高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置及其方法与流程

1.本发明属于环保技术领域，具体涉及一种高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置及其方法。


背景技术：

2.石油化工是以石油为原料，以裂解、精炼、分馏、重整和合成等工艺为主的一系列有机物加工过程。生产过程长，生产装置多，产生的污水水量大，污水中含有多种污染物，如石油类、cod、氨氮、硫、酚等。同时，化工企业因产品不同，所产生污水中还含有多种与其有机化学产品相关的特征污染物，如多环芳烃化合物、芳香胺类化合物、杂环化合物等，从而造成污水不仅水质复杂，而且有毒物质多。
3.此类企业的污水处理系统面临多重挑战，不但需要应多以上多种复杂污染物，而且当上游系统开停车、检修、原料来源的改变等生产上的波动都会引起污水水量以及污染物的含量和性质发生变化，增加了污水处理设施的冲击负荷。很多污水处理厂，生化出水中依然含有高含量、难降解物质无法外排，进而需要进行针对性的高级氧化等其他技术，大幅增加经济、管理成本。
4.此外，一些化工废水废温度较高，在50℃以上。通常先将50℃～70℃的废水经冷却设备冷却37℃以下，而后才能进入生物处理系统。所需冷却设备投资大，易腐蚀，花费大，需经常维修。
5.专利cn1295166c提供了一种生物滤池直接处理高温高浊度pvc母液水的方法，初步降温后进入水解罐，然后出水进入曝气生物滤池进行生化反应，出水经气浮、过滤回用于pvc生产之中。该方法针对pvc母液开发目标是污水回用，技术设计没有涉及其他污水，高温生化是工艺的一个环节，承担高温污水的冲击。该方法并没有围绕高温生化提出更多技术目标和结构设计，其菌种驯化方法有特定性。
6.专利cn107129030a提供了一种处理中高温有机废水的装置方法，其中包括计算机控制系统检测来水悬浮物控制絮凝剂的投加，保持生化池较高的微生物总量和生物活性，根据进水温度选择膜组件进行过滤出水。该发明侧重于装置的设计组合，没有对生化单元的菌种选择、驯化提出方案。
7.综上所述，当前高温生化技术应用存在以下技术问题：
8.1、针对高温生化系统运行条件的研究以及匹配装置的设计缺乏；
9.2、高温生化菌种培养手段开发较少。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置及其方法，通过高温菌驯化，经驯化的微生物在装置中直接处理高温废水，流动床生化系统更加快速高效降解多种难降解污染物，减少下游处理压力，降低环境伤害。
11.本发明所述的高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置，包括多级压缩空气曝气系统、流动床生化反应池、多管式进水系统以及回流换热单元，所述的多级压缩空气曝气系统包括依次连接的多级压缩机、进气主管和设于流动床生化反应池内底部的若干进气支管，进气支管上布置有若干曝气头；所述的流动床生化反应池内设有隔离筛板将流动床生化反应池上下分为流动床生化工作区和升温区，流动床生化工作区内填充有填料；所述的多管式进水系统包括依次连接的进水主管和设于升温区内的多条进水支管连接，进水支管上设有出水孔，呈多层环状布置；所述的回流换热单元包括沉淀池，流动床生化反应池上部出水口与沉淀池进水口连接，沉淀池上部设有出水管，沉淀池底部出口与流动床生化工作区连接，沉淀池内设有盘管，盘管的出口和入口均与进水主管连接。
12.所述的流动床生化反应池为深井式流动床生化反应池，构筑物建于地下地上均可，采用下宽上窄形式，外壁与底面夹角为75～80
°
，优选75
°
，外部筒体、棱柱体均可，为筒体时，池顶池底半径比0.18～0.64之间，优选0.45～0.64；外壁设有保温层，顶部有封盖以及排气通道。
13.所述的深井式流动床生化反应池，流动床生化工作区的体积占流动床生化反应池体积的40～55％，优选55％，流动床生化工作区域下边界设有隔离筛板，将反应池分成升温区和流动床工作区，隔离筛板材质优选不锈钢，筛孔直径20毫米。可增设混流泵，抽取升温区上部污水，泵入流动床生化工作区，提高筛板两侧水体温度水质混合速率。流动床填料选取但不限于mbbr填料，类型选择φ＞30毫米，厚度12～14毫米，投加体积流动床生化工作区体积50～60％投放，该填料为市售产品，塑料材质，外形扁圆柱体，内部有塑料构型，比表面积大，高温菌附着其中。
14.所述的多级压缩空气曝气系统，压缩空气采用多级压缩机制取，市售产品，根据处理水量及温度衡算选型。压缩空气一是为生物床提供溶解氧，兼具搅拌作用，二是高温为反应池提供恒温所需热量。压缩空气进气主管进入反应池后分出进气支管若干，每条进气支管上布置若干曝气头，曝气头直径50～80厘米，优选50厘米，安装间隔10～15厘米。高温压缩空气在反应池下部与池内水体和进水实现热交换，保持整个反应池温度恒定，通过调整压缩空气温度及供气量控制系统运行温度在45～65℃之间。
15.所述的多管式进水系统，多层多点布水，快速均匀与高温空气进行换热。进水主管进入反应池分出多条进水支管，环状布置，管上有小孔，直径5～20毫米，可依照处理水量调整；环状支管水平高度及环型内径均不同，使多点出水形成立体式、半球状，两两支管竖直距离80～120厘米，水平距离50～80厘米。环状支管数目与反应池下部体积，进水量、进水温度相关，优选3层以上，并需要有固定措施。
16.所述的回流换热单元，主体为沉淀池，中上部设有盘管，直径30～80毫米，优选50毫米，当进水温度较系统温差较大时，进入盘管与出水进行换热，初步升温后再进入反应池。提供泥水分离功能，污泥回流至流动床工作区，出水降温排至下游。
17.本发明所述的高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置的方法，包括高温菌驯化、进水调温、生化降解、泥水分离以及出水排出，采自待处理污水下游污水厂的好氧菌在反应池中进行高温菌驯化，驯化完成后，将高温污水通过泵打入深井式流动床生化反应池下部，与高温压缩空气及内部水体进行换热后上升至反应池上部流动床生化工作区。高温压缩空气兼具提供热量保证反应池恒温，提供气源供高温菌生存的功能。在生化区高温
菌对污水中污染物进行生化降解，用泵自反应池上方将混合液抽取至回流换热单元，进水水温较低时可通过设备内部盘管初步预热回收部分热量，泥水分离后，上清液出水外排以作他用。
18.具体包括以下步骤：
19.一、高温菌驯化
20.取下游污水厂的曝气池的活性泥浆投入流动床生化反应池内，逐步升温进行驯化，引入待降解污水，投加氮盐和磷盐，使磷:氮:cod质量比大于1:5:100，控制mlss为3～5g/l；
21.二、进水调温
22.驯化完毕后，将污水经进水主管和进水支管加入流动床生化反应池内，开启多级压缩空气曝气系统，在流动床生化反应池升温区将污水进行加热处理；污水进水温度低于步骤五中出水管排出出水5℃以上时，先将污水自进水主管先进入沉淀池内的盘管内，经换热后再由进水主管进入。若温差不大，进水可直接进入反应池，在下部的升温区中，多级压缩机提供的高温高压空气，与池内水体、进水进行换热，保证系统温度恒定。例如，装置运行温度设定为55℃，进水为52℃，利用高温高压气体提供两部分热量，一在升温区将进水加热到55℃，二补偿反应池环境散发的部分使系统运行温度恒定在55℃；再如，进水60℃，运行温度设定为55℃，不加外部热量，系统温度自然冷却至53℃，则高温高压气体提供的热量仅需够将系统温度自53℃提升至55℃即可。
23.多层多点式进水布水系统使进水成“半球状”分布与反应池中，与高温高压空气高效换热。
24.三、生化降解
25.污水在水气推动下，进入流动床生化反应池上部流动床生化工作区，进行降解处理；通过烟囱式的结构，可进一步提速后进入流动床生化工作区，在此对污染物进行降解。绝大部分高温菌富集于mbbr填料，同等水质条件下，生化区工作体积相同时流动生物床降解效率较固定生物床更高，难降解物质如酚类、多环芳烃类可根据控制指标调整停留时间达到不同的降解程度。
26.四、泥水分离
27.降解处理后的泥水混合液由流动床生化反应池上部排至回流换热单元的沉淀池内进行分离，污泥回流至流动床生化工作区；流动床生化工作区的mlss通过排泥方式降低，mlss降低幅度每周低于1g/l。
28.五、出水排出
29.回流换热单元的沉淀池上部经出水管排出，根据水质，出水进行后续达标处理或回用处理。
30.其中：
31.步骤一中驯化步骤如下：
32.(1)引入待降解污水，将污水冷却至接种活性泥浆温度，外置换热器将污水冷却至接种活性泥浆温度，随着驯化温度提高，逐步降低换热器负荷直至撤除换热器，当0.1≤bod/cod≤0.2，bod≤50mg/l时，投加共基质帮助初期驯化，共基质优选为乙酸钠，提高bod至10～20mg/l；当bod/cod≥0.2时，直接驯化，投加氮盐和磷盐，使磷:氮:cod质量比大于1:
5:100，控制mlss(混合液悬浮固体浓度)为3～5g/l，水温＜40℃时系统水温每天升高1℃；
33.(2)当水温达到40℃后，保持72小时，控制mlss在3～5g/l；
34.(3)40～45℃之间驯化时，水温每48小时升1℃，控制mlss在3～5g/l；
35.(4)当水温达到45℃后，保持72小时，控制mlss在3～5g/l；
36.(5)45～50℃之间驯化时，每72小时升1℃，控制mlss在3～5g/l；
37.(6)当水温达到50℃，保持12小时；系统降温至48℃后，保持24小时；水温每24小时升1℃至50℃；
38.(7)当水温达到50～60℃，每24小时升1℃，控制mlss在3～5g/l，当水温达到60℃，保持12小时；系统降温至58℃后，保持12小时；水温每24小时升1℃至60℃；
39.(8)当水温达到60～65℃，每24小时升1℃，控制mlss在3～5g/l，驯化完毕。
40.高温菌的驯化也可同系统运行温度相关联，高温菌驯化水温至系统运行温度时，即可停止，驯化完毕。比如系统温度定位55℃，高温菌的驯化温度至55～57℃即可停止。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
42.1、本发明高温废水无需冷却直接进入生化系统，减少降温设备投入，减少工作时间。
43.2、本发明流动床生化工作区对常温生化难以处理的高分子化合物，如酚类、多环芳烃类等也可进行降解、效果明显，同等水质条件下，生化工作区体积相同时流动生物床降解效率较固定生物床更高。
44.3、本发明流动床生化工作区边界设有隔离筛板，保护了mbbr填料不进入升温区，同时也增加了流动床生化工作区的最大体积。
45.4、本发明多级压缩机、多点曝气、多层多点布水组合在升温区完成温度、曝气量调控，保证反应池水体温度稳定分布。
46.5、本发明深井式流动床生化反应池具有污水一体化升温降解功能，提高了空间利用率，减少了其他构筑物的建设；下宽上窄烟囱式的结构，保证了下部气水流速较低的状态，上部有一定的气水流动速率。
47.6、本发明回流换热单元，具有泥水分离回流功能和热量优化功能，减少能量损失。
48.7、本发明适应水质温度范围宽，工艺流程短、无需降温设备投入，占地面积少，降低环境伤害。
附图说明
49.图1为本发明的装置结构示意图；
50.图2为本发明流动床生化反应池的装置结构示意图；
51.图中：1、多级压缩机；2、流动床生化反应池；3、沉淀池；4、出水管；5、盘管；6、进水主管；7、进水支管；8、进气支管；9、曝气头；10、进气主管；11、流动床生化工作区；12、填料；13、隔离筛板；14、升温区；15、混流泵；16、封盖；17、排气通道。
具体实施方式
52.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
53.如图1-2所示，所述的高温流动床生化系统处理石油化工污水的装置，包括多级压
缩空气曝气系统、流动床生化反应池2、多管式进水系统以及回流换热单元，所述的多级压缩空气曝气系统包括依次连接的多级压缩机1、进气主管10和设于流动床生化反应池2内底部的若干进气支管8，进气支管8上布置有若干曝气头9；所述的流动床生化反应池2内设有隔离筛板13将流动床生化反应池2上下分为流动床生化工作区11和升温区14，流动床生化工作区11内填充有填料12；所述的多管式进水系统包括依次连接的进水主管6和设于升温区14内的多条进水支管7连接，进水支管7上设有出水孔，呈多层环状布置；所述的回流换热单元包括沉淀池3，流动床生化反应池2上部出水口与沉淀池3进水口连接，沉淀池3上部设有出水管4，沉淀池3底部出口与流动床生化工作区11连接，沉淀池3内设有盘管5，盘管5的出口和入口均与进水主管6连接。
54.所述的流动床生化反应池2为深井式流动床生化反应池，采用下宽上窄形式，外壁与底面夹角为75～80
°
，外壁设有保温层，顶部有封盖16和排气通道17。
55.所述的升温区14上部经混流泵15与流动床生化工作区11连接。
56.所述的流动床生化工作区11的体积占流动床生化反应池2体积的40～55％，填料12的填充体积为流动床生化工作区11体积的50～60％。
57.以下实施例采用上述装置对污水进行处理。
58.实施例1
59.某氯碱废水，电导率：192μs/cm，ph：7.10，氨氮：4mg/l，cod：289mg/l，水温50～53℃。
60.流动床生化反应池筒体，底面直径3米，外壁与底面夹角75
°
，顶部直径1.36米，流动床生化工作区体积占反应池体积的45％，按流动床生化工作区体积50％投放mbbr填料，布水系统三层环状支管。
61.驯化菌种采自下游污水处理厂，测量bod/cod＞0.2，污水在系统停留时间24h。
62.(1)废水降温至37℃，然后引入反应池，控制溶解氧2.0mg/l、mlss在3～5g/l，系统水温每天升高一度，进水温度随生化系统水温调整；
63.(2)系统水温达到40℃，保持72小时，反应池投加nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；
64.(3)40～45℃，水温每48小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
65.(4)水温达到45℃，保持72小时，进水增投nh4cl、k2hpo4，投加后cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；
66.(5)45～50℃水温每72小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
67.(6)水温达到50℃，保持12小时；系统降温至48℃进水增投nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；保持24小时；水温每24小时升1℃至50℃，驯化完毕。
68.废水进入反应池，在反应池下部的升温区中，多级压缩机提供的高温高压空气，与池内水体、进水进行换热，保证系统温度恒定在50℃，控制水力停留时间24小时，流动床生化工作区溶解氧2～2.5mg/l。反应池上部出水进入回流换热单元，泥水分离，污泥回流，出水cod去除率79.4～83.1％。
69.实施例2
70.某氯碱废水，电导率：190μs/cm，ph：7.05，氨氮：3.8mg/l，cod：227mg/l，水温：52～54℃。
71.流动床生化反应池筒体，底面直径3米，外壁与底面夹角75
°
，顶部直径1.36米，流动床生化工作区体积占反应池体积的45％，按流动床生化工作区体积50％投放mbbr填料，布水系统三层环状支管。
72.驯化菌种采自下游污水处理厂，测量bod/cod＞0.2，污水在系统停留时间24h。
73.(1)废水降温至37℃，然后引入反应池，控制溶解氧2.0mg/l、mlss在3～5g/l，系统水温每天升高一度，进水温度随生化系统水温调整；
74.(2)系统水温达到40℃，保持72小时，反应池投加nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；
75.(3)40～45℃，水温每48小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
76.(4)水温达到45℃，保持72小时，进水增投nh4cl、k2hpo4，投加后与cod质量比为100:8:2；
77.(5)45～50℃水温每72小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
78.(6)水温达到50℃，保持12小时；系统降温至48℃进水增投nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；保持24小时；水温每24小时升1℃至53℃，驯化完毕。
79.废水进入反应池，在反应池下部的升温区中，多级压缩泵提供的高温高压空气，与池内水体、进水进行换热，保证系统温度恒定在53℃，控制水力停留时间40小时，流动床生化工作区溶解氧2～2.5mg/l。反应池上部出水进入回流换热单元，泥水分离，污泥回流，出水cod去除率84.9％～89.6％。
80.实施例3
81.某炼油污水，电导率：2090μs/cm，ph：8.3，氨氮：51mg/l，cod：1150mg/l，水温：54～57℃。
82.流动床生化反应池筒体，底面直径3米，外壁与底面夹角75
°
，顶部直径1.36米，生化工作区体积占反应池体积的45％，按生化工作区体积50％投放mbbr填料，布水系统三层环状支管。
83.驯化菌种采自下游污水处理厂，测量bod/cod＞0.2，污水在系统停留时间24h。
84.(1)废水降温至37℃，然后引入反应池，控制溶解氧2.0mg/l、mlss在3～5g/l，系统水温每天升高一度，进水温度随生化系统水温调整；
85.(2)系统水温达到40℃，保持72小时，反应池投加nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；
86.(3)40～45℃，水温每48小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
87.(4)水温达到45℃，保持72小时，进水增投nh4cl、k2hpo4，投加后与cod质量比为100:8:2；
88.(5)45～50℃水温每72小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
89.(6)水温达到50℃，保持12小时；系统降温至48℃进水增投nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；保持24小时；水温每24小时升1℃至54℃，驯化完毕。
90.废水进入反应池，在反应池下部的升温区中，多级压缩泵提供的高温高压空气，与池内水体、进水进行换热，保证系统温度恒定在54℃，系统控制水力停留时间24小时，流动床生化工作区溶解氧2～2.5mg/l。反应池上部出水进入回流换热单元，泥水分离，污泥回流，出水cod去除率80.7％～82.8％。
91.实施例4
92.某炼油污水，电导率：2090μs/cm，ph：8.3，氨氮：51mg/l，cod：1150mg/l，水温：54～57℃。
93.流动床生化反应池筒体，底面直径3米，外壁与底面夹角80
°
，顶部直径1.36米，流动床生化工作区体积占反应池体积的45％，按生化工作区体积50％投放mbbr填料，布水系统三层环状支管。
94.驯化菌种采自下游污水处理厂，测量bod/cod＞0.2，污水在系统停留时间24h。
95.(1)废水降温至37℃，然后引入反应池，控制溶解氧2.0mg/l、mlss在3～5g/l，系统水温每天升高一度，进水温度随生化系统水温调整；
96.(2)系统水温达到40℃，保持72小时，反应池投加nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；
97.(3)40～45℃，水温每48小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
98.(4)水温达到45℃，保持72小时，进水增投nh4cl、k2hpo4，投加后与cod质量比为100:8:2；
99.(5)45～50℃水温每72小时升1℃，保持磷盐：氮盐：cod质量比大于1:5:100；
100.(6)水温达到50℃，保持12小时；系统降温至48℃进水增投nh4cl、k2hpo4，至cod：磷盐：氮盐质量比为100:8:2；保持24小时；水温每24小时升1℃至54℃，驯化完毕。
101.废水进入反应池，在反应池下部的升温区中，多级压缩机提供的高温高压空气，与池内水体、进水进行换热，保证系统温度恒定在54℃，系统控制水力停留时间40小时，流动床生化工作区溶解氧2～2.5mg/l。反应池上部出水进入回流换热单元，泥水分离，污泥回流，出水cod去除率85.2％～90.6％。
102.当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。