膜过滤出水过程是指出水泵13通过膜组件10将后置好氧膜生物反应器内9的混合液过滤出水，采用后置好氧膜生物反应器鼓风机17进行曝气。

排泥过程：通过隔油池污泥泵14、水解酸化池污泥泵15、预好氧池污泥泵18以及后置好氧池污泥泵19排出隔油池的含油污泥与水解酸化池、预好氧膜生物反应器及后置好氧膜生物反应器内的剩余污泥。

该工艺采用连续流的运行方式，焦化废水首先进入隔油池去除油类污染物；隔油池出水进入气浮池进一步去除乳化油等污染物；气浮池出水进入水解酸化池进行水解酸化，提高焦化废水的可生化性；水解酸化后，焦化废水在预好氧膜生物反应器内进行有机物的好氧降解，降低短程硝化阶段的有机物量；将预好氧膜生物反应器出水泵入短程硝化反应器中进行短程硝化，将部分氨氮转化为亚硝酸盐；短程硝化反应器出水进入厌氧氨氧化反应器内进行厌氧氨氧化，将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气；最后，经后置好氧膜生物反应器进一步去除水中氨氮、COD、酚氰等污染物，通过膜组件实现达标排放，各反应器定期排泥。整个运行周期约为18~22h，其中隔油池1.5~2h，气浮池0.5~1h，水解酸化池2.5~4.5h，预好氧膜生物反应器1~2h，短程硝化反应器4~6h，厌氧氨氧化反应器4~6h，后置好氧膜生物反应器2~4h。