CN108467089B - 一种难降解工业废水预处理系统及预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种难降解工业废水预处理系统，包括通过管道依次连接的配水池管式静态混合器、初沉淀池、微电解塔、混凝池、二沉淀池和自动加药装置，微电解塔在底部入口处设有曝气器，微电解塔内部设有填料装置且内顶部设置有反冲洗布水器。本发明还公开了预处理系统的工艺方法，废水调pH后，在管式静态混合器中添加PAC溶液和PAM溶液混凝后，在不同微电解塔先进行缺氧微电解的还原反应再进行好氧微电解的氧化反应后，在混凝池中和药剂进行芬顿反应，经絮凝沉淀后进入后续单元。本发明发挥了微电解还原作用机理和氧化作用机理，该系统可高效去除工业废水中的有机物，且提高了废水的可生化性，非常有利于后续的生化处理。
Description
技术领域
本发明属于工业废水预处理技术领域，具体涉及一种难降解工业废水预处理系统，还涉及采用该预处理系统采用的预处理方法。
背景技术
随着国家工业的快速发展，工业废水的排放量也快速的增加，此类废水的排放必须要经过严格的处理才可排放。难降解工业废水一般具有COD浓度高、可生化性差、生物毒性强、水质变化大等特点，因此，该类废水不能直接采用生物系统处理，必须经过高效的预处理工艺在降低废水的生物毒性并提高废水可生化性之后，才能进入生物处理工艺进行进一步处理。
在难降解工业废水处理方面，目前的预处理工艺有絮凝沉淀、过滤、微电解、芬顿、臭氧氧化等。以上预处理工艺单一，很难达到预期的处理效果，如不能高效地将难降解的大分子结构的有机物降解为小分子物质，并且完成将其溶解性转变为难溶性的过程，从而影响废水中的有机物不能高效去除，同时，废水可生化性差也十分不利于后续的生化处理。因此亟待开发高效的难降解工业废水预处理工艺，既能降低废水毒性也能提高后续生化的处理效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种难降解工业废水预处理系统，解决了现有技术中存在的难降解工业废水中有机物不能高效去除的问题。
本发明的另一目的是提供用于上述一种难降解工业废水预处理系统的工艺方法。
本发明所采用的一个技术方案是，一种难降解工业废水预处理系统，包括配水池，配水池通过管道依次连接有管式静态混合器、初沉淀池、一号微电解塔、二号微电解塔、混凝池和二沉淀池，所述二号微电解塔在底部入口处设置有曝气器，所述一号微电解塔和二号微电解塔进口管道上分别设置有提升泵，一号微电解塔和二号微电解塔内部设有填料装置；所述管式静态混合器和混凝池上分别设置有加药口。
本方案的特点还在于：
进一步地，所述填料装置包括支撑板，支撑板上下多层排列并固定于微电解塔内，支撑板上均匀开设有溢流孔，每层支撑板上均填充有规整化微电解材料，空间填充量为230-280kg/m3。
进一步地，所述微电解材料为椭圆形的铁碳微电解材料，直径3-5cm。
进一步地，所述加药口分别通过管道连接有自动加药装置。
进一步地，所述二号微电解塔和混凝池之间设置有备用的三号微电解塔，三号微电解塔进口管道上设置有提升泵，在底部入口处设置有曝气器，三号微电解塔内部设有填料装置。
进一步地，所述一号微电解塔、二号微电解塔和三号微电解塔内顶部设置有反冲洗布水器，所述二沉淀池的出水口上的分支管道和反冲洗布水器相连，所述分支管道上设置有提升泵。
进一步地，所述初沉淀池和二沉淀池的底部设置有污泥斗。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种难降解工业废水预处理方法，采用上述预处理系统，包括以下步骤：
步骤1，原水在配水池中加酸调节pH后，自流入管式静态混合器中，添加药剂PAC溶液和PAM溶液进行混凝后，管式静态混合器的出水自流入初沉淀池，在初沉淀池中絮凝沉淀后，上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池中的上清液通过提升泵从一号微电解塔的底部打入，进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔顶部的出水通过提升泵从二号微电解塔的底部打入，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔的出水流入混凝池，先加入药剂H2O2溶液进行芬顿反应，再加入药剂碱石灰溶液调节pH至7-9，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池，在二沉淀池中絮凝沉淀，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
本方案的特点还在于：
进一步地，当废水处理量高于一号微电解塔和二号微电解塔的处理负荷时，投用三号微电解塔，三号微电解塔设置于二号微电解塔和混凝池之间，三号微电解塔进口管道上设置有提升泵，在底部入口处设置有曝气器，三号微电解塔内部设有填料装置，经二号微电解塔的出水通过提升泵从三号微电解塔的底部打入，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流入混凝池中；
进一步地，以废水处理体积计算，步骤1所述PAC溶液和PAM溶液的添加分别为1.5-3.0L/m3和1.0-2.0L/m3；步骤4所述H2O2溶液的添加量为2.0-3.0L/m3。
本发明的有益效果是，通过缺氧微电解的还原反应和好氧微电解的氧化反应组合交替进行和药剂作用下，可高效的去除难降解工业废水中的有机物，提高了工业废水中有机物和悬浮物的去除率；同时，在降解的过程中大幅提高了废水的可生化性，有利于后续的生化处理。
附图说明
图1是本发明一种难降解工业废水预处理系统的系统流程图。
图中，1.配水池，2.管式静态混合器，3.初沉淀池，4.一号微电解塔，5.二号微电解塔，6.三号微电解塔，7.混凝池，8.二沉淀池，9.支撑板，10.微电解材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明并不限于这些方式。
本发明的难降解工业废水预处理系统，如图1所示，包括配水池1，配水池1通过管道依次连接有管式静态混合器2、初沉淀池3、一号微电解塔4、二号微电解塔5、混凝池7和二沉淀池8，二号微电解塔5和混凝池7之间设置有备用的三号微电解塔6，三号微电解塔6正常情况下为关闭隔离以备用。一号微电解塔4、二号微电解塔5和三号微电解塔6进口管道上分别设置有提升泵，废水从塔的底部打入，顶部流出；一号微电解塔4未设置曝气器，二号微电解塔5和三号微电解塔6在底部入口处设置有曝气器，曝气器通过管道连接有风机，曝气器能够通过风机进行曝气或非曝气转换，启动风机曝气，进行好氧微电解的氧化反应，关闭风机为非曝气，进行缺氧微电解的还原反应。微电解塔的内部都设置有填料装置，填料装置包括支撑板9和微电解材料10，支撑板9上下多层排列并固定于塔内，支撑板9上均匀开设有溢流孔，溢流孔直径1.0-1.5cm，每层支撑板9上填充有规整化的微电解材料10，按照塔内的空间填充量为230-280kg/m3，微电解材料10为椭圆形的铁碳微电解材料，直径3-5cm。在每层支撑板之间对应的塔的壁面上开设有装料口，可以方便微电解材料的存取。
微电解塔内的顶部都设置有反冲洗布水器，反冲洗布水器为相互连通的布水管，布水管呈网状结构排列，布水管上均匀设有布水孔，通过二沉淀池8出水口一部分的上清液在提升泵作用下打入到布水器中进行反冲洗操作，目的是冲洗微电解材料表面和塔内壁的粘附物质。
管式静态混合器2上设置有PAC加药口和PAM加药口，PAC加药口和PAM加药口分别通过管道和自动加药装置连接；混凝池7上设置有H2O2加药口和碱石灰加药口，H2O2加药口和碱石灰加药口分别通过管道和自动加药装置连接；自动加药装置可以将不同的药剂通过对应的加药口分别进行添加。混凝池7上还设置有机械搅拌装置，可以使药剂和废水充分混凝。初沉淀池3和二沉淀池8的底部设置有污泥斗，污泥通过污泥斗的排出口集中进行后续处理。
本发明的难降解工业废水预处理方法，包括以下步骤：
步骤1，原水在配水池1中加酸调节pH至3-5后，自流入管式静态混合器2中，添加PAC溶液和PAM溶液进行混凝10-15min后，管式静态混合器2的出水自流入初沉淀池3，在初沉淀池3中絮凝沉淀30-60min，初沉淀池3的上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池3中的上清液通过提升泵从一号微电解塔4的底部打入，控制水力上升流速为0.5-0.7m/h，水力停留时间为4-6小时，非曝气下进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔4顶部的出水通过提升泵从二号微电解塔5的底部打入，水力上升流速和水力停留时间与一号微电解塔4中的相同，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔5的出水流入混凝池7，先加入H2O2溶液进行芬顿反应30-50min后，再加入碱石灰溶液调节pH至7-9，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池8，通过芬顿反应形成的Fe(OH)3高效絮凝剂进而与废水中的污染物进行絮凝沉淀，在二沉淀池8中絮凝沉淀30-60min，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
其中，步骤1中PAC溶液为聚合氯化铝溶液，浓度10％，PAM溶液为聚丙烯酰胺溶液，浓度1‰，添加量以废水处理体积计算，PAC溶液和PAM溶液的添加量分别为1.5-3.0L/m3和0.5-2.0L/m3；步骤4中H2O2溶液浓度为30％，添加量以废水处理体积计算，H2O2溶液的添加量为2.0-3.0L/m3。
当系统运行13-15天后进行反冲洗，二沉淀池(8)的部分上清液通过提升泵打入到反冲洗布水器中对塔进行反冲洗，反冲洗1-2小时。
当废水处理量高于一号微电解塔4和二号微电解塔5的处理负荷时，投用三号微电解塔6，经二号微电解塔5的出水通过提升泵从三号微电解塔6的底部打入，水力上升流速和水力停留时间与二号微电解塔5中的相同，在曝气下进行氧化反应，反应后出水从顶部出水口流入混凝池7中。
本发明通过向管式静态混合器中添加PAC溶液和PAM溶液进行混凝后进入初沉淀池中絮凝沉淀，可以去除废水中的悬浮物，以避免后续微电解塔内铁碳微电解材料的空隙被堵塞。
铁碳微电解技术将铁作为阳极，将碳作为阴极，当铁屑与活性炭混合浸入废水中时，在废水中形成大量的微小原电池。其具体阴极和阳极反应如下：非曝气条件下阴极反应如下：
阳极(Fe)：Fe-2e-→Fe2+ E(Fe/Fe2+)＝0.44V (1)
阴极(C)：2H++2e-→2[H]→H2 E(H+/H2)＝0.00V (2)
曝气条件下阴极反应如下：
O2+4H++4e-→2H2O E(O2/H2O)＝+1.23V (3)(酸性)
O2+2H++2e-→2H2O2 E(O2/H2O2)＝+0.68V (4)(酸性)
O2+2H2O+4e-→4OH- E(O2/OH-)＝+0.40V (5)(中性、弱碱性)
从以上反应式可以看出，非曝气情况下，两电极区均为还原性气氛，此时的还原能力是最强的，可以有效地还原污染物；曝气情况下，利用氧气分子相对污染物对电子较强的竞争力，能产生双氧水，并进一步产生芬顿反应，利用氧化性降解污染物。本发明在电解反应中非曝气和曝气两种工艺之间的转换非常简便，仅需对其进行曝气，便可将还原性的反应器改变为氧化性的反应器，而曝气停止后即可以恢复，这种可控的还原性与强氧化性在降解污染物过程中，特别是降解难降解有机物极具实用价值。通过对曝气的控制，实现还原过程与氧化过程交替进行，从而使得易被氧化的污染物被氧化、易被还原的污染物被还原，因此，本发明在一号微电解塔不进行曝气处理，采用缺氧还原法去除污染物，这样做的优点是可改变部分有机大分子结构，将其由溶解性转变为难溶性的，并且能高效的将难降解的大分子结构的有机物降解为小分子物质，从而有利于铁离子的吸附絮凝作用，并且还能降低运行过程中的能耗。二号微电解塔和三号微电解塔采用曝气氧化法去除污染物，在好氧条件下阴极可产生出双氧水，双氧水可以和后续阳极腐蚀出来的二价铁离子形成芬顿试剂，产生的OH-离子可使大分子有机物断链成小分子有机物以及碳化部分有机物。同时，通过对曝气的控制，实现还原过程与氧化过程交替进行，从而使得易被氧化的污染物被氧化、易被还原的污染物被还原。
下面以具体实施方式进行详细说明
实施例1
待处理废水COD为2000-4000mg/L，BOD5为100-800mg/L，色度200-300倍，采用本发明的难降解工业废水预处理系统和工艺方法，步骤如下：
步骤1，待处理废水在配水池1中加酸调节pH至4后，自流入管式静态混合器2中，按照3.0L/m3和2L/m3分别添加PAC溶液和PAM溶液进行混凝15min后，从管式静态混合器2的出水自流入初沉淀池3，在初沉淀池3中絮凝沉淀60min，初沉淀池3的上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池3中的上清液通过提升泵从一号微电解塔4的底部打入，控制水力上升流速为0.5m/h，水力停留时间为6小时，非曝气下进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔4的出水通过提升泵从二号微电解塔5的底部打入，水力上升流速和水力停留时间与一号微电解塔4中的相同，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔5的出水流入混凝池7，按照3.0L/m3先加入浓度为30％的H2O2溶液进行芬顿反应50min后，再加入碱石灰溶液调节pH至8，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池8，通过芬顿反应形成的Fe(OH)3高效絮凝剂进而与废水中的污染物进行絮凝沉淀，在二沉淀池8中絮凝沉淀60min后，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
为了进一步说明本发明的有益效果，对某化工厂采用了本发明的难降解工业废水预处理方法后，检测半个月连续运行结果，其进出水数据见表1。
表1进出水指标检测结果
| 指标 | COD(mg/L) | 色度 | 氨氮(mg/L) | BOD<sub>5</sub>/COD |
| 进水 | 2000-4000 | 200-300倍 | 5-15 | 0.10-0.20 |
| 出水 | 200-300 | 5-10 | 1-2 | 0.4以上 |
可以看出，90％以上工业废水有机物被降解，该系统可高效去除工业废水中的有机物，并且大幅提高废水的可生化性，非常有利于后续的生化处理。
实施例2
待处理废水COD为2000-4000mg/L，BOD5为100-800mg/L，色度200-300倍，采用本发明一种难降解工业废水预处理系统和工艺方法，步骤如下
步骤1，待处理废水在配水池1中加酸调节pH至4后，自流入管式静态混合器2中，按照1.5L/m3和1.0L/m3分别添加PAC溶液和PAM溶液进行混凝10min后，从管式静态混合器2的出水自流入初沉淀池3，在初沉淀池3中絮凝沉淀30min，初沉淀池3的上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池3中的上清液通过提升泵从一号微电解塔4的底部打入，控制水力上升流速为0.7m/h，水力停留时间为4小时，非曝气下进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔4顶部的出水通过提升泵从二号微电解塔5的底部打入，水力上升流速和水力停留时间与步骤2中的相同，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔5的出水流入混凝池7，按照2.0L/m3先加入浓度为30％的H2O2溶液进行芬顿反应30min后，再加入碱石灰溶液调节pH至8，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池8，通过芬顿反应形成的Fe(OH)3高效絮凝剂进而与废水中的污染物进行絮凝沉淀，在二沉淀池8中絮凝沉淀30min后，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
为了进一步说明本发明的有益效果，对某化工厂采用了本发明一种难降解工业废水预处理方法后检测半个月连续运行结果，其进出水数据见表2。
表2进出水指标检测结果
| 指标 | COD(mg/L) | 色度 | 氨氮(mg/L) | BOD<sub>5</sub>/COD |
| 进水 | 2000-4000 | 200-300倍 | 5-15 | 0.10-0.20 |
| 出水 | 300-400 | 8-10 | 2-3 | 0.35以上 |
可以看出，85％以上工业废水有机物被降解，该系统可高效去除工业废水中的有机物，并且大幅提高废水的可生化性，非常有利于后续的生化处理。
实施例3
待处理废水COD为2000-4000mg/L，BOD5为100-800mg/L，色度200-300倍，采用本发明一种难降解工业废水预处理系统和工艺方法，步骤如下
步骤1，待处理废水在配水池1中加酸调节pH至4后，自流入管式静态混合器2中，按照2.5L/m3和1.5L/m3分别添加PAC溶液和PAM溶液进行混凝12min后，从管式静态混合器2的出水自流入初沉淀池3，在初沉淀池3中絮凝沉淀45min，初沉淀池3的上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池3中的上清液通过提升泵从一号微电解塔4的底部打入，控制水力上升流速为0.6m/h，水力停留时间为5小时，非曝气下进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔4顶部的出水通过提升泵从二号微电解塔5的底部打入，水力上升流速和水力停留时间与步骤2中的相同，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔5的出水流入混凝池7，按照2.5L/m3先加入浓度为30％的H2O2溶液进行芬顿反应40min后，再加入碱石灰溶液调节pH至8，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池8，通过芬顿反应形成的Fe(OH)3高效絮凝剂进而与废水中的污染物进行絮凝沉淀，在二沉淀池8中絮凝沉淀45min后，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
为了进一步说明本发明的有益效果，对某化工厂采用了本发明难降解工业废水预处理方法后检测半个月连续运行结果，其进出水数据见表3。
表3进出水指标检测结果
| 指标 | COD(mg/L) | 色度 | 氨氮(mg/L) | BOD<sub>5</sub>/COD |
| 进水 | 2000-4000 | 200-300倍 | 5-15 | 0.10-0.20 |
| 出水 | 200-350 | 6-10 | 2-3 | 0.35以上 |
可以看出，85％以上工业废水有机物被降解，该系统可高效去除工业废水中的有机物，并且大幅提高废水的可生化性，非常有利于后续的生化处理。
Claims (7)
1.一种难降解工业废水预处理系统，其特征在于：包括配水池（1），配水池（1）通过管道依次连接有管式静态混合器（2）、初沉淀池（3）、一号微电解塔（4）、二号微电解塔（5）、混凝池（7）和二沉淀池（8），所述二号微电解塔（5）在底部入口处设置有曝气器，所述一号微电解塔（4）和二号微电解塔（5）进口管道上分别设置有提升泵，一号微电解塔（4）和二号微电解塔（5）内部设有填料装置；所述管式静态混合器（2）和混凝池（7）上分别设置有加药口；
所述二号微电解塔（5）和混凝池（7）之间设置有备用的三号微电解塔（6），三号微电解塔（6）进口管道上设置有提升泵，在底部入口处设置有曝气器，三号微电解塔（6）内部设有填料装置；
所述一号微电解塔（4）、二号微电解塔（5）和三号微电解塔（6）内顶部设置有反冲洗布水器，所述二沉淀池（8）的出水口上的分支管道和反冲洗布水器相连，所述分支管道上设置有提升泵；
所述初沉淀池（3）和二沉淀池（8）的底部设置有污泥斗。
2.如权利要求1所述的一种难降解工业废水预处理系统，其特征在于：所述填料装置包括支撑板（9），支撑板上下多层排列并固定于微电解塔内，支撑板（9）上均匀开设有溢流孔，每层支撑板上均填充有规整化微电解材料（10）。
3.如权利要求2所述的一种难降解工业废水预处理系统，其特征在于：所述微电解材料（10）为铁碳微电解材料。
4.如权利要求1所述的一种难降解工业废水预处理系统，其特征在于：所述加药口分别通过管道连接有自动加药装置。
5.一种难降解工业废水预处理方法，采用如权利要求1所述的预处理系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，原水在配水池（1）中加酸调节pH后，自流入管式静态混合器（2）中，添加药剂PAC溶液和PAM溶液进行混凝后，管式静态混合器（2）的出水自流入初沉淀池（3），在初沉淀池（3）中絮凝沉淀后，上清液从上部出水口流出，污泥从底部流出；
步骤2，经初沉淀池（3）中的上清液通过提升泵从一号微电解塔（4）的底部打入，进行缺氧微电解的还原反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤3，经一号微电解塔（4）顶部的出水通过提升泵从二号微电解塔（5）的底部打入，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流出；
步骤4，经二号微电解塔（5）的出水流入混凝池（7），先加入药剂H2O2溶液进行芬顿反应，再加入药剂碱石灰溶液调节pH至7-9，待芬顿反应终止后从出水口自流入二沉淀池（8），在二沉淀池（8）中絮凝沉淀，完成预处理，上清液从池的上部出水口流出进入后续单元，污泥从池的底部流出。
6.如权利要求5所述的一种难降解工业废水预处理方法，其特征在于：当废水处理量高于一号微电解塔（4）和二号微电解塔（5）的处理负荷时，投用三号微电解塔（6），三号微电解塔（6）设置于二号微电解塔（5）和混凝池（7）之间，三号微电解塔（6）进口管道上设置有提升泵，在底部入口处设置有曝气器，三号微电解塔（6）内部设有填料装置，经二号微电解塔（5）的出水通过提升泵从三号微电解塔（6）的底部打入，在曝气下进行好氧微电解的氧化反应，反应后出水从顶部出水口流入混凝池（7）中。
7. 如权利要求5或6所述的一种难降解工业废水预处理方法，其特征在于，以废水处理体积计算，步骤1所述PAC溶液和PAM溶液的添加量分别为1.5-3.0L/ m3和1.0-2.0L/ m3；步骤4所述H2O2溶液的添加量为2.0-3.0 L/m3。
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