CN105152483A - 一种聚甲醛废水处理装置及应用该装置的废水处理工艺 - Google Patents

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单明军
田世伟
王双
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Abstract

本发明涉及一种聚甲醛废水处理装置及应用该装置的废水处理工艺。所述聚甲醛处理装置包括从上游到下游依次连通的预处理系统和生化处理系统；预处理系统包括自上游到下游依次连通的铁碳反应器、类芬顿反应器和沉淀池；生化处理系统包括依次连通的一级水解酸化池、甲醛预处理池、UASB反应器、中沉池和好氧处理单元。本申请中，由于采用复合物化氧化法及生物法的结合工艺，并且在预处理阶段采用铁碳电极反应好类芬顿反应相结合的预处理方式，使后续生化处理提供了很好的反应基础，在生化处理阶段，采用UASB反应和二级好氧反应相结合的处理方式，使有机物的小分子彻底转化为分子态排放，COD值大大降低，基本实现了对聚甲醛废水的零污染排放。

Description

一种聚甲醛废水处理装置及应用该装置的废水处理工艺
技术领域
本发明涉及废水处理技术，更具体的涉及一种聚甲醛废水处理装置及应用该装置的废水处理工艺。
背景技术
目前，聚甲醛(POM)在汽车、日用消费品、机械工业等领域获得了广泛应用，并迅速发展成为五大工程塑料之一。而且随着一些新型产业的发展，我国对聚甲醛的需求也在急剧攀升，同时我国甲醇产能过剩，发展聚甲醛项目也是解决这一现状的途径之一。因此，近些年国内陆续建设投产了许多聚甲醛企业，但其排放的废水不能满足日益严格的排放标准要求，不仅对生态环境造成严重的危害，而且浪费了大量水资源，对其实施深度处理已是大势所趋。
聚甲醛按分子链结构的不同，分为均聚甲醛〔CH3CO-(CH2O)n-COCH3〕和共聚甲醛〔-(CH2O)n-(CH2O-CH2-CH2)m-〕，属于难降解有机物。聚甲醛工艺生产中产生的污染物质包括二聚甲醛、三聚甲醛、二氧五环、甲酸钠、甲醇等，同时由于聚合反应的特点，会有很多的副产物生成，其废水含量都有很大的不确定性。聚甲醛装置生产废水含有二聚甲醛、三聚甲醛、二氧五环等，均为大分子难降解污染物，现有技术中仅靠好氧生化处理的共同代谢作用很难降解完全，其对应的COD较难达到排放标准要求，因此需要进行物理氧化或水解酸化等预处理措施，使其分解为低分子有机物，从而被生化降解。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能使聚甲醛废水中的大分子难降解物质得到彻底的处理，并使COD值大大降低，基本实现了对聚甲醛废水的零污染排放的一种聚甲醛废水处理装置及相应工艺。
根据本发明的第一方面，提供一种聚甲醛废水处理装置，其特征在于，包括从上游到下游依次连通的预处理系统和生化处理系统；所述预处理系统包括自上游到下游依次连通的铁碳反应器、类芬顿反应器和沉淀池；所述生化处理系统包括依次连通的一级水解酸化池、甲醛预处理池、UASB反应器、中沉池和好氧处理单元。
优选的，所述UASB反应器包括污泥反应区、气液固三相分离器和气室。
优选的，所述好氧处理单元包括依次连通的一级好氧池、二级酸化池和二级好氧池。
优选的，所述好氧处理单元还设置有鼓风机。
根据本发明的第二方面提供一种应用所述聚甲醛废水处理装置的废水处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下流程：
S1，物化预处理
a，废水在调节池中被处理至PH值为2.5-4.5后，进入所述铁碳微电解反应器，通过在所述铁碳反应器中的废水中加入铁屑和活性炭粉末，废水中形成腐蚀电池，形成Fe2+，该离子吸附废水中的污染颗粒，形成絮凝物；
b，废水进入类芬顿反应器，通过在所述类芬顿反应器中加入H2O2，Fe2+与H2O2构成类芬顿试剂氧化体系，Fe2+参与溶液中的氧化还原反应生成Fe3+，反应后期废水的pH值升高，Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，吸附、凝聚水中的污染物；
c，废水进入所述沉淀池，完成对絮凝沉淀物的沉淀；
S2，生化处理
d，废水进入一级水解酸化池，被该池内存有的微生物处理,形成脱氮除碳活性污泥；
e，废水进入所述甲醛预处理池，在甲醛预处理反应池中水温维持在20℃～30℃、pH应控制在6～9之间；
f，废水进入所述UASB反应器，在该反应器中完成对有机物的水解，酸化，产乙酸和产甲烷等反应过程，通过微生物参与底物的转化过程而将底物转化为无机物；
g，废水进入所述中沉池，将来自上游废水中的污泥沉降并在回流泵的作用下使污泥回流；
h，废水进入所述好氧处理单元，首先在所述一级好氧池内进行一级好氧处理，之后废水进入所述二级水解酸化池，将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质；废水经水解酸化处理后自流至二级好氧池进行好氧生化处理，以去除废水中的有机物，出水自流至二沉池去除活性污泥或腐殖污泥，进行固液分离；在该好氧反应过程中，不断对所述一级好氧池和二级好氧池进行曝气，以加快反应进行。
本种聚甲醛废水处理装置及应用该装置的废水处理工艺，由于采用复合物化氧化法及生物法的结合工艺，并且在预处理阶段采用铁碳电极反应好类芬顿反应相结合的预处理方式，使后续生化处理提供了很好的反应基础，在生化处理阶段，采用UASB反应和二级好氧反应相结合的处理方式，使有机物的小分子彻底转化为分子态排放，经过多个处理，聚甲醛废水中的大分子难降解物质得到了彻底的处理，COD值大大降低，基本实现了对聚甲醛废水的零污染排放。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为聚甲醛废水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
为了便于说明，本申请中，沿着待处理水的的流动方向，待处理水流动所朝向的一侧定义为“下游”，与待处理水流动方向相反的一侧定义为“上游”。
如图1所示，一种聚甲醛废水处理装置，包括从上游到下游依次连通的预处理系统1和生化处理系统2，所述预处理系统1用于将待处理污水进行物化和/或水解酸化等处理，去除部分有毒污染物同时提高B/C值，并使待处理污水中的难降解有机物分解为能够被所述生物处理系统2处理的低分子有机物。
所述预处理系统1包括自上游到下游依次连通的铁碳反应器11、类芬顿反应器12和沉淀池13。
从上游调节池6的来水呈酸性，通过在所述铁碳反应器11中的废水中加入铁屑和活性炭粉末，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中形成腐蚀电池，所述腐蚀电池的作用原理如下：
阳极(Fe)：Fe-2e→Fe2+,E＝-0.44V
阴极(C)2H++2e→2[H]→H2,E＝0V
电极反应生成的产物具有较高的化学活性，一方面，新产生的铁表面及反应中产生的大量初生态的Fe2+和原子H具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，并且由于铁离子有混凝作用,它与废水中带微弱负电荷的杂质微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。
待处理废水经过所述铁碳反应器11后进入所述类芬顿反应器12，通过在所述类芬顿反应器12中加入H2O2，阳极反应生成的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂，即Fe2+与H2O2构成类芬顿试剂氧化体系，在该反应器中将发生以下反应：
Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH
Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+
Fe2++·OH→OH-+Fe3+
RH+·OH→R·+H2O
R·+Fe3+→R++Fe2+
R++O2→ROO+→…→CO2+H2O
Fe2+参与溶液中的氧化还原反应生成Fe3+，反应后期废水的pH值升高，Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，从而增强对废水的净化效果。
通过以上反应可以得出，阴极反应生成的新生态[H]能与废水中许多组分发生氧化还原反应，破坏大分子有机物，使其转化成小分子易降解的有机污染物。通过铁碳曝气反应，消耗了大量的氢离子，使废水的pH值升高，为后续催化氧化处理创造了条件。微电解与Fenton工艺结合，相对于微电解，更能够有效的去除成分复杂的废水特别是对CODCr、可生化性有着更为明显的优势。相比对于Fenton试剂投加Fe2+，不仅节约药剂成本，并且达到了以废治废的目的。
所述生化处理系统2包括依次连通的一级水解酸化池21、甲醛预处理池22、UASB反应器23、中沉池24和好氧处理单元25。
所述一级水解酸化池21通过水解菌、产酸菌释放的酶促使水中难以生物降解的大分子物质发生生物催化反应，具体表现为断链和水溶。微生物利用水溶性底物完成胞内生化反应，同时排出各种有机酸。因此水解酸化过程废水中易降解有机物质减少较少，而一些难降解大分子物质被转化为易于降解的小分子物质，从而使废水的可生化性和降解速度大幅度提高。因此，后续的厌氧生物处理可在较短的水力停留时间内达到较高的COD去除率，并使COD降低约10％～20％。
所述甲醛预处理池22采用厌氧工艺，通过厌氧反应原理降低甲醛的浓度，提高废水可生物降解性，从而改善后续好氧生物处理的效果。
所述UASB反应器23包括污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气溢出。在该反应器中完成水解，酸化，产乙酸和产甲烷等反应过程，通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物。
所述中沉池24用于将来自上游废水中的污泥沉降并在回流泵的作用下使污泥回流。
所述好氧处理单元25包括依次连通的一级好氧池251、二级酸化池252和二级好氧池253，所述好氧处理单元25还设置有鼓风机254，通过该鼓风机对一级好氧池251和二级好氧池253进行曝气，为好氧生化反应提供所需的溶解氧，又起到对生物膜的水力搅拌扰动的作用，促进生物膜的新陈代谢，提高氧的供给效率，使微生物生长在有利的环境条件下和污水充分接触，从而使水质得到净化。
当聚甲醛废水经过本发明中的处理装置后，将经过一下处理流程：
S1，物化预处理
a，废水在调节池6中被处理至PH值为2.5-4.5后，进入所述铁碳微电解反应器11，通过在所述铁碳反应器11中的废水中加入铁屑和活性炭粉末，废水中形成腐蚀电池，形成Fe2+，该离子吸附废水中的污染颗粒，形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)；
b，废水进入类芬顿反应器12，通过在所述类芬顿反应器12中加入H2O2，废水中的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂，即Fe2+与H2O2构成类芬顿试剂氧化体系，Fe2+参与溶液中的氧化还原反应生成Fe3+，反应后期废水的pH值升高，Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，有效地吸附、凝聚水中的污染物，通过上述反应，提高了B/C值和可降解性；
c，废水进入所述沉淀池13，完成对絮凝沉淀物的沉淀；
S2，生化处理
d，废水进入一级水解酸化池21，该池内存有出大量专属微生物形成脱氮除碳活性污泥，所述微生物可为厌氧微生物，当污水与活性污泥接触过程中，通过这类专属微生物的生化反应，有效地降解污水中的有机物和氨氮，为后续工艺做准备；
e，废水进入所述甲醛预处理池22，在甲醛预处理反应池中水温维持在20℃～30℃、pH应控制在6～9之间，这样有利于厌氧反应的顺利进行，同时去除大量甲醛浓度；
f，废水进入所述UASB反应器23，在该反应器中完成对有机物的水解，酸化，产乙酸和产甲烷等反应过程，通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物；
g，废水进入所述中沉池24，将来自上游废水中的污泥沉降并在回流泵的作用下使污泥回流。
h，废水进入所述好氧处理单元25，首先在所述一级好氧池251内进行一级好氧处理，之后废水进入所述二级水解酸化池252，将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质，提高废水的可生化性，以利于后续的厌氧和好氧生物处理；废水经水解酸化处理后自流至二级好氧池253进行好氧生化处理，以大幅度地去除废水中的各类有机物，出水自流至二沉池去除活性污泥或腐殖污泥，进行固液分离；在该好氧反应过程中，不断对所述一级好氧池251和二级好氧池253进行曝气，以加快反应进行。
通过上述处理工艺后，完成了对聚甲醛废水的处理。
本申请中，由于采用复合物化氧化法及生物法的结合工艺，并且在预处理阶段采用铁碳电极反应好类芬顿反应相结合的预处理方式，使后续生化处理提供了很好的反应基础，在生化处理阶段，采用UASB反应和二级好氧反应相结合的处理方式，使有机物的小分子彻底转化为分子态排放，经过多个处理，聚甲醛废水中的大分子难降解物质得到了彻底的处理，COD值大大降低，基本实现了对聚甲醛废水的零污染排放。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种聚甲醛废水处理装置，其特征在于，包括从上游到下游依次连通的预处理系统(1)和生化处理系统(2)；
所述预处理系统(1)包括自上游到下游依次连通的铁碳反应器(11)、类芬顿反应器(12)和沉淀池(13)；
所述生化处理系统(2)包括依次连通的一级水解酸化池(21)、甲醛预处理池(22)、UASB反应器(23)、中沉池(24)和好氧处理单元(25)。
2.根据权利要求1所述的聚甲醛废水处理装置，其特征在于，所述UASB反应器(23)包括污泥反应区、气液固三相分离器和气室。
3.根据权利要求1所述的聚甲醛废水处理装置，其特征在于，所述好氧处理单元(25)包括依次连通的一级好氧池(251)、二级酸化池(252)和二级好氧池(253)。
4.根据权利要求3所述的聚甲醛废水处理装置，其特征在于，所述好氧处理单元(25)还设置有鼓风机(254)。
5.一种权利要求1-4任一项所述的聚甲醛废水处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下流程：
S1，物化预处理
a，废水在调节池(6)中被处理至PH值为2.5-4.5后，进入所述铁碳微电解反应器(11)，通过在所述铁碳反应器(11)中的废水中加入铁屑和活性炭粉末，废水中形成腐蚀电池，形成Fe2+，该离子吸附废水中的污染颗粒，形成絮凝物；
b，废水进入类芬顿反应器(12)，通过在所述类芬顿反应器(12)中加入H2O2，Fe2+与H2O2构成类芬顿试剂氧化体系，Fe2+参与溶液中的氧化还原反应生成Fe3+，反应后期废水的pH值升高，Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，吸附、凝聚水中的污染物；
c，废水进入所述沉淀池(13)，完成对絮凝沉淀物的沉淀；
S2，生化处理
d，废水进入一级水解酸化池(21)，被该池内存有的微生物处理,形成脱氮除碳活性污泥；
e，废水进入所述甲醛预处理池(22)，在甲醛预处理反应池中水温维持在20℃～30℃、pH应控制在6～9之间；
f，废水进入所述UASB反应器(23)，在该反应器中完成包括对有机物的水解，酸化，产乙酸和产甲烷的反应过程，通过微生物参与底物的转化过程而将底物转化为无机物；
g，废水进入所述中沉池(24)，将来自上游废水中的污泥沉降并在回流泵的作用下使污泥回流；
h，废水进入所述好氧处理单元(25)，首先在所述一级好氧池(251)内进行一级好氧处理，之后废水进入所述二级水解酸化池(252)，将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质；废水经水解酸化处理后自流至二级好氧池(253)进行好氧生化处理，以去除废水中的有机物，出水自流至二沉池去除活性污泥或腐殖污泥，进行固液分离；在该好氧反应过程中，不断对所述一级好氧池(251)和二级好氧池(253)进行曝气，以加快反应进行。
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