一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法

摘要

本发明提供一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法。一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，包括具有内腔的复合降酚脱氮装置、二级强化脱氮装置和碳源补充装置；复合降酚脱氮装置上设有进水管和出水管A，复合降酚脱氮装置内腔中部设有同轴的导流筒A和导流筒B，复合降酚脱氮装置内腔底部设有污泥斗A和排泥管A；二级强化脱氮装置通过出水管A连通复合降酚脱氮装置，二级强化脱氮装置上设有出水管B，二级强化脱氮装置内腔设有将二级强化脱氮装置内腔分隔为逆向曝气载体离散区和二级上升流生物过滤区的隔板。本发明通过功能化分区提高降酚与脱氮效率、逐级减少酚类化合物对硝化和反硝化的抑制作用，水力停留时间短，抗冲击负荷能力强。

权利要求

1.一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，其特征在于：该煤化工废水生物降酚脱氮系统包括具有内腔的复合降酚脱氮装置、二级强化脱氮装置和碳源补充装置；所述的复合降酚脱氮装置上设有进水管和出水管A，复合降酚脱氮装置内腔中部设有同轴的导流筒A和导流筒B，复合降酚脱氮装置内腔底部设有污泥斗A和排泥管A；所述的导流筒A底部封闭且顶部设有拦截网A，导流筒B顶部封闭且底部开口，导流筒B套于导流筒A外部，导流筒A与导流筒B之间具有间距，导流筒B与复合降酚脱氮装置内腔壁面之间设有至少两个拦截网B，导流筒A、导流筒B和拦截网B将复合降酚脱氮装置内腔分隔为强化降酚区、污泥初沉区、一级上升流生物过滤区和溢流区，强化降酚区位于导流筒A内，导流筒A内设有包埋载体，导流筒A底部设有曝气管A，污泥初沉区位于导流筒A与导流筒B之间，一级上升流生物过滤区位于导流筒B与复合降酚脱氮装置内腔壁面之间并被拦截网B限定区域，拦截网B之间设有复合载体，一级上升流生物过滤区底部设有曝气管B，溢流区位于复合降酚脱氮装置内腔在拦截网B上方的区域；所述的二级强化脱氮装置通过出水管A连通复合降酚脱氮装置，二级强化脱氮装置上设有出水管B，二级强化脱氮装置内腔设有将二级强化脱氮装置内腔分隔为逆向曝气载体离散区和二级上升流生物过滤区的隔板，隔板下部设有连通逆向曝气载体离散区和二级上升流生物过滤区的底部水流通道，逆向曝气载体离散区设有至少两个拦截网C，拦截网C之间设有离散载体，逆向曝气载体离散区下部设有曝气管C和曝气管D，二级上升流生物过滤区设有至少两个拦截网D，拦截网D之间设有复合载体，二级上升流生物过滤区下部设有曝气管E，二级上升流生物过滤区底部设有污泥斗B和排泥管B，排泥管B上设有排泥支管，排泥管B通过排泥支管连通进水管；所述的碳源补充装置上设有加药管，碳源补充装置通过加药管连通二级上升流生物过滤区底部；所述的曝气管A、曝气管B、曝气管C和曝气管E横向布置，曝气方向为向上，曝气管D竖向布置，曝气方向为径向四周。

2.根据权利要求1所述的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，其特征在于：所述的包埋载体为直径9 12mm的聚乙烯醇凝胶载体，包埋载体在强化降酚区的填充率为15% 30%；所述~ ~

的离散载体为直径30 40mm、孔径0.8 1.5mm的多孔球体，离散载体在逆向曝气载体离散区~ ~

的填充率为30% 40%。

~

3.根据权利要求1所述的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，其特征在于：所述的复合载体包括外部球体以及被外部球体包裹在内的多孔载体A和多孔载体B，外部球体为直径

150mm、网格孔径10 15mm的网格空心球，多孔载体A的孔径0.5 0.7mm，多孔载体B的孔径1.6~ ~

2.5mm。

~

4.根据权利要求1所述的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，其特征在于：所述的溢流区上部设有环形集水槽。

5.一种采用权利要求1‑4任一所述的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统进行煤化工废水生物降酚脱氮的方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤，①通过进水管使经过物化预处理后的煤化工废水流入复合降酚脱氮装置的强化降酚区，包埋载体固定化降酚菌，通过曝气管A控制强化降酚区溶解氧浓度为2 3mg/L，进行降酚~

和硝化作用；

②废水经强化降酚区流入污泥初沉区进行初步沉淀，通过排泥管A定期排出在污泥斗A沉淀的污泥；

③废水经污泥初沉区流入一级上升流生物过滤区，通过曝气管B控制一级上升流生物过滤区溶解氧浓度为2±0.2mg/L，复合载体在外部好氧的条件下形成局部厌氧微环境，富集降酚菌、硝化细菌和反硝化细菌，进行降酚、硝化和反硝化作用；

④废水经一级上升流生物过滤区流入溢流区，通过出水管A流入二级强化脱氮装置的逆向曝气载体离散区；

⑤通过曝气管C和曝气管D控制逆向曝气载体离散区溶解氧浓度为2 2.5mg/L，逆向曝~

气载体离散区强化好氧降酚与硝化作用，曝气方向与水流方向相反；当溶解氧浓度高于

2.5mg/L时，关闭曝气管C并维持曝气管D持续曝气，通过曝气管D维持离散载体处于分散、移动状态，当溶解氧浓度低于2mg/L时开启曝气管C；

⑥废水经逆向曝气载体离散区通过底部水流通道流入二级上升流生物过滤区，通过碳源补充装置由加药管向二级上升流生物过滤区底部投加碳源，通过曝气管E控制二级上升流生物过滤区溶解氧浓度为1±0.2mg/L，复合载体在溶解氧较低的条件下形成更多地厌氧微环境，在降酚、硝化的同时强化反硝化作用，废水经二级上升流生物过滤区通过出水管B排出系统，通过排泥管B定期排出在污泥斗B沉淀的污泥，部分污泥通过排泥支管回流至强化降酚区以提高污泥浓度。

说明书

一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤化工废水降酚脱氮系统及方法，特别涉及一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法。

背景技术

[0002] 煤化工废水成分复杂，毒性高，需重点考虑难降解有机污染物、酚、氨氮的有效去除。废水处理问题是煤化工产业发展的瓶颈，废水再生回用与高标准排放都存在很大难度。
煤化工企业迫切需要适用性强、运行成本低、处理效果稳定的废水处理技术，有效解决治水
危机，为生产解除后顾之忧。目前，国内外普遍采用“预处理+生物处理+深度处理”的工艺路
线处理煤化工废水。生物处理是煤化工废水处理工艺的关键单元，其处理效果直接关系到
整个处理系统的运行状况和出水水质。常规生物处理工艺出水COD浓度较高，酚类化合物抑
制脱氮作用，促使菌群启动自我保护机制产生更多的胞外聚合物（EPS），严重影响氨氮和总
氮的去除效率。

[0003] 因此，如何提供一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法，以较低的水力停留时间实现总酚、COD、氨氮和总氮的高效去除，提高抗冲击负荷能力，减少投资与运行成本是本
领域目前需要解决的技术问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，富集优势菌群，以较低的水力停留时间实现总酚、COD、氨氮和总氮的高效去除，提高抗冲击负荷能力，减少投资
与运行成本。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种煤化工废水生物降酚脱氮方法。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，包括具有内腔的复合降酚脱氮装置、二级强化脱氮装置和碳源补充装置；

[0008] 复合降酚脱氮装置上设有进水管和出水管A，复合降酚脱氮装置内腔中部设有同轴的导流筒A和导流筒B，复合降酚脱氮装置内腔底部设有污泥斗A和排泥管A；

[0009] 导流筒A底部封闭且顶部设有拦截网A，导流筒B顶部封闭且底部开口，导流筒B套于导流筒A外部，导流筒A与导流筒B之间具有间距，导流筒B与复合降酚脱氮装置内腔壁面
之间设有至少两个拦截网B，导流筒A、导流筒B和拦截网B将复合降酚脱氮装置内腔分隔为
强化降酚区、污泥初沉区、一级上升流生物过滤区和溢流区，强化降酚区位于导流筒A内，导
流筒A内设有包埋载体，导流筒A底部设有曝气管A，污泥初沉区位于导流筒A与导流筒B之
间，一级上升流生物过滤区位于导流筒B与复合降酚脱氮装置内腔壁面之间并被拦截网B限
定区域，拦截网B之间设有复合载体，一级上升流生物过滤区底部设有曝气管B，溢流区位于
复合降酚脱氮装置内腔在拦截网B上方的区域；

[0010] 二级强化脱氮装置通过出水管A连通复合降酚脱氮装置，二级强化脱氮装置上设有出水管B，二级强化脱氮装置内腔设有将二级强化脱氮装置内腔分隔为逆向曝气载体离
散区和二级上升流生物过滤区的隔板，隔板下部设有连通逆向曝气载体离散区和二级上升
流生物过滤区的底部水流通道，逆向曝气载体离散区设有至少两个拦截网C，拦截网C之间
设有离散载体，逆向曝气载体离散区下部设有曝气管C和曝气管D，二级上升流生物过滤区
设有至少两个拦截网D，拦截网D之间设有复合载体，二级上升流生物过滤区下部设有曝气
管E，二级上升流生物过滤区底部设有污泥斗B和排泥管B，排泥管B上设有排泥支管，排泥管
B通过排泥支管连通进水管；

[0011] 碳源补充装置上设有加药管，碳源补充装置通过加药管连通二级上升流生物过滤区底部。

[0012] 作为优选，所述的包埋载体为直径9 12mm的聚乙烯醇凝胶载体，包埋载体在强化~
降酚区的填充率为15% 30%；所述的离散载体为直径30 40mm、孔径0.8 1.5mm的多孔球体，
~ ~ ~
离散载体在逆向曝气载体离散区的填充率为30% 40%。
~

[0013] 作为优选，所述的复合载体包括外部球体以及被外部球体包裹在内的多孔载体A和多孔载体B，外部球体为直径150mm、网格孔径10 15mm的网格空心球，多孔载体A的孔径
~
0.5 0.7mm，多孔载体B的孔径1.6 2.5mm。
~ ~

[0014] 作为优选，所述的曝气管A、曝气管B、曝气管C和曝气管E横向布置，曝气方向为向上，曝气管D竖向布置，曝气方向为径向四周。

[0015] 作为优选，所述的溢流区上部设有环形集水槽。

[0016] 一种采用上述煤化工废水生物降酚脱氮系统进行煤化工废水生物降酚脱氮的方法，具体包括以下步骤：

[0017] ①通过进水管使经过物化预处理后的煤化工废水流入复合降酚脱氮装置的强化降酚区，包埋载体固定化降酚菌，通过曝气管A控制强化降酚区溶解氧浓度为2 3mg/L，进行
~
降酚和硝化作用；

[0018] ②废水经强化降酚区流入污泥初沉区进行初步沉淀，通过排泥管A定期排出在污泥斗A沉淀的污泥；

[0019] ③废水经污泥初沉区流入一级上升流生物过滤区，通过曝气管B控制一级上升流生物过滤区溶解氧浓度为2±0.2mg/L，复合载体在外部好氧的条件下形成局部厌氧微环
境，富集降酚菌、硝化细菌和反硝化细菌，进行降酚、硝化和反硝化作用；

[0020] ④废水经一级上升流生物过滤区流入溢流区，通过出水管A流入二级强化脱氮装置的逆向曝气载体离散区；

[0021] ⑤通过曝气管C和曝气管D控制逆向曝气载体离散区溶解氧浓度为2 2.5mg/L，逆~
向曝气载体离散区强化好氧降酚与硝化作用，曝气方向与水流方向相反；当溶解氧浓度高
于2.5mg/L时，关闭曝气管C并维持曝气管D持续曝气，通过曝气管D维持离散载体处于分散、
移动状态，当溶解氧浓度低于2mg/L时开启曝气管C；

[0022] ⑥废水经逆向曝气载体离散区通过底部水流通道流入二级上升流生物过滤区，通过碳源补充装置由加药管向二级上升流生物过滤区底部投加碳源，通过曝气管E控制二级
上升流生物过滤区溶解氧浓度为1±0.2mg/L，复合载体在溶解氧较低的条件下形成更多地
厌氧微环境，在降酚、硝化的同时强化反硝化作用，废水经二级上升流生物过滤区通过出水
管B排出系统，通过排泥管B定期排出在污泥斗B沉淀的污泥，部分污泥通过排泥支管回流至
强化降酚区以提高污泥浓度。

[0023] 本发明的有益效果是：

[0024] 本发明的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统及方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果，

[0025] （1）该系统及方法通过功能化分区提高降酚与脱氮效率、逐级减少酚类化合物对硝化和反硝化的抑制作用，分区富集优势菌群，水力停留时间短，容积负荷高，抗冲击负荷
能力强；

[0026] （2）该系统及方法可强化同步硝化反硝化作用，提高总氮去除效率并减少外部碳源投加量；

[0027] （3）该系统及方法通过污泥回流与生物过滤实现对活性污泥的有效控制，结合了活性污泥法与生物膜法的优势，在不设置硝化液回流管路和二沉池的条件下实现总酚、
COD、氨氮和总氮的高效去除。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。

[0029] 图1是本发明的主视结构示意图；

[0030] 图2是本发明复合载体的结构示意图。

[0031] 图中：1、复合降酚脱氮装置，11、进水管，12、强化降酚区，121、导流筒A，122、包埋载体，123、曝气管A，124、拦截网A，13、污泥初沉区，131、导流筒B，132、污泥斗A，133、排泥管
A，14、一级上升流生物过滤区，141、复合载体，1411、外部球体，1412、多孔载体A，1413、多孔
载体B，142、拦截网B，143、曝气管B，15、溢流区，151、环形集水槽，16、出水管A，

[0032] 2、二级强化脱氮装置，21、逆向曝气载体离散区，211、离散载体，212、拦截网C，213、曝气管C，214、曝气管D，22、底部水流通道，23、二级上升流生物过滤区，231、拦截网D，
232、曝气管E，233、污泥斗B，234、排泥管B，2341、排泥支管，24、出水管B，

[0033] 3、碳源补充装置，31、加药管。

具体实施方式

[0034] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或
改变都将落入本发明保护范围。

[0035] 在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常
规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知
晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获
知。

[0036] 实施例：

[0037] 如图1所示的一种煤化工废水生物降酚脱氮系统，包括复合降酚脱氮装置1、二级强化脱氮装置2和碳源补充装置3；复合降酚脱氮装置沿水流方向依次设有进水管11、强化
降酚区12、污泥初沉区13、一级上升流生物过滤区14、溢流区15和出水管A16；进水管与强化
降酚区连通，强化降酚区与污泥初沉区通过导流筒A121分隔，导流筒A内部设置包埋载体
122，底部封闭且设有曝气管A123，导流筒A顶部设置拦截网A124；污泥初沉区与一级上升流
生物过滤区通过导流筒B131分隔，导流筒B顶部封闭且底部敞开，污泥初沉区底部设置污泥
斗A132，污泥斗A底部设有排泥管A133；一级上升流生物过滤区设有复合载体141、拦截网
B142和曝气管B143，复合载体由拦截网B限定区域，曝气管B固定于一级上升流生物过滤区
底部；溢流区上部设置环形集水槽151，出水管A与二级强化脱氮装置连通；二级强化脱氮装
置沿水流方向依次设有逆向曝气载体离散区21、底部水流通道22、二级上升流生物过滤区
23和出水管B24，逆向曝气载体离散区与二级上升流生物过滤区通过底部水流通道连通；逆
向曝气载体离散区设有离散载体211、拦截网C212、曝气管C213和曝气管D214，二级上升流
生物过滤区设有复合载体、拦截网D231、曝气管E232，底部设置污泥斗B233和排泥管B234，
排泥管B通过排泥支管与进水管连通。碳源补充装置上设有加药管31，碳源补充装置通过加
药管连通二级上升流生物过滤区底部。

[0038] 包埋载体为直径10mm的聚乙烯醇凝胶载体，在强化降酚区中的填充率为25%。如图2所示，复合载体包括外部球体、多孔载体A和多孔载体B，外部球体为直径150mm、网格孔径
10 15mm的网格空心球，多孔载体A直径30mm、孔径0.5 0.7mm，多孔载体B直径30mm、孔径1.6
~ ~
2.5mm，多孔载体A与多孔载体B的填充体积比为1.37。离散载体在逆向曝气载体离散区的
~
填充率为35%，离散载体为直径30mm、孔径0.8 1.5mm的多孔球体。曝气管A、曝气管B、曝气管
~
C、曝气管E横向布置，向上部曝气，曝气管D竖向布置，向四周曝气。

[0039] 一种采用上述系统进行废水处理的方法，具体包括以下步骤：

[0040] ①经过物化预处理后的煤化工废水进入煤化工废水生物降酚脱氮系统，由进水管流入强化降酚区，包埋载体固定化不动杆菌属降酚菌，通过曝气管A控制强化降酚区溶解氧
浓度为2 3mg/L，进行降酚和硝化作用；
~

[0041] ②废水由强化降酚区流入污泥初沉区进行初步沉淀，在污泥斗A沉淀的污泥由排泥管A定期排出系统；

[0042] ③废水由污泥初沉区向上流动经过一级上升流生物过滤区，通过曝气管B控制一级上升流生物过滤区溶解氧浓度为2±0.2mg/L，复合载体可在外部好氧的条件下形成局部
厌氧微环境，富集降酚菌、硝化细菌和反硝化细菌，进行降酚、硝化和反硝化作用；

[0043] ④废水经过一级上升流生物过滤区处理后进入溢流区，通过环形集水槽、出水管A流入逆向曝气载体离散区；

[0044] ⑤逆向曝气载体离散区强化好氧降酚与硝化作用，曝气方向与水流方向相反，通过曝气管C和曝气管D控制逆向曝气载体离散区溶解氧浓度为2 2.5mg/L，当溶解氧浓度高
~
于2.5mg/L，关闭曝气管C并维持曝气管D持续曝气，通过曝气管D维持离散载体处于分散、移
动状态，当溶解氧浓度低于2mg/L开启曝气管C；

[0045] ⑥废水由逆向曝气载体离散区通过底部水流通道进入二级上升流生物过滤区，碳源补充装置由加药管向二级上升流生物过滤区底部投加碳源，通过曝气管E控制一级上升
流生物过滤区溶解氧浓度为1±0.2mg/L，复合载体可在溶解氧较低的条件下形成更多地厌
氧微环境，在降酚、硝化的同时强化反硝化作用，废水经过二级上升流生物过滤区反应后排
出系统，在污泥斗B沉淀的污泥由排泥管B定期排出二级强化脱氮装置，部分污泥由排泥支
管回流至强化降酚区并提高污泥浓度。

[0046] 上述不动杆菌属降酚菌，型号MKHZPDA‑1，煤科集团杭州环保研究院有限公司。

[0047] 在总水力停留时间为39小时的情况下，中试用水为经过酚氨回收、隔油沉淀、气浮处理固定床气化废水，本实施例连续运行51天的水质监测数据如表1所示。

[0048] 表1 中试运行期间的水质监测数据（单位：mg/L）

[0049]水质指标 系统进水 复合降酚脱氮装置出水 二级强化脱氮装置出水
总酚 226 305 12.3 21.9 2.35 6.72
~ ~ ~
COD 2731 3566 176 235 39.6 68.7
~ ~ ~
氨氮 157 239 12.6 28.3 0 2.89
~ ~ ~
总氮 178‑266 27.1 39.6 4.35 12.6
~ ~

[0050] 从表1可以看出，复合降酚脱氮装置出水总酚浓度≤21.9mg/L，能有效避免酚类物质对二级强化脱氮装置微生物的抑制作用，同时对氨氮和总氮也保持了较高的去除率。二
级脱氮装置出水水质稳定，实现了氨氮和总氮的深度去除。总体来说，该系统在不设置硝化
液回流管路和二沉池的条件下稳定实现了总酚、COD、氨氮和总氮的高效去除，水力停留时
间短，抗冲击负荷能力强。

[0051] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。