CN101269898B - 一种印染废水深度处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种印染废水深度处理装置，由格栅池、预沉池、酸碱调节池、脱色反应池、沉淀池、中和池、提升配水池、滤池和二沉池构成，所述脱色反应池中设有厚度为10-20cm的铁屑层及搅拌器，所用铁屑最大粒径不超过5mm。本发明处理印染废水适用范围广，具有较好的污染物去除效果，而且可以根据需要适当增减生物地质滤池的级数和规模。操作简单、运行管理方便，系统运行过程中产生的二次污染很少，充分利用了水体的自净能力。低能耗、低投资和低运行管理费用，系统所需的铁屑和天然河砂来源广泛，具有非常显著的环境效益和社会效益。

Description

一种印染废水深度处理装置 

技术领域

本发明属于印染废水的深度处理技术领域，具体地说涉及一种印染废水深度处理装置。 

背景技术

印染废水具有水量大、有机物浓度高、色度高、无机盐含量高、成份复杂、可生化性差等特点，由于治理率低，印染废水的排放给水环境带来严重的污染。排入江湖、大海和地面水后，残留的染料分子能够吸收光线，降低水体透明度，影响水生生物和微生物的生长，不利于水体自净，同时易造成视觉上的污染。所含有的有毒有害物质对人体、动植物、生态环境的污染危害也相当大，影响到人类的健康和生态的平衡。国内外常用物化法和生物法进行处理，物化法包括吸附、膜分离、萃取、混凝、氧化、光催化等，生物法主要包括厌氧、好氧以及两者联用等，现有的处理系统一般由以上两种或者多种方法组成。 

由于近年来化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使新型染料、PVA浆料、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，给处理增加了难度。原有的生物处理系统COD去除率大都由原来的70％下降到50％左右，甚至更低。此外，PVA等化学浆料造成的COD占印染废水总COD的比例相当大，但由于它们很难被普通微生物所利用而使其去除率只有20％-30％，经物化-生化-物化处理后的出水COD约200mg/L左右，难以达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-92)的一、二级排放要求。同时染料的品种越来越多，印染废水水质波动大，种类多，毒性高，对温度和pH条件要求较苛刻的微生物很难适应，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物降解的方向发展，使得废水成分越来越复杂，从而越来越难以用一般的方法进行处理。 

发明内容

为了克服现有的印染废水处理系统所面临的处理效率差、成本高的问题，本发明提供一种印染废水深度处理装置，该装置处理效率较高、成本较低。 

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种印染废水深度处理装置，由格栅池、预沉池、酸碱调节池、脱色反应池、沉淀池、中和池、提升配水池、滤池和二沉池构成， 所述脱色反应池中设有厚度为10-20cm的铁屑层及搅拌器，所用铁屑最大粒径不超过5mm。 

所述沉淀池进水口处装有喷头，喷孔孔径为5-10mm。 

所述滤池为生物地质组合滤池；所述生物地质组合滤池由上层滤池、中层滤池和下层滤池组成，上层滤池和中层滤池的底板为孔状结构，下层滤池设有出水口，每层滤池上部均呈与大气相通的开放状态。 

所述生物地质组合滤池的填料为经过筛分的自然河砂，上层滤池内填料粒径为2-5mm，中层滤池内填料粒径为1-2mm，下层滤池内填料粒径为1mm以下。 

本发明上层滤池、中层滤池和下层滤池高度均为0.8m，填料层高度均为0.5m，每层滤池上部保留0.3m的储水空间。 

本发明采用零价铁脱色技术，主要利用了以下三个方面的特殊优势：(1)提高污水可生化性，减轻后续生物地质组合滤池的负担，提高处理效率；(2)脱色反应降低污水色度以满足达标排放；(3)脱色反应生成物具有较好的絮凝沉降性能，通过絮凝去除部分污染物。在脱色反应池中设置铁屑层及搅拌器，在处理印染废水的过程中，铁屑中的铁-碳构成一个完整的微电池回路，发生电极反应，形成微观电池，阴极产物新生态[H]有较高化学活性，能够破坏染料分子的发色结构，将大分子物质降解为小分子物质，阳极产物Fe²⁺、Fe³⁺具有混凝作用，最终形成絮体沉降，废水中的悬浮物和染料被其吸附凝聚，由此实现微电解法处理印染废水的目的，微电解处理印染废水是铁的还原作用、氢的还原作用、电场作用和铁离子的絮凝作用共同作用的结果，其中铁和氢的还原作用使染料分子的发色基团断裂起主要作用。 

阳极：Fe-2e→Fe²⁺       E⁰(Fe²⁺/Fe)＝-0.44V            (1) 

阴极：2H⁺+2e→2[H]→H₂     E⁰(H⁺/H₂)＝0.00V            (2) 

有O₂时：O₂+4H⁺+4e→2H₂O       E⁰(O₂)＝1.23V            (3) 

        O₂+2H₂O+4e→4OH^-          E⁰(O₂/OH^-)＝0.40V    (4) 

由于铁屑易结块出现沟流现象、电极反应的产物容易在铁屑表面沉积使铁屑钝化，从而大大降低零价铁的处理效果，若定期进行反冲洗或用稀酸浸泡活化，会增加后续工段的负担，同时也会影响系统的负荷能力并增加额外成本；本发明通过采用机械搅拌的方式完全解决了铁屑失去活性的问题。采用机械搅拌的方式，由于铁屑之间的不断摩擦，有效的 避免了零价铁表面钝化的影响，不用考虑铁屑的活化问题，只需要定期补充铁屑即可。同时，产生的大量Fe²⁺、Fe³⁺会随着废水流入沉淀池，充分利用Fe²⁺、Fe³⁺在水溶液中的絮凝沉降性能，去除部分有机污染物，减轻后续生物处理负荷。采用本发明装置处理印染废水处理效率高、成本低。 

附图说明

图1为本发明废水处理装置结构框图； 

图2为本发明脱色反应池结构示意图； 

图3为本发明生物地质组合滤池结构示意图。 

具体实施方式

本发明处理装置如图1所示，由格栅池1、预沉池2、酸碱调节池3、脱色反应池4、沉淀池5、中和池6、提升配水池7、生物地质组合滤池8和二沉池9构成，其中的格栅池1、预沉池2、酸碱调节池3、沉淀池5、中和池6、提升配水池7和二沉池9均可采用现有技术，所述脱色反应池(图2)中设有厚度为10-20cm的铁屑层10及搅拌器11，所用铁屑最大粒径不超过5mm。印染废水经过格栅池1和预沉池2后去除悬浮物和大颗粒杂质，于酸碱调节池内调节pH至5-6之间，后于脱色反应池4内反应10-30分钟，沉淀池5的作用是絮凝沉降去除脱色反应过程中产生的大量Fe²⁺、Fe³⁺形成的胶体，在中和池6内调节pH至中性以适应生物地质组合滤池8内微生物的生长，出水在二沉池经沉降去除微生物絮体后排放或回用。 

申请人发现，原水的初始pH对处理效果影响显著，原水pH较低时，处理效果更好；反应时间对处理效果的影响较大，反应时间越长，处理效果越好，但是反应时间过长会产生过量的Fe²⁺、Fe³⁺而影响出水色度。综合考虑处理效果和废水对处理设备的腐蚀的影响，废水以初始pH为5-6，反应时间为10-30min为宜，此条件下色度的去除率可达到90％以上，COD的去除率可达40％-50％。 

在偏酸性的条件下，处理废水时不断生成Fe²⁺，能有效地克服阳极的极化作用，从而促进铁的电化学腐蚀，使大量的Fe²⁺进入溶液。随着pH的升高，溶液中Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，当pH升至碱性并有氧存在时，会生成Fe(OH)₂和Fe(OH)₃，在碱性溶液中，Fe³⁺形成Fe(OH)₃胶体，Fe(OH)₃可被水解为[Fe(OH)]²⁺、[Fe(OH)₂]⁺等络离子，它们都有很强的絮凝性能，并进一步水解形成铁的单核络合物，随着水解反应的进行，铁的单核络合物逐渐形成多核聚合度大的高分子络合物。 

更高度的氢氧化物交联体由下列反应形成： 

本发明就是充分利用这些络合物具有较高的吸附絮凝活性的特性，有效地吸附废水中的胶体颗粒和杂质，这样可以吸附凝聚废水中原有的悬浮物以及通过微电解作用的不溶物和构成色度的不溶物，从而使废水得以净化，减轻后续生物处理的负荷。 

为了使废水与氧气充分接触而促进Fe²⁺转化为Fe³⁺，本发明在沉淀池上方的进水口处装有孔径为5-10mm的喷头，使废水从脱色反应池进入沉淀池时能够充分复氧。 

本发明构建的生物地质组合滤池的原理来源于污水快速渗滤(Rapid Infiltration简称RI)土地处理系统和人工快速渗滤(Constructed Rapid Infiltration简称CRI)污水处理系统，RI系统是污水土地处理系统的一种生物处理方法，它是将污水有控制地投放于渗透性能较好的土地表面，使其在向下渗透过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到污水净化的目的，CRI系统是对RI系统的一种改进，采用了如天然河砂等渗透性能良好的渗滤介质，使渗滤系统的水力负荷有所提高，目前已在深圳等城市用于生活污水和受污染河水的处理。现有的RI和CRI系统一般用于处理轻污染水体，很难适应高浓度有机废水的处理，针对这个问题，本发明采用了多级渗滤技术，使脱色后的印染废水依次通过由不同粒径组成的多个渗滤池，遵循由粗到细、由上至下的方式，充分利用废水的自然重力下落，不但提高了系统的处理效率和水力负荷，而且节省能源，降低了处理成本。 

如图3所示，本发明生物地质组合滤池部分采用三级渗滤技术，由上层滤池12、中层滤池13和下层滤池14组成。所用填料均为筛分过(5mm、2mm、1mm筛)的自然河砂，上层滤池12中填料粒径为2-5mm，中层滤池13中填料粒径为1-2mm，下层滤池14中填料粒径为1mm以下，每个渗滤池高度为0.8m，填料层高度为0.5m，上部留有0.3m的保护空间和储水空间15、16、17，池与池之间留有一定距离，使每个渗滤池均与大气相通，进水管18布满5-10mm小孔，上层滤池和中层滤池二底板为网孔结构19、20，作用是均 匀布水和自然复氧。下层滤池设有出水口。废水经提升配水池均匀布水进入上层滤池12，后自然下落进入中层滤池13，再由中层滤池13自然下落进入下层滤池14后由下层滤池的出水口排入二沉池9。采用间歇式进水-落干的污水处理方式。 

本发明的处理效果和优点 

本发明用于武汉某染料厂废水的小试试验证明本发明处理高浓度印染废水具有较好的效果，出水色度和COD可以达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-92)的一级标准。 

本发明与常规处理系统相比有较明显的优势： 

(1)处理印染废水适用范围广，具有较好的污染物去除效果，而且可以根据需要适当增减生物地质滤池的级数和规模。 

(2)操作简单、运行管理方便，系统运行过程中产生的二次污染很少，充分利用了水体的自净能力。 

(3)低能耗、低投资和低运行管理费用，系统所需的铁屑和天然河砂来源广泛，具有非常显著的环境效益和社会效益。 

本发明是对现有工艺和理论的重大改进，具体表现在以下两点： 

(1)脱色反应池采用机械搅拌的方式，是对常规的铁屑固定床的重大改进，只需要较小的动力保证铁屑不断移动即可，由于铁屑之间的不断摩擦，有效的避免了零价铁表面钝化的影响，不用考虑铁屑的活化问题，随着铁屑量的不断减少，只需要定期补充铁屑即可，摩擦脱落的Fe²⁺、Fe³⁺不但没有造成二次污染和增加处理负担，反而在沉淀池中絮凝沉降，完全取代人工投加絮凝剂，有效降低成本。 

(2)生物地质组合滤池中的填料经过筛分，逐级去除废水中的不同粒径的有机污染物，不但提高了处理效率，而且克服了RI和CRI系统面临的堵塞后自然恢复需要较长时间的问题，根据间歇式进水-落干渗滤处理理论和实验验证，渗滤系统有效过滤截留和降解污染物主要发生在好氧部分，而上部30-50cm部分在落干期的复氧效果最好，堵塞后所需自然恢复时间最少，本发明就是根据这一研究成果构建了多级渗滤系统，保证系统在较高的水力负荷条件下稳定运行。 

Claims (4)

1.一种印染废水深度处理装置，由格栅池、预沉池、酸碱调节池、脱色反应池、沉淀池、中和池、提升配水池、滤池和二沉池构成，其特征在于：脱色反应池中设有厚度为10-20cm的铁屑层及搅拌器，所用铁屑粒径不超过5mm；沉淀池进水口处装有喷头，喷孔孔径为5-10mm。

2.根据权利要求1所述的印染废水深度处理装置，其特征在于：滤池为生物地质组合滤池；所述生物地质组合滤池由上层滤池、中层滤池和下层滤池组成，上层滤池和中层滤池的底板为孔状结构，下层滤池设有出水口，每层滤池上部均呈与大气相通的开放状态。

3.根据权利要求2所述的印染废水深度处理装置，其特征在于：生物地质组合滤池的填料为经过筛分的自然河砂，上层滤池内填料粒径为2-5mm，中层滤池内填料粒径为1-2mm，下层滤池内填料粒径为1mm以下。

4.根据权利要求3所述的印染废水深度处理装置，其特征在于：上层滤池、中层滤池和下层滤池高度均为0.8m，填料层高度均为0.5m，每层滤池上部保留0.3m的储水空间。

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