申请日2016.09.26
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C02F3/32; C02F3/12; C02F9/14; C02F1/04; C02F1/52; C02F1/66; C02F103/34
摘要
本发明提供了一种生态池，以及基于该生态池的高效处理煤化工废水的系统及工艺，该系统包括依次连接设置的：调节池，用于调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理;厌氧处理装置;全程自养脱氮反应器，经厌氧处理装置处理后的废水进入全程自养脱氮反应器进行脱氮;附有纳滤膜装置的生态池，在生态池的水面上设置有生态浮床，底层设有曝气装置;旋转蒸发装置，经过纳滤膜装置过滤后得到的滤液进入所述旋转蒸发装置。经过本发明中调节池、厌氧处理装置、全程自养脱氮反应器、生态浮床处理得到的洁净出水水质，以及生态池中的曝气装置，均可有效减少纳滤膜的堵塞，延长纳滤膜的使用寿命。且整个工艺具有能耗低、不二次污染环境的优点。
权利要求书
1.一种生态池，所述生态池设置有进水口，在所述生态池的底部设置有曝气装置;
其特征在于，在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;
在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物。
2.根据权利要求1所述的生态池，其特征在于，所述植物为香根草、蜈蚣草、鳞苔草、紫叶花苕、油菜、水葫芦、凤眼莲中的一种或者多种。
3.一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，其特征在于，包括依次连接设置的：
调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理;
厌氧处理装置，与所述调节池连接设置;
全程自养脱氮反应器，与所述厌氧处理装置连接设置;
生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;
旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置的出水口连通设置。
4.根据3所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，所述全程自养脱氮反应器包括：反应器筒体，在所述反应器筒体的底部设置有进水口，顶部设置有排气口;亚硝化-厌氧氨氧化区，设置在所述反应器筒体的上部，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件;反硝化区，设置在所述反应器筒体的下部，在所述反硝化区设置有第二填料组件;膜组件，位于所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口;曝气头，设置在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方;在所述第一填料组件上设置有曝气通道，所述曝气通道沿竖直方向设置;在所述第一填料组件和所述膜组件之间还设置有第一三相分离器。
5.根据权利要求4所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，所述第一三相分离器包括分离板，每组分离板设置有导向板和挡流板;其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板上端所在的反应器筒体横截面的上方;所述分离板与所述曝气通道对应设置，所述分离板的导向板设置在所述曝气通道的正上方。
6.根据权利要求5所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，所述曝气通道设置有多个，所述曝气头也设置有多个，所述多个曝气头分别位于所述多个曝气通道的下方;所述第一三相分离器包括多组分离板，所述多组分离板与所述多个曝气通道一一对应设置，每组所述分离板的导向板均设置在对应的所述曝气通道的正上方。
7.根据权利要求5或6所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，所述曝气通道靠近所述反应器筒体的内壁面设置，在所述曝气通道的内侧设置有回流通道，所述分离板的挡流板设置在所述回流通道的正上方。
8.根据权利要求5-7任一所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，所述导向板与水平方向的夹角为30-40度;所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度。
9.根据权利要求4-8任一所述的高效处理煤化工废水的系统，其特征在于，在所述反硝化区和所述亚硝化-厌氧氨氧化区之间设置有第二三相分离器;所述第二三相分离器包括：第一挡板，呈圆台形且沿所述反应器筒体的圆周方向设置，所述第一挡板沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板的中心位置设置有水流通孔;
第二挡板，位于所述第一挡板上方;所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体下方设置的圆锥形，所述第二挡板的上端与所述反应器筒体的内壁面之间设置有水流间隙;所述第一挡板和第二挡板之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道;所述曝气头设置在所述第二挡板的上端边缘上。
10.一种高效处理煤化工废水的组合工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述煤化工废水送入调节池，将pH值调节至7-7.5，向所述调节池内的煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理;
(2)对完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水进行厌氧处理;
(3)将经厌氧处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理;
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入附有纳滤膜装置的生态池进行处理，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物;
(5)对所述纳滤膜装置出水口的出水进行旋转蒸发操作。
说明书
一种生态池及高效处理煤化工废水的组合工艺和系统
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高效处理煤化工废水的组合工艺及系统。
背景技术
煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主，含有大量的有机物、盐类、氨氮和重金属等有毒、有害物质。煤化工废水的排放会导致严重的水体污染，为了保护生态环境，我国要求煤化工行业在生产过程中产生的生产废水应全部用于回用，对外界不排放，即达到“零排放”。但是由于煤化工废水水量大、污染物成分十分复杂，因此给废水处理带来了很大的难度。
现有技术中，中国专利文献CN103288298A公开了一种用于处理煤化工废水的工艺。该工艺包括以下步骤：(1)预处理：通过调节、隔油和气浮、过滤等，去除水中的油类、悬浮物等;(2)树脂吸附：采用树脂吸附罐对步骤1处理的废水进行吸附;(3)空气吹脱：采用空气吹脱塔对步骤(2)得到的废水进行处理;通过步骤(2)、(3)，去除水中大部分的COD和NH3-N;(4)利用生物处理对步骤(3)的废水进行处理，进一步去除水中的COD和NH3-N，从而优化整个处理系统，所述生物处理包括缺氧和两级好氧生物处理。上述工艺利用前处理以及缺氧-好氧生物工艺对煤化工废水进行处理，虽然能够去除水中的大部分COD和氨氮，但却无法同时去除水中的重金属，且传统工艺需要外加碳源，耗费能源，增大占地面积，且造成二次污染，并且虽然其出水水质能够达到污水排放标准中的二级排放标准，但仍旧含有一定量的COD和NH3-N，这给后续的深度脱盐处理造成困难。
因此，如何能够高效脱除煤化工废水中的有机物、氮和盐类，达到煤化工废水“零排放”的要求，且能耗低、绿色环保、无二次污染，是现有技术急需解决的问题。
发明内容
本发明解决的一个技术问题是如何高效脱除煤化工废水中的有机物、氨氮和重金属，同时实现深度脱盐处理，进而提供一种节能环保、具有优良处理效率的煤化工废水处理系统及工艺。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种生态池，所述生态池设置有进水口，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物。
所述植物为香根草、蜈蚣草、鳞苔草、紫叶花苕、油菜、水葫芦、凤眼莲中的一种或者多种。
一种用于高效处理煤化工废水的组合系统，包括依次连接设置的：调节池，所述煤化工废水进入所述调节池，在所述调节池内调节所述煤化工废水的pH值并投加絮凝剂进行处理;厌氧处理装置，与所述调节池连接设置;全程自养脱氮反应器，与所述厌氧处理装置连接设置;生态池，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置的出气孔设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;旋转蒸发装置，与所述纳滤膜装置的出水口连通设置。
所述全程自养脱氮反应器包括：反应器筒体，在所述反应器筒体的底部设置有进水口，顶部设置有排气口;亚硝化-厌氧氨氧化区，设置在所述反应器筒体的上部，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件;反硝化区，设置在所述反应器筒体的下部，在所述反硝化区设置有第二填料组件;膜组件，位于所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口;曝气头，设置在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方;在所述第一填料组件上设置有曝气通道，所述曝气通道沿竖直方向设置;在所述第一填料组件和所述膜组件之间还设置有第一三相分离器。
所述第一三相分离器包括分离板，每组分离板设置有导向板和挡流板;其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板上端所在的反应器筒体横截面的上方;所述分离板与所述曝气通道对应设置，所述分离板的导向板设置在所述曝气通道的正上方。
所述曝气通道设置有多个，所述曝气头也设置有多个，所述多个曝气头分别位于所述多个曝气通道的下方;所述第一三相分离器包括多组分离板，所述多组分离板与所述多个曝气通道一一对应设置，每组所述分离板的导向板均设置在对应的所述曝气通道的正上方。
所述曝气通道靠近所述反应器筒体的内壁面设置，在所述曝气通道的内侧设置有回流通道，所述分离板的挡流板设置在所述回流通道的正上方。
所述导向板与水平方向的夹角为30-40度;所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度。
在所述反硝化区和所述亚硝化-厌氧氨氧化区之间设置有第二三相分离器;所述第二三相分离器包括：第一挡板，呈圆台形且沿所述反应器筒体的圆周方向设置，所述第一挡板沿竖直方向由上到下逐渐收缩，在所述第一挡板的中心位置设置有水流通孔;第二挡板，位于所述第一挡板上方;所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体下方设置的圆锥形，所述第二挡板的上端与所述反应器筒体的内壁面之间设置有水流间隙;所述第一挡板和第二挡板之间形成连通所述水流通孔和所述水流间隙的通道;所述曝气头设置在所述第二挡板的上端边缘上。
一种高效处理煤化工废水的组合工艺，包括如下步骤：
(1)将所述煤化工废水送入调节池，将pH值调节至7-7.5，向所述调节池内的煤化工废水中投加絮凝剂进行絮凝沉降处理;
(2)对完成絮凝沉降处理后的所述煤化工废水进行厌氧处理;
(3)将经厌氧处理后的废水送入全程自养脱氮反应器进行全程自养脱氮处理;
(4)将完成全程自养脱氮处理的废水送入附有纳滤膜装置的生态池进行处理，所述生态池的进水口与所述全程自养脱氮反应器的出水口连通设置，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置;与所述纳滤膜装置的膜出水侧连通设置有出水口;在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物;
(5)对所述纳滤膜装置出水口的出水进行旋转蒸发操作。
本发明所述的高效处理煤化工废水的生态池和组合工艺及系统，优点在于：
(1)本发明所述的生态池，在所述生态池的底部设置有曝气装置;在所述生态池内设置有纳滤膜装置，所述纳滤膜装置靠近所述曝气装置设置;与所述纳滤膜的出水侧连通设置有出水口;在所述生态池的水面上放置有生态浮床，在所述生态浮床上种植有植物。所述纳滤膜组件可有效截留二价及多价离子(Ca、Mg离子等)及分子量介于200～500Da之间的有机物，而单价离子(Na、Ka离子等)则可通过所述纳滤膜，因此所述纳滤膜可实现杂盐分类，即含有单价离子的废水可通过旋转蒸发的工艺进行脱盐处理，从而得到高纯度的盐，便于对其进行综合利用;而多价金属离子在生态池中等待植物吸收。本发明将所述纳滤膜组件设置在生态池中，一方面，生态池本身可除去水体中的有机物和氨氮等污染物，能够有效净化水质，因此可作为纳滤膜装置的预处理;另一方面，现有技术中，纳滤膜截留下来的浓水部分含有较高的二价盐分，难以有效处理，本发明中所述生态池内设置的生态浮床可有效吸收废水中的Ca、Mg、Mn、Hg等金属盐离子，从而实现纳滤膜装置浓水的净化，防止其盐浓度不断累积。并且，所述纳滤膜在长期运行后容易产生污染和堵塞，本发明通过将所述纳滤膜设置在生态池内，有效利用了生态池内的曝气装置，利用曝气装置的上升气流对纳滤膜进行冲刷，可实现对膜的清洁，实现装置的长期稳定运行。
(2)本发明所述的高效处理煤化工废水的组合系统，依次设置有调节池、厌氧处理装置、全程自养脱氮反应器、附纳滤膜装置的生态池和旋转蒸发装置。其中所述的调节池，用于对废水进行pH调节和絮凝沉降处理，可降低水的浊度、色度，去除部分高分子有机物和重金属。经过絮凝处理后的废水进入厌氧处理装置，去除部分有机物，所述厌氧处理装置将复杂的高分子有机聚合物转化成为简单、稳定的小分子化合物;完成厌氧处理后的废水进入全程自养脱氮反应器，在下部区域完成反硝化脱氮过程、在上部区域完成部分亚硝化-厌氧氨氧化脱氮过程，从而除去废水中的氮;从所述自养脱氮装置出来的废水中仍旧含有小分子有机物和少量的氮、磷，废水进入后续的设置有生态浮床的生物池，所述生态浮床用于去除污水中的重金属、以及氮、磷和小分子有机物。进入生物池的废水中含有的氮、磷和有机物为生态浮床上植物的生长提供了养分，从而使得植物可维持良好的生长状态，保证了生态浮床的长期运行。生物池中设置的曝气装置一方面可以创造好氧环境，有利于污染物在植物和微生物作用下去除，另一方面还可以加速生态池内部水流快速流动，促进内部混合。此外，该生态池中设有膜组件，且靠近曝气装置放置，可有效防止长期使用而造成的堵塞现象;生态池水质较为清澈，浊度降低，且含少量氮、磷及有机物，因此可有效减少纳滤膜的堵塞，延长纳滤膜的使用寿命。所述纳滤膜组件可有效截留二价及多价离子(Ca、Mg离子等)及分子量介于200～500Da之间的有机物，使得单价离子(NaCl)和分子量低于200Da的有机物透过纳滤膜，随出水进入改良型旋转蒸发装置。
本发明通过使用生态浮床处理有机物、氮磷与重金属，相比于传统的生化方法，具有不带来二次污染，不破坏周围环境，处理效率高，维护运行稳定等优点。
作为优选的实施方式，本发明采用空气源热泵作为旋转蒸发装置的加热源，大量节省了能源且能避免空气污染。空气源热泵可升温至60度，本发明通过对旋转瓶减压，可使内部液体沸点降低，仅采用空气源热泵即可满足加热温度的要求，大幅度降低了能耗。从纳滤系统出来的废水进入旋转蒸发装置，有效进行脱盐处理，从而使得出水达到零排放的标准。
(3)本发明所述的高效处理煤化工废水的组合系统，在所述全程自养脱氮反应器的反应器筒体的上部设置有亚硝化-厌氧氨氧化区，在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内设置有第一填料组件，在所述第一填料组件的表面内层附着有厌氧氨氧化菌，在所述第一填料组件的表面外层附着有亚硝化菌;在所述反应器筒体的下部设置有反硝化区;在所述反硝化区设置有附着有反硝化菌的第二填料组件;在所述亚硝化-厌氧氨氧化区的顶端设置有膜组件，与所述膜组件的出水侧连通设置有出水口;在所述亚硝化-厌氧氨氧化区内且位于所述第一填料组件的下方设置有曝气头。使用本发明中所述的反应器进行脱氮反应时，进入所述反应器的废水先在下部进行反硝化处理，完成反硝化处理后的废水经由曝气装置曝气充氧后进入亚硝化-厌氧氨氧化区，先与所述第一填料组件上的所述亚硝化菌和厌氧氨氧化菌相接触，发生亚硝化和厌氧氨氧化反应。完成厌氧氨氧化反应后的废水经膜组件过滤后由所述出水口排出。本发明中的反应器，将曝气装置安装在亚硝化-厌氧氨氧化区的底部，曝气产生的气泡可升至所述膜组件，从而对膜组件进行冲刷，有效防止了膜组件的污染和堵塞。利用曝气对膜组件进行冲刷时，会对反应器筒体内的水体产生扰动，使得未经完全处理的废水以及部分被冲刷下的微生物污泥到达膜组件并过膜流出，从而影响废水处理的效果，为此，本发明在所述第一填料组件和所述膜组件之间设置有第一三相分离器，随气体流至膜组件附件的废水得到分离，使得气体继续上升对膜组件进行冲刷，而微生物污泥和废水则回流至反应区，从而增强了对废水的处理效果;使得整个全程脱氮反应得以高效、稳定地进行。
所述的全程自养脱氮反应器，优选设置第一三相分离器包括多组沿水平方向依次排列的分离板，每组分离板包括导向板和挡流板;其中，所述导向板和挡流板均倾斜设置，在所述导向板和挡流板之间形成流体通道，所述流体通道沿竖直方向由下向上逐渐收缩，且所述挡流板的上端所在的反应器筒体横截面位于所述导向板所在的反应器筒体横截面的上方;每相邻两组所述分离板间设置有间隙。本发明通过对第一三相分离器进行进一步的优化，曝气装置的气泡带动微生物污泥和废水上升的过程中，先到达导向板，沿所述导向板倾斜上升，再到达挡流板，冲击导流板后，气体会沿流体通道继续上升，进而到达膜组件，而液体和微生物污泥则在挡流板的反射作用下向下回流，继续进行亚硝化-厌氧氨氧化反应，从而提高了废水和污泥的停留时间。
作为优选的实施方式，本发明设置所述导向板与水平方向的夹角为30-40度;所述挡流板与水平方向的夹角为40-50度;所述导向板的夹角如设置的过大，则废水和污泥容易从导向板和挡流板间通过，到达第一三相分离器的上方，如设置的过小，则对气泡的导向作用不明显，容易对气泡产生遮挡，减少其对膜组件的冲刷作用。本发明通过对导向板和挡流板的倾斜角度进行优选，在保证对膜组件的冲刷作用的同时，还保证了挡流板对废水和污泥的挡流效果，使得废水和污泥在冲击所述挡流板后能够有效回流至反应区。
并且本发明所述导向板和挡流板的另一优点在于，本发明中的导向板上端和挡流板之间形成的间隙为气体通道，而导向板和挡流板的上表面则形成沉积面，气体冲刷膜组件后会冲掉膜组件上的污泥，掉落的污泥先到达所述沉积面后，在重力的作用下会经两组分离板间的间隙回落至反应区。本发明优选所述导向板的上端与所述挡流板之间的垂直距离为3-5cm;使得气体可通过该处，而废水和污泥则会在冲击到挡流板后回流;同时，通过优选每相邻两组所述分离板间的间隙为4-6cm，使得污泥可通过该间隙回流至反应区。
本发明中的全程自养脱氮反应器，还设置有所述第二三相分离器，所述第二三相分离器的第一挡板能够有效对第二填料组件上脱落的反硝化污泥进行截留，而反硝化反应产生的氮气和反硝化处理后的废水则通过水流通道进入上部的亚硝化-厌氧氨氧化区。所述第二三相分离器的所述第二挡板呈尖端朝向所述反应器筒体设置的圆锥形，优点在于，除了对反硝化区产生的氮气进行导流，还可以承接上方亚硝化-厌氧氨氧化区掉落的微生物污泥，防止上部反应区的微生物对下部的反硝化反应产生影响。作为优选的实施方式，本发明在所述第一挡板上且靠近所述第一挡板的上端处分布有滤孔，所述滤孔的孔径为2-4mm。通过设置所述滤孔，使得反硝化区产生的氮气可通过滤网到达上部。不会在第一挡板的下方产生死角。
为了使本发明所述的高效处理煤化工废水的组合工艺及系统的技术方案及更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
