本發(fā)明涉及一種煤氣化廢水處理系統(tǒng)和方法，特別涉及一種煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

煤氣化在我國能源化工領(lǐng)域占有重要地位，但廢水治理已成為制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。固定床、流化床及氣流床三種氣化工藝所產(chǎn)生的廢水水質(zhì)并不相同，但共同點是氨氮及cod含量高。國內(nèi)外普遍采用預(yù)處理+生物處理+深度處理的工藝路線處理煤氣化廢水，氨氮的去除主要在生物處理單元實現(xiàn)，而常規(guī)的生物處理工藝基本上都是以活性污泥法為主體，利用傳統(tǒng)原理脫氮，將硝化及反硝化限制在不同反應(yīng)器或不同時間段，存在工藝流程復(fù)雜、附屬構(gòu)筑物多、運行成本高、總氮去除效果差，氨氮去除效果不穩(wěn)定等諸多問題。目前，較為高效且節(jié)能的脫氮技術(shù)包括同步硝化反硝化、短程硝化反硝化及厭氧氨氧化技術(shù)，但這些技術(shù)都存在環(huán)境因素控制成本高，深度脫氮能力弱的問題。煤氣化廢水氨氮濃度高，水質(zhì)波動大，通過同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、及厭氧氨氧化技術(shù)的集成運用，可以充分利用原水中的有機碳源，提高處理效果，減少構(gòu)筑物占地面積，降低運行和建設(shè)成本。

因此，如何提供一種煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)和方法，以實現(xiàn)氨氮及總氮的深度去除，降低建設(shè)及運行成本是本領(lǐng)域目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)和方法，靈活運用同步硝化反硝化、短程硝化反硝化及厭氧氨氧化技術(shù)，實現(xiàn)氨氮和總氮的深度去除，減少構(gòu)筑物占地面積，降低運行和建設(shè)成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)，該煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)包括短程硝化反硝化裝置、厭氧氨氧化裝置、非定向脫氮裝置、碳源投加裝置和水質(zhì)在線監(jiān)測裝置，所述短程硝化反硝化裝置、厭氧氨氧化裝置、非定向脫氮裝置依次通過管路相連，管路上設(shè)有多個與水質(zhì)在線監(jiān)測裝置相連的監(jiān)測點，所述短程硝化反硝化裝置設(shè)置有從總進水管分出的第一進水支管，所述厭氧氨氧化裝置設(shè)置有從總進水管分出的第二進水支管，短程硝化反硝化裝置通過第一出水管與厭氧氨氧化裝置連通，厭氧氨氧化裝置與非定向脫氮裝置通過第二出水管連通，所述非定向脫氮裝置還設(shè)有第三出水管，所述碳源投加裝置與第二出水管通過管路相連；

所述短程硝化反硝化裝置內(nèi)部沿廢水水流方向依次設(shè)有紊動床反應(yīng)區(qū)和固定床反應(yīng)區(qū)，紊動床反應(yīng)區(qū)設(shè)置有第一多孔載體，固定床反應(yīng)區(qū)設(shè)置有復(fù)合載體，紊動床反應(yīng)區(qū)下部設(shè)有中部曝氣裝置，固定床反應(yīng)區(qū)下部設(shè)有底部曝氣裝置，所述短程硝化反硝化裝置設(shè)有與紊動床反應(yīng)區(qū)和固定床反應(yīng)區(qū)相接的輔助反應(yīng)組件；

所述非定向脫氮裝置內(nèi)部設(shè)置有復(fù)合載體。

作為優(yōu)選，所述第一多孔載體為孔徑1.1～3mm的立方體，第一多孔載體在所述紊動床反應(yīng)區(qū)中的填充率為60％～65％；所述復(fù)合載體包括外部球體、第二多孔載體和第三多孔載體，外部球體為網(wǎng)格狀空心球，空心球的網(wǎng)格為邊長10～15mm的四邊形，第二多孔載體為孔徑0.7～0.8mm的立方體，第三多孔載體為孔徑0.4～0.5mm的立方體。較為合適的方案為第一多孔載體為邊長50mm的立方體，外部球體直徑150mm，第二多孔載體為邊長30mm立方體，第三多孔載體為邊長30mm立方體。

作為優(yōu)選，所述輔助反應(yīng)組件包括主軸和與主軸連接的驅(qū)動電機、紊動床旋轉(zhuǎn)籃和固定床旋轉(zhuǎn)籃，驅(qū)動電機設(shè)于短程硝化反硝化裝置頂部，驅(qū)動電機下部設(shè)有主軸，主軸伸入短程硝化反硝化裝置內(nèi)部，主軸在與紊動床反應(yīng)區(qū)相接的部位設(shè)有網(wǎng)格狀表面的紊動床旋轉(zhuǎn)籃，紊動床旋轉(zhuǎn)籃的底部位于中部曝氣裝置上方，主軸在與固定床反應(yīng)區(qū)相接的部位設(shè)有網(wǎng)格狀表面的固定床旋轉(zhuǎn)籃，固定床旋轉(zhuǎn)籃的底部位于底部曝氣裝置上方。

作為優(yōu)選，所述多個監(jiān)測點分別設(shè)于第一進水支管、第一出水管和第二出水管上。

作為優(yōu)選，所述短程硝化反硝化裝置底部設(shè)有排泥管。

一種采用煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)進行煤氣化廢水生物脫氮的方法，該方法具體包括以下步驟：

①通過對底部曝氣裝置和中部曝氣裝置曝氣量的調(diào)整來控制紊動床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度保持在1.1～1.5mg/l、固定床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度保持在0.6～1mg/l，中部曝氣裝置為間歇曝氣，持續(xù)曝氣時間根據(jù)溶解氧濃度監(jiān)測值確定，所述第一多孔載體及所述復(fù)合載體表面附著亞硝化菌，所述復(fù)合載體內(nèi)部附著反硝化菌，通過反應(yīng)區(qū)、曝氣方式及多規(guī)格載體的設(shè)置，在所述短程硝化反硝化裝置中完成亞硝酸氮的積累和部分反硝化；

上述步驟中，中部曝氣裝置提供的間歇氣流促進第二多孔載體在所述紊動床反應(yīng)區(qū)中紊態(tài)移動，紊動床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度相對充足，中部曝氣裝置的間歇曝氣既可增氧又可促進第一多孔載體表面生物膜更新，防止第一多孔載體表面繁殖亞硝酸氮氧化菌；

②在所述厭氧氨氧化裝置中，第一出水管流入的亞硝酸氮與第一出水管流入的氨氮及第二進水支管流入的氨氮進行厭氧氨氧化反應(yīng)；

③非定向脫氮裝置中的復(fù)合載體表面附著亞硝化菌，復(fù)合載體內(nèi)部附著反硝化菌，當所述厭氧氨氧化裝置出水氨氮濃度大于亞硝酸氮與硝酸氮濃度的和，控制所述非定向脫氮裝置溶解氧濃度保持在1.1～1.5mg/l，非定向脫氮裝置通過同步硝化反硝化方式脫氮，去除氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮和有機物，當所述厭氧氨氧化裝置出水氨氮濃度小于亞硝酸氮與硝酸氮濃度的和，控制所述非定向脫氮裝置溶解氧濃度保持在0.6～1mg/l，非定向脫氮裝置以反硝化作用為主，去除亞硝酸氮、硝酸氮和有機物；非定向脫氮過程中利用所述碳源投加裝置向所述非定向脫氮裝置適量投加易降解有機碳源，為反硝化反應(yīng)補充碳源。

作為優(yōu)選，所述第一進水支管流入所述短程硝化反硝化裝置的廢水占總廢水量的60％～65％，所述第二進水支管流入所述厭氧氨氧化裝置的廢水占總廢水量的35％～40％。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點，

(1)本發(fā)明在短程硝化反硝化裝置中，通過載體和功能區(qū)的優(yōu)化，在同一裝置內(nèi)形成穩(wěn)定的好氧環(huán)境和缺氧微環(huán)境，充分利用原水中的有機碳源，實現(xiàn)短程同步硝化反硝化；

(2)本發(fā)明在厭氧氨氧化裝置中，利用原水分流調(diào)配氨氮濃度，保持厭氧氨氧化反應(yīng)中氨氮與亞硝酸氮的最佳比例；

(3)本發(fā)明通過非定向脫氮裝置對厭氧氨氧化裝置出水中的氨氮、亞硝酸氮和亞硝酸氮進行有針對性的去除，深度脫除氨氮和總氮，使系統(tǒng)具備穩(wěn)定的抗沖擊負荷能力；

(4)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法結(jié)合了固定化微生物技術(shù)及厭氧氨氧化技術(shù)的優(yōu)勢，提升系統(tǒng)整體脫氮能力，無需污泥回流和硝化液回流，容積負荷高，占地面積小，節(jié)省氧氣和有機碳源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的短程硝化反硝化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的復(fù)合載體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、短程硝化反硝化裝置，11、紊動床反應(yīng)區(qū)，12、固定床反應(yīng)區(qū)，13、底部曝氣裝置，14、中部曝氣裝置，15、第一多孔載體，16、復(fù)合載體，17、排泥管，18、輔助反應(yīng)組件，161、外部球體，162、第二多孔載體，163、第三多孔載體，181、驅(qū)動電機，182、主軸，183、紊動床旋轉(zhuǎn)籃，184、固定床旋轉(zhuǎn)籃，2、厭氧氨氧化裝置，3、非定向脫氮裝置，4、碳源投加裝置，5、水質(zhì)在線監(jiān)測裝置，51、監(jiān)測點，6、總進水管，61、第一進水支管，62、第二進水支管，63、第一出水管，64、第二出水管，65、第三出水管。

具體實施方式

下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。應(yīng)當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。

在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設(shè)備和原料等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

實施例：

亞硝化菌：型號aob2015-1，煤科集團杭州環(huán)保研究院有限公司；

反硝化菌：型號denb2015-3，煤科集團杭州環(huán)保研究院有限公司；

氣流床氣化廢水來源：某煤制甲醇企業(yè)。

一種煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，由短程硝化反硝化裝置1、厭氧氨氧化裝置2、非定向脫氮裝置3、碳源投加裝置4和水質(zhì)在線監(jiān)測裝置5組成，短程硝化反硝化裝置、厭氧氨氧化裝置、非定向脫氮裝置依次通過管路相連，管路上設(shè)有多個與水質(zhì)在線監(jiān)測裝置相連的監(jiān)測點51，短程硝化反硝化裝置設(shè)置有從總進水管6分出的第一進水支管61，厭氧氨氧化裝置設(shè)置有從總進水管分出的第二進水支管62，短程硝化反硝化裝置通過第一出水管63與厭氧氨氧化裝置連通，厭氧氨氧化裝置與非定向脫氮裝置通過第二出水管64連通，非定向脫氮裝置還設(shè)有第三出水管65，碳源投加裝置與第二出水管通過管路相連。多個監(jiān)測點分別設(shè)于第一進水支管、第一出水管和第二出水管上。

短程硝化反硝化裝置內(nèi)部沿廢水水流方向依次設(shè)有紊動床反應(yīng)區(qū)11和固定床反應(yīng)區(qū)12，紊動床反應(yīng)區(qū)設(shè)置有第一多孔載體15，固定床反應(yīng)區(qū)設(shè)置有復(fù)合載體16，紊動床反應(yīng)區(qū)下部設(shè)有中部曝氣裝置14，固定床反應(yīng)區(qū)下部設(shè)有底部曝氣裝置13，短程硝化反硝化裝置設(shè)有與紊動床反應(yīng)區(qū)和固定床反應(yīng)區(qū)相接的輔助反應(yīng)組件18，短程硝化反硝化裝置底部設(shè)有排泥管17。

非定向脫氮裝置內(nèi)部設(shè)置有復(fù)合載體，復(fù)合載體的結(jié)構(gòu)見圖3。

第一多孔載體為孔徑1.1～3mm的立方體，第一多孔載體在紊動床反應(yīng)區(qū)中的填充率為60％～65％；復(fù)合載體包括外部球體161、第二多孔載體162和第三多孔載體163，外部球體為網(wǎng)格狀空心球，空心球的網(wǎng)格為邊長10～15mm的四邊形，第二多孔載體為孔徑0.7～0.8mm的立方體，第三多孔載體為孔徑0.4～0.5mm的立方體。本實施例選用的第一多孔載體為邊長50mm的立方體，外部球體直徑150mm，第二多孔載體為邊長30mm立方體，第三多孔載體為邊長30mm立方體。

輔助反應(yīng)組件包括主軸182和與主軸連接的驅(qū)動電機181、紊動床旋轉(zhuǎn)籃183和固定床旋轉(zhuǎn)籃184，驅(qū)動電機設(shè)于短程硝化反硝化裝置頂部，驅(qū)動電機下部設(shè)有主軸，主軸伸入短程硝化反硝化裝置內(nèi)部，主軸在與紊動床反應(yīng)區(qū)相接的部位設(shè)有網(wǎng)格狀表面的紊動床旋轉(zhuǎn)籃，紊動床旋轉(zhuǎn)籃的底部位于中部曝氣裝置上方，主軸在與固定床反應(yīng)區(qū)相接的部位設(shè)有網(wǎng)格狀表面的固定床旋轉(zhuǎn)籃，固定床旋轉(zhuǎn)籃的底部位于底部曝氣裝置上方。

采用所述的煤氣化廢水生物脫氮系統(tǒng)進行煤氣化廢水生物脫氮的方法具體包括以下步驟：

①通過對底部曝氣裝置和中部曝氣裝置曝氣量的調(diào)整來控制紊動床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度保持在1.1～1.5mg/l、固定床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度保持在0.6～1mg/l，中部曝氣裝置為間歇曝氣，持續(xù)曝氣時間根據(jù)溶解氧濃度監(jiān)測值確定，所述第一多孔載體及所述復(fù)合載體表面附著亞硝化菌，所述復(fù)合載體內(nèi)部附著反硝化菌，通過反應(yīng)區(qū)、曝氣方式及多規(guī)格載體的設(shè)置，在所述短程硝化反硝化裝置中完成亞硝酸氮的積累和部分反硝化；

上述步驟中，中部曝氣裝置提供的間歇氣流促進第二多孔載體在所述紊動床反應(yīng)區(qū)中紊態(tài)移動，紊動床反應(yīng)區(qū)溶解氧濃度相對充足，中部曝氣裝置的間歇曝氣既可增氧又可促進第一多孔載體表面生物膜更新，防止第一多孔載體表面繁殖亞硝酸氮氧化菌；

②在所述厭氧氨氧化裝置中，第一出水管流入的亞硝酸氮與第一出水管流入的氨氮及第二進水支管流入的氨氮進行厭氧氨氧化反應(yīng)；

③非定向脫氮裝置中的復(fù)合載體表面附著亞硝化菌，復(fù)合載體內(nèi)部附著反硝化菌，當所述厭氧氨氧化裝置出水氨氮濃度大于亞硝酸氮與硝酸氮濃度的和，控制所述非定向脫氮裝置溶解氧濃度保持在1.1～1.5mg/l，非定向脫氮裝置通過同步硝化反硝化方式脫氮，去除氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮和有機物，當所述厭氧氨氧化裝置出水氨氮濃度小于亞硝酸氮與硝酸氮濃度的和，控制所述非定向脫氮裝置溶解氧濃度保持在0.6～1mg/l，非定向脫氮裝置以反硝化作用為主，去除亞硝酸氮、硝酸氮和有機物；非定向脫氮過程中利用所述碳源投加裝置向所述非定向脫氮裝置適量投加易降解有機碳源，為反硝化反應(yīng)補充碳源。

第一進水支管流入所述短程硝化反硝化裝置的廢水占總廢水量的60％～65％，第二進水支管流入所述厭氧氨氧化裝置的廢水占總廢水量的35％～40％。

在水力停留時間為17小時的情況下，中試用水為經(jīng)過物化預(yù)處理后的氣流床氣化廢水，采用本實施例的方法及裝置，連續(xù)運行27天的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1中試運行期間的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)單位：mg/l

從表1可以看出，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定，通過同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等高效脫氮方式的集成優(yōu)化，以較低的水力停留時間實現(xiàn)了對氨氮及總氮的深度脫除。

以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。