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申请日2018.07.24
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/02; C02F3/34; C02F101/16; C02F103/34; C02F101/34
摘要
一种微氧环境移动床生物膜反应装置及利用其处理煤制气废水的方法，它涉及一种水处理装置及利用其处理煤制气废水的方法。本发明的目的是要解决现有处理煤制气废水的装置去除煤制气废水中的污染物效果差，水力停留时间长和处理费用昂贵的问题。一种微氧环境移动床生物膜反应装置包括池体、两个水下推流器、多个曝气头、污泥回流管总管、气泵、沉淀池、推流器固定杆、隔墙。方法：一、煤制气废水通过重力流跌水方式从进水管及进水口进入到池体中，打开水下推流器;二、打开气泵、曝气分管上的阀门和污泥回流管支管上的阀门、电磁泵;三、投加生物膜填料;四、水力停留。本发明适用于处理煤制气废水。
权利要求书
1.一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于一种微氧环境移动床生物膜反应装置包括池体(16)、两个水下推流器(3)、多个曝气头(5)、污泥回流管总管(7)、气泵(8)、沉淀池(6)、推流器固定杆(15)、第一隔墙(19)、第二隔墙(20)、第三隔墙(21)和第四隔墙(22);
所述的池体(16)内设有沉淀池(6)和四个隔墙，且四个隔墙设置在沉淀池(6)的外部;所述的四个隔墙分别为第一隔墙(19)、第二隔墙(20)、第三隔墙(21)和第四隔墙(22);池体(16)内通过沉淀池(6)及四个隔墙分隔成五个廊道;五个廊道分别是第一廊道(10)、第二廊道(11)、第三廊道(12)、第四廊道(13)和第五廊道(14);第一廊道(10)的出口端与第二廊道(11)的入口端相连通，第二廊道(11)的出口端与第三廊道(12)的入口端相连通，第三廊道(12)的出口端与第四廊道(13)的入口端相连通，第四廊道(13)的出口端与第五廊道(14)的入口端及第一廊道(10)的入口端相连通;
所述的池体(16)上设有进水口(1)和污泥回流口(2)，且进水口(1)和污泥回流口(2)位于第一廊道(10)和第四廊道(13)的交汇处，进水管的一端连通进水口(1)，进水管的另一端连通池体(16)的外部;
所述的第一廊道(10)和第三廊道(12)的底部各设有一个水下推流器(3);两个水下推流器(3)分别位于第一廊道(10)的入口端和第三廊道(12)的入口端，且两个水下推流器(3)分别固定在两个推流器固定杆(15)上;一个推流器固定杆(15)的一端与池体(16)垂直固定连接，另一端与第一隔离墙(19)垂直固定连接;另一个推流器固定杆(15)的一端与池体(16)垂直固定连接，另一端与第三隔墙(21)垂直固定连接;第三隔墙(21)分别与第二隔墙(20)及沉淀池(6)固定连接;第一隔墙(19)与第二隔墙(20)垂直固定连接，第四隔墙(22)与沉淀池(6)固定连接;
所述的池体(16)的底部设有多个曝气头(5)，多个曝气头(5)安装在相应的曝气分管(17)上，多个曝气分管(17)置于廊道内，多个曝气分管(17)与曝气总管(18)相连通，曝气总管(18)置于池体(16)的外部，且曝气总管(18)与气泵(8)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的水下推流器(3)的推流方向为沿第一廊道(10)的出口端、第二廊道(11)的入口端、第二廊道(11)的出口端、第三廊道(12)的入口端、第三廊道(12)的出口端和第四廊道(13)的入口端方向推流，第一廊道(10)、第二廊道(11)、第三廊道(12)和第四廊道(13)是氧化沟形式的回转廊道，可以回转循环流动。
3.根据权利要求1所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的沉淀池(6)为斜板沉淀池，斜板沉淀池的中部为斜板(6-1)，斜板(6-1)的上部为出水堰(6-2)，斜板(6-1)的下部设有沉淀池进水区(6-4)，沉淀池进水区(6-4)的下部设有两个储泥槽(6-3)，沉淀池的出水管(6-5)的一端与出水堰(6-2)相连通，另一端穿出池体(16)。
4.根据权利要求3所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的两个储泥槽(6-3)的底端分别与两个污泥回流管支管(7-1)的一端相连通，两个污泥回流管1与池体(16)上的污泥回流口(2)相连通。
5.根据权利要求3所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的斜板(6-1)与水平面呈45゜角～60゜角，斜板长度为0.8m～1.1m，斜板净距25mm～35mm，水流上升流速0.0004m/s～0.0008m/s。
6.根据权利要求3所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的曝气头(5)的个数为7个，曝气头(5)为微孔曝气头。
7.根据权利要求1所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的曝气分管(17)上设有阀门，所述的阀门为蝶阀。
8.根据权利要求4所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置，其特征在于所述的污泥回流管支管(7-1)上设有阀门和电磁泵，所述的阀门为球阀。
9.利用如权利要求1所述的一种微氧环境移动床生物膜反应装置处理煤制气废水的方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：
一、煤制气废水通过重力流跌水方式从进水管及进水口(1)以0.007m/s～0.01m/s的进水速度进入到池体(16)中，打开水下推流器(3)，使煤制气废水的推流方向为沿第一廊道(10)的出口端、第二廊道(11)的入口端、第二廊道(11)的出口端、第三廊道(12)的入口端、第三廊道(12)的出口端和第四廊道(13)的入口端方向推流，煤制气废水的推流流速为0.0005m/s～0.001m/s;
步骤一中所述的煤制气废水中COD为1100mg/L～1500mg/L，氨氮为100mg/L～150mg/L，总氮为120mg/L～170mg/L，总酚为240mg/L～260mg/L，挥发酚浓度为100mg/L～150mg/L;
二、打开气泵(8)及曝气分管(17)上的阀门，调节池体(16)内的煤制气废水的溶解氧浓度为0.3mg/L～0.5mg/L，再打开污泥回流管支管(7-1)上的阀门和电磁泵，调节污泥回流比为100%～300%;
三、在池体(16)的进水口(1)处向池体(16)内投加生物膜填料，生物膜填料的投加量与池体(16)内煤制气废水的体积比为(110g～150g):1L，池体(16)中污泥浓度为5000mg/L～6000mg/L;
四、煤制气废水的水力停留时间为40h～60h，得到处理后的煤制气废水;处理后的煤制气废水从沉淀池的出水管(6-5)排出。
10.根据权利要求9所述的利用一种微氧环境移动床生物膜反应装置处理煤制气废水的方法，其特征在于步骤三中所述的生物膜填料是按以下步骤制备的：
一、预处理：
使用去离子水对填料进行清洗，至清洗液的pH值为7，再将去离子水清洗后的填料在温度为100℃～105℃下烘干，得到清洗后的填料;
步骤一中所述的填料为煤灰，粒径为5mm～10mm;;
二、将清洗后的填料加入到去离子水中，混合均匀，得到含有填料的混合液;在搅拌速度为500r/min～800r/min下使用浓度为3mol/L～4mol/L的H2SO4将含有填料的混合液的pH值调节至2，再静置，去除溶剂，再在温度为100℃～105℃下烘干，得到酸改性的填料;
三、将酸改性的填料、凹凸棒土和粉末活性炭混合均匀，再加入蒸馏水，搅拌均匀后，得到混合物;将混合物放入孔径为5mm～10mm的挤条机中进行挤条，再将挤出的条切割成长度为10mm～15mm，长度为10mm～15mm的条在室温下陈化2h～4h，再在温度为105℃～110℃下烘干1h～2h，再在温度为500℃～550℃下焙烧3h～3.5h，得到焙烧后的填料;
步骤三中所述的酸改性的填料的质量与蒸馏水的体积比为(40g～45g):35mL;
步骤三中所述的凹凸棒土的质量与蒸馏水的体积比为(25g～30g):35mL;
步骤三中所述的粉末活性炭的质量与蒸馏水的体积比为(30g～354g):35mL;
四、向浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液中加入草酸，得到浸渍液;将焙烧后的填料浸入到浸渍液中浸渍20h～28h，再进行过滤，去除浸渍液，得到浸渍后的填料;将浸渍后的填料在温度为80℃～110℃下烘干10h～12h，再在温度为100℃～120℃下烘干2h～4h，最后在温度为350℃～360℃下焙烧3h～3.5h，得到生物膜填料;
步骤四中所述的草酸的质量与浓度为0.1mol/L的硝酸铁溶液的体积比为(0.5g～0.7g):50mL。
说明书
一种微氧环境移动床生物膜反应装置及利用其处理煤制气废水的方法
技术领域
本发明涉及一种水处理装置及利用其处理煤制气废水的方法。
背景技术
我国“富煤、贫油、缺气”的石化资源特点决定了我国必须发展现代煤化工产业。为应对石油、天然气资源不足而其需求快速增长的现状，煤制气将迅速成为现代煤化工行业的主导产业之一，以弥补洁净燃料不足的现状。国家对高效洁净能源的倡导、开发石油替代能源的需求和充分利用劣质煤炭资源以及减少环境污染要求，给现代煤制气产业发展带来了广阔的市场。因此，在向清洁新能源和可再生能源过渡的未来几十年中，现代煤制气产业将扮演重要的角色。煤气化技术落后、生产成本高、水资源及水污染问题一直是制约煤制气产业发展的三大问题。煤制气产业属于高耗水的行业，水资源需求量大，其产生的废水处理问题严重制约着煤制气产业的发展。该废水以高浓度煤气洗涤废水为主，水质十分复杂，含有大量酚类、长链烷烃类、芳香烃类、杂环类、氨氮、氰等有毒有害物质，是一种典型的高浓度难生物降解的工业废水。因此，寻求投资省、水质处理好、工艺稳定性强、运行费用低的煤制气废水处理工艺，最大限度地实现省水、节水和回用，已经成为煤制气产业发展的迫切需求。
废水生物处理技术可划分为好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术。好氧技术处理效率高、出水水质好，但该过程中的能耗高，对难生物降解的污染物去除效果差，使用好氧技术处理煤制气废水，煤制气废水中COD的去除率为50%～60%、氨氮的去除率为45%～50%、总氮的去除率为10%～15%、总酚的去除率为35%～40%，挥发酚浓度的去除率为40%～45%;而且使用好氧技术的剩余污泥产量大。相比而言，厌氧技术能耗低，且能有效降解好氧工艺中无法去除的有机物。然而，厌氧技术启动时间长，且停留时间长，使用厌氧技术处理煤制气废水的水力停留时间为300h～350h，虽然厌氧/好氧组合工艺能够较好的提高污染物的去除效果，但由于对溶解氧要求的差异，反应需要在不同的装置内完成，不仅工程投资费用高，且工艺运行过程的复杂程度和管理难度有所增加。
发明内容
本发明的目的是要解决现有处理煤制气废水的装置去除煤制气废水中的污染物效果差，水力停留时间长和处理费用昂贵的问题，而提供一种微氧环境移动床生物膜反应装置及利用其处理煤制气废水的方法。
一种微氧环境移动床生物膜反应装置包括池体、两个水下推流器、多个曝气头、污泥回流管总管、气泵、沉淀池、推流器固定杆、第一隔墙、第二隔墙、第三隔墙和第四隔墙;
所述的池体内设有沉淀池和四个隔墙，且四个隔墙设置在沉淀池的外部;所述的四个隔墙分别为第一隔墙、第二隔墙、第三隔墙和第四隔墙;池体内通过沉淀池及四个隔墙分隔成五个廊道;五个廊道分别是第一廊道、第二廊道、第三廊道、第四廊道和第五廊道;第一廊道的出口端与第二廊道的入口端相连通，第二廊道的出口端与第三廊道的入口端相连通，第三廊道的出口端与第四廊道的入口端相连通，第四廊道的出口端与第五廊道的入口端及第一廊道的入口端相连通;
所述的池体上设有进水口和污泥回流口，且进水口和污泥回流口位于第一廊道和第四廊道的交汇处，进水管的一端连通进水口，进水管的另一端连通池体的外部;
所述的第一廊道和第三廊道的底部各设有一个水下推流器;两个水下推流器分别位于第一廊道的入口端和第三廊道的入口端，且两个水下推流器分别固定在两个推流器固定杆上;一个推流器固定杆的一端与池体垂直固定连接，另一端与第一隔离墙垂直固定连接;另一个推流器固定杆的一端与池体垂直固定连接，另一端与第三隔墙垂直固定连接;第三隔墙分别与第二隔墙及沉淀池固定连接;第一隔墙与第二隔墙垂直固定连接，第四隔墙与沉淀池固定连接;
所述的池体的底部设有多个曝气头，多个曝气头安装在相应的曝气分管上，多个曝气分管置于廊道内，多个曝气分管与曝气总管相连通，曝气总管置于池体的外部，且曝气总管与气泵相连通。
一种微氧环境移动床生物膜反应装置处理煤制气废水的方法，是按以下步骤完成的：
一、煤制气废水通过重力流跌水方式从进水管及进水口以0.007m/s～0.01m/s的进水速度进入到池体中，打开水下推流器，使煤制气废水的推流方向为沿第一廊道的出口端、第二廊道的入口端、第二廊道的出口端、第三廊道的入口端、第三廊道的出口端和第四廊道的入口端方向推流，煤制气废水的推流流速为0.0005m/s～0.001m/s;
步骤一中所述的煤制气废水中COD为1100mg/L～1500mg/L，氨氮为100mg/L～150mg/L，总氮为120mg/L～170mg/L，总酚为240mg/L～260mg/L，挥发酚浓度为100mg/L～150mg/L;
二、打开气泵及曝气分管上的阀门，调节池体内的煤制气废水的溶解氧浓度为0.3mg/L～0.5mg/L，再打开污泥回流管支管上的阀门和电磁泵，调节污泥回流比为100%～300%;
三、在池体的进水口处向池体内投加生物膜填料，生物膜填料的投加量与池体内煤制气废水的体积比为(110g～150g):1L，池体中污泥浓度为5000mg/L～6000mg/L;
四、煤制气废水的水力停留时间为40h～60h，得到处理后的煤制气废水;处理后的煤制气废水从沉淀池的出水管排出。
本发明的原理及优点：
一、微氧是指介于厌氧和好氧之间的低氧状态，该环境下溶解氧浓度大致介于0-1.0mg/L，微氧环境的优点如下：(1)微生物多样性高;(2)可实现氮、磷的去除;(3)曝气能耗低，剩余污泥量少;(4)难降解有机物的处理效果好;泥膜式生物反应器中的生物载体为微生物的生长和繁殖提供了相对稳定的环境条件，并且能够降低污泥产量。此外，由于生物固体停留时间长，一些世代时间较长的微生物，如硝化细菌、亚硝化细菌，也可在生物膜上生长，使得生物膜内可以发生多种脱氨除磷途径。其次，泥膜式生物反应器的抗冲击负荷能力更强，运行管理更为简便;本发明结合微氧环境和泥膜式生物反应器的优势，充分发挥多菌群的共同作用，本发明开发了能耗低和污泥产量小的微氧环境移动床生物膜反应装置，高效、低能地处理煤制气废水，并减少了有毒有害气体的产生;
二、本发明研发了微氧环境移动床生物膜反应装置，向装置中投加经济、高效且耐用的生物膜填料，增加污泥浓度，实现有机物的迁移转化和氮的有效递减，创新的控制系统内的低溶解氧(溶解氧浓度为0.3mg/L～0.5mg/L)和高污泥浓度(污泥浓度介于5000mg/L～6000mg/L);
三、微氧环境与本发明制备的生物膜填料的耦合，有利于不同种类微生物生长和富集，来较好的适应废水水质、水量变化，易于实现多种氮的生物转化途径，且微氧环境与本发明制备的生物膜填料的耦合，丰富的氧化还原电位微环境以及微生物较长的世代时间，促进了有机物的迁移转化及其矿化，同时，微氧条件下的污泥产率更低，本发明制备的生物膜填料提供微生物生长富集的空间，减少污泥膨胀;
四、利用一种微氧环境移动床生物膜反应装置处理煤制气废水，煤制气废水中COD的去除率为75%～88%、氨氮的去除率为51%～60%、总氮的去除率为35%～45%、总酚的去除率为60%～65%，挥发酚浓度的去除率为65%～70%，以上难生物降解的污染物的去除率高于现有技术。
本发明适用于处理煤制气废水。
