(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105540845 A (43)申请公布日 2016.05.04
(21)申请号 201510992098.8(22)申请日 2015.12.24
(71)申请人武汉钢铁（集团）公司
地址430080 湖北省武汉市武昌友谊大道
999号A座15层(72)发明人吴高明 吴晓晖 王丽娜 周涛
张垒 付本全 刘璞(74)专利代理机构武汉开元知识产权代理有限
公司 42104
代理人涂洁(51)Int.Cl.
C02F 3/30(2006.01)C02F 101/34(2006.01)
权利要求书2页 说明书8页 附图3页
(54)发明名称
焦化废水短程硝化反硝化处理工艺(57)摘要
本发明公开了一种焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，解决了现有工艺存在的工艺流程长、设施占地面积大、投资大、运行成本高等问题。技术方案为将焦化废水与污泥混合形成混合液后依次经过高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的至少一次循环后，再经高溶解氧曝气处理后排出，其中，所述焦化废水在高溶解氧曝气处理阶段停留时间为8-12h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＞4mg/L；所述焦化废水在的低溶解氧反应阶段停留时间为2-3h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＜2mg/L；所述焦化废水在缺氧反应阶段停留时间为7-9h。本发明工艺简单、占地面积少、投资和运行成本低。 C N 1 0 5 5 4 0 8 4 5 ACN 105540845 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，将焦化废水与污泥混合形成混合液后依次经过高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的至少一次循环后，再经高溶解氧曝气处理后排出，其中，所述焦化废水在高溶解氧曝气处理阶段停留时间为8-12h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＞4mg/L；所述焦化废水在的低溶解氧反应阶段停留时间为2-3h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＜2mg/L；所述焦化废水在缺氧反应阶段停留时间为7-9h。
2.如权利要求1所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述将焦化废水与污泥混合后经高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的两次循环后，再经高溶解氧曝气处理后排出。
3.如权利要求1或2所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述工艺在自循环生物处理反应器中进行，所述自循环生物处理反应器包括顶面开口的内筒和外筒，所述外筒被径向设置的多块溢流隔板均匀分隔成多个交错布置的外好氧区和外缺氧区，所述外好氧区底部的外筒筒壁上设外曝气头、污泥入口和进水口，所述外缺氧区底部的内筒筒壁上设有内筒进水孔，所述外好氧区和外缺氧区的底部相通；所述内筒经环形溢流板分隔成内筒内层的内好氧区和内筒外层的内缺氧区，所述内好氧区底部设有内曝气头，所述内缺氧区上段内筒筒壁上设有与外界相通的出水管，所述内好氧区和内缺氧区底部相通；所述焦化废水进入外筒的外好氧区内与污泥混合后在外曝气头喷出的气流作用下进行高溶解氧曝气处理，在密度差的作用下，气-液-固形成的混合液上升，混合液中的大部分气体由外好氧气区顶部排出，含少量气体的混合液经溢流隔板进入相邻的外缺氧区上段进行低溶解氧反应，然后继续下行在外缺氧区下段进行缺氧反应，反应后的混合液在密度差的作用下部分经外好氧区底部重新进入外好氧区再次循环处理，其余部分经内筒进水孔进入内好氧区底部，在内曝气头喷出的含氧的气流作用下进行高溶解氧曝气处理，在密度差的作用下，混合液上升，混合液中的大部分气体由内层好氧区顶部排出，含少量气体的混合液经环形溢流板溢流进入内筒外层的内缺氧区，部分混合液由出水管引出至外界，其余部分混合液则进入内筒外层的内缺氧区上段进行低溶解氧反应，然后继续下行在内缺氧区下段进行缺氧反应，反应后的混合液在密度差作用下再次进入内好氧区进行高溶解氧曝气处理，上述循环过程重复进行。
4.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述出水管的入口处设有环形的出水槽，所述环形的出水槽的进水口处设有齿型溢流堰，部分混合液经齿型溢流堰进入出水槽，再经出水管引入到外界。
5.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述内筒进水孔的上方设有折流板，所述混合液经折流板初步沉降分离后经内筒进水孔进入内筒。
6.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述外好氧区底部的外筒筒壁设有多层外曝气头，所述外曝气头上方设污泥入口，所述污泥入口的上方设进水口。
7.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述外筒底面的污泥排出口排出的污泥部分通过污泥入口回流送入外好氧区下段，回流比控制在150-200％。
8.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述内曝气头
2
CN 105540845 A
权 利 要 求 书
2/2页
与输气管连接，所述输气管经螺栓吊装在外筒顶部，通过螺杆调整内曝气头在内筒液面中的深度，以控制内好氧区与内缺氧区之间的混合液的循环量，控制混合液的回流比100－150％。
9.如权利要求3或8所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述环形溢流板经螺杆吊装在外筒顶部，通过螺杆调整环形溢流板在内筒液面中的深度，以控制内筒内混合液中的污泥浓度为3－6g/L。
10.如权利要求3所述的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，其特征在于，所述出水管的入口处高度比外筒的最高水位低0.5－1.5米。
3
CN 105540845 A
说 明 书
焦化废水短程硝化反硝化处理工艺
1/8页
技术领域
[0001]本发明涉及焦化废水处理领域，具体的说是一种焦化废水短程硝化反硝化处理工艺。
背景技术
[0002]焦化废水作为最难处理的工业废水之一，随着国家环保要求的提高，对其生物处理由最初的一级简易活性污泥处理工艺发展到现在的多级好氧－缺氧/厌氧处理工艺。随着焦化废水生物处理工艺路线的延长，焦化废水停留时间由当初简易活性污泥法的20多个小时，延长到目前处理工艺的80个小时以上，有的甚至近200小时。这些处理技术多集中在对焦化废水中的COD及氨氮的去除。
[0003]随着水体中富营养化问题的突出暴露，总氮、总磷的排放已经引起世界各国的广泛关注，相继制定了一系列非常严格的氮、磷排放标准，这些标准促使各个污水厂在原有处理工艺基础上增加脱氮除磷环节，相继开发了多级活性污泥法、缺氧/好氧脱氮工艺、序批式活性污泥法等工艺技术。除了以上介绍的三种脱氮工艺外，近些年科技工作者对生物脱氮工艺进行了深入研究，开发出了同步硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程硝化反硝化等脱氮处理工艺。
[0004]同步硝化反硝化是在同一反应器同一处理条件下进行硝化和反硝化过程。同步硝化反硝化与传统生物脱氮工艺相比，在硝化过程节约碱度，反硝化过程节约碳源，这两方面好处使得它具有脱氮流程简单，占地面积小，基建投资省等优点。但其反应机理目前还处在探讨之中，其推广应用还有待进一步的研究。
[0005]
厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以或为电子受体，以
和
为电子供体，将两种氮素同时转化为N2的生物反应过程。该技术可以直接将
转化为N2，大大简化了传统的生物脱氮流程，能耗低，效率高，费用省，可以说是最为经济的生物脱氮技术。目前，已有部分工程研究采用该技术，取得了很好的处理效果。
[0006]短程硝化反硝化是省去传统的硝化反硝化过程中的亚硝态氮氧化成硝态氮以及硝态氮还原成亚硝态氮的过程，比全程硝化反硝化减少两步，不仅提高了脱氮速率和效率，还节约了一部分基建投资，具有能耗低、产泥少、节约碳源和占地面积少等优点。[0007]焦化废水可以采用短程硝化反硝化工艺进行处理，但是仍然存在以下问题：[0008]⑴现有焦化废水一般采用多级A-O生物处理技术，工艺流程长、设施占地面积大、投资大；
[0009]⑵现有焦化废水生物处理系统对总氮去除效果差，在反硝化单元需补充碳源，运行成本高；
[0010]⑶针对低COD、低C/N的焦化区域焦化废水，现有处理技术受碳源不足的制约，无法正常启动运行；
[0011]⑷现有焦化废水生物处理系统污泥量大、碱源消耗大；[0012]⑸现有焦化废水生物处理设施封闭性差，暴露于大气环境下的水面面积大，水体
4
CN 105540845 A
说 明 书
2/8页
的VOC挥发量大，对大气污染程度高；
[0013]⑹现有焦化废水生物处理技术工艺路线长、焦化废水停留时间长，不便操作、控制及管理；
[0014]⑺现有焦化废水生物处理设施维护工作量大，维护成本高；[0015]⑻现有焦化废水生物处理设施管线长、接点多，跑、冒、滴、漏现象严重。发明内容
[0016]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，运行可靠、设备紧凑、投资和运行成本低、污泥消耗量少、工艺周期短、对环境友好的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺。
[0017]技术方案包括将焦化废水与污泥混合形成混合液后依次经过高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的至少一次循环后，再经高溶解氧曝气处理后排出，其中，所述焦
控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO化废水在高溶解氧曝气处理阶段停留时间为8-12h，
＞4mg/L；所述焦化废水在的低溶解氧反应阶段停留时间为2-3h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＜2mg/L；所述焦化废水在缺氧反应阶段停留时间为7-9h。[0018]所述将焦化废水与污泥混合后经高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的两次循环后，再经高溶解氧曝气处理后排出。
[0019]所述工艺在自循环生物处理反应器中进行，所述自循环生物处理反应器包括顶面开口的内筒和外筒，所述外筒被径向设置的多块溢流隔板均匀分隔成多个交错布置的外好氧区和外缺氧区，所述外好氧区底部的外筒筒壁上设外曝气头、污泥入口和进水口，所述外缺氧区底部的内筒筒壁上设有内筒进水孔，所述外好氧区和外缺氧区的底部相通；所述内筒经环形溢流板分隔成内筒内层的内好氧区和内筒外层的内缺氧区，所述内好氧区底部设有内曝气头，所述内缺氧区上段内筒筒壁上设有与外界相通的出水管，所述内好氧区和内缺氧区底部相通；所述焦化废水进入外筒的外好氧区内与污泥混合后在外曝气头喷出的气流作用下进行高溶解氧曝气处理，在密度差的作用下，气-液-固形成的混合液上升，混合液中的大部分气体由外好氧气区顶部排出，含少量气体的混合液经溢流隔板进入相邻的外缺氧区上段进行低溶解氧反应，然后继续下行在外缺氧区下段进行缺氧反应，反应后的混合液在密度差的作用下部分经外好氧区底部重新进入外好氧区再次循环处理，其余部分经内筒进水孔进入内好氧区底部，在内曝气头喷出的含氧的气流作用下进行高溶解氧曝气处理，在密度差的作用下，混合液上升，混合液中的大部分气体由内层好氧区顶部排出，含少量气体的混合液经环形溢流板溢流进入内筒外层的内缺氧区，部分混合液由出水管引出至外界，其余部分混合液则进入内筒外层的内缺氧区上段进行低溶解氧反应，然后继续下行在内缺氧区下段进行缺氧反应，反应后的混合液在密度差作用下再次进入内好氧区进行高溶解氧曝气处理，上述循环过程重复进行。
[0020]所述出水管的入口处设有环形的出水槽，所述环形的出水槽的进水口处设有齿型溢流堰，部分混合液经齿型溢流堰进入出水槽，再经出水管引入到外界。[0021]所述内筒进水孔的上方设有折流板，所述混合液经折流板初步沉降分离后经内筒进水孔进入内筒。
[0022]所述外好氧区底部的外筒筒壁设有多层外曝气头，所述外曝气头上方设污泥入
5
CN 105540845 A
说 明 书
3/8页
口，所述污泥入口的上方设进水口。
[0023]所述外筒底面的污泥排出口排出的污泥部分通过污泥入口回流送入外好氧区下段，回流比控制在150-200％。
[0024]所述内曝气头与输气管连接，所述输气管经螺栓吊装在外筒顶部，通过螺杆调整内曝气头在内筒液面中的深度，以控制内好氧区与内缺氧区之间的混合液的循环量，控制回流比100－150％。
[0025]所述环形溢流板经螺杆吊装在外筒顶部，通过螺杆调整环形溢流板在内筒液面中的深度，以控制内筒内混合液中的污泥浓度为3－6g/L。
[0026]所述出水管的入口处高度比外筒的最高水位低0.5－1.5米。[0027]针对背景技术中存在的问题，发明人对现有的短程硝化反硝化工艺进行改进：短程硝化反硝化的核心是如何将硝化过程控制在亚硝酸阶段，本发明根据亚硝酸菌具有类似碳氧化菌的饱食—饥饿的特性，即能适应溶解氧周期性的波动，而硝酸菌不能适应此波动的原理，提出通过控制曝气量以调控焦化废水中的溶解氧(DO)，利用亚硝酸菌和硝酸菌对DO的亲和力不同这一特性，将硝酸菌淘洗出系统，从而实现短程硝化反硝化过程。因而对焦化废水采用高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的过程能够实现上述过程，通过上述至少一次反应周期的循环，从而实现亚硝酸菌和异养型反硝化菌等优势菌群的培养，以及硝酸菌等菌群的淘汰，提高出水总氮去除率，减少污泥消耗和碱源消耗，对于低COD、低C/N的焦化区域焦化废水也同样适用，上述循环仅涉及到三个反应过程，因此缩短工艺流程、降低设备投资和运行成本。[0028]进一步的，废水及污泥在各阶段中不同溶解氧浓度下的停留时间对出水总氮去除率具有影响，所述焦化废水在高溶解氧曝气阶段的停留时间为8-12h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＞4mg/L，在高溶解氧的曝气下，在污泥中微生物的作用下，进行氨氮的硝化分解、反硝化和有机物的降解；所述焦化废水在低溶解氧反应阶段的停留时间为2-3h，控制该步骤中混合液的溶解氧浓度DO＜2mg/L，焦化废水和污泥在低溶解氧条件下进行好氧生物反应，随着反应的进行，溶解在混合液中的氧耗尽，从而进入下一阶段的反应；在缺氧反应阶段的停留时间为7-9h。通过停留时间和溶解氧浓度的控制可以尽可能多的使硝酸菌被抑制并洗出系统，同时有利于亚硝酸菌和异养型反硝化菌等优势菌群的培养，从而提高废水总氮去除率。以检测出水总氮去除率作为指标，上述高溶解氧曝气处理、低溶解氧反应、缺氧反应的循环过程可根据需要进行两次或两次以上。[0029]进一步的，本发明工艺在本发明特别研制的自循环生物处理反应器中进行，将多个反应阶段集中到一个反应器中，可满足多次循环的要求，大大减少了占地面积、池容小，操作控制难度小。
[0030]本发明的自循环生物处理反应器具有以下特点：内筒和外筒的结构各自满足完整的自循环过程，在外筒中，外筒通过径向设置的溢流隔板分为多个相邻的底部相通的外好氧区和外缺氧区，使含有焦化废水和污泥的混合液在外好氧区和外缺氧区间流动；在外好氧区中设置外曝气头，该外曝气头设置在污泥入口和进水口的下方，在提供条件要求的溶解氧浓度的基础上，还为污泥和焦化废水提供混合流动的动力，在气流作用下，含焦化废水和污泥的混合液可以由外好氧化向外缺氧区流动，并且，由于外好氧区和外缺氧区相邻设置，因此外好氧区的混合液经高溶解氧曝气处理后，可通过溢流的方式将混合液中的大部
6
CN 105540845 A
说 明 书
4/8页
分气体排出，而进入外缺氧区，通过低溶解氧反应后，混合液中的氧被反应消耗，进入外缺氧区下段后从而可自然进行缺氧反应，而外筒中外厌氧区和外好氧区的的底部相通结构，气流作用又可以使上述混合液形成一个固定流向，上述反应过程可不断循环。[0031]由于多个溢流隔板将外筒分隔成多个外好氧区和外缺氧区，因此焦化废水和淤泥可被分成多份同时处理，混合反应效果好。
[0032]在外缺氧区底部的内筒筒壁上设有内筒进水孔，在压差的作用下，部分混合液可以通过内筒进水孔将外筒的外缺氧区内的混合液引入内筒内，由于内筒进水孔的上方设有折流板的存在，形成了污泥和废水的沉降分散区域，从而降低了进入内筒的混合液中的污泥浓度，提高污泥在外筒内的循环量，减少内筒污泥的堆积。所述内筒被环形溢流板分隔成内筒内层的内好氧区和内筒外层的内缺氧区，所述内好氧区内筒底部设有内曝气头，同时在内曝气头喷出的含氧的气体的作用下，混合液先进入内筒内层的内好氧区进行高溶解氧曝气处理，然后溢流通过环形溢流板进入内筒外层的内缺氧区上段进行低溶解氧反应，再继续下行进入内筒外层的内缺氧区下段进行缺氧反应，由于内好氧区和内缺氧区底部相通，气流作用可以使上述混合液形成一个固定流向，上述反应过程可不断循环。[0033]所述内缺氧区顶部内筒筒壁上设有与外界相通的出水管，该出水管入口高度低于外筒的最高水位，优选所述出水管的入口处高度比外筒的最高水位低0.5－1.5米，因此可在内、外筒形成压力差，使内筒内反应后的混合液由出水管引出。[0034]所述输气管、内筒、环形溢流板均分别经螺杆吊装在外筒顶部，通过螺杆调整所述输气管的高度，从而相应调整内曝气头的高度，控制内好氧区与内缺氧区之间混合液的循环量，回流比控制在100－150％，若回流比小于100％，则相应调低内曝气头的高度；通过螺杆调整所述内筒的高度，以控制外好氧区与外缺氧区混合液的循环量，达到回流比为100－150％，若回流比小于100％，相应调高内筒，从而提升出水口高度，减少进内筒废水量；若回流量过高，相应调低内筒，增加进内筒废水量。通过螺杆调整环形溢流板在内筒液面中的深度，以控制内筒内混合液中的污泥浓度为3－6g/L，当污泥浓度过低时，可适当调高环形溢流板，反之，则调低环形溢流板。
[0035]上述反应工艺全部在一个反应器内进行，各反应阶段的反应时间、溶解氧浓度、混
操作非常简便可靠，实验表明，采用本发明方法不仅可以将硝合液的循环量均可灵活控制，
酸菌淘洗出系统，有效保留亚硝酸菌，且无需连续补充碱源。[0036]有益效果：
[0037]⑴本发明工艺中进水口与曝气气流入水点在同一区域，形成泥水的混合液的自循环过程，有利于提高气液混合效率、强化传质效果；内筒和外筒之间实现独立的自循环过程，进一步提高混合效率，通过交替改变混合液中的溶解氧浓度及污泥在不同阶段下的停留时间，从而实现亚硝酸菌和异养型反硝化菌等优势菌群的培养，以及硝酸菌等菌群的淘汰，提高总氮去除率。
[0038]⑵现有焦化废水A/O脱氮工艺经历了硝化和反硝化过程，工艺过程复杂、流程长、设备多；本发明工艺减少了硝酸菌将
氧化成
及反硝化菌将
还原成
的过
程，短缩了工艺过程、降低了设备投资和占地面积。[0039]⑶本发明通过高、低溶解氧曝气，可以培养出异养硝化好氧反硝化菌优势菌群，它以有机物作为碳源，无论是硝化阶段还是反硝化阶段，都能有效降解废水中的有机物，总氮
7
CN 105540845 A
说 明 书
5/8页
及COD的去除率高。
[0040]⑷现有焦化废水A/O脱氮工艺中，需不断补充碱源，以调节废水中的pH，同时为自养菌提供电子受体。本发明工艺通过抑制了自养亚硝酸菌，减少无机长碳源的消耗。高、低溶解氧曝气－缺氧过程，有利于异养亚硝酸菌的生长，低碱度的环境更有利于提高该菌种的活性，因此不需连续补充碱源，减少了碱源的添加量。[0041]⑸本发明所使用的反应器封闭性高，暴露于大气环境下的水面面积小，减轻了因水体中VOC的挥发对大气环境的污染，对环境友好。[0042]⑹设备外表面面积小，便于设备保温处理。设备内部无运动部件，不需维护，设施操作、控制及管理方便，维护工作量小，维护成本低。[0043]⑺本发明工艺简单，可靠性好、投资和运行成本低、污泥消耗量少、工艺周期短、对环境友好，废水处理效果好。附图说明
[0044]图1为自循环生物处理反应器的结构示意图。[0045]图2为图1的A-A剖视图。
[0046]图3为焦化废水进水碱度对氨氮去除的影响的曲线图。
[0047]图4为焦化废水进水碱度对亚硝态氮和硝态氮生成的影响的曲线图。[0048]图5为焦化废水进水碱度对总氮去除的影响的曲线图。[0049]其中，1-外筒、2-内筒、3-溢流隔板、4-外曝气头、5-污泥入口6-进水口、7-污泥排出口、8-环形溢流板、9-内曝气头、10-输气管、11-出水管、12-出水槽、13-齿型溢流堰、14-排泥口、15-支撑梁、16-折流板、17-内筒进水孔、A1-外好氧区、A2-外缺氧区、B1-内好氧区、B2-内缺氧区。
具体实施方式
[0050]本发明的焦化废水短程硝化反硝化处理工艺，主要包括以下步骤：
[0051]将预处理后的焦化废水与污泥混合后形成的混合液先经过高溶解氧曝气处理，在该步骤中，焦化废水的停留时间为8-12h，控制混合液中的溶解氧浓度DO＞4mg/L；然后将经高溶解氧曝气处理后的混合液进行低溶解氧反应，焦化废水在该阶段中的停留时间为2-3h，控制混合液中的溶解氧浓度DO＜2mg/L；最后对经低溶解氧反应后的混合液进行缺氧反应，焦化废水在该阶段停留时间为7-9h；经上述处理完成后的废水再进行沉降分离、后处理等步骤后可达标排放或回用，经上述方法处理后，出水总氮去除率达到85％以上。
[0052]上述焦化废水的预处理过程(主要是常规的除油等预处理过程)和后续的废水的沉降分离、后处理等步骤为现有技术，在此不作详述。[0053]本发明中，所述污泥是指经驯化后的污泥，污泥可以采用现有的短程硝化反硝化污泥的常规培养方法；也可以采自污水厂的A2/O工艺好氧池末端的污泥(这类污泥中含有硝酸菌及亚硝酸菌群)，采用本发明工艺方法进行驯化，当检测到排出的废水水质达标时，则表示污泥驯化完成，可正常投入使用。[0054]参见图1及图2，本发明中自循环生物处理反应器的结构如下：包括顶面开口的内筒1套装在顶面开口的外筒2内，所述内筒2经螺杆吊装在外筒1顶部的支撑梁15上，可经螺
8
CN 105540845 A
说 明 书
6/8页
杆调整内筒2的外筒1内的吊装高度。优选所述内筒2外径为外筒1内径的0.58－0.59倍，所述外筒1被径向设置的多块溢流隔板3均匀分隔成多个交错布置的外好氧区A1和外缺氧区A2，即外好氧区A1和外缺氧区A2相邻设置，所述外好氧区A1底部的外筒筒壁上由下至上依次设有至少一层的外曝气头4(本实施例中为三层)、污泥入口5和进水口6，所述外缺氧区A2底部的内筒筒壁上设有内筒进水孔17，内筒进水孔17的上方设有折流板16，下方设有排泥口14，用于将内筒2内沉积的污泥排入外筒1，所述外好氧区A1和外缺氧区A2的底部相通，且外筒1的底部设有污泥排出口7，污泥排出口7还经经管道与所述污泥入口5连接(图中未示出)，使外筒1底部沉降排出的部分污泥可经污泥入口5回送入外筒2内进行循环反应；所述内筒2被环形溢流板8分隔成内筒内层的内好氧区B1和内筒外层的内缺氧区B2，所述内好氧区B1内底部设有与输气管10连接的内曝气头9，所述输气管9和环形溢流板8也分别经螺植15吊装在外筒1顶部的支撑梁15上，可分别经螺栓杆调整内曝气头9和环形溢流板8在内筒2中的吊装高度，所述内缺氧区B2上段内筒筒壁上设有与外界相通的出水管11，所述出水管11的入口处高度比外筒2的最高水位低0.5－1.5米，出水管11的入口处设有环形的出水槽12，所述环形的出水槽12的进水口处设有齿型溢流堰13，所述内好氧区B1和内缺氧区B2底部相通，控制内好氧区B1与内缺氧区B2之间混合液的回流比在100－150％。[0055]本发明工艺在自循环生物处理反应器中的运行过程如下：[0056]焦化废水从进水口6进入外筒1内的外好氧反应区A1，与外筒1内的被搅动的污泥在外曝气头4喷出的气流(为含氧气流)的挠动下混合形成含气-液-固的混合液(混合液中溶解氧浓度在DO＞4mg/L)进行高溶解氧曝气处理(即好氧反硝化反应)，以降解焦化废水中的氨氮和有机物，在外曝气头4向上喷出的气流惯性作用下，且由于气－液－固混合液的密度小于外缺氧区A2的液－固混合液的密度，在密度差的作用下，混合液在外好氧区A1中向上流动，边流动边进行着高溶解氧曝气处理，随着混合液的上升，混合液中的气体不断溢出液面由外筒1顶面排出，所述焦化废水在外好氧区A1的停留时间控制在8-12h；[0057]当混合液溢流越过溢流隔板3进入其相邻的外缺氧区A2时，混合液中的绝大部分气相逸出，混合液密度增加，开始沿外缺氧区A2向下流动；虽然混合液中绝大部分气相快速逸出，溶解氧浓度突然降低，但是仍含有大量的微细气泡，混合液(含有焦化废水、污泥和少量气体)在沿外缺氧区A2的上段向下流动时进行着低溶解氧反应(混合液中溶解氧浓度DO＜2mg/L)，所述焦化废水在外缺氧区A2的上段的停留时间为2-3h；[0058]随着反应的进行，混合液进入外缺氧区A2的下段时，混合中的溶解氧耗尽，混合液(为焦化废水和污泥的混合物)进行缺氧反应(即缺氧反硝化反应)，并继续向下流动，流向外筒1的底部，所述焦化废水在外缺氧区A2下段的停留时间控制在7-8h；[0059]由于外筒1中外好氧区A1和外缺氧区A2底部连通，外缺氧区A2底部反应后的混合液在密度差及外好氧区A1的气流的惯性作用下，部分进入外好氧区A1与由进水口6通入的新的焦化废水混合重新投入循环反应过程；又由于所述内筒2和外筒1之间具有水位差，外筒1的水压高于内筒2，其余部分的混合液在压力的作用下，经过外缺氧区A2下段对应的内筒1筒壁上的内筒进水孔17进入内筒1的底部，由于内筒进水孔17上方折流板16的作用，外缺氧区A2内进水孔6周围的区域形成了液固沉降分散区域，使混合液中的部分污泥在此沉降进行外筒1底部沉积或进入外筒1的循环中；
[0060]进入内筒的混合液在内筒1的内曝气头9向上喷出的气流惯性及密度差的作用下
9
CN 105540845 A
说 明 书
7/8页
进入内层的内好氧区B1并再次与气体混合形成含气-液-固的混合液(混合液中溶解氧浓度DO＞4mg/L)，混合液在高溶解氧浓度的条件下进行高溶解氧曝气处理(即好氧硝化反应)以进一步降解焦化废水中的氨氮和有机物，在内曝气头9向上喷出的气流惯性的作用下，且由于气－液－固混合液的密度小于外缺氧区A2的液－固混合液的密度，在密度差的作用下，混合液在内好氧区B1中向上流动，边流动边进行着高溶解氧曝气处理，随着混合液的上升，混合液中的气体不断溢出液面由外筒1顶面排出，所述焦化废水在内好氧区B1的停留时间控制在8-12h；
[0061]经高溶解氧曝气处理后的混合液溢流越过环形溢流板3进入外层的内缺氧区B2，部分混合液越过出水齿型溢流堰13进入环形的出水槽12，再由出水管11排出反应器进入下一工序；其余部分混合液中由于绝大部分气相逸出，溶解氧浓度突然降低，混合液密度增加，开始沿内缺氧区B2向下流动，但是混合液中仍含有大量的微细气泡，因此混合液(含有焦化废水、污泥和少量气体)在沿内缺氧区B2的上段向下流动时进行着低溶解氧反应(混合液中溶解氧浓度DO＜2mg/L)，所述焦化废水在内缺氧区B2的上段的停留时间为2-3h；[0062]随着反应的进行，混合液在进入内缺氧区B2的下段时，混合液中的溶解氧耗尽，混合液(此时为焦化废水和污泥的混合物)进行缺氧反应(即缺氧反硝化反应)，并继续向下流动，流向内筒2的底部，流动的过程相当于在进行缺氧搅拌。所述焦化废水在内缺氧区B2下段的停留时间控制在7-8h；
[0063]由于内筒2的内好氧区B1和内缺氧区B2的底部相通，在内缺氧区B2底部反应后的混合液在密度差及内好氧区B1的气流的惯性作用下，与由内筒进水孔17进入的混合液混合后再次进入内好氧区B1与内曝气头9喷出的气体混合后向上流动进行高溶解氧曝气处理(混合液中溶解氧浓度在4mg/L以上)，经高溶解氧曝气处理后的混合液溢流越过环形溢流板3进入外层的内缺氧区B2，继续上述循环过程。
[0064]沉积在外筒1底部的污泥可经由污泥排出口7排出后，部分再经管道由污泥入口5回送至外筒1的外好氧区A1进入循环反应，控制污泥回流比150－200％。[0065]经过以上的反应过程，污泥中绝大部分硝酸菌被严重抑制和除去，亚硝酸菌得到培养和富集，从而实现废水的短程硝化和反硝化脱氮处理。[0066]实施例
[0067]焦化废水按其来源可分为工艺废水和区域废水。焦化工艺废水主要来自于炼焦过程产生的剩余氨水、煤气净化及化产品回收过程的工艺分离水，其污染物浓度高，含有大量的难生物降解的含氮杂环类有机物，也称作焦化酚氰废水；焦化区域废水来自于焦化生产区域设备直接冷却水、循环水排污水、泄漏于区域排水系统中的焦化产品等，污染物数量较少，可生化性较好，水量大，具备深度处理和回用的条件，但C/N比偏低，属于含氮低浓度有机污水，由于该废水营养物含量低，传统生物处理系统无法启动运行。[0068]实施例1：
[0069]经预处理后焦化酚氰废水(焦化废水中的一种)主要污染物浓度波动范围如表1所示。
[0070]表1：进生化处理系统焦化废水指标
[0071]
10
CN 105540845 A
说 明 书
8/8页
[0072][0073][0074]
采用本发明自循环生物处理反应器处理后出水指标如表2所示(出水pH值：6－7)。表2：出生化处理系统焦化废水指标
[0075][0076][0077][0078]
实施例2
焦化区域废水的主要污染物浓度波动范围如表3所示。表3：焦化区域废水指标
[0079]
采用本发明自循环生物处理反应器处理后，出水中表3所列各项指标均达到
GB16171-2012限定的排放指标要求。[0080]实验例：
[0081]发明人对研究了本发明方法中焦化废水中的碱度对氨氮去除的影响，结果如图3、图4和图5所示；其中图中，所述“曝气结束后”是指经低溶解氧反应步骤后的焦化废水中相关指标，所述“缺氧搅拌结束后”是指经缺氧反应步骤后的焦化废水中相关指标。[0082]从图中可以看出，随着焦水碱度的降低，曝气过程中总氮的损失量呈增加趋势，生成的亚硝态氮浓度降低，但氨氮去除率基本稳定。推断反应器中可能存在异养硝化好氧反硝化菌，它以有机物而不是
或
为碳源，碱度减少对其生命活性影响不大，从一定
程度上来说，高碱度可能反而影响它的生理生化功能。[0083]在高溶解氧曝气处理阶段和低溶解氧反应，硝酸菌被成功抑制，并淘洗出反应器，
但异养亚硝酸菌和自养亚硝酸菌(后者占优)同系统一直都维持着很高的亚硝态氮积累率；
时存在，进水碱度降低抑制了自养亚硝酸菌的硝化反应，出水氨氮、总氮浓度升高；在短程硝化反硝化阶段，由于增加了缺氧反应过程，DO波动淘汰了自养亚硝酸菌，此时，异养亚硝酸菌占绝对优势，低碱度的环境更有利于它氧化氨氮。
11
CN 105540845 A
说 明 书 附 图
1/3页
图1
12
CN 105540845 A
说 明 书 附 图
2/3页
图2
图3
13
CN 105540845 A
说 明 书 附 图
3/3页
图4
图5
14
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容