申請日2014.10.16
公開(公告)日2016.04.20
IPC分類號C02F3/30
摘要
本發明公開了一種含鹽廢水的活性污泥處理方法，該方法包括以下步驟：(1)在缺氧處理條件下，使含鹽廢水與含活性污泥的物料接觸，進行含鹽廢水的缺氧處理;(2)將接觸后所得的混合物進行好氧處理;(3)將部分好氧處理后的混合物料返回步驟(1)作為部分所述含活性污泥的物料，其中，返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm。根據本發明的上述技術方案，促進了含鹽廢水中難降解有機物的降解和硝化效能，并且不需要投加藥劑和強化O池的曝氣，具有運行成本低，無副產物的優點。
權利要求書
1.一種含鹽廢水的活性污泥處理方法，該方法包括以下步驟：
(1)在缺氧處理條件下，使含鹽廢水與含活性污泥的物料接觸，進行含鹽廢水的缺氧處理;
(2)將接觸后所得的混合物進行好氧處理;
(3)將部分好氧處理后的混合物料返回步驟(1)作為部分所述含活性污泥的物料;
其中，返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述含活性污泥的物料中活性污泥的粒徑不大于2mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，通過在所述部分好氧處理后的混合物料返回至步驟(1)的過程中，對所述部分好氧處理后的混合物料進行旋流處理，來使返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，所述旋流處理在旋流器中進行。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述旋流處理的條件使得所述部分好氧處理后的混合物料在旋流器中的速度梯度不低于1100S-1，優選為2800-5600S-1。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其中，所述旋流處理的條件包括：以所述旋流器的進料口直徑為0.02-0.04m為基準，旋流器的進料流速為1-8m/s，進料口壓力不低于0.03MPa，優選為0.03-0.15MPa;所述旋流器的 進料口壓力大于出料口壓力，壓力差為0.03-0.15MPa。
6.根據權利要求3所述的方法，其中，該方法還包括：在所述部分好氧處理后的混合物料在旋流器中進行處理的過程中，對所述部分好氧處理后的混合物料進行溢流，所述溢流的流量為所述部分好氧處理后的混合物料進料流量的2-5體積%。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括，將剩余部分好氧處理后的混合物料進行固液分離，并將固液分離得到的活性污泥返回步驟(1)作為另一部分所述含活性污泥的物料。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述含鹽廢水的COD值為500-800mg/L，NH4+-N為50-100mg/L，NO3--N為0-10mg/L，總氮的含量為50-150mg/L，石油類物質的含量為800-1500mg/L，懸浮物的含量為300-600mg/L，硫化物的含量為15-25mg/L，以碳酸鈣計的堿度為200-300mg/L;所述含鹽廢水優選為來自煉油廠的含鹽廢水。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料的流量與步驟(1)中進行缺氧處理的含鹽廢水的流量的比例為2-4。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法還包括，在進行好氧處理的過程中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳與氧氣的體積比為0.25-1:1。
說明書
一種含鹽廢水的活性污泥處理方法
技術領域
本發明涉及一種含鹽廢水的活性污泥處理方法。
背景技術
現有較成熟的含鹽廢水處理技術一般采用單級或兩級氣浮與活性污泥的組合處理工藝。A/O(缺氧/好氧)工藝以其運行穩定、操作維護簡單、可有效脫氮等優勢一直作為含鹽廢水生物處理的首選工藝。
以煉油廠含鹽廢水為例，石油類物質含量高達500mg/L或以上，其經多單元除油預處理后，進入A/O工藝的原水仍含有一定量的膠體類分散油和乳化油，從而會出現這些微小油滴在活性污泥絮體上吸附、包覆的狀況。這一方面造成污泥傳質受阻、活性較低，另一方面會產生大量含油剩余污泥。由于煉油廠含鹽廢水中毒性、難降解有機污染物的存在，勢必造成剩余污泥的限制有機毒性。針對煉油廠含鹽廢水生物處理剩余生物污泥產量大、有機毒性高，難以資源化利用的問題，目前常進行危廢處理，或焚燒處理。這兩種處理方式都存在能耗浪費且對環境帶來顯著風險的問題。
因此，通過A/O過程的優化改進，實現污泥源頭減量和毒性源頭消減，是解決煉油含鹽廢水剩余污泥問題的首要選擇。目前，常用的污泥源頭減量方法是通過在系統中投加解偶聯劑或臭氧進行氧化、采用超聲波法等手段將剩余污泥破解后回流到曝氣池內被微生物降解，從而達到源頭上減少剩余污泥產量的目的，但這些方法存在二次污染、難以控制、運行成本高等問題。
煉油廠含鹽廢水中殘留的微小油滴在活性污泥絮體上吸附、包覆，進而引起底物(有機底物或氨氮等)到污泥絮體活性區傳質困難，好氧池(O池)的溶解氧(DO)向污泥絮體內部傳質受阻，造成污泥活性低，并且厭氧池 (A池)中的反硝化碳源不足，使得含鹽廢水處理效果降低。針對這一問題，在現有工程應用中，常通過強化O池的空氣曝氣強度以解決該問題。這樣勢必造成空氣曝氣的能耗浪費。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述前缺陷，提供一種能夠提高活性污泥活性、缺氧處理的碳源，且不會造成二次污染、成本較低的含鹽廢水的活性污泥處理方法。
為了實現上述目的，本發明提供了一種含鹽廢水的活性污泥處理方法，該方法包括以下步驟：(1)在缺氧處理條件下，使含鹽廢水與含活性污泥的物料接觸，進行含鹽廢水的缺氧處理;(2)將接觸后所得的混合物進行好氧處理;(3)將部分好氧處理后的混合物料返回步驟(1)作為部分所述含活性污泥的物料，其中，所述含活性污泥的物料中至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，優選為0.5-1mm。
優選地，通過在所述部分好氧處理后的混合物料返回至步驟(1)的過程中，對所述部分好氧處理后的混合物料進行旋流處理，來使返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，所述旋流處理在旋流器中進行。更優選地，所述旋流處理的條件使得所述部分好氧處理后的混合物料在旋流器中的速度梯度不低于1100S-1，優選為2800-5600S-1。
優選地，該方法還包括，在進行好氧處理的過程中通入二氧化碳，二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳與氧氣的體積比為0.25-1:1。
根據本發明的上述技術方案，通過將返回至步驟(1)中的部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑控制在不大于1mm，優選為0.5-1mm的范圍內，能夠使污泥中的多糖和蛋白質等有機質暴露釋放， 隨所述混合物料補充缺氧處理中的有機碳源，提高缺氧處理過程中的反硝化脫氮效能;并且在優選通過旋流處理的情況下，進行流體剪切，使污泥表面的小油滴進一步釋放出來，污泥的活性得到了有效地提高，強化了污泥界面的傳質性能，促進了含鹽廢水中難降解有機物降解和硝化的效能。因此，本發明不需要投加藥劑和強化O池的曝氣，具有運行成本低，無副產物的優點。
本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
本發明的以下描述中，使用的術語“水力停留時間”是指待處理含鹽廢水在反應器內的平均停留時間，也就是含鹽廢水與反應器內微生物作用的平均反應時間，因此，如果反應器的有效容積為V(m3)，水流速度為Q(m3/h)，則：水力停留時間(HRT)=V/Q，即水力停留時間等于反應器有效容積與水流速度之比。
缺氧處理是主要發生反硝化反應的階段，反硝化反應是指在缺氧狀態下，反硝化菌將廢水中的亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態氮(N2)的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬于兼性細菌，在缺氧狀態時，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物(污水中的BOD成分)作為電子供體，提供能量并被氧化穩定。
好氧處理是主要發生硝化反應的階段，硝化反應是指在有氧狀態下，亞硝化菌利用無機碳為碳源將NH4+轉化成亞硝酸鹽(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凈化的活性污泥中常規存在的微生物，在此不再贅述。
“COD”即化學需氧量，是表示水中還原性物質多少的一個指標，COD值越大，說明水體受有機物的污染越嚴重，本發明中涉及的所有的COD值均為重鉻酸鉀氧化法(GB11914-89)測得的數值。
“氨氮含量”是指每升水中以游離氨和銨離子形式存在的氮的量，縮寫為NH4+-N。
“總氮水平”以每升水含氮毫克數計，縮寫為TN。
“速度梯度”是指流體在兩界面之間流動時，由于材料之間摩擦力的存在，使速度梯度流體內部與流體和速度梯度界面接觸處的流動速度發生差別，產生一個漸變的速度場，稱為速度梯度，或稱切速率、剪切速率。
一方面，本發明提供了一種含鹽廢水的活性污泥處理方法，該方法包括以下步驟：(1)在缺氧處理條件下，使含鹽廢水與含活性污泥的物料接觸，進行含鹽廢水的缺氧處理;(2)將接觸后所得的混合物進行好氧處理;(3)將部分好氧處理后的混合物料返回步驟(1)作為部分所述含活性污泥的物料，其中，返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，優選為0.5-1mm。
下文中，將“返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料”統一簡稱為“回流液”。
本發明的發明人發現，對所述回流液中的活性污泥進行破碎，并且使其中至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，優選為0.5-1mm，能夠有效釋放污泥內的胞外分泌多糖和蛋白質等有機質，并作為有機碳源在A池中再利用。另外，污泥的破碎還伴隨著污泥所包裹的油相的脫除，脫油后的活性游離菌群可在A池到O池的生物處理過程中再次形成高活性污泥，以強化系統的生化效能，能夠有效地在污泥源頭減量，并促進系統生化效能，從而完成了本發明。
根據本發明，在優選的情況下，所述含活性污泥的物料中全部的活性污 泥的粒徑不大于2mm。
盡管將所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒徑控制在不大于1mm，優選為0.5-1mm即可實現本發明的目的。但本發明的發明人發現，通過旋流處理使得所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，優選為0.5-1mm，也即，在所述部分好氧處理后的混合物料返回至步驟(1)的過程中，對所述部分好氧處理后的混合物料進行旋流處理，來使返回至步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料中的至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，能夠使污泥的性能得到進一步提高。所述旋流處理優選在旋流器中進行，為了實現上述要求，所述旋流處理的條件使得所述混合物料在旋流器中的速度梯度優選不低于1100S-1，更優選為2800-5600S-1。
盡管將旋流器中的所述混合物料的速度梯度控制在本發明的范圍內即可有效地實現本發明的發明目的。但本發明的發明人發現，通過將旋流處理的條件進行如下的控制，經處理的混合物料中的污泥中的胞外分泌能夠更有效地釋放，并且更有助于活性污泥釋放出的菌體再次形成高活性的污泥絮體。所述旋流處理的條件優選包括：以所述旋流器的進料口直徑為0.02-0.04m為基準，旋流器的進料流速為1-8m/s，進料口壓力不低于0.03MPa;所述旋流器的進料口壓力大于出料口壓力，壓力差為0.03-0.15MPa。本發明需要指明的是，所述旋流器的進料口直徑增大，所述回流液的進料速度將減小、壓力將減小。
根據本發明，所述回流液在旋流器中進行處理的過程中，還包括對所述回流液進行溢流，所述溢流的流量為所述回流液進料流量的2-5體積%。通過控制所述溢流的流量，能夠有效地保證所述回流液在旋流器中的速度梯度，從而使得所述回流液中至少60重量%的活性污泥的粒徑不大于1mm，優選為0.5-1mm。
根據本發明，所述方法還包括除去旋流處理后脫落的微小油滴，以實現 油水的分離，從而降低出水的油含量。根據本發明的方法，脫落的微小油滴可在旋流器內強剪切應力作用下與水相分離，從而可從旋流器的溢流口排出。此處需要說明的是，當所述回流液含油較多時，需要單獨收集從溢流口排出的溢流液，除油后再返回至步驟(1)中;當所述回流液含油較少時，從溢流口排出的溢流液可以直接返回至步驟(1)中。
本發明的發明人還發現，通過在好氧處理的過程中通入二氧化碳，并且控制二氧化碳的通入量使得通入的二氧化碳與氧氣的體積比為0.25-1:1，優選0.5-1:1，能夠進一步降低處理后的含鹽廢水的氨基氮、硝基氮以及總氮的含量。其中，所述氧氣與二氧化碳的體積比中的二氧化碳僅指額外通入的二氧化碳的量。其中，氧氣和二氧化碳的通入可以采用本領域公知的方法進行，本發明在此不再贅述。
盡管本發明的方法能夠適用于各種含鹽廢水，但本發明的發明人發現，本發明的方法特別適用于對煉油廠排放的含鹽廢水進行處理。
所述含鹽廢水的COD值為500-800mg/L，NH4+-N為50-100mg/L，NO3--N為0-10mg/L，優選為8-12mg/L，總氮的含量為50-150mg/L，石油類物質的含量為800-1500mg/L，SS的含量為300-600mg/L，硫化物的含量為15-25mg/L，堿度(以碳酸鈣計)為200-300mg/L，pH值為7.5-9.5。
其中，術語“石油類物質”是指烷烴、芳烴、瀝青質、膠質等碳氫化合物。
根據本發明，在缺氧/厭氧工藝中，當返回步驟(1)中的所述回流液的流量與步驟(1)中進行缺氧處理的原含鹽廢水的流量的比例為2-4時，通過回流破碎污泥絮體能夠顯著減量排放污泥。返回步驟(1)中的所述部分好氧處理后的混合物料的流量與步驟(1)中進行缺氧處理的原含鹽廢水的流量的比稱之為“內回流比”或“混合液回流比”。其中，所述“原含鹽廢水”為最初進行缺氧處理的含鹽廢水。
本發明中，缺氧處理和好氧處理的條件可以為本領域常規采用的條件，所述缺氧處理的條件優選包括：溶解氧不超過1mg/L(如0.5-1mg/L)，溫度為10-40℃，水力停留時間為2-6h。所述好氧處理的條件優選包括：溶解氧為2-4mg/L，溫度為10-40℃，水力停留時間為8-16h。
本發明中，缺氧處理和好氧處理串聯進行，對其具體的串聯方式沒有特別的要求，例如，可以為缺氧-好氧的串聯方式。根據需要，還可以在缺氧處理和好氧處理之前設置嚴格控制溶解氧的厭氧處理(溶解氧為0)。厭氧處理的條件通常包括溫度為10-40℃，水力停留時間為2-6h。
本發明中，可以使用本領域常規使用的活性污泥進行生物脫氮，優選情況下，缺氧處理和/或好氧處理使用的活性污泥的污泥負荷為0.15-0.5kgCOD/(kg污泥·d)。
為了充分利用所述活性污泥，本發明還包括將剩余的部分好氧處理后的混合物料進行固液分離，并將固液分離得到的活性污泥返回步驟(1)以補充到整個處理系統中以使污泥濃度平衡。具體的操作為本領域技術人員所公知，本發明在此不再贅述。
為了進一步提高出水質量，本發明的方法還可以包括在進入好氧處理和缺氧處理之前，將含鹽廢水先進行均質和氣浮分離。所述均質通常通過攪拌實現，氣浮分離的條件通常包括：相對于1000m3的待處理的含鹽廢水，通入的氣體的流量優選為200-400m3/h，溫度為0-40℃，時間為0.5-1.0h。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。以下實施例中，
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(HJ535-2009);
總氮水平(NO3--N)的測定方法為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ636—2012);
石油類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(GB11901-89);
硫化物含量的測定方法為直接顯色分光光度法(GB/T17133-1997);
堿度的測定方法為滴定法(GB/T15451-95);
旋流器中回流液的速度梯度通過美國YSIFlowTracker多普勒流速儀測定;
活性污泥的粒徑通過Malvem激光粒徑儀測定(MalvemMastersizer2000，Malvem，UK)測定;
旋流器的入口直徑為0.02m。
實施例中使用的含鹽廢水的水質如表1所示。
表1
實施例1
對含鹽廢水1進行活性污泥處理(包括缺氧處理和好氧處理)，所述處理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344頁：水污染控制工程，王郁主編，林逢凱副主編，化學工業出版社，2008”進行。不同的是，在好氧返回厭氧的回流管線上設置旋流器，旋流器進料口的流速為4-6m/s，進料壓力為0.10-0.15MPa，進料口和出料口的壓力差為0.10-0.15MPa，旋流器的溢流口的流量為進口流量的3.5體積%，來自好氧處理的混合物料(回流液)在旋流器中旋流的速度梯度為4000S-1。旋流后80重量%的活性污泥絮體的粒徑為0.5-1mm，所有活性污泥絮體的粒徑不超過2mm。處理結果如表2所示。
實施例2
對含鹽廢水2進行活性污泥處理(包括缺氧處理和好氧處理)。所述處理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344頁：水污染控制工程，王郁主編，林逢凱副主編，化學工業出版社，2008”進行。不同的是，在好氧返回厭氧的回流管線上設置旋流器，旋流器進料口的流速為1-4m/s，進料壓力為0.03-0.06MPa，進料口和出料口的壓力差為0.06MPa，旋流器的溢流口的流量為進口流量的2體積%，來自好氧處理的混合物料(回流液)在旋流器中旋流的速度梯度為2800S-1。旋流后60重量%的活性污泥絮體的粒徑為0.5-1mm，所有活性污泥絮體的粒徑不超過2mm。處理結果如表2所示。
實施例3
對含鹽廢水3進行活性污泥處理(包括缺氧處理和好氧處理)。所述處理的方法按照“《水污染控制工程》第342-344頁：水污染控制工程，王郁主編，林逢凱副主編，化學工業出版社，2008”進行。不同的是，在好氧返回厭氧的回流管線上設置旋流器，旋流器進料口的流速為6-8m/s，進料壓力為0.08-0.10MPa，進料口和出料口的壓力差為0.10MPa，旋流器的溢流口的流量為進口流量的5體積%，來自好氧處理的混合物料在旋流器中旋流的速度梯度為5600S-1。旋流后90重量%的活性污泥絮體的粒徑為0.5-1mm，所有活性污泥絮體的粒徑不超過2mm。處理結果如表2所示。
實施例4-6
根據實施例1的方法對含鹽廢水1進行處理，不同的是，在好氧處理的過程中，向好氧單元中通入二氧化碳，通入的二氧化碳的量使得二氧化碳與氧氣的體積分別為0.8：1，0.5：1和1：1。
對比例1
按照實施例1的方法進行生物脫氮，不同的是，在好氧返回厭氧的回流管線上不設置旋流器，而是直接回流至厭氧階段。
表2
由表2可以看出，采用本發明的技術方案，通過將回流液中至少60重量%的活性污泥的粒徑控制在0.5-1mm，所有活性污泥絮體的粒徑不超過2mm的情況下，污泥的減排量可達到60體積%，并且含鹽廢水也得到了有效地處理。在優選向好氧處理通入二氧化碳的情況下，能夠進一步降低處理后的含鹽廢水的氨基氮、硝基氮以及總氮的含量。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
