CN102145967A - 一种处理餐饮废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了处理餐饮废水的装置及方法，以铁铝片为阳极，石墨片为阴极对餐饮费水进行脉冲直流电解，引发电絮凝反应，同时在电絮凝反应区通入超细微臭氧气泡，强化电絮凝反应，使电解产生的Fe²⁺迅速转变为Fe³⁺，使絮体体积变得更大，更有效地沉淀以除去废水中的大部分污染物，电絮凝产生的污泥进入活性污泥反应器和污泥浓缩挤出装置，含少量有机物的清水进入曝气-臭氧-紫外线联合处理降解池和光触媒微滤膜，最后通过细微多孔砂滤罐出水。可达到行业一级标准，该处理方法耐冲击负荷，出水水质稳定，工程中的耗材寿命长，可大大降低餐饮废水的处理费用。

Description

一种处理餐饮废水的装置及方法

[技术领域]

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种直流脉冲电絮凝-生物降解处理餐饮废水的方法与装置。

[技术背景]

餐饮废水污染物具有有机物含量大，悬浮物浓度大，水质变幅大和处理复杂等特点，一直以来都是废水处理的重点与难点，目前餐饮废水处理普遍采用生物法、混凝法等集中处理，具有投资大，工艺复杂等弱点。餐饮废水的复杂性与常规方法的集中处理模式，以及极高含量的有机物，是导致当前大量餐饮废水难以处理和不易达标排放的最直接原因。因此研究小规模的适合个体餐饮废水排放单位的集成餐饮费水处理方式对解决当前餐饮废水所导致的种种问题具有相当重要的现实意义。

电絮凝沉淀法是一种靠电流的电子传递作用使电极发生氧化还原反应而产生具有去污活性离子的方法，其产生的阳离子具有破坏废水中悬浮粒子的的带电特性，能使悬浮物聚集而沉淀，将污染物从废水中除去。通常用于水处理的电极材料为铁和铝或铁铝的混合物，阳极在电流的作用下失电子而发生溶解作用生成Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等阳离子，同时在阳极析出少量的O₂微气泡，在阴极上析出H₂微气泡，电絮凝的作用机理包括电解、脱稳、凝聚、气浮等过程，电解作用是指电阳极溶解产生阳离子的过程：电极在电流的作用下发生电解氧化还原反应，Fe或Al电极在阳极失电子产生Fe²⁺或Al³⁺。其中Fe²⁺在氧气的作用下迅速转变为Fe³⁺。水中的OH^-失电子生成O₂形成气泡逸出。在阴极，水分子解离形成的H+得电子生成H₂气泡逸出。脱稳作用是指阳极溶解产生的Fe³⁺、Al³⁺等离子与OH^-作用形成Fe(OH)₃和Al(OH)₃胶体物质与废水中的悬浮粒子发生电荷相互作用，使悬浮粒子脱除稳态而发生凝聚反应形成沉淀，然后再电解产生的O₂和H₂微气泡作用下吸附并浮载至水面，达到固液分离的效果。电解氧化还原包括两部分的内容，一是污染物直接与电解产生的Fe(OH)₃和Al(OH)₃胶体物质发生相互作用脱稳沉淀，二是电解过程中产生的OH·自由基具有极强的氧化性。能够无选择性地直接氧化废水中的有机污染物，产生CO₂和更简单的有机物。而向电絮凝反应器中通入臭氧则可大大强化这一过程，生成更多的OH·自由基增强氧化和电絮凝能力。产生的Fe²⁺也可以还原废水中的氧化性组分，生成Fe³⁺继续引发电絮凝反应。臭氧强化的电絮凝过程的反应式如下：

阳极：Fe-2e→Fe²⁺；2H₂O₂-4e→O₂+4H⁺

阴极：2H₂O+2e→H₂+2OH^-；

溶液中：2Fe²⁺+O₂+2H⁺→2Fe³⁺+H₂O₂，Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+HO·+OH^-，Fe²⁺+HO·→Fe³⁺+OH^-，Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂，Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃。

通入臭氧后：Fe²⁺+O₃→FeO²⁺+O₂，FeO²⁺+H₂O→Fe³⁺+HO·+OH^-

目前应用较为成熟的是直流电絮凝，但是其主要缺点是能耗高，电极容易钝化，交变脉冲电絮凝容易产生大量的热量，增加电絮凝反应的不确定因素，而直流脉冲电絮凝采用脉冲直流电，不断重复进行“供电-断电-供电”的过程，使阳极溶解的Fe²⁺、Al³⁺等金属离子能够随着废水流有效地进行絮凝反应从而防止在阳极生成沉淀沉积而钝化，由于施加的是脉冲信号，电极反应时断时续，有利于活性离子的扩散，有效降低浓差极化，能够最大程度地节省电能，提高电絮凝效率。

生物活性污泥过滤的方法是一种广泛用于处理生活污水或工业废水的装置，它一般由生化反应器和截滤膜组件构成，具有处理成本低，水质条件好，投资省的特点，但同时也具有一次性投资大，占地面积大，受天气气候影响比较大，工艺复杂等缺点，不适合小规模高有机物浓度的餐饮废水的处理。但是如果先通过电絮凝技术将餐饮废水中的大部分有机物除去，然后再利用生物活性污泥降解过滤的方法去除少量的有机物，则可避免生物法的缺点，发挥其优势，将电絮凝和生物膜过滤的优势进行整合，可大大提高废水的处理效率和降低处理成本。通过该融合方法处理的废水可直接达标排放或进入下一步的深度处理工艺以达到回用水的标准。

[发明内容]

本发明的目的在于：提供一种处理餐饮废水的装置及方法，该发明将直流脉冲电絮凝和膜生物活性污泥反应器，臭氧紫外线，砂滤联合使用应用于分散式餐饮废水的处理。直流脉冲电絮凝克服了电极的钝化和极化现象，具有能耗低、处理效率高的特点，同时具有气浮和电解氧化还原的作用，能够去除餐饮废水中的大部分污染物；SBR-砂滤联合利用微生物的生物降解作用和多孔滤料及活性污泥的过滤作用将小分子有机物分解除去，并且可有效降解废水中的氨氮等污染物；臭氧联合紫外线可将残留的小分子有机物直接氧化成CO₂、H₂O等无毒物质，而将最后的少量有机物除去，同时对出水进行杀菌消毒；最后的单独微孔砂滤处理可有效吸附废水中的各种金属离子，使最终的出水水质达到严格的排放标准。

本发明的目的是这样实现的：

一种处理餐饮废水的装置，包括顺次连通的废水调节池，电絮凝反应器，膜生物活性污泥层反应器，臭氧-紫外线氧化池和微孔砂滤罐，还设有一超微曝气器，该超微曝气器分别连通于所述电絮凝反应器，膜生物活性污泥层反应器和臭氧-紫外线氧化池的底部，所述的电絮凝反应器通过一隔膜泵连通于所述的膜生物活性污泥层反应器，所述的微孔砂滤罐的底部连通于所述废水调节池和电絮凝反应器的连通部，所述的膜生物活性污泥层反应器底部设有一污泥浓缩挤出分离装置。

作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：

进一步，上述的电絮凝反应器包括动铁阳电极，石墨块阴极以及脉冲直流电源，该动铁阳电极和石墨块阴极与脉冲直流电源电连接。

进一步，上述的膜生物活性污泥层反应器包括层叠的不同孔径的多孔滤料层，该多孔滤料层的层与层之间隔着微孔滤膜，该微孔滤膜越往上层孔径越小。

进一步，上述的臭氧-紫外线氧化池内部设有光触媒微滤膜和紫外灯。

进一步，上述的微孔砂滤罐为圆柱形，其内部装有超细颗粒的多孔陶瓷滤料。

进一步，上述的膜生物活性污泥层反应器以大孔径滤料为主骨架，以海绵网和纤维素絮团为填充物培育多孔道活性污泥与微孔纤维素薄膜。

一种处理餐饮废水的方法，所述的方法使用了上述的一种处理餐饮废水的装置，该方法包括如下步骤：

(1)废水在调节池混合均匀后，进入电絮凝反应器进行电絮凝反应，在电极板上施加脉冲直流电；

(2)在电絮凝反应过程中，可溶性的阳极产生的金属离子经过水解、聚合作用，产生Fe(OH)₃、Al(OH)₃等氢氧化物絮凝剂，该絮凝剂与废水中的蛋白质、多糖等高分子有机污染物发生相互作用生成污染物絮凝团，同时在阳极上因电解水析出的氧气微气泡和阴极上析出的氢气微气泡连同臭氧超微曝气产生的微气泡吸附污染物絮凝团浮升到水面，产生气浮效应达到固液分离的效果，与此同时，废水电解过程和臭氧超微曝气过程产生的OH^-连同氧气和臭氧本身可将大分子的有机物氧化成为小分子的有机物，部分小分子物质则完全氧化分解，在此过程中，废水中的大部分有机物被除去；

(3)废水经电絮凝反应器处理后进入膜生物活性污泥层反应器，与此连通的超微曝气装置将大大增加废水中的溶氧量，提高微生物降解污染物的效率，废水中的氨氮磷等营养元素及小分子有机物均可有效除去；

(4)膜生物活性污泥层反应器出水再进入臭氧-紫外线氧化池，臭氧发生器产生的臭氧一部分供给电絮凝反应器，其余部分则输入臭氧-紫外线氧化池进行曝气，臭氧在紫外线的照射下分解与水反应产生大量的OH^-活性自由基对膜生物活性污泥层反应器出水进行杀菌、消毒、除臭，光触媒微滤膜在紫外灯的照射下产生的OH^-强化了这一过程，并可在光触媒微滤膜两侧形成微电极，降解微滤孔中的有机物，有效防止膜孔阻塞，大大提高微滤膜的使用寿命；

(5)经臭氧氧化后的出水最后经过微孔砂滤罐中的多孔陶瓷滤料过滤除去多余的金属离子，同时随着时间的推移，臭氧-紫外线氧化池出水中的微量有机质在微孔砂滤罐中缓慢积累，缓慢形成微型过滤器使微孔砂滤罐出水水质更加优良。

进一步，上述的脉冲直流电的电流强度为1～10A，直流脉冲占空比为0.6。

进一步，当微孔砂滤罐的出水有机质含量增加时，可采用反冲洗的方式将有机质回流至电絮凝反应器重新开始电絮凝生物膜过滤，臭氧-紫外线氧化的水处理过程，最终出水水质可达到行业一级标准。

餐饮垃圾经过固液分离装置后，废水进入储存池混合均匀，然后进入电絮凝反应器，在电极板上施加直流脉冲电流，电流强度为6A，占空比为0.6，直流脉冲周期为5s，阴极材料为石墨碳电极，阳极为块状、球状的废铁、废铝颗粒/块，可通过特殊的漏斗直接投料进入电絮凝池，在电絮凝池的底部设置了一个超微曝气器，气泡中含有大量的经臭氧发生器产生的臭氧。在此过程中，直流脉冲电流可以减轻电极板分子的钝化和极化问题，动阳极与超微气泡的结合可大大提高电絮反应的效率。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：工艺流程简单灵活，不需要外加化学试剂，维护管理方便简单，出水水质稳定，集成度高，可进行自动化控制，可应用于小规模的分散式的餐馆，酒店等餐饮废水的处理，对于控制餐饮废水的污染问题具有非常重要的现实意义。

[附图说明]

附图为本发明的结构示意图。

[具体实施方式]

以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步详细说明，应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图所示，本实施例包括顺次连通的废水调节池1，电絮凝反应器2，膜生物活性污泥层反应器3，臭氧-紫外线氧化池4和微孔砂滤罐7，还设有一超微曝气器9，该超微曝气器9分别连通于所述电絮凝反应器2，膜生物活性污泥层反应器3和臭氧-紫外线氧化池4的底部，电絮凝反应器2通过一隔膜泵11连通于膜生物活性污泥层反应器3，微孔砂滤罐7的底部连通于废水调节池1和电絮凝反应器2的连通部，膜生物活性污泥层反应器3底部设有一污泥浓缩挤出分离装置10。

本实施例的电絮凝反应器2包括动铁阳电极，石墨块阴极以及脉冲直流电源8，该动铁阳电极和石墨块阴极与脉冲直流电源8电连接。

本实施例的膜生物活性污泥层反应器3包括层叠的不同孔径的多孔滤料层，该多孔滤料层的层与层之间隔着微孔滤膜，该微孔滤膜越往上层孔径越小。

本实施例的臭氧-紫外线氧化池4内部设有光触媒微滤膜6和紫外灯5。

本实施例的微孔砂滤罐7为圆柱形，其内部装有超细颗粒的多孔陶瓷滤料。

本实施例的膜生物活性污泥层反应器3以大孔径滤料为主骨架，以海绵网和纤维素絮团为填充物培育多孔道活性污泥与微孔纤维素薄膜。

本实施例的方法使用了上述的一种处理餐饮废水的装置，该方法包括如下步骤：

(1)废水在调节池混合均匀后，进入电絮凝反应器进行电絮凝反应，在电极板上施加脉冲直流电；

(2)在电絮凝反应过程中，可溶性的阳极产生的金属离子经过水解、聚合作用，产生Fe(OH)₃、Al(OH)₃等氢氧化物絮凝剂，该絮凝剂与废水中的蛋白质、多糖等高分子有机污染物发生相互作用生成污染物絮凝团，同时在阳极上因电解水析出的氧气微气泡和阴极上析出的氢气微气泡连同臭氧超微曝气产生的微气泡吸附污染物絮凝团浮升到水面，产生气浮效应达到固液分离的效果，与此同时，废水电解过程和臭氧超微曝气过程产生的OH^-连同氧气和臭氧本身可将大分子的有机物氧化成为小分子的有机物，部分小分子物质则完全氧化分解，在此过程中，废水中的大部分有机物被除去；

(3)废水经电絮凝反应器处理后进入膜生物活性污泥层反应器，与此连通的超微曝气装置将大大增加废水中的溶氧量，提高微生物降解污染物的效率，废水中的氨氮磷等营养元素及小分子有机物均可有效除去；

(4)膜生物活性污泥层反应器出水再进入臭氧-紫外线氧化池，臭氧发生器产生的臭氧一部分供给电絮凝反应器，其余部分则输入臭氧-紫外线氧化池进行曝气，臭氧在紫外线的照射下分解与水反应产生大量的OH^-活性自由基对膜生物活性污泥层反应器出水进行杀菌、消毒、除臭，光触媒微滤膜在紫外灯的照射下产生的OH^-强化了这一过程，并可在光触媒微滤膜两侧形成微电极，降解微滤孔中的有机物，有效防止膜孔阻塞，大大提高微滤膜的使用寿命；

(5)经臭氧氧化后的出水最后经过微孔砂滤罐中的多孔陶瓷滤料过滤除去多余的金属离子，同时随着时间的推移，臭氧-紫外线氧化池出水中的微量有机质在微孔砂滤罐中缓慢积累，缓慢形成微型过滤器使微孔砂滤罐出水水质更加优良。

本实施例的脉冲直流电的电流强度为1～10A，直流脉冲占空比为0.6。

当微孔砂滤罐的出水有机质含量增加时，可采用反冲洗的方式将有机质回流至电絮凝反应器重新开始电絮凝生物膜过滤，臭氧-紫外线氧化的水处理过程，最终出水水质可达到行业一级标准。

餐饮垃圾经过固液分离装置后，废水进入储存池混合均匀，然后进入电絮凝反应器，在电极板上施加直流脉冲电流，电流强度为6A，占空比为0.6，直流脉冲周期为5s，阴极材料为石墨碳电极，阳极为块状、球状的废铁、废铝颗粒/块，可通过特殊的漏斗直接投料进入电絮凝池，在电絮凝池的底部设置了一个超微曝气器，气泡中含有大量的经臭氧发生器产生的臭氧。在此过程中，直流脉冲电流可以减轻电极板分子的钝化和极化问题，动阳极与超微气泡的结合可大大提高电絮反应的效率。

以下通过例举应用实例来说明本发明的处理效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。

实例一：废水来源为某餐馆餐饮废水，水质条件为：COD_cr含量为3500～5000mg/L，BOD₅含量为1500～2000mg/L，SS含量为1000mg/L，氨氮含量为900mg/L。设置直流脉冲电流强度为6A，直流脉冲周期为0.2Hz，占空比为0.6，紫外灯功率为5W，微孔砂滤罐的砂滤层高度为100cm时，最终出水水质为：COD_cr含量小于100mg/L，BOD₅含量小于60mg/L，SS含量小于5mg/L，氨氮浓度小于20mg/L，污染物去除率达到90％以上，出水可作为杂用水回用。

实例二：废水来源为某酒店餐饮废水，水质条件为：COD_cr含量为3000～4500mg/L，BOD₅含量为1400～1800mg/L，SS含量为980mg/L，氨氮含量为850mg/L。设置直流脉冲电流强度为6A，直流脉冲周期为0.2Hz，占空比为0.6，紫外灯功率为5W，微孔砂滤罐的砂滤层高度为100cm时，最终出水水质为：COD_cr含量小于90mg/L，BOD₅含量小于60mg/L，SS含量小于5mg/L，氨氮浓度小于20mg/L，污染物去除率达到90％以上，出水可作为杂用水回用。

上述实施例为本发明较佳的实施例，倘若对本发明的这些修改和变型，属于本发明权利要求及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：包括顺次连通的废水调节池，电絮凝反应器，膜生物活性污泥层反应器，臭氧-紫外线氧化池和微孔砂滤罐，还设有一超微曝气器，该超微曝气器分别连通于所述电絮凝反应器，膜生物活性污泥层反应器和臭氧-紫外线氧化池的底部，所述的电絮凝反应器通过一隔膜泵连通于所述的膜生物活性污泥层反应器，所述的微孔砂滤罐的底部连通于所述废水调节池和电絮凝反应器的连通部，所述的膜生物活性污泥层反应器底部设有一污泥浓缩挤出分离装置。

2.根据权利要求1所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的电絮凝反应器包括动铁阳电极，石墨块阴极以及脉冲直流电源，该动铁阳电极和石墨块阴极与脉冲直流电源电连接。

3.根据权利要求1所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的膜生物活性污泥层反应器包括层叠的不同孔径的多孔滤料层，该多孔滤料层的层与层之间隔着微孔滤膜，该微孔滤膜越往上层孔径越小。

4.根据权利要求1所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的臭氧-紫外线氧化池内部设有光触媒微滤膜和紫外灯。

5.根据权利要求1所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的微孔砂滤罐为圆柱形，其内部装有超细颗粒的多孔陶瓷滤料。

6.根据权利要求3所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的膜生物活性污泥层反应器以大孔径滤料为主骨架，以海绵网和纤维素絮团为填充物培育多孔道活性污泥与微孔纤维素薄膜。

7.一种处理餐饮废水的方法，所述的方法使用了根据权利要求1-6所述的一种处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：

(1)废水在调节池混合均匀后，进入电絮凝反应器进行电絮凝反应，在电极板上施加脉冲直流电。

(2)在电絮凝反应过程中，可溶性的阳极产生的金属离子经过水解、聚合作用，产生Fe(OH)₃、Al(OH)₃等氢氧化物絮凝剂，该絮凝剂与废水中的蛋白质、多糖等高分子有机污染物发生相互作用生成污染物絮凝团，同时在阳极上因电解水析出的氧气微气泡和阴极上析出的氢气微气泡连同臭氧超微曝气产生的微气泡吸附污染物絮凝团浮升到水面，产生气浮效应达到固液分离的效果，与此同时，废水电解过程和臭氧超微曝气过程产生的OH^-连同氧气和臭氧本身可将大分子的有机物氧化成为小分子的有机物，部分小分子物质则完全氧化分解，在此过程中，废水中的大部分有机物被除去。

(3)废水经电絮凝反应器处理后进入膜生物活性污泥层反应器，与此连通的超微曝气装置将大大增加废水中的溶氧量，提高微生物降解污染物的效率，废水中的氨氮磷等营养元素及小分子有机物均可有效除去。

(4)膜生物活性污泥层反应器出水再进入臭氧-紫外线氧化池，臭氧发生器产生的臭氧一部分供给电絮凝反应器，其余部分则输入臭氧-紫外线氧化池进行曝气，臭氧在紫外线的照射下分解与水反应产生大量的OH^-活性自由基对膜生物活性污泥层反应器出水进行杀菌、消毒、除臭，光触媒微滤膜在紫外灯的照射下产生的OH^-强化了这一过程，并可在光触媒微滤膜两侧形成微电极，降解微滤孔中的有机物，有效防止膜孔阻塞，大大提高微滤膜的使用寿命。

(5)经臭氧氧化后的出水最后经过微孔砂滤罐中的多孔陶瓷滤料过滤除去多余的金属离子，同时随着时间的推移，臭氧-紫外线氧化池出水中的微量有机质在微孔砂滤罐中缓慢积累，缓慢形成微型过滤器使微孔砂滤罐出水水质更加优良。

8.根据权利要求7所述的一种处理餐饮废水的方法，其特征在于：所述的脉冲直流电的电流强度为1～10A，直流脉冲占空比为0.6。

9.根据权利要求7所述的一种处理餐饮废水的方法，其特征在于：当微孔砂滤罐的出水有机质含量增加时，可采用反冲洗的方式将有机质回流至电絮凝反应器重新开始电絮凝生物膜过滤，臭氧-紫外线氧化的水处理过程，最终出水水质可达到行业一级标准。

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