CN102976568B

CN102976568B - 一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法

Info

Publication number: CN102976568B
Application number: CN201210588470.5A
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 牛川; 耿金菊; 许柯
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN102976568A

Abstract

本发明公开了一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法，属于工业废水净化领域。本发明的装置包括进水口、反应器、加药箱和出水口，还包括芬顿氧化反应区、高强度磁铁、第一调节区、好氧颗粒污泥区、低强度磁铁、曝气装置和第二调节区，高强度磁铁有两块，平行设置于芬顿氧化反应区的两个侧壁上；芬顿氧化反应区、第一调节区、好氧颗粒污泥区和第二调节区都位于反应器的内部；低强度磁铁有两块，平行设置于好氧颗粒污泥区的两个侧壁上。本发明的装置及方法弥补了现有低温时工业废水处理中反应器运行不稳定、有机物降解速率不高等缺陷，具有污水处理效果好、反应时间短、在低温下也能保持良好的反应速率的优点。

Description

一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法

技术领域

本发明属于工业废水净化领域，具体地说，涉及一种利用磁场对工业废水进行强化处理的一体化装置和方法，更具体地说，涉及一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法，它主要适用于低温条件下印染废水的生物强化处理。

背景技术

印染废水水量大、色度高、成分复杂，废水中主要含有染料（染色加工过程中，10%-20%的染料排入废水中）、浆料、助剂、酸碱、纤维杂质及无机盐等物质，染料结构中硝基和胺基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素具有较大的生物毒性，严重污染环境。

处理印染废水的方法有物化法、化学法（多功能混凝剂处理法、高压脉冲电解法）、生化法等。采用凝聚法对直接染料，还原染料，磁化染料，分散染料的色度，去除效果好，但对酸性染料，活性染料，脱色效果差；活性炭对染料的吸附有选择性，对阳离子染料，直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料有良好吸附性能，但对硫化染料、还原染料、涂料等不溶性染料吸附性能很差；常用的臭氧氧化剂，对直接染料、酸性染料、碱性阳离子和活性染料等亲水性染料，脱色效果好，对还原染料、硫化染料、分散染料等疏水性染料脱色效果差。多数印染废水处理中以生化为主体的生化-物化组合法为主，在生物分解中，可分别采用高MLSS（混合液悬浮固体）的一段和二段曝气法及厌氧—好氧处理工艺。但是，在我国冬季，北方的大部分地区以及南方的部分地区，由于温度对生物个体的生长、繁殖、新陈代谢、生物种群分布和种群数量起着决定性作用，直接影响着冬季污水处理效率的高低，以生化法为主要工艺的污水处理厂的处理效果受到严重的影响。此外，温度对活性污泥的絮凝沉降性能以及水的粘度都有较大影响。总上所述，低温条件下，污水处理工艺及工程设计参数同常温条件下有很大区别。

中国专利申请号：201110136598.3，公开日2011年11月23日，公开了一份名称为处理印染废水的电化学-生物法联用装置及废水处理方法的专利申请文件，该申请案公布了一种处理印染废水的电化学-生物法联用装置，包括相连接的电化学处理单元及活性炭厌氧生物处理单元，活性炭厌氧生物处理单元的出水口端分别连接有好氧生物处理单元及铁碳微处理单元，铁碳微处理单元的出水口端与活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接，好氧生物处理单元的污泥输出端与污泥浓缩池、活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接，好氧生物处理单元的出水口端与活性炭厌氧生物处理单元的输入端相连接。采用上述装置处理废水的方法，依次进行电化学处理、活性炭厌氧生物处理、铁碳微处理，从而使得废水COD去除率高、脱色效果好。

中国专利申请号：200910028702.X，公开日2009年06月03日，公开了一份名称为一种印染废水的高效组合处理方法，包括如下步骤：将印染废水泵入水解池进行水解酸化处理；将水解酸化处理之后的废水在A/O(PACT)生物强化反应池内进行生物处理；将生物处理出水进行混凝沉淀；混凝沉淀之后经过过滤即可出水排放。该发明处理后的出水水质可以达到目前我国最严格的废水排放标准——《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/T1072-2007)，该发明同时具有占地面积小，污泥量少，处理效果稳定，运行费用低等优点，实现了印染废水的有效处理，解决了目前印染废水高效处理的难题。

以上两项专利文献的技术方案虽能从一定程度上提高印染废水的降解性能，但是针对目前水质成分越来越复杂的印染废水处理的不够彻底，特别是在低温条件下，微生物新陈代谢能力下降所导致的生化反应速率降低，使得现有处理技术对废水的处理效果不理想。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对现有废水处理技术在处理低温工业污水时，特别是在处理难降解物质含量高、可生化性差的印染废水时处理效果不理想，以及反应器在低温情况下运行不稳定的问题，本发明提供一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法，它采用高强度磁场强化芬顿氧化反应以及低强度磁场强化好氧颗粒污泥，提高难降解物质的转化效率，充分利用磁生物效应提高微生物活性，利用磁场力提高了传质效率，弥补了现有低温下印染废水处理中反应器运行不稳定、有机物降解速率不高等缺陷。

技术方案

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，包括进水口、反应器、加药箱和出水口，还包括芬顿氧化反应区、高强度磁铁、第一调节区、好氧颗粒污泥区、低强度磁铁、曝气装置和第二调节区，所述的进水口与芬顿氧化反应区相连；所述的高强度磁铁有两块，平行设置于芬顿氧化反应区的两个侧壁上；所述的加药箱通过管道与芬顿氧化反应区相连；所述的芬顿氧化反应区、第一调节区、好氧颗粒污泥区和第二调节区都位于反应器的内部；所述的第一调节区与好氧颗粒污泥区通过管道相连；所述的低强度磁铁有两块，平行设置于好氧颗粒污泥区的两个侧壁上；所述的曝气装置位于好氧颗粒污泥区的底部；所述的出水口与第二调节区连接。

还包括泵，所述的泵位于第一调节区与好氧颗粒污泥区之间的管道上；所述的芬顿氧化反应区与第一调节区位于相同的高度，好氧颗粒污泥区与第二调节区位于相同的高度；所述的进水口的进水依次通过芬顿氧化反应区、第一调节区、好氧颗粒污泥区和第二调节区。

优选的，所述的两个高强度磁铁之间的磁场强度为10-15T；所述的两个低强度磁铁之间的磁场强度为300-500mT。

优选的，所述的高强度磁铁为钕铁硼磁铁（Nd₂Fe₁₄B），低强度磁铁为铁氧体磁铁，如BaFe₁₂O₁₉。

优选的，所述的芬顿氧化反应区与第一调节区位于反应器的下半部分；所述的好氧颗粒污泥区和第二调节区位于反应器的上半部分。

优选的，所述的反应器外部有保护罩，所述的保护罩为铁板，可以屏蔽磁场向外部扩散，防止干扰其它装置正常运行。

一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，其步骤如下：

（a）在芬顿氧化反应区安装高强度磁铁，磁铁平行放置在反应区两侧形成均匀稳定的高强度磁场，高强度磁场的中心场强为10-15T；

（b）在4-15℃的温度下对好氧颗粒污泥区接种颗粒污泥，污泥浓度为2500-5000mg/L，控制好氧颗粒污泥区的中心磁场场强为300-500mT，在该低强度磁场下驯化培养，颗粒污泥培养30-40d后粒径达到2.0-4.0mm，完成驯化；

（c）向芬顿氧化反应区通入待处理的经过格栅过滤的印染废水，向芬顿氧化反应区中的废水中添加Fenton试剂，与废水充分混合，在高强度磁场作用下共同发生氧化反应；

（d）经芬顿氧化的废水流入第一调节区，然后泵入好氧颗粒污泥区，对颗粒污泥进行曝气，在强度为300-500mT的磁场作用下颗粒污泥进一步降解污水；

（e）将经过曝气处理的废水排入第二调节区，使部分悬浮颗粒污泥沉降，然后经过出水口流出反应器。

优选的，所述的步骤（c）中Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:3-4，投加比例为废水质量比的1%-3%。

优选的，所述的步骤（d）中废水在好氧颗粒污泥区的停留时间8-10h。

本发明利用了以下原理，在高强度磁场强化芬顿氧化体系中，高强度磁场作用于双氧水，使双氧水分子形成一个质子的环形电流，它们之间的磁相互作用以及它们与外部磁场之间的相互作用使分子的分布发生改变，同时磁场力促进亚铁离子运动，当发生芬顿氧化反应时，由于反应Fe²⁺+H₂O₂==Fe³⁺+OH^-+HO·控制整个反应的速度，高强度磁场提高了羟基自由基产生的速率。在弱磁场强化好氧颗粒污泥体系中，磁场对颗粒污泥微生物产生磁生物效应，磁场中水的渗透压和菌体膜的通透性增强，有利于微生物吸收营养；另外，磁场还可以提高氧的溶解度，可以直接促进一些小分子有机物直接降解为C、N等营养元素，为微生物的生长提供养料。同时重金属离子在磁场力作用下发生磁分离。本发明通过高强度和低强度磁场分别对芬顿氧化和好氧颗粒污泥进行强化，形成一体化装置，有效提高低温下废水处理效率。

有益效果

与现有技术相比，本发明有如下显著优点：

（1）本发明的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置及其处理方法，在芬顿氧化区以高强度磁场强化，好氧颗粒污泥区以低强度磁场强化，充分利用磁场性能提高芬顿氧化反应速率，利用磁生物效应提高微生物活性，利用磁分离作用去除重金属离子，有效提高了反应器低温条件下处理印染工业废水的效果和速率；

（2）本发明的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，反应器包括了芬顿氧化反应区和好氧颗粒污泥区，反应器为一体化设计，充分结合化学氧化和生物降解的优势，利用不同性质的磁场对二者进行强化，进一步提高反应器在低温下的污水处理效能，磁场力作用加速反应器中带电粒子的运动，提高传质速率；

（3）采用本发明的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，先对颗粒污泥进行低温、磁场同步驯化，待到反应器运行稳定后，再对印染废水进行处理，有利于提高反应器低温下运行的污泥负荷及有机负荷，缩短污水停留时间，降低运行成本；

（4）本发明采用磁场强度为10-15T作为高强度磁场，磁场强度为300-500mT作为低强度磁场，在这个磁场强度范围内，污水处理效果好，反应时间短；

（5）本发明的装置中芬顿氧化反应区与第一调节区位于反应器的下半部分，好氧颗粒污泥区和第二调节区位于反应器的上半部分，这样反应器为一体化设计，节约了占地空间，降低了生产成本；

（6）本发明的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:3-4，投加比例为废水质量比的1%-3%，与强度为10-15T的高强度磁场搭配，在低温下也能保持良好的反应速率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的污水处理方法的工艺流程图。

图中：1、进水口；2、芬顿氧化反应区；3、高强度磁铁；4、加药箱；5、第一调节区；6、泵；7、好氧颗粒污泥区；8、低强度磁铁；9、曝气装置；10、第二调节区；11、出水口；12、保护罩。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

如图1所示，一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，包括进水口1、反应器、加药箱4和出水口11，还包括芬顿氧化反应区2、高强度磁铁3、第一调节区5、好氧颗粒污泥区7、低强度磁铁8、曝气装置9和第二调节区10，进水口1与芬顿氧化反应区2相连；高强度磁铁3有两块，平行设置于芬顿氧化反应区2的两个侧壁上；高强度磁铁3为钕铁硼磁铁（Nd₂Fe₁₄B），两个高强度磁铁3之间的磁场强度在10-15T之间；加药箱4通过管道与芬顿氧化反应区2相连；芬顿氧化反应区2、第一调节区5、好氧颗粒污泥区7和第二调节区10都位于反应器的内部；第一调节区5与好氧颗粒污泥区7通过管道相连；低强度磁铁8有两块，平行设置于好氧颗粒污泥区7的两个侧壁上；低强度磁铁8为铁氧体磁铁（本实施例中选用BaFe₁₂O₁₉），两个低强度磁铁8之间的磁场强度为300-500mT。曝气装置9位于好氧颗粒污泥区7的底部；出水口11与第二调节区10连接，第二调节区10用于废水的沉淀。反应器外部有保护罩12，保护罩12为铁板。

还包括泵6，所述的泵6位于第一调节区5与好氧颗粒污泥区7之间的管道上；芬顿氧化反应区2与第一调节区5位于相同的高度，好氧颗粒污泥区7与第二调节区10位于相同的高度；芬顿氧化反应区2与第一调节区5位于反应器的下半部分；好氧颗粒污泥区7和第二调节区10位于反应器的上半部分，进水口1的进水依次通过芬顿氧化反应区2、第一调节区5、好氧颗粒污泥区7和第二调节区10。工作时，废水首先从进水口1进入芬顿氧化反应区2，反应后废水从芬顿氧化反应区2溢入第一调节区5，然后在泵6的作用下，废水从第一调节区5泵入好氧颗粒污泥区7，经过好氧颗粒污泥区7处理后，废水再从好氧颗粒污泥区7溢入第二调节区10，经过第二调节区10沉淀后，从出水口11排出。

使用上面的装置进行污水处理，过程如图2所示，一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，其步骤如下：

（a）调节芬顿氧化反应区2中高强度磁场的中心场强为15T；

（b）在4℃的温度下对好氧颗粒污泥区7接种颗粒污泥，污泥浓度为5000mg/L，控制好氧颗粒污泥区7的中心磁场场强为380mT，在该低强度磁场下驯化培养，颗粒污泥培养30d后粒径达到3.5mm，完成驯化；

（c）向芬顿氧化反应区2通入待处理的经过格栅过滤的印染废水，向芬顿氧化反应区2中的废水中添加Fenton试剂，Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:4，投加比例为废水质量比的2.5%，与废水充分混合，在高强度磁场作用下共同发生氧化反应；

（d）经芬顿氧化的废水流入第一调节区5，然后泵入好氧颗粒污泥区，对颗粒污泥进行曝气，在强度为300-500mT的磁场作用下颗粒污泥进一步降解污水；废水在好氧颗粒污泥区7的停留时间8h；

（e）将经过曝气处理的废水排入第二调节区10，使部分悬浮颗粒污泥沉降，然后经过出水口11流出反应器。

通过以上步骤处理，磁场强化一体化反应器在4℃的低温条件下运行良好，检测进出水的水质，进水COD、SS（固体悬浮物）、色度分别为600mg/L、100mg/L、250倍，出水分别为25 mg/L、8 mg/L、22倍，与同样温度条件下但是没有磁场的对比试验相比，采用本发明处理的印染废水中COD去除率提高20％，SS去除率提高10%，色度去除率提高8%。

实施例2

同实施例1，在一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法中，所不同的是，步骤（a）中高强度磁场的中心场强为10T；步骤（b）中在15℃的温度下对好氧颗粒污泥区7接种颗粒污泥，污泥浓度为2500mg/L，控制好氧颗粒污泥区7的中心磁场场强为300mT，在该低强度磁场下驯化培养，颗粒污泥培养40d后粒径达到4.0mm，完成驯化；步骤（c）中Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:3，投加比例为废水质量比的1%；步骤（d）中好氧颗粒污泥区7的磁场强度为300mT，废水在好氧颗粒污泥区7的停留时间10h。

通过以上步骤处理，磁场强化一体化反应器在15℃的低温条件下运行良好，检测进出水的水质，进水COD、SS、色度分别为700mg/L、150mg/L、320倍，出水分别为36 mg/L、15 mg/L、30倍，与同样温度条件下但是没有磁场的对比试验相比，采用本发明处理的印染废水中COD去除率提高18％，SS去除率提高15%，色度去除率提高8%。

实施例3

同实施例1，在一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法中，所不同的是，步骤（a）中高强度磁场的中心场强为8T；步骤（b）中在7℃的温度下对好氧颗粒污泥区7接种颗粒污泥，污泥浓度为3200mg/L，控制好氧颗粒污泥区7的中心磁场场强为500mT，在该低强度磁场下驯化培养，颗粒污泥培养33d后粒径达到2.0mm，完成驯化；步骤（c）中Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:3，投加比例为废水质量比的2%；步骤（d）中好氧颗粒污泥区7的磁场强度保持300mT，废水在好氧颗粒污泥区7的停留时间9h。

通过以上步骤处理，磁场强化一体化反应器在7℃的条件下运行良好，检测进出水的水质，进水COD、SS、色度分别为450mg/L、80mg/L、180倍，出水分别为12 mg/L、5 mg/L、14倍，与同样温度条件下但是没有磁场的对比试验相比，采用本发明处理的印染废水中COD去除率提高15％，SS去除率提高15%，色度去除率提高10%。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims

1.一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，包括进水口（1）、反应器、加药箱（4）和出水口（11），其特征在于，还包括芬顿氧化反应区（2）、高强度磁铁（3）、第一调节区（5）、好氧颗粒污泥区（7）、低强度磁铁（8）、曝气装置（9）和第二调节区（10），所述的进水口（1）与芬顿氧化反应区（2）相连；所述的高强度磁铁（3）有两块，平行设置于芬顿氧化反应区（2）的两个侧壁上；所述的两个高强度磁铁（3）之间的磁场强度为10-15T；所述的两个低强度磁铁（8）之间的磁场强度为300-500mT；所述的加药箱（4）通过管道与芬顿氧化反应区（2）相连；所述的芬顿氧化反应区（2）、第一调节区（5）、好氧颗粒污泥区（7）和第二调节区（10）都位于反应器的内部；所述的第一调节区（5）与好氧颗粒污泥区（7）通过管道相连；所述的低强度磁铁（8）有两块，平行设置于好氧颗粒污泥区（7）的两个侧壁上；所述的两个低强度磁铁（8）之间的磁场强度为300-500mT；所述的曝气装置（9）位于好氧颗粒污泥区（7）的底部；所述的出水口（11）与第二调节区（10）连接；还包括泵（6），所述的泵（6）位于第一调节区（5）与好氧颗粒污泥区（7）之间的管道上；所述的芬顿氧化反应区（2）与第一调节区（5）位于相同的高度，好氧颗粒污泥区（7）与第二调节区（10）位于相同的高度；所述的进水口（1）的进水依次通过芬顿氧化反应区（2）、第一调节区（5）、好氧颗粒污泥区（7）和第二调节区（10）。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，其特征在于，所述的高强度磁铁（3）为钕铁硼磁铁，低强度磁铁（8）为铁氧体磁铁。

3.根据权利要求2所述的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，其特征在于，所述的芬顿氧化反应区（2）与第一调节区（5）位于反应器的下半部分；所述的好氧颗粒污泥区（7）和第二调节区（10）位于反应器的上半部分。

4.根据权利要求3所述的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置，其特征在于，所述的反应器外部有保护罩（12），所述的保护罩（12）为铁板。

5.一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，其步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，其特征在于，所述的步骤（c）中Fenton试剂中H₂O₂与FeSO₄的摩尔比为1:3-4，投加比例为废水质量的1%-3%。

7.根据权利要求5所述的一种利用磁场的芬顿氧化-好氧颗粒污泥一体化装置的污水处理方法，其特征在于，所述的步骤（d）中废水在好氧颗粒污泥区的停留时间8-10h。