CN105347582A - 一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置及方法，属于污水处理领域。其特征在于装置由CO₂压力溶气器、铁碳微电解装置、管式反应器和高效斜管沉淀池组成，有机废水经CO₂压力溶气器中的筛网和填料及微纳米曝气器释放出来的CO₂微纳米气泡反应后进入铁碳微电解反应器，通过铁碳填料形成的立体多维微电解池反应后导出至管式反应器，再加入碱液和絮凝剂后进入沉淀池。本装置可提高降解碱性有机废水的可生化性。技术上使用压力溶解、分散CO₂气体的污水在进入铁碳微电解反应器中，可使反应器内填料实时进行活化，增强了羟基自由基(·OH)的发生，其产生量是普通铁碳微电解的2～3倍。该工艺避免了铁碳填料的板结、堵塞现象，不但提高处理效率，降低处理时间，更可延长填料使用寿命，使得运行出水水质稳定、可靠。

Description

一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种提高碱性污水可生化性并对其进行深度处理的工艺，更具体地涉及一种基于CO₂的铁碳微电解降解碱性有机废水的装置。本发明还涉及利用上述装置处理难降解碱性有机废水的方法。

背景技术

人们在生产、生活过程中都要产生大量的有机废水，在未经有效处理的有机废水排入自然水体后将会使受纳水体缺氧乃至厌氧，致使受纳水体中原有的大多数水生生物死亡，从而使水体产生恶臭，变成灰水、黑水，恶化水质和环境。有机废水的介入使得受纳水体失去了使用价值，甚至将会影响到周边人类的正常生活。大多数有机废水中都不同程度地含有有毒有害物质，会通过土壤、水体中的水生动物、植物不断富集，最终进入人体，危害人体健康。

而高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外环保界公认的难题，“高浓度”是指COD在2000mg/l以上的废水，“难降解”一般是指BOD₅/COD值在0.3以下，可生化性较低，且难以直接进行生物降解的废水。化学合成、制药、造纸、印刷、煤化工、炼焦、石油加工、纺织印染、食品加工行业排放出大量有机废水、甚至是难降解的碱性有机废水，对于这类废水，一般需要先经预处理后再进行生物降解。现有的预处理方法有混凝沉淀或混凝气浮法，化学氧化法，电化学氧化法，光催化氧化法等，其中铁碳微电解是处理高浓度有机废水应用较为广泛的一种工艺，它适用于高酸性有机废水的处理，不但能大幅度地降低COD和色度，还可以大大提高废水的可生化性，对于中性或碱性有机废水，则需要先加入大量的酸调节pH至3～4。这不仅增加了运行成本、也增加了废水中的无机盐。而直接对强碱性废水加酸进行中和的操作具有一定的危险性。本发明采用基于CO₂的铁碳微电解装置提高碱性有机废水的可生化性，再利用管式反应器紊流凝聚和斜管沉淀池零速逆流固液分离降低有机物浓度、提高出水水质、提高BOD₅/COD比使其达到适于生化处理条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CO₂的铁碳微电解处理碱性有机废水的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理难降解碱性有机废水的方法。

一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，主要由CO₂压力溶气器、铁碳微电解装置、管式反应器和高效斜管沉淀池组成，主要结构包括：CO₂压力溶气器、进水口一、排泥口一、进气口、微纳米曝气器、钢丝筛网、填料、压力表、布水器、安全排气口、人孔一，出水口一、减压阀、pH在线检测仪一、pH在线检测仪二、管式反应器一、进水口二，加酸口、出水口二、铁碳填料、玻璃钢筛板、人孔二、铁碳微电解反应器、进水口三、排泥口二、出水槽一、出水口三、pH在线检测仪三、pH在线检测仪四、管式反应器二、进水口四、碱液加入口、絮凝剂加入口、出水口四、高效斜管沉淀池、排泥口三、进水口五、钢网、斜管填料、出水槽二、出水口五。

有机废水经CO₂压力溶气器中的钢丝筛网和填料与微纳米曝气器释放出来的CO₂微纳米气泡充分反应后导出至管式反应器一、加酸调节pH后进入铁碳微电解反应器，通过铁碳填料形成立体多维微电解池后导出至管式反应器二，再加入碱液和絮凝剂处理后进入沉淀池。

CO₂压力溶气器底部设有排泥口一，排泥口一上方设有一进气口，进气口与微纳米曝气器连接，进气口上方设有一钢丝筛网，钢丝筛网上方充填有填料，填料上方设有一布水器，布水器与进水口一相连，CO₂压力溶气器顶部外侧设有一压力表和一安全排气口，中部设有一人孔一，人孔的下方设有一出水口一。混合液通过出水口一经管式反应器一加酸调节pH后至铁碳微电解反应器。

铁碳微电解反应器底部设有排泥口二，排泥口二上方设有一进水口三，进水口三上方设有一玻璃钢筛板，玻璃钢筛板上方填充有铁碳填料形成立体多维微电解段，铁碳填料段的中下部设有人孔二，微电解段上方为出水段，混合液通过出水槽一、出水口三导出至管式反应器二。

管式反应器二设有进水口四，进水口四下游设有一碱液加入口，碱液加入口下游设有一絮凝剂加入口，絮凝剂加入口下游设有出水口四。混合液通过出水口四导出至高效斜管沉淀池。

高效斜管沉淀池底部设有排泥口三，排泥口三上方为储泥段，储泥段上方设有一进水口五，进水口五上方设有一钢网，钢网上方充填有斜管填料形成沉淀区，沉淀区上方为清水区，清水区上方设有一出水槽二、处理后的水通过水槽二、出水口五导入集水池。

CO₂压力溶气器为封闭的压力容器，两端连接有椭圆型或平板型封头。

CO₂压力溶气器微纳米曝气器孔径为20nm～50μm，陶瓷或耐酸碱高分子材料。

CO₂压力溶气器为空腔或充填有填料。

CO₂压力溶气器内的填料可以是陶瓷、陶粒、塑料并有一定形状及比表面积在200～1000m²/m³，填充率0～80％。

CO₂压力溶气器出水口加有格网，防止设备内部的填料随水流出。

CO₂压力溶气器下部装有钢丝筛网，防止填料堵塞排泥管道。

CO₂压力溶气器布水器为穿孔的管道或莲蓬式装置或装有消能板的喇叭口管道。

CO₂压力溶气器压力由安装在顶部的压力表显示，压力控制在0～0.8MPa。

CO₂压力溶气器出口连接有减压阀并与铁碳微电解反应器连接。

铁碳微电解反应器内采用的铁碳填料质量比为1:1～2:3。

基于CO₂的铁碳微电解装置，其中，CO₂气体通过微纳米曝气器压力分散于CO₂压力溶气器内污水中，强化铁碳微电解反应器中羟基自由基的产生过程；管式反应器二出水调节pH在9～10，便于经过铁碳微电解多维电极处理后的水形成絮体，更好地分离、去除污染物。污水通过铁碳填料形成的三维立体电极后，在微纳米CO₂气泡的作用下，形成了大量的羟基自由基(·OH)，并在其羟基自由基(·OH)的作用下被氧化降解，溶解的Fe²⁺离子被氧化成Fe³⁺存在于水中，处理后的污水经出水槽一收集后通过出水口三进入管式反应器二，污水在经过设置在管式反应器二前后的pH在线检测仪三和pH在线检测仪四检测pH值后自动启动加药系统投加碱液，调整污水的pH在9～10，由碱液与废水中的Fe²⁺、F^e3+生成Fe(OH)₂、Fe(OH)₃等胶体后投加絮凝剂形成尺寸大、密实的絮体，污水经过进水口五进入高效斜管沉淀池，污水通过斜管沉淀区后进入清水区，并经出水槽二及出水口五排入集水池中。出水澄清液废水COD值为1800mg/l。CO₂压力溶气器中形成的污泥通过排泥口一排出，铁碳微电解反应器中产生的污泥通过排泥口二排出，高效斜管沉淀池中的沉淀污泥通过排泥口三排出。

高效斜管沉淀池管内上升流速小于0.5mm/秒。

本发明提供的利用上述基于CO₂的铁碳微电解降解碱性有机废水的装置进行污水处理的方法：污水在CO₂压力溶气器中与微纳米曝气器分散出来的CO₂进行有效的接触，由于微纳米气泡具有庞大的数量和比表面积、极低的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了气液接触面积、接触时间，利于CO₂气体溶于水中，克服CO₂气体难溶于水的缺点；微纳米气泡内部具有较大的压力且微纳米气泡破裂时界面消失，周围环境的剧烈变化产生的化学能有助于在铁碳微电解过程中羟基自由基(·OH)的生成,强化了铁碳微电解的氧化能力。

本发明使用基于CO₂的铁碳微电解技术对难生化降解的碱性有机废水进行预处理，提高其可生化性。技术上使用压力溶解、分散溶解CO₂气体的污水在进入铁碳微电解反应器中，可使反应器内铁碳填料实时进行活化，增强了羟基自由基(·OH)的产生量，其羟基自由基(·OH)产生量是普通铁碳微电解的2～3倍。避免了铁碳填料的板结、堵塞现象，不但提高处理效率，降低处理时间，更可延长铁碳填料使用寿命，使得运行出水水质稳定、可靠。

附图说明

图1为本发明装置结构图

图中标号包括：CO₂压力溶气器1、进水口一2，排泥口一3、进气口4、微纳米曝气器5、钢丝筛网6、填料7、压力表8、布水器9、安全排气口10、人孔一11，出水口一12、减压阀13、pH在线检测仪一14A、pH在线检测仪二14B、管式反应器一15A，进水口二16，加酸口17，出水口二18，铁碳填料19、玻璃钢筛板20、铁碳微电解反应器21、人孔二22、进水口三23、排泥口二24、出水槽一25A、出水口三26、pH在线检测仪三27A、pH在线检测仪四27B、管式反应器二15B、进水口四28，碱液加入口29，絮凝剂加入口30，出水口四31，进水口五32、排泥口三33、钢网34、斜管填料35、出水槽二25B、出水口五36、高效斜管沉淀池37。

具体实施方式

本发明提供的基于CO₂的铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，可以高效提高污水可生化性并对污染物进行有效去除。

本发明提供的一种基于CO₂的铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，主要结构包括：

CO₂压力溶气器1底部设有排泥口一3，排泥口一3上方设有一进气口4，进气口4与微纳米曝气器5连接，进气口4上方设有一钢丝筛网6，钢丝筛网6上方充填有填料7，填料7上方设有一布水器9，布水器9与进水口一2连接，CO₂压力溶气器1顶部外侧设有一压力表8和一安全排气口10，中部设有一人孔一11，人孔一11的下方设有一出水口一12。混合液通过出水口一12进入减压阀13，通过减压阀13减压后经管式反应器一15A加酸调节pH后导出至铁碳微电解反应器21。管式反应器一15A前后均设有pH在线检测仪一14A、和pH在线检测仪二14B。

铁碳微电解反应器21底部设有排泥口二24，排泥口二24上方设有一进水口三23，进水口三23上方设有一玻璃钢筛板20，玻璃钢筛板20上方填充有铁碳填料19形成立体多维微电解段，铁碳填料段的中下部设有人孔二22，微电解段上方为出水段，混合液通过出水槽一25A、出水口三26导出至管式反应器二15B。

使用CO₂活化铁碳微电解填料并增强了羟基自由基(·OH)的产生，其产生量是普通铁碳微电解的2～3倍，避免了铁碳填料的板结、堵塞现象，不但提高处理效率，降低处理时间，更可延长铁碳填料使用寿命，使得运行出水水质稳定、可靠。基于CO₂的铁碳微电解降解碱性有机废水装置可提高有机废水的可生化性，本方法适用范围广、处理效果好、运行成本低、操作维护方便、安全。该工艺用于碱性有机污水的处理能大幅降低COD和色度，提高废水的可生化性。

管式反应器二15B设有进水口四28，进水口四28下游设有一碱液加入口29，碱液加入口29下游设有一絮凝剂加入口30，絮凝剂加入口30下游设有出水口四31。混合液通过出水口四31导出至高效斜管沉淀池37。管式反应器二15B前后均设有pH在线检测仪三27A和pH在线检测仪四27B，通过管式反应器二15B上加入碱液及絮凝剂，使污水中析出大量的絮体并通过沉淀池进水口五32进入高效斜管沉淀池37。

高效斜管沉淀池37底部设有排泥口三33，排泥口三33上方为储泥段，储泥段上方设有一进水口五32，进水口五32上方设有一钢网34，钢网34上方充填有斜管填料35形成沉淀区，沉淀区上方为清水区，清水区上方设有一出水槽二25B，处理后的水通过出水槽二25B、出水口五36导入后续工艺的集水池。

CO₂压力溶气器1中形成的污泥通过排泥口一3排出，铁碳微电解反应器21中产生的污泥通过排泥口二24排出，高效斜管沉淀池37中的沉淀污泥通过排泥口三33排出，上述排出的污泥收集后一并进行脱水处理、处置。

实施例

印钞厂擦板清洗液原水经有机膜过滤处理后80％的水回用，20％的浓水呈碱性pH＝10，有机物浓度COD＝13000mg/L。污水压力送入CO₂压力溶气器1后通过布水器9与经进气口4及微纳米曝气器5分散的CO₂在填料7内进行混合、接触，压力达到0.3MPa后稳定60～120min，溶有CO₂的污水经出水口一12、减压阀13、管式反应器一15A前后的pH在线监测仪14A、14B检测后加酸调节pH到3-4导出至铁碳微电解反应器21，污水通过铁碳填料19形成的三维立体电极后，在微纳米CO₂气泡的作用下，形成了大量的羟基自由基(·OH)，并在其羟基自由基(·OH)的作用下被氧化降解，溶解的Fe²⁺离子被氧化成Fe³⁺存在于水中，处理后的污水经出水槽一25A收集后通过出水口三26进入管式反应器二15B，污水在经过设置在管式反应器二15B前后的pH在线检测仪27A、27B检测pH值后自动启动加药系统投加碱液，调整污水的pH在9～10，由碱液与废水中的Fe²⁺、F^e3+生成Fe(OH)₂、Fe(OH)₃等胶体后投加絮凝剂形成尺寸大、密实的絮体，污水经过进水口五32进入高效斜管沉淀池37，污水通过斜管沉淀区后进入清水区，并经出水槽二25B及出水口五36排入集水池中。出水澄清液废水COD值为1800mg/l。CO₂压力溶气器1中形成的污泥通过排泥口一3排出，铁碳微电解反应器21中产生的污泥通过排泥口二24排出，高效斜管沉淀池37中的沉淀污泥通过排泥口三33排出，上述排出的污泥收集后一并进行脱水处理、处置。

Claims (10)

1.一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于装置由CO₂压力溶气器、铁碳微电解装置、管式反应器和高效斜管沉淀池组成，主要结构包括：CO₂压力溶气器(1)、进水口一(2)、排泥口一(3)、进气口(4)、微纳米曝气器(5)、钢丝筛网(6)、填料(7)、压力表(8)、布水器(9)、安全排气口(10)、人孔一(11)，出水口一(12)、减压阀(13)、pH在线检测仪一14A、pH在线检测仪二14B、管式反应器一15A，进水口二16，加酸口17，出水口二18，铁碳填料(19)、玻璃钢筛板(20)、铁碳微电解反应器(21)、人孔二(22)、进水口三(23)、排泥口二(24)、出水槽一(25A)、出水口三(26)、出水槽二(25B)、pH在线检测仪三(27A)、pH在线检测仪四(27B)、管式反应器二(15B)、进水口四(28)，碱液加入口(29)，絮凝剂加入口(30)，出水口四(31)，进水口五(32)、排泥口三(33)、钢网(34)、斜管填料(35)、出水口五(36)、高效斜管沉淀池(37)；

有机废水经CO₂压力溶气器中的筛网和填料与微纳米曝气器释放出来的CO₂微纳米气泡反应后进入管式反应器一，经管式反应器一前后的pH在线监测仪一、pH在线监测仪二检测后加酸调节pH、导出至铁碳微电解反应器，通过铁碳填料形成立体多维微电解池导出至管式反应器二，污水在经过设置在管式反应器二前后的pH在线检测仪三、pH在线监测仪四检测pH值后加入碱液和絮凝剂处理后进入高效斜管沉淀池。

2.如权利要求1所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于CO₂压力溶气器底部设有排泥口一，排泥口一上方设有一进气口，进气口与微纳米曝气器连接，进气口上方设有一钢丝筛网，钢丝筛网上方充填有填料，填料上方设有一布水器，布水器与进水口一相连，CO₂压力溶气器顶部外侧设有一压力表和一安全排气口，中部设有一人孔一，人孔的下方设有一出水口一；混合液通过出水口一导出至管式反应器一。

3.如权利要求1所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于管式反应器一设有进水口二，进水口二下游设有一酸液加入口，酸液加入口下游设有出水口二，混合液通过出水口二导出至铁碳微电解反应器。

4.如权利要求1所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于铁碳微电解反应器底部设有排泥口二，排泥口二上方设有一进水口三，进水口三上方设有一玻璃钢筛板，玻璃钢筛板上方填充有铁碳填料形成立体多维微电解段，铁碳填料段的中下部设有人孔二，微电解段上方为出水段，混合液通过出水槽一、出水口三导出至管式反应器二。

5.如权利要求1所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于管式反应器二设有进水口四，进水口四下游设有一碱液加入口，碱液加入口下游设有一絮凝剂加入口，絮凝剂加入口下游设有出水口四，混合液通过出水口四导出至高效斜管沉淀池。

6.如权利要求1所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于高效斜管沉淀池底部设有排泥口三，排泥口三上方为储泥段，储泥段上方设有一进水口五，进水口五上方设有一钢网，钢网上方充填有斜管填料形成沉淀区，沉淀区上方为清水区，清水区上方设有一出水槽二、处理后的水通过出水口五导入集水池。

7.如权利要求1或2所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于CO₂压力溶气器为封闭的压力容器，两端连接有椭圆型或平板型封头；CO₂压力溶气器微纳米曝气器为陶瓷或耐酸碱高分子材料，孔径20nm～50μm；CO₂压力溶气器或为空腔；CO₂压力溶气器出水口加有格网，下部装有钢丝筛网，CO₂压力溶气器布水器为穿孔的管道或莲蓬式装置或装有消能板的喇叭口管道；CO₂压力溶气器压力由安装在顶部的压力表显示，压力控制在0～0.8MPa；CO₂压力溶气器出口连接有减压阀并与铁碳微电解反应器连接。

8.如权利要求1或2所述一种基铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于CO₂压力溶气器充填有填料，填料是陶瓷、陶粒、塑料，且比表面积在200～1000m²/m³，填充率在0～80％。

9.如权利要求1或3所述一种铁碳微电解降解碱性有机废水的装置，其特征在于铁碳微电解反应器内采用的铁碳填料质量比为1:1～2:3。

10.根据权利要求1所述装置降解碱性有机废水的的方法，其特征在于CO₂气体通过微纳米曝气器压力分散于CO₂压力溶气器内污水中，强化铁碳微电解反应器中羟基自由基的产生过程；管式反应器二出水调节pH在9～10，便于经过铁碳微电解多维电极处理后的水形成絮体，更好地分离、去除污染物；污水通过铁碳填料形成的三维立体电极后，在微纳米CO₂气泡的作用下，形成了大量的羟基自由基(·OH)，并在其羟基自由基(·OH)的作用下被氧化降解，溶解的Fe²⁺离子被氧化成Fe³⁺存在于水中，处理后的污水经出水槽一收集后通过出水口三进入管式反应器二，污水在经过设置在管式反应器二前后的pH在线检测仪三和pH在线检测仪四、检测pH值后自动启动加药系统投加碱液，调整污水的pH在9～10，由碱液与废水中的Fe²⁺、F^e3+生成Fe(OH)₂、Fe(OH)₃胶体后投加絮凝剂形成尺寸大、密实的絮体，污水经过进水口五进入高效斜管沉淀池，污水通过斜管沉淀区后进入清水区，并经出水槽二及出水口五排入集水池中；CO₂压力溶气器中形成的污泥通过排泥口一排出，铁碳微电解反应器中产生的污泥通过排泥口二排出，高效斜管沉淀池中的沉淀污泥通过排泥口三排出。