CN102206011A

CN102206011A - 一种混凝-氧化组合式污水处理方法

Info

Publication number: CN102206011A
Application number: CN 201010139468
Authority: CN
Inventors: 邓旭亮; 杜龙弟; 荣丽丽; 张春燕; 王桂芝; 吴林美; 刘长福; 王薇; 荣国海
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: CN102206011B

Abstract

本发明涉及一种混凝-氧化组合式污水处理方法；采用一个带有自动控制系统的反应池，使混凝过程和芬顿氧化过程在其中依次进行，首先用芬顿氧化过程完成并调节pH值至中性后静置分离所得到的固体沉淀作为混凝剂，在反应池中对待处理污水进行混凝处理，之后静置分离，沉降污泥经反应池下部的集泥斗流出，进入后续污泥处理系统；再向反应池中加入芬顿试剂进行氧化处理，调节pH值至中性后再次静置分离，上清液作为出水排出，生成的中性固体沉淀再利用，作为下一混凝过程的混凝剂；方法适用于污水深度处理和难降解有机污水的达标处理，设备简单，占地面积小，运行管理方便，混凝沉降和芬顿氧化反应在一个反应池中完成，整个处理过程实现自动化控制。

Description

一种混凝-氧化组合式污水处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其适用于污水深度处理和难降解有机污水的达标处理，涉及一种混凝-芬顿氧化组合式污水处理方法。

背景技术

在当前公民环保意识逐渐提高、国家环保法规日益严格、节能减排工作持续推进的时代背景下，污水深度处理和难降解有机污水的达标处理逐渐成为了我国乃至世界水处理领域的研究热点。理论和实践经验表明，传统的生物处理方法对于二级处理出水和难降解有机废水中难降解有机物的处理效果有限，而尽管以混凝和氧化为代表的物理化学处理方法及其组合工艺成本相对较高，但却是行之有效的处理手段。

混凝法可有效去除水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物，对于某些溶解性物质也有一定的去除效果，是污水深度处理和难降解有机污水处理中常用的一种预处理技术。但采用混凝法需要较大的投药量，即便如此，单一的混凝处理通常无法保证理想的出水水质，必须加设后续处理单元。

高级氧化技术可以有效地去除水中难生物降解的复杂有机物。高级氧化技术产生和利用羟基自由基(HO^·)作为强氧化剂，具有氧化能力强、反应速率快、对有机物的选择性小、处理效率高、在常温常压下即可进行等显著优点，与溶解组分反应时可激活一系列氧化反应，直至该组分被完全矿化。芬顿试剂法是目前应用较广泛的一种高级氧化技术。芬顿试剂是Fe²⁺和H₂O₂的结合，与其他高级氧化技术相比，芬顿试剂具有设备要求低、操作简单、运行管理方便、可产生絮凝等优点。但是芬顿试剂法存在一个显著的弊端，即大量的含铁污泥需要进行后续处理。

采用混凝去除水中呈胶体和悬浮状态的污染物、氧化去除水中的溶解性污染物的混凝-氧化组合工艺，在近年来也已得到了广泛的研究和应用，并获得了良好的处理效果。CN101570368A公开了一种通过芬顿氧化处理废水的方法，采用絮凝沉淀-芬顿氧化的组合工艺，通过将芬顿氧化过程沉降下来的酸性沉淀回流至前端的混合器，可以大大减少酸碱的消耗量，还可以减少废水中的盐含量，使废水处理效果显著提高。但该组合工艺的不足之处在于：(1)混凝沉降和芬顿氧化需要在两个串联的反应池中进行，造成投资运行费用的增大和操作过程的复杂化；(2)芬顿氧化过程在酸性条件下以Fe(OH)₃沉降下来的Fe³⁺量较少，絮凝效果有限，因而需要加入助凝剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便、成本低廉、二次污染小的混凝-氧化组合式污水处理方法。

本发明所述的混凝-氧化组合式污水处理方法是采用混凝过程和芬顿氧化过程在同一个带有自动控制系统的反应池中依次进行，首先用芬顿氧化过程完成并调节pH值至中性后静置分离所得到的固体沉淀作为混凝剂，在反应池中对待处理污水进行混凝处理，之后静置分离，沉降污泥经反应池下部前集泥斗流出，进入后续污泥处理系统；再向反应池中加入芬顿试剂进行氧化处理，调节pH值至中性后再次静置分离，上清液作为出水排出，生成的中性固体沉淀再利用，作为下一混凝过程的混凝剂。本发明技术可用于污水的最终处理装置，也可作为生化装置或污水回用系统的预处理装置。

混凝过程的适宜操作条件如下：pH值为2.0～6.0，搅拌时间为5～60min，沉降时间为5～45min，混凝剂的投加量为芬顿氧化过程所产生中性固体沉淀量的20～100％。优选操作范围如下：pH值为3.5～4.5，搅拌时间为15～30min，沉降时间为15～30min，混凝剂的投加量为芬顿氧化过程所产生中性固体沉淀量的75～100％。

芬顿氧化处理的适宜操作条件如下：pH值为2.0～4.0，反应时间为30～300min，芬顿试剂的总投加量按H₂O₂/COD(质量比)＝0.5～4.5和Fe²⁺/COD(质量比)＝0.1～4.5来确定。二次沉淀阶段的pH值为6.0～9.0，沉降时间为5～45min。优选操作条件范围如下：pH值为2.0～3.0，反应时间为90～180min，芬顿试剂的总投加量为H₂O₂/COD(质量比)＝1.0～2.0和Fe²⁺/COD(质量比)＝0.5～2.0。二次沉淀阶段的pH值为7.5～8.5，沉降时间为15～30min。

自动控制系统包括计算机、过程控制器、在线pH值控制系统(包括pH值传感器和酸碱自动投加设备)、在线水位控制系统、在线污泥浓度测定仪、变速搅拌器、电磁阀和滗水器。pH值传感器、污泥浓度传感器和水位传感器均与计算机连接，计算机的数据信号输出接口连接过程控制器，过程控制器的继电器分别与阀门、泵、变速搅拌器和滗水器相连接。反应池采用间歇式运行方式，通过过程控制器设定每个运行周期包含进水、混凝、一次沉淀、一次排泥、氧化、二次沉淀、排水、二次排泥和待机九个工序，每个工序的操作参数和时间长短可依据处理水质和处理要求适当调整：

(1)进水：待处理水进入反应池，与上一运行周期残留的固体沉淀(或第一次运行时人工加入的混凝剂)均匀混合，通过在线pH值调节系统调节pH值；

(2)混凝：快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，水中悬浮态和胶体污染物凝聚形成大颗粒固体物质；

(3)一次沉淀：停止搅拌，固体沉淀沉降至集泥斗内，与上清液分离；

(4)一次排泥：固体沉淀通过集泥斗排出，至污泥浓度为设定值时停止；

(5)氧化：投加芬顿试剂，通过在线pH值控制系统调节pH值，快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，水中溶解态污染物在羟基自由基的作用下完全矿化；

(6)二次沉淀：调节pH值至中性后停止搅拌，静置使固体沉淀沉降至集泥斗内，与上清液分离；

(7)排水：上清液通过滗水器排出；

(8)二次排泥：根据混凝剂的投加量确定排泥量，通过集泥斗排出；

(9)待机：排泥停止后完成了一个运行周期，进入待机阶段。

本发明的技术原理简述如下：混凝过程中，经过充分混合，水中呈微小悬浮颗粒和胶体颗粒在混凝剂的作用下，通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥以及沉析物网捕等一系列反应，形成絮凝体，通过沉降得以去除。在某些物质的去除过程中，还可能存在物理吸附和络合等反应。芬顿氧化过程中，氧化剂H₂O₂在催化剂Fe²⁺的作用下，产生具有更强氧化性能的羟基自由基(HO^·)，可以分解常规氧化剂(包括H₂O₂、O₃等)不能氧化的化合物，使之完全矿化生成CO₂和H₂O，或者部分氧化生成可生化性较好的小分子有机物。Fe²⁺在反应过程中转化为Fe³⁺，在中性条件下以Fe(OH)₃的形式沉降下来，与出水分离后再酸化生成Fe³⁺，可用作混凝过程的混凝剂。芬顿氧化的反应方程式可简单表示为：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+HO^g+OH^-

本发明具有以下有益效果：

1.设备简单，占地面积小，运行管理方便。混凝沉降和芬顿氧化反应在一个反应池中完成，且整个处理过程实现自动化控制；

2.无需外加混凝剂，运行成本低。混凝剂为上一运行周期中芬顿氧化过程产生的中性固体沉淀，无需另行投加；

3.大幅降低二次污染，削减后续处理费用。传统芬顿氧化过程产生的固体沉淀需要作为废弃物外排，本发明对其进行再利用，相应地减少了其排放量，降低了后续污泥处理的运行费用；

4.处理效率高，出水水质好。混凝沉降与高级氧化联用，对水中的溶解态、悬浮态和胶体污染物进行了充分的去除。

附图说明

图1混凝-氧化组合式污水处理工艺的流程示意图。

1-调节池；2-出料阀；3-进水泵；4-储碱罐；5-储酸罐；6-H₂O₂储池；7-亚铁溶液储池；8-加料泵；9-进料阀；10-反应池；11-集泥斗；12-排泥阀；13-变速搅拌机；14-水位传感器；15-pH值传感器；16-污泥浓度传感器；17-滗水器；18-排泥泵；19-在线污泥浓度测定仪；20-在线pH测定仪；21-水位测定仪；22-计算机；23-过程控制器。

具体实施方式

本发明所述的混凝-氧化组合式污水处理装置是由调节池1、出料阀2、进水泵3、储碱罐4、储酸罐5、H₂O₂储池6、亚铁溶液储池7、加料泵8、进料阀9、反应池10、集泥斗11、排泥阀12、变速搅拌机13、水位传感器14、pH值传感器15、污泥浓度传感器16、滗水器17、排泥泵18、在线污泥浓度测定仪19、在线pH测定仪20、水位测定仪21、计算机22和过程控制器23构成。调节池1通过出料阀2-1、进水泵3、进料阀9-5与反应池10连接；储碱罐4通过出料阀2-2、加料泵8-3、进料阀9-4与反应池10连接；储酸罐5通过出料阀2-3、加料泵8-1、进料阀9-2与反应池10连接；H₂O₂储池6通过出料阀2-5、加料泵8-2、进料阀9-1与反应池10连接；亚铁溶液储池7通过出料阀2-4、加料泵8-4进料阀9-3与反应池10连接；集泥斗11呈漏斗形，位于反应池10底部，出口通过排泥阀12与排泥泵18连接；变速搅拌机13位于反应池10顶部，与位于反应池10内的搅拌浆连接；污泥浓度传感器16位于集泥斗11中，与在线污泥浓度测定仪19连接；水位传感器14、pH值传感器15位于反应池10内上部，分别连接在线pH测定仪20和水位测定仪21；滗水器17位于反应池10中部，与出料阀2-6连接；在线污泥浓度测定仪19、在线pH测定仪20和水位测定仪21与计算机22连接；计算机22的数据信号输出接口连接过程控制器23，过程控制器23的继电器分别与阀门、泵、变速搅拌机13和滗水器17相连接。

实施例1：

采用本发明技术对某炼油污水处理厂二级处理出水进行混凝-芬顿组合式处理，原水COD浓度为92.7mg/L、氨氮浓度为5.3mg/L、石油类3.6mg/L。设定每个运行周期为360min，分为以下九个工序：

(1)进水：开启反应池进料阀9-5、调节池出料阀2-5、进水泵3和变速搅拌机13，调节池1中的待处理水进入反应池10，与上一运行周期残留的固体沉淀(或第一次运行时人工加入的混凝剂)均匀混合，通过过程控制器23设定水位为反应池10池体2/3高度、pH值为4.0，加料泵8-1、进料阀9-1和加料泵8-2、进料阀9-2根据计算机22的输出信号自动开启或关闭，至水位到达设定高度时，关闭进料阀9-5、调节池出料阀2-5和进水泵3。此工序的时间设定为20min。

(2)混凝：通过过程控制器23设定搅拌时间为30min，快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，至变速搅拌机13停止工作时，进入下一工序。

(3)一次沉淀：停止搅拌，固体沉淀沉降至集泥斗11内，与上清液分离。此工序的时间设定为40min。

(4)一次排泥：通过过程控制器23设定污泥浓度为300mg/L，开启排泥阀12和排泥泵18，固体沉淀通过集泥斗11排出，至污泥浓度达到设定值时关闭排泥阀12和排泥泵18。此工序的时间设定为15min。

(5)氧化：通过过程控制器23设定芬顿试剂的总投加量为H₂O₂/COD(质量比)＝2.0、Fe²⁺/COD(质量比)＝1.0、pH值为2.5、搅拌时间为150min，各加料泵8和进料阀9根据计算机22的输出信号自动开启或关闭，快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，至变速搅拌机13停止工作时，进入下一工序。

(6)二次沉淀：通过过程控制器23设定搅拌时间为15min、静置时间为40min、pH值为6.0～9.0，在pH值调至中性后固体沉淀与上清液分离，进入下一工序。

(7)排水：通过过程控制器23设定排水时间为20min，上清液通过滗水器17排出。

(8)二次排泥：通过过程控制器23设定液位高度为集泥斗2/3高度，开启排泥阀12和排泥泵18，固体沉淀通过集泥斗11排出，至液位达到设定高度时关闭排泥阀12和排泥泵18，此工序的时间设定为15min。

(9)待机：排泥结束后，整个运行周期结束，进入待机状态，时间设定为15min。

经测定，处理水COD浓度为15.1mg/L、氨氮浓度为1.2mg/L、石油类0.9mg/L，去除率均达75％以上。

实施例2：

某化工厂排放污水经生化处理后，COD浓度为306.9mg/L、BOD₅为18.6mg/L，B/C＝0.06，属于典型的难降解污水。采用本发明技术对其进行混凝-芬顿组合式处理，设定每个运行周期为360min，分为以下八个工序(无二次排泥，即混凝剂的投加量为芬顿氧化过程产生的固体沉淀的100％)：

(1)进水：开启反应池进料阀9-5、调节池出料阀2-5、进水泵3和变速搅拌机13，调节池1中的待处理水进入反应池10，与上一运行周期残留的固体沉淀(或第一次运行时人工加入的混凝剂)均匀混合，通过过程控制器23设定水位为反应池10池体2/3高度、pH值为4.5，加料泵8-1、进料阀9-1和加料泵8-2、进料阀9-2根据计算机22的输出信号自动开启或关闭，至水位到达设定高度时，关闭进料阀9-5、调节池出料阀2-5和进水泵3。此工序的时间设定为20min。

(2)混凝：通过过程控制器23设定搅拌时间为40min，快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，至变速搅拌机13停止工作时，进入下一工序。

(3)一次沉淀：停止搅拌，固体沉淀沉降至集泥斗11内，与上清液分离。此工序的时间设定为30min。

(4)排泥：通过过程控制器23设定污泥浓度为300mg/L，开启排泥阀12和排泥泵18，固体沉淀通过集泥斗11排出，至污泥浓度达到设定值时关闭排泥阀12和排泥泵18。此工序的时间设定为15min。

(5)氧化：通过过程控制器23设定芬顿试剂的总投加量为H₂O₂/COD(质量比)＝1.5、Fe²⁺/COD(质量比)＝0.5、pH值为3.0、搅拌时间为180min，各加料泵8和进料阀9根据计算机22的输出信号自动开启或关闭，快速搅拌使池中水流呈完全混合流态，至变速搅拌机13停止工作时，进入下一工序。

(6)二次沉淀：通过过程控制器23设定搅拌时间为15min、静置时间为30min、pH值为6.0～9.0，在pH值调至中性后固体沉淀与上清液分离，进入下一工序；

(8)待机：排泥结束后，整个运行周期结束，进入待机状态，时间设定为10min。

经测定，处理水COD浓度为76.3mg/L，COD去除率为75.1％，BOD₅为21.5mg/L，B/C＝0.28，说明可生化性有了显著的改善。

Claims

1.一种混凝-氧化组合式污水处理方法，其特征在于：采用一个带有自动控制系统的反应池，使混凝过程和芬顿氧化过程在其中依次进行。首先用芬顿氧化过程完成并调节pH值至中性后静置分离所得到的固体沉淀作为混凝剂，在反应池中对待处理污水进行混凝处理，之后静置分离，沉降污泥经反应池下部的集泥斗流出，进入后续污泥处理系统；再向反应池中加入芬顿试剂进行氧化处理，调节pH值至中性后再次静置分离，上清液作为出水排出，生成的中性固体沉淀再利用，作为下一混凝过程的混凝剂。

混凝过程的操作条件如下：pH值为2.0～6.0，搅拌时间为5～60min，沉降时间为5～45min，混凝剂的投加量为芬顿氧化过程所产生中性固体沉淀量的20～100％；

芬顿氧化过程的操作条件如下：pH值为2.0～4.0，反应时间为30～300min，芬顿试剂的总投加量按H₂O₂/COD质量比为0.5～4.5和Fe²⁺/COD质量比为0.1～4.5；二次沉淀阶段的pH值为6.0～9.0，沉降时间为5～45min。

2.根据权利要求1所述的混凝-氧化组合式污水处理方法，其特征在于：自动控制系统由计算机、过程控制器、水位传感器、pH值传感器、污泥浓度传感器、滗水器、在线污泥浓度测定仪、在线pH测定仪、水位测定仪和电磁阀构成；污泥浓度传感器位于集泥斗中，与在线污泥浓度测定仪连接；水位传感器、pH值传感器位于反应池内上部，分别连接在线pH测定仪和水位测定仪；滗水器位于反应池中部；在线污泥浓度测定仪、在线pH测定仪和水位测定仪与计算机连接；计算机的数据信号输出接口连接过程控制器，过程控制器的继电器分别与阀门、泵、变速搅拌机和滗水器相连接。

3.根据权利要求1所述的混凝-氧化组合式污水处理方法，其特征在于：混凝过程的操作条件如下：pH值为3.5～4.5，搅拌时间为15～30min，沉降时间为15～30min，混凝剂的投加量为芬顿氧化过程所产生中性固体沉淀量的75～100％。

4.根据权利要求1所述的混凝-氧化组合式污水处理方法，其特征在于：芬顿氧化处理的操作条件如下：pH值为2.0～3.0，反应时间为90～180min，芬顿试剂的总投加量为H₂O₂/COD质量比为1.0～2.0和Fe²⁺/COD质量比为0.5～2.0；二次沉淀阶段的pH值为7.5～8.5，沉降时间为15～30min。