CN114656100A - 一种工业废水处理系统和工业废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业废水处理领域，公开了一种工业废水处理系统和工业废水处理方法，包括：依次连通的混凝系统、电吸附系统、生物炭吸附系统和催化氧化系统，混凝系统包括混凝区、磁粉投加装置和磁粉分离装置，电吸附系统包括电吸附区、阴电极板和阳电极板，生物炭吸附系统包括秸秆区和污泥区，催化氧化系统包括催化氧化区、芬顿试剂投加装置、催化剂投加装置、多个超声波发生装置和催化剂回收装置。本发明的有益效果为：提高了混凝效果，提升了有机污染物和氮磷等的吸附效果，提高了污染物氧化降解的效率，并减少了混凝剂、芬顿药剂等的用量，同时利用各类回收装置循环利用，降低了成本。

Description

一种工业废水处理系统和工业废水处理方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理领域，特别是涉及一种工业废水处理系统和工业废水处理方法。

背景技术

工业园区废水成分复杂，处理难度高，近年来，随着工业园区数量的增长，工业废水的排放量也急剧增加，给周围环境带来巨大环境危害，另一方面，随着废水排放标准要求不断提升，当前工业园区污水厂对工业废水的处理往往难以实现达标排放，由此，应用高效稳定的深度处理技术有效处理工业废水的尤为必要，当前的工业废水深度处理技术，主要包括混凝、吸附、高级氧化、膜处理等，其中混凝主要采用化学混凝，由于传统混凝剂对于污染物的去除效果有限，往往需大量投入混凝剂，由此产生大量的污泥，导致该技术药剂和污泥处理成本十分高；活性炭是当前较常用的吸附剂，随着工业废水的成分越来越复杂，导致活性炭使用寿命约来越短，再生成本不断提升，因此继续开发新型高效吸附剂；高级氧化工艺以臭氧氧化及芬顿氧化为主，但单一臭氧氧化由于在臭氧水中溶解度低稳定性不足，对污染物降解效果有限，而传统芬顿氧化易产生大量污泥，后续成本高；膜处理技术作为一种高效深度处理技术，由于易发生膜污染问题，导致膜材料的使用寿命短，实际应用中成本高昂。

针对当前各种深度处理技术存在的问题，当前研究主要聚焦于研发新型的混凝剂、吸附剂、膜材料以及多种深度处理技术的组合工艺。现有技术中采用了活性炭吸附与化学混凝、超滤联合的工艺，膜混凝反应部分包括顺次连接的混凝反应池和膜处理池，混凝反应池带有加药系统，膜处理池内设置超滤膜和曝气装置；粉末活性炭吸附部分包括顺次连接的混合池和炭水分离系统，混合池与膜处理池连接且带有粉末活性炭加料系统。在膜混凝反应器处理后，往污水中投加粉末活性炭，进一步实现对污水中的色度、嗅味和消毒副产物的前驱物的去除。

上述技术方案中主要的缺点是：1、化学混凝处理主要去除疏水性物质以及大分子物质，但对溶解性有机物和小分子物质的去除效果较差，为保持较高的去除率，往往需要使用大量药剂，产生大量污泥；2、方案中混凝处理后，溶解性有机物和盐类浓度较高，直接进入膜处理系统容易发生膜污染问题，导致膜系统的维护成本很高；3、该方案中对于溶解有机污染物主要依靠活性炭吸附系统处理，但单一吸附技术对于溶解有机物的降解效率十分有限，对于提升COD和BOD去除效果不显著，难以满足更严格排放标准的要求。

发明内容

本申请的目的是提供一种工业废水处理系统和工业废水处理方法，其能够有效提高废水处理效果，并减少污泥产生量，降低处理成本。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种工业废水处理系统，其特征在于，包括：依次连通的混凝系统、电吸附系统、生物炭吸附系统和催化氧化系统，所述混凝系统与所述电吸附系统之间设有顶部开口的第一隔板，所述电吸附系统与所述生物炭吸附系统之间设有底部开口的第二隔板，所述生物炭吸附系统和催化氧化系统之间设有顶部开口的第三隔板；

所述混凝系统包括混凝区、磁粉投加装置和磁粉分离装置，所述磁粉投加装置设于所述混凝区的顶部，所述磁粉分离装置设于所述混凝区的底部，所述混凝区的进水口用于与待处理废水连通；

所述电吸附系统包括阴电极板和阳电极板，所述阴电极板和所述阳电极板分别设于所述第一隔板和所述第二隔板上，且所述阴电极板和所述阳电极板相对设置，所述阴电极板和阳电极板之间限定形成电吸附区；

所述生物炭吸附系统包括秸秆区和污泥区，所述秸秆区位于所述污泥区的上部，所述秸秆区和所述污泥区设于所述第二隔板和所述第三隔板之间；

所述催化氧化系统包括催化氧化区、芬顿试剂投加装置、催化剂投加装置、多个超声波发生装置和催化剂回收装置，所述芬顿试剂投加装置设于所述催化氧化区的顶部，所述催化剂投加装置设于所述催化氧化区的顶部，所述超声波发生装置设于所述催化氧化区的外周，所述催化剂回收装置设于所述催化氧化区的底部。

本申请的一些实施例中，还包括第四隔板，所述第四隔板位于所述混凝区中，且所述第四隔板将所述混凝区分隔为底部连通的磁反应区和磁分离区，所述磁粉投加装置设于所述磁反应区的顶部，所述磁粉分离装置设于所述磁分离区的底部，所述混凝区的进水口位于所述磁反应区上。

本申请的一些实施例中，所述磁分离区的底部设有磁粉收集槽，所述磁粉收集槽与所述磁粉分离装置连通。

本申请的一些实施例中，所述磁粉分离装置为湿式磁鼓分离器。

本申请的一些实施例中，所述阴电极板和所述阳电极板均为石墨电极。

本申请的一些实施例中，所述秸秆区采用改性玉米秸秆生物炭材料，所述污泥区采用污泥生物炭材料。

本申请的一些实施例中，所述超声波发生装置至少为四个，所述超声波发生装置两两相对地设置在所述催化氧化区的进水口和出水口之间。

本申请的一些实施例中，所述催化氧化区的底部设有催化剂收集槽，所述催化剂收集槽与所述催化剂回收装置连通。

本申请的一些实施例中，所述催化剂回收装置为磁鼓分离器。

一种应用如上述所述的工业废水处理系统的工业废水处理方法，包括以下步骤：

将废水输送到所述混凝系统中，并打开所述磁粉投加装置和所述磁粉分离装置，使废水通过所述混凝区；

将经过所述混凝系统处理的废水输送到所述电吸附系统中，并接通所述阴电极板和所述阳电极板，使废水通过所述电吸附区；

将经过所述电吸附系统处理的废水输送到所述生物炭吸附系统中，并使废水依次通过所述污泥区和所述秸秆区；

将经过所述生物炭吸附系统处理的废水输送到所述催化氧化系统中，并打开所述芬顿试剂投加装置、所述催化剂投加装置、所述超声波发生装置和所述催化剂回收装置，使废水通过所述催化氧化区。

本申请的工业废水处理系统和工业废水处理方法，采用磁混凝的方式提高混凝效果，减少混凝剂的使用，且设置磁粉分离装置回收磁粉以循环利用，降低成本；通过电吸附加生物炭吸附的两级吸附系统代替单一的活性炭吸附，同时在生物炭吸附系统中设置秸秆区和污泥区，有效提高废水中的有机污染物和氮磷等的吸附效果；采用芬顿催化氧化加超声波技术的联合工艺，利用超声波的空化作用产生大量自由基，提升污染物氧化降解的效率，并减少芬顿药剂使用量，减少后续污泥产生量，降低污泥处理成本。

附图说明

图1是本方案的工业废水处理流程图；

图2是本方案的工业废水处理系统的主视图；

图3是本方案的工业废水处理系统的俯视图。

图中，1、混凝系统；11、混凝区；111、磁反应区；112、磁分离区；12、磁粉投加装置；13、磁粉分离装置；14、磁粉收集槽；2、电吸附系统；21、阴电极板；22、阳电极板；23、电吸附区；3、生物炭吸附系统；31、秸秆区；32、污泥区；4、催化氧化系统；41、催化氧化区；42、芬顿试剂投加装置；43、催化剂投加装置；44、超声波发生装置；45、催化剂回收装置；46、催化剂收集槽；5、第一隔板；6、第二隔板；7、第三隔板；8、第四隔板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，应当理解的是，本申请中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-3所示，本申请的实施例提出一种工业废水处理系统，包括：依次连通的混凝系统1、电吸附系统2、生物炭吸附系统3和催化氧化系统4，所述混凝系统1与所述电吸附系统2之间设有顶部开口的第一隔板5，所述电吸附系统2与所述生物炭吸附系统3之间设有底部开口的第二隔板6，所述生物炭吸附系统3和催化氧化系统4之间设有顶部开口的第三隔板7；

所述混凝系统1包括混凝区11、磁粉投加装置12和磁粉分离装置13，所述磁粉投加装置12设于所述混凝区11的顶部，所述磁粉分离装置13设于所述混凝区11的底部，所述混凝区11的进水口用于与待处理废水连通；

所述电吸附系统2包括阴电极板21和阳电极板22，所述阴电极板21和所述阳电极板22分别设于所述第一隔板5和所述第二隔板6上，且所述阴电极板21和所述阳电极板22相对设置，所述阴电极板21和阳电极板22之间限定形成电吸附区23；

所述生物炭吸附系统3包括秸秆区31和污泥区32，所述秸秆区31位于所述污泥区32的上部，所述秸秆区31和所述污泥区32设于所述第二隔板6和所述第三隔板7之间；

所述催化氧化系统4包括催化氧化区41、芬顿试剂投加装置42、催化剂投加装置43、多个超声波发生装置44和催化剂回收装置45，所述芬顿试剂投加装置42设于所述催化氧化区41的顶部，所述催化剂投加装置43设于所述催化氧化区41的顶部，所述超声波发生装置44设于所述催化氧化区41的外周，所述催化剂回收装置45设于所述催化氧化区41的底部。

基于上述技术方案，本方案的工业废水处理系统采用磁混凝的方式提高混凝效果，减少混凝剂的使用，且设置磁粉分离装置13回收磁粉以循环利用，降低成本；通过电吸附加生物炭吸附的两级吸附系统代替单一的活性炭吸附，同时在生物炭吸附系统3中设置秸秆区31和污泥区32，有效提高废水中的有机污染物和氮磷等的吸附效果；采用芬顿催化氧化加超声波技术的联合工艺，利用超声波的空化作用产生大量自由基，提升污染物氧化降解的效率，并减少芬顿药剂使用量，减少后续污泥产生量，降低污泥处理成本。

在使用该工业废水处理系统时，首先将废水输送到混凝系统1中，混凝系统1主要去除废水中的部分大分子污染物、胶体物质等，降低废水中的悬浮物；然后将废水从第一隔板5的顶部输送到电吸附系统2中，电吸附系统2主要去除废水中的带电颗粒、盐类物质及部分有机污染物；然后将废水从第二隔板6的底部输送到生物炭吸附系统3中，生物炭吸附系统3主要去除胶体物质、氮磷及剩余的有机污染物等；最后将废水从第三隔板7的顶部输送到催化氧化系统4中，催化氧化系统4主要对废水进行深度处理，强化废水残余小分子有机污染物和氮磷的去除，并将废水从催化氧化系统4的底部排出。各个隔板的开口遵循一上一下的规律，这是因为混凝和吸附的过程受污染物质与混凝剂、吸附剂的接触影响，通过一上一下的开口延长水流在混凝系统1和吸附系统中的停留时间，强化污水中污染物质与混凝剂、吸附剂的接触，以便更好实现混凝、吸附的效能同时便于污泥重力沉降，实现泥水的分离。

具体地，混凝系统1包括混凝区11、磁粉投加装置12和磁粉分离装置13，废水被排入混凝区11中，磁粉投加装置12位于混凝区11顶部，用于将磁粉加入废水中，磁粉能够有效强加混凝的效果，而磁粉分离装置13能够将磁粉回收利用，降低混凝处理的成本，并防止磁粉对后续工序产生影响。

废水依次经过电吸附系统2和生物炭吸附系统3，电吸附系统2设置在生物炭吸附系统3之前，可去除一部分有机污染物，降低进入生物炭吸附系统3的废水的有机负荷，提升生物炭吸附系统3对有机污染物的吸附效果，同时由于电吸附系统2经过长时间吸附，盐类物质在电极聚集形成沉淀，在从上至下的水力冲刷作用下部分沉淀脱离电极后重新进入废水中，可被后续的生物炭吸附系统3截留。

生物炭吸附系统3为双层结构，分为秸秆区31和污泥区32，秸秆区31和污泥区32的理化特性不同，对废水中不同的污染物的吸附性能有差异，因此通过二者配合吸附的方式提高吸附效果。

催化氧化系统4中，催化氧化区41用于供废水流过，芬顿试剂投加装置42和催化剂投加装置43均设于催化氧化区41的顶部，便于将芬顿试剂和催化剂投入废水中，其中，催化剂优选为复合型芬顿催化剂，包括硅藻土、四氧化三铁和二氧化锰，各材料配比为硅藻土与四氧化三铁的质量比为1:0.3～1:0.6，硅藻土与二氧化锰的质量比为1:1～1:2。超声波发生装置44能够在废水中形成空化作用，产生大量自由基，协同芬顿氧化作用可大幅提升污染物的氧化降解效率，同时由于超声波的作用可相应减少芬顿药剂的使用量，减少后续污泥产生量，降低污泥处理成本。其中，超声波发生装置44的运行参数优选为：超声功率90-110W，超声频率40Hz，超声辐照时间40-60min，辐照间歇时间20min。催化剂回收装置45设置于催化氧化区41的底部，可以将废水中的催化剂回收利用，且催化氧化区41的出水口优选地设于底部，废水与催化剂充分接触后，催化剂回收，废水排出，提升催化氧化效果。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，还包括第四隔板8，所述第四隔板8位于所述混凝区11中，且所述第四隔板8将所述混凝区11分隔为底部连通的磁反应区111和磁分离区112，所述磁粉投加装置12设于所述磁反应区111的顶部，所述磁粉分离装置13设于所述磁分离区112的底部，所述混凝区11的进水口位于所述磁反应区111上。废水进入磁反应区111后，磁粉投加装置12将磁粉加入废水中，以形成混凝絮体，有效地去除废水中的悬浮物，废水携带混凝絮体进入磁分离区112，水流往上流动，而絮体沉淀沉降下来，并接近底部的磁粉分离装置13，通过磁粉分离装置13作用实现磁粉回收，若不分区，废水容易平流经过混凝区11，磁粉在混凝区11中易受到磁粉分离装置13磁性吸附影响聚集，使其不能实现对污染物的絮凝效果，且容易使磁粉被水流直接带到电吸附系统2中，增加电吸附系统2去除污染物的负担。

本申请的一些实施例中，如图2所示，所述磁分离区112的底部设有磁粉收集槽14，所述磁粉收集槽14与所述磁粉分离装置13连通。经过磁粉分离装置13处理的磁粉进入磁粉收集槽14中，以将磁粉收集起来，以便回收利用。

本申请的一些实施例中，所述磁粉分离装置13为湿式磁鼓分离器。采用湿式磁鼓分离器，能够有效地实现磁粉的回收再利用；磁鼓分离器由固定的磁系和在磁系外面转动的非磁性圆筒构成，磁系的磁极极性沿圆周方向交替排列，磁极设置半周，混凝沉淀中的磁粉接近磁鼓分离器带磁极一侧时，被吸附到非磁性圆筒上，并随着圆筒转动到无磁极一侧时脱离圆筒，实现分离回收。

本申请的一些实施例中，所述阴电极板21和所述阳电极板22均为石墨电极。石墨电极易加工，较合金电极导电性能更强，有利于形成更稳定电势，提升盐类去除率。

本申请的一些实施例中，所述秸秆区31采用改性玉米秸秆生物炭材料，所述污泥区32采用污泥生物炭材料。上层可采用玉米秸秆、稻秆等秸秆原料生物炭，下层可采用污泥生物炭，秸秆类生物炭具有良好的比表面积，改性后对于有机物及氮、磷有很强的吸附效果，而下层污泥生物炭采用工业园废水二沉池污泥为原料，对有机污染物、氮磷吸附不如秸秆生物炭，但污泥生物炭孔隙含有一定量重金属，对于去除工业废水中的重金属离子有良好的效果，故与秸秆类生物炭协同使用。

在此说明改性玉米秸秆生物炭和污泥生物炭的制作方法：

将过100目筛处理后的秸秆称取10g放入方舟中填满压实，放入管式马弗炉中，烧制过程中匀速充氮，在限氧条件下用550℃烧制2h，烧制完成后冷却至室温，倒入蒸馏水用玻璃棒搅拌10分钟左右，放入真空泵抽滤，抽滤结束后放入恒温鼓风干燥箱，在100℃下烘干，得到生物炭材料；

将生物炭材料与氢氧化钾改性剂按1：10的固液比进行浸渍以对生物炭进行化学改性，其中改性剂质量浓度为20％，改性时间为6h，以提高其吸附性能；

污泥生物炭的制作方法与玉米秸秆生物炭的制作方法基本相同，只是炭化温度有所不同，污泥生物炭需要在限氧条件下用800℃烧制2h，而不是550℃。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，所述超声波发生装置44至少为四个，所述超声波发生装置44两两相对地设置在所述催化氧化区41的进水口和出水口之间。超声波发生装置44是按照废水水流方向对称设置的，且至少为两两相对的两组，按上述方法设置的超声波发生装置44能够提高催化氧化效率。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，所述催化氧化区41的底部设有催化剂收集槽46，所述催化剂收集槽46与所述催化剂回收装置45连通。经过催化剂回收装置45处理的催化剂进入催化剂收集槽46中，以将催化剂收集起来，以便回收利用。

具体地，所述催化剂回收装置45为磁鼓分离器。由于芬顿催化剂中含有四氧化三铁，因此芬顿催化剂具有磁性，可以通过磁鼓分离器回收催化剂，提高催化剂的回收效率。

一种应用如上述所述的工业废水处理系统的工业废水处理方法，包括以下步骤：

将废水输送到所述混凝系统1中，并打开所述磁粉投加装置12和所述磁粉分离装置13，使废水通过所述混凝区11；

将经过所述混凝系统1处理的废水输送到所述电吸附系统2中，并接通所述阴电极板21和所述阳电极板22，使废水通过所述电吸附区23；

将经过所述电吸附系统2处理的废水输送到所述生物炭吸附系统3中，并使废水依次通过所述污泥区32和所述秸秆区31；

将经过所述生物炭吸附系统3处理的废水输送到所述催化氧化系统4中，并打开所述芬顿试剂投加装置42、所述催化剂投加装置43、所述超声波发生装置44和所述催化剂回收装置45，使废水通过所述催化氧化区41。

经过上述步骤处理后的废水达到排放标准，可以进行集中排放。

综上，本申请的工业废水处理系统和工业废水处理方法，采用磁混凝的方式提高混凝效果，减少混凝剂的使用，且设置磁粉分离装置13回收磁粉以循环利用，降低成本；通过电吸附加生物炭吸附的两级吸附系统代替单一的活性炭吸附，同时在生物炭吸附系统3中设置秸秆区31和污泥区32，有效提高废水中的有机污染物和氮磷等的吸附效果；采用芬顿催化氧化加超声波技术的联合工艺，利用超声波的空化作用产生大量自由基，提升污染物氧化降解的效率，并减少芬顿药剂使用量，减少后续污泥产生量，降低污泥处理成本。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业废水处理系统，其特征在于，包括：依次连通的混凝系统、电吸附系统、生物炭吸附系统和催化氧化系统，所述混凝系统与所述电吸附系统之间设有顶部开口的第一隔板，所述电吸附系统与所述生物炭吸附系统之间设有底部开口的第二隔板，所述生物炭吸附系统和催化氧化系统之间设有顶部开口的第三隔板；

所述混凝系统包括混凝区、磁粉投加装置和磁粉分离装置，所述磁粉投加装置设于所述混凝区的顶部，所述磁粉分离装置设于所述混凝区的底部，所述混凝区的进水口用于与待处理废水连通；

所述电吸附系统包括阴电极板和阳电极板，所述阴电极板和所述阳电极板分别设于所述第一隔板和所述第二隔板上，且所述阴电极板和所述阳电极板相对设置，所述阴电极板和阳电极板之间限定形成电吸附区；

所述生物炭吸附系统包括秸秆区和污泥区，所述秸秆区位于所述污泥区的上部，所述秸秆区和所述污泥区设于所述第二隔板和所述第三隔板之间；

所述催化氧化系统包括催化氧化区、芬顿试剂投加装置、催化剂投加装置、多个超声波发生装置和催化剂回收装置，所述芬顿试剂投加装置设于所述催化氧化区的顶部，所述催化剂投加装置设于所述催化氧化区的顶部，所述超声波发生装置设于所述催化氧化区的外周，所述催化剂回收装置设于所述催化氧化区的底部。

2.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，还包括第四隔板，所述第四隔板位于所述混凝区中，且所述第四隔板将所述混凝区分隔为底部连通的磁反应区和磁分离区，所述磁粉投加装置设于所述磁反应区的顶部，所述磁粉分离装置设于所述磁分离区的底部，所述混凝区的进水口位于所述磁反应区上。

3.根据权利要求2所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述磁分离区的底部设有磁粉收集槽，所述磁粉收集槽与所述磁粉分离装置连通。

4.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述磁粉分离装置为湿式磁鼓分离器。

5.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述阴电极板和所述阳电极板均为石墨电极。

6.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述秸秆区采用改性玉米秸秆生物炭材料，所述污泥区采用污泥生物炭材料。

7.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述超声波发生装置至少为四个，所述超声波发生装置两两相对地设置在所述催化氧化区的进水口和出水口之间。

8.根据权利要求1所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述催化氧化区的底部设有催化剂收集槽，所述催化剂收集槽与所述催化剂回收装置连通。

9.根据权利要求8所述的工业废水处理系统，其特征在于，所述催化剂回收装置为磁鼓分离器。

10.一种应用如权利要求1-9中任一项所述的工业废水处理系统的工业废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将废水输送到所述混凝系统中，并打开所述磁粉投加装置和所述磁粉分离装置，使废水通过所述混凝区；

将经过所述混凝系统处理的废水输送到所述电吸附系统中，并接通所述阴电极板和所述阳电极板，使废水通过所述电吸附区；

将经过所述电吸附系统处理的废水输送到所述生物炭吸附系统中，并使废水依次通过所述污泥区和所述秸秆区；

将经过所述生物炭吸附系统处理的废水输送到所述催化氧化系统中，并打开所述芬顿试剂投加装置、所述催化剂投加装置、所述超声波发生装置和所述催化剂回收装置，使废水通过所述催化氧化区。

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