申請日2015.09.09
公開(公告)日2017.03.22
IPC分類號(hào)C02F3/30; C02F103/34
摘要
本發(fā)明公開了一種對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法，所述方法包括使汽提廢水依次進(jìn)入缺氧工段和好氧工段，其中，在好氧工段中，控制通入的氧氣與二氧化碳的體積比為1-4：1。本發(fā)明有效地改善了好氧工段的硝化效能，出水的COD值、氨氮含量和總氮水平均較低，改善了出水質(zhì)量。特別地，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，使用制氫外排的氣體提供二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的資源化利用，減少了向大氣環(huán)境的碳排放，特別有利于環(huán)保。
權(quán)利要求書
1.一種對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法，該方法包括使汽提廢水依次進(jìn)入缺氧工段和好氧工段，其特征在于，在好氧工段中，控制通入的氧氣與二氧化碳的體積比為1-4：1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通入的氧氣與二氧化碳的體積比為1-2：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通入的二氧化碳的量使得好氧工段中體系的pH值為5.5-6.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，二氧化碳的通入方式為間歇式，且通入二氧化碳的時(shí)間間隔為0.5-1h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法還包括：在進(jìn)入缺氧工段之前，將汽提廢水先進(jìn)行氣浮分離，優(yōu)選地，控制氣浮分離過程中通入的空氣與二氧化碳的體積比為0-4：1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的方法，其中，二氧化碳由二氧化碳源提供且二氧化碳源中二氧化碳的含量不低于85體積%、難降解的有機(jī)物的含量不超過10ppm，優(yōu)選地，二氧化碳由制氫外排的氣體提供。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述缺氧工段的條件包括：溶解氧不超過1mg/L，溫度為10-40℃，水力停留時(shí)間為2-6h;所述好氧工段的條件包括：溶解氧為2-4mg/L，溫度為10-40℃，水力停留時(shí)間為8-16h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述汽提廢水的堿度為150-300mg/L，COD值為1000-1800mg/L，氨氮含量為150-250mg/L，總氮含量為200-350mg/L。
說明書
一種對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法。
背景技術(shù)
煉油廠的廢水主要包括電脫鹽廢水、含鹽廢水、含油廢水和汽提廢水。其中，煉油廠汽提廢水具有氨氮含量及COD值高的特點(diǎn)。而缺氧/好氧工藝(A/O工藝)以其運(yùn)行穩(wěn)定、操作維護(hù)簡單、可有效脫氮等優(yōu)勢一直作為煉油廠汽提廢水生物處理的首選工藝。
為強(qiáng)化A/O工藝的生化效能，目前，人們主要關(guān)注調(diào)整工況參數(shù)(污泥齡和生物負(fù)荷)的工程措施，即通過保持活性污泥高泥齡、低生物負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)對難降解復(fù)雜有機(jī)物的有效去除，但污泥特性是通過環(huán)境條件的整體優(yōu)化得以保證的，個(gè)別工況參數(shù)的改變難以長期維持理想的污泥性狀，如因單獨(dú)降低負(fù)荷則難以保持污泥較高活性和高污泥濃度，最終A/O系統(tǒng)整體效能難以維持穩(wěn)定。在現(xiàn)有工程應(yīng)用中，也有通過強(qiáng)化好氧池(O池)的空氣曝氣強(qiáng)度來加強(qiáng)池內(nèi)混合和剪切效果，但這樣勢必造成空氣曝氣的能耗浪費(fèi)，且獲得的效果并不顯著。
因此，目前的A/O工藝硝化、脫氮及有機(jī)污染物去除效能較差，使得出水的COD值、氨氮含量和總氮水平仍較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效改善出水質(zhì)量的對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法。
為了處理汽提廢水，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過控制好氧工段通入的氧氣和二氧化碳的體積比，能夠有效地改善出水質(zhì)量。
因此，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法，該方法包括使汽提廢水依次進(jìn)入缺氧工段和好氧工段，其中，在好氧工段中，控制通入的氧氣與二氧化碳的體積比為1-4：1。
通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明有效地改善了好氧工段的硝化效能，出水的COD值、氨氮含量和總氮水平均較低，改善了出水質(zhì)量。特別地，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，使用制氫外排的氣體提供二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的資源化利用，減少了向大氣環(huán)境的碳排放，特別有利于環(huán)保。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的術(shù)語“溶解氧”是指在生物脫氮的條件下體系(L)中含有的氧氣的量(mg);“水力停留時(shí)間”是指待處理廢水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，也就是廢水與反應(yīng)器內(nèi)微生物作用的平均反應(yīng)時(shí)間，因此，如果反應(yīng)器的有效容積為V(m3)，水流速度為Q(m3/h)，則：水力停留時(shí)間(HRT)=V/Q，即水力停留時(shí)間等于反應(yīng)器有效容積與水流速度之比;“COD”即化學(xué)需氧量，是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個(gè)指標(biāo)，COD值越大，說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重，本發(fā)明中涉及的所有的COD值的測定方法為重鉻酸鹽法(GB11914-89);“BOD5”生化需氧量或生化耗氧量，表示水中有機(jī)物等需氧污染物質(zhì)含量的一個(gè)綜合指示，本發(fā)明中涉及的所有的BOD5值的測定方法為GB7488-87水質(zhì)五日生化需氧量測定法;“BOD5/COD”表示BOD5值與COD值之間的比值;本發(fā)明涉及的體積均以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積計(jì)。
本發(fā)明提供的對汽提廢水進(jìn)行生物脫氮的方法包括使汽提廢水依次進(jìn)入缺氧工段和好氧工段分別進(jìn)行反硝化脫氮和硝化脫氮，其中，在好氧工段中，控制通入的氧氣與二氧化碳的體積比為1-4：1(如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1)，優(yōu)選為1-2：1。
缺氧工段是主要發(fā)生反硝化反應(yīng)的階段，反硝化反應(yīng)是指在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將廢水中的亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮(N2)的過程。反硝化菌為異養(yǎng)型微生物，多屬于兼性細(xì)菌，在缺氧狀態(tài)時(shí)，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機(jī)物(污水中的BOD成分)作為電子供體，提供能量并被氧化穩(wěn)定。
好氧工段是主要發(fā)生硝化反應(yīng)的階段，硝化反應(yīng)是指在有氧狀態(tài)下，亞硝化菌利用無機(jī)碳為碳源將NH4+轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽(NO2-)，然后硝化菌將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽(NO3-)的過程。
反硝化菌、亞硝化菌和硝化菌均為用于水質(zhì)凈化的活性污泥中常規(guī)存在的微生物，在此不再贅述。
本發(fā)明中，只要在好氧工段按照上述比例通入氧氣和二氧化碳即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，但優(yōu)選地，控制通入的二氧化碳的量使得好氧工段中體系的pH值為5.5-6.5，更優(yōu)選為5.6、5.7、5.8、5.9、6、6.1、6.2、6.3或6.4。
本發(fā)明中，為了簡化操作，降低生物脫氮成本，通入的氧氣優(yōu)選由空氣提供，即，可以將空氣作為氧氣的來源。本發(fā)明中，空氣中含有的二氧化碳忽略不計(jì)。
本發(fā)明中，為了確�；钚晕勰嗟幕钚�，獲得更佳的出水質(zhì)量，二氧化碳進(jìn)入好氧工段的溫度不超過35℃(優(yōu)選為20-35℃)。
本發(fā)明中，二氧化碳的通入方式優(yōu)選為間歇式，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用間歇式的方式通入二氧化碳特別有利于進(jìn)一步提高出水質(zhì)量。更優(yōu)選地，通入二氧化碳的時(shí)間間隔為0.5-1h。
為了進(jìn)一步提高出水質(zhì)量，本發(fā)明的方法還可以包括在進(jìn)入缺氧工段之前，將汽提廢水先進(jìn)行氣浮分離。為了更大程度地利用二氧化碳，氣浮分離過程中也可以使用二氧化碳，且氣浮分離過程中使用的二氧化碳的量沒有特別的限制，為了進(jìn)一步提高出水質(zhì)量，優(yōu)選地，控制氣浮分離過程中通入的空氣與二氧化碳的體積比為0-4：1(更優(yōu)選為1-2：1)。氣浮分離的條件優(yōu)選包括：溫度為0-40℃(或5-40℃，或10-40℃)，時(shí)間為0.5-1h，pH值為5-7，相對于1000m3的待處理的廢水，通入的氣體的流量為200-400m3/h。
本發(fā)明中，使用的二氧化碳可以由二氧化碳源提供，所述二氧化碳源中二氧化碳的量可以為80-100體積%。優(yōu)選地，所述二氧化碳源中二氧化碳的含量不低于85體積%(優(yōu)選為85-95體積%)且難降解的有機(jī)物(指難以通過(本發(fā)明的)生物脫氮工藝降解的有機(jī)物)的含量不超過10ppm(優(yōu)選為1-10ppm)。進(jìn)一步優(yōu)選地，二氧化碳由制氫外排的氣體提供。
制氫外排的氣體一般指煉油廠制氫裝置排放的氣體。煉油廠制氫裝置大都采用烴-水蒸汽轉(zhuǎn)化法制氫，其副產(chǎn)二氧化碳一直被當(dāng)作廢氣排空，如錦西石化分公司制氫裝置設(shè)計(jì)能力為2萬m3/h氫氣，副產(chǎn)二氧化碳3000-4000m3/h，全年產(chǎn)量約4萬噸，可見制氫外排的二氧化碳對環(huán)境的影響不容忽視。而本發(fā)明采用制氫外排的氣體作為二氧化碳的來源特別有利于大氣環(huán)境的保護(hù)，而且，還使制氫外排的氣體得以回收利用，雖然，制氫外排的氣體中通常含有一定量的甲醇等，但并不會(huì)影響本發(fā)明的生物脫氮工藝。
對于提供二氧化碳的氣體(即二氧化碳源)，可以直接以常壓通入好氧工段，也可以加壓后通入，優(yōu)選情況下，采用加壓的方式通入二氧化碳源。二氧化碳源經(jīng)適度加壓后通入，發(fā)揮二氧化碳?xì)饬鞯妮o助混合和強(qiáng)化氣流剪切效應(yīng)的作用，保證好氧工段的活性污泥的活性高且絮體小，并通過剪切防止或減少絮體上對乳化油的吸附或粘結(jié)，從而有利于活性污泥的回用。優(yōu)選地，二氧化碳源以140-160kPa的壓力通入(本文涉及的壓力(包括實(shí)施例)均指二氧化碳源進(jìn)入好氧工段時(shí)的壓力，并不是二氧化碳源進(jìn)入生物脫氮工藝前的壓力)。
本發(fā)明中，缺氧工段和好氧工段的條件可以為本領(lǐng)域常規(guī)采用的條件，所述缺氧工段的條件優(yōu)選包括：溶解氧不超過1mg/L(如0.5-1mg/L)，溫度為10-40℃，水力停留時(shí)間為2-6h。所述好氧工段的條件優(yōu)選包括：溶解氧為2-4mg/L，溫度為10-40℃，水力停留時(shí)間為8-16h。
本發(fā)明中，缺氧工段和好氧工段串聯(lián)，對其具體的串聯(lián)方式?jīng)]有特別的要求，例如，可以為缺氧-好氧的串聯(lián)方式。根據(jù)需要，還可以在缺氧工段和好氧工段之前設(shè)置嚴(yán)格控制溶解氧的厭氧工段(溶解氧為0)。厭氧工段的條件通常包括溫度為10-40℃，水力停留時(shí)間為2-4h。
本發(fā)明中，可以使用本領(lǐng)域常規(guī)使用的活性污泥進(jìn)行生物脫氮，優(yōu)選情況下，缺氧工段和/或好氧工段使用的活性污泥的污泥負(fù)荷為0.15-0.5kgCOD/(kg污泥·d)。
對于缺氧工段和好氧工段串聯(lián)的生物脫氮工藝，經(jīng)好氧工段處理后獲得的部分活性污泥與水的混合液(以下簡稱混合液)回流至缺氧工段的過程稱為內(nèi)回流。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)回流的方式為多點(diǎn)回流方式，即，使部分混合液回流至缺氧工段的兩個(gè)以上(優(yōu)選為全部)的廊道中。其中，內(nèi)回流比可以為2-4。其中，“內(nèi)回流比”是指從好氧工段返回至缺氧工段的混合液的流量與進(jìn)入缺氧工段的廢水的流量之間的比值。
優(yōu)選地，當(dāng)待處理廢水的BOD5/COD(B/C)<0.3(難降解有機(jī)物為主要組成)時(shí)，將回流的混合液中的至少50體積%(如50-70體積%)回流至缺氧工段的首端廊道(即廢水最先進(jìn)入的廊道)之后的廊道中;或者，當(dāng)待處理廢水的B/C≥0.3(易降解有機(jī)物為主要組成)時(shí)，將回流的混合液中的至少70體積%(如70-100體積%)回流至缺氧工段的首端廊道中。
本發(fā)明的方法特別適用于煉油廠汽提廢水的生物脫氮，優(yōu)選地，所述汽提廢水的堿度為150-300mg/L，COD值為1000-1800mg/L，氨氮含量(NH4+-N)為150-250mg/L，總氮含量(TN)為200-350mg/L。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述汽提廢水的COD值為1000-1800mg/L，NH4+-N為150-250mg/L，硝酸鹽氮含量(NO3--N)為0-10mg/L(或8-12mg/L)，TN含量為200-350mg/L，石油類物質(zhì)的含量為100-250mg/L，懸浮物(SS)的含量為150-250mg/L，硫化物的含量為15-25mg/L，堿度(以碳酸鈣計(jì))為150-300mg/L，pH值為7.5-9.5。
本發(fā)明中，在氣浮分離步驟之前，還可以先使汽提廢水進(jìn)入均質(zhì)工段和隔油工段，均質(zhì)和隔油的具體操作可以參照《給水排水設(shè)計(jì)手冊》(第二版)(中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院，中國建筑工業(yè)出版社，書號(hào)：9787112041442)第6冊第6章—煉油工業(yè)污水處理及實(shí)例，或者參照《水污染控制工程》(水污染控制工程，王郁主編，林逢凱副主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2008)第342-344頁，在此不再贅述。此外，經(jīng)好氧工段后的廢水可以進(jìn)入二次沉淀工段，二次沉淀工段的具體操作亦可參照上述書籍，優(yōu)選地，所述二次沉淀工段的條件包括表面負(fù)荷率為1-1.5m3/(m2·h)。
以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
以下實(shí)施例中，使用的活性污泥的污泥負(fù)荷為0.4kg COD/(kg污泥·d);COD值的測定方法為重鉻酸鹽法(GB11914-89);氨氮含量(NH4+-N)的測定方法為納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009);硝酸鹽氮含量(NO3--N)的測定方法為紫外分光光度法(HJ 535-2009);總氮水平(TN)的測定方法為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012);石油類是指烷烴、芳烴、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等碳?xì)浠衔�，其含量的測定方法為紅外分光光度法(HJ637-2012);SS含量的測定方法為重量法(GB 11901-89);硫化物含量的測定方法為直接顯色分光光度法(GB/T 17133-1997);堿度的測定方法為滴定法(GB/T 15451-95)。
實(shí)施例中，汽提廢水進(jìn)行氣浮分離之前先進(jìn)行均質(zhì)(使廢水混合均勻)和隔油，且廢水經(jīng)好氧工段后再進(jìn)行二次沉淀，均質(zhì)、隔油、二次沉淀的具體條件參照《給水排水設(shè)計(jì)手冊》(第二版)(中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院，中國建筑工業(yè)出版社，書號(hào)：9787112041442)第6冊第6章6.2.1例14煉油污水處理實(shí)例進(jìn)行。
實(shí)施例使用的處理系統(tǒng)中，(1)缺氧工段缺氧池的有效容積為1200m3，其中首端廊道寬度為8m，第二條廊道寬度為5m，單條廊道長度為20m，共2條廊道，有效水深5m;(2)好氧工段好氧池的有效容積為3600m3，單條廊道尺寸同缺氧池，共6條廊道;(3)空氣曝氣和CO2曝氣均采用強(qiáng)剪切立管式曝氣裝置，直線型布置，兩者交錯(cuò)布置：管式空氣曝氣管的間隔為1.8m，管式的空氣曝氣管長度為1.5m;管式的CO2曝氣管的間隔為1.8m，管式的CO2曝氣管長度為0.8m。
