CN105540952A - 紫脲酸废水处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供紫脲酸废水处理工艺，包括顺次连接的均质池、隔油隔渣处理装置、气浮絮凝池1#、迷宫沉淀池1#、气浮絮凝池2#、迷宫沉淀池2#、低压电催化氧化装置1#、低压电催化氧化装置2#、离子膜电催化氧化脱盐装置1#、离子膜电催化氧化脱盐装置2#、迷宫沉淀池3#。本发明创造的积极效果是：本工艺流程中的设备都是独立个体，占地面积小，所涉及的用电设备均采用直流电，电压小于48V，运行费用低，每一段产生的污泥量极少，不存在二次污染，设备处理效果稳定。

Description

紫脲酸废水处理工艺
技术领域
本发明创造涉及污水处理技术领域，具体涉及紫脲酸废水处理工艺。
背景技术
咖啡因生产过程中会产生高浓度紫脲酸废水，该废水具有以下特点：(1)高COD，咖啡因废水中含有大量的来自不同工艺段的反应原料及中间产物，而这些物质大多都属于氨氮化合物，因此导致废水中的氨氮含量及COD值偏高；(2)高盐度，生产过程中会发生各种反应，包括还原反应、中和反应和碱化反应等，因此水中就含有大量的盐离子，包括氯离子、钠离子、硫酸根离子等，这样就导致废水中的含盐量较高；(3)酸性大，由于废水中含有大量的有机酸和嘌呤类的物质，所以咖啡因废水溶液呈酸性；(4)可生化性较差，紫脲酸废水中的有机物成分复杂，性质也相当稳定，很难降解，可生化性很差，难以用一般的生化方法来处理。
基于紫脲酸废水的上述特点，此类废水难以处理。现有技术中，企业一般通过传统方法处理(芬顿、微电解、絮凝沉淀法及生化法)后很难达到国家所要求的排放标准，往往须再增加臭氧氧化法、渗透膜法、活性炭吸附法等多种后续组合方法处理，工艺复杂、流程长、成本较高，且处理效果不尽理想。
发明内容
本发明创造为解决背景技术中所述产品存在的问题，提供紫脲酸废水处理工艺，该设备使用方便，成本易于控制，具有突出的规模化应用前景。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：紫脲酸废水处理工艺，包括顺次连接的均质池、隔油隔渣处理装置、气浮絮凝池1#(HECAF1#)、迷宫沉淀池1#、气浮絮凝池2#(HECAF2#)、迷宫沉淀池2#、低压电催化氧化装置1#(LVER1#)、低压电催化氧化装置2#(LVER2#)、离子膜电催化氧化脱盐装置1#(EMFR1#)、离子膜电催化氧化脱盐装置2#(EMFR2#)、迷宫沉淀池3#。
进一步，所述气浮絮凝池1#/气浮絮凝池2#包括盖板、池体和底座；所述池体的上端外周设有一圈高于池体的外壁的围挡，所述围挡下端的一部分与所述池体的外壁上端的一部分共同形成过水腔，所述盖板盖合于所述池体的围挡的上面；所述过水腔上连接有出水管道，所述池体底部设有曝气管道以及进水管道
进一步，所述出水管道、曝气管道以及进水管道分别与设置于所述池体上的出水法兰、曝气法兰以及进水法兰相连通；
进一步，所述曝气管道呈平行排布或平行和纵向交替排布，并通过单独设置的管道与所述曝气法兰连接。
进一步，所述低压电催化氧化装置1#/低压电催化氧化装置2#包括电解槽，所述电解槽外围设有曝气法兰、接线箱、出水法兰、进水法兰以及排水法兰，所述电解槽内设有石墨电极、不锈钢电极、布水管、曝气管、格栅板、尼龙网和集水箱；
所述石墨电极和不锈钢电极分别固设于所述电解槽的两侧壁上；
所述布水管与所述进水法兰连接，所述布水管上设有出水孔，所述曝气管与所述曝气法兰连接，所述曝气管上设有曝气孔，所述集水箱与所述出水法兰通过管路连接，所述集水箱上表面较所述电解槽上表面低；
所述电解槽内设有向内突出的凸台，所述格栅板位于所述凸台上，所述尼龙网位于所述格栅板上，所述布水管位于所述格栅板的下方；
所述曝气管包括垂直设置的通气管部和曝气管部，所述通气管部与所述曝气法兰连接，所述曝气管部与所述尼龙网平行并紧邻设置，所述曝气管部包括若干并行设置的曝气短管。
进一步，所述集水箱上表面为锯齿状。
进一步，所述尼龙网为两层设置。
进一步，所述电解槽外围还设有检查法兰。
进一步，所述出水孔及曝气孔均为为开口向下设置。
进一步，所述石墨电极和不锈钢电极分别固设有紫铜条，不锈钢电极上的所述紫铜条表面设有防腐树脂层。
本发明创造具有的优点和积极效果是：本工艺流程中的设备都是独立个体，占地面积小，所涉及的用电设备均采用直流电，电压小于48V，运行费用低，每一段产生的污泥量极少，不存在二次污染，设备处理效果稳定。
附图说明
图1是本发明创造的工艺流程图；
图2是本发明创造HECAF1#在主视方向的结构示意图；
图3是本发明创造HECAF1#在右视方向的结构示意图；
图4是本发明创造HECAF1#在后视方向的结构示意图；
图5是本发明创造HECAF1#内部的结构示意图；
图6是图5在出水法兰部分的局部放大图；
图7是图5在A-A位置的截面示意图；
图8是图5在B-B位置的截面示意图；
图9是图5在C-C位置的截面示意图；
图10是本发明创造HECAF1#中上格栅板或下格栅板的俯视结构示意图；
图11是本发明创造HECAF1#底部的结构示意图；
图12、图13是本发明创造LVER1#的不同方位的外部结构示意图；
图14是本发明创造LVER1#的电解槽内铺设了布水管后的内部结构示意图；
图15是本发明创造LVER1#的电解槽内部结构示意图；
图16是本发明创造LVER1#的电解槽内局部透视结构示意图；
图17是图16的局部放大结构示意图。
图中：
A、均质池，B、隔油隔渣处理装置，C、HECAF1#，D、迷宫沉淀池1#，E、HECAF2#，F、迷宫沉淀池2#，G、LVER1#，H、LVER2#，I、EMFR1#，J、EMFR2#，K、迷宫沉淀池3#；
C1、盖板，C12、放空法兰，C2、池体，C21、外壁，C22、围挡，C23、过水腔，C24、出水管道，C241、出水法兰，C25、曝气管道，C251、曝气法兰，C252、管码，C26、进水管道，C261、进水法兰，C27、检查法兰，C28、排空法兰，C3、底座，C31、支撑肋，C4、镀锌连接螺栓，C41、耐油橡胶，C5、上格栅板，C51、尼龙连接螺栓，C6、下格栅板，C7、尼龙网，C8、支撑杆，C9、托杆。
G1、电解槽，G2、第二曝气法兰，G3、接线箱，G4、第二出水法兰，G5、第二进水法兰，G6、排水法兰，G7、布水管，G8、曝气管，G81、通气管部，G82、曝气管部，G821、曝气短管，G9、格栅板，G10、第二尼龙网，G11、集水箱，G12、凸台，G13、石墨电极，G14、不锈钢电极，G15、紫铜条，G16、第二检查法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造的具体实施例做详细说明。
如图1所示，一种紫脲酸废水处理工艺，紫脲酸母液原水在该系统中各步骤的处理过程如下：
1、均质池，均质池能够向处理系统不间断的输入废水，维持处理系统连续稳定地运行，对进水进行均质，防止高浓度酸、碱及有毒物质进入处理系统，控制pH值的大幅度波动，避免了对处理设备的损害。
2、隔渣隔油处理装置，该装置将较大的固体颗粒及在均质池中因废水混合反应产生的沉淀废物滤出，并将油水分离，便于后续处理。
3、HECAF1#
如图2-11所示，HECAF1#包括盖板C1、池体C2和底座C3；所述池体C2构成水处理的絮凝沉淀的主要工作空间，所述池体C2的上端外周设有一圈高于池体C2的外壁C21的围挡C22，所述围挡C22下端的一部分与所述池体C2的外壁C21上端的一部分共同形成过水腔C23，所述盖板C1盖合于所述池体C2的围挡22的上面；所述过水腔C23上连接有出水管道C24，所述池体C2底部设有曝气管道C25以及进水管道C26。
其中，所述出水管道C24、曝气管道C25以及进水管道C26分别与设置于所述池体C2上的出水法兰C241、曝气法兰C251以及进水法兰C261相连通。所述出水法兰C241和进水法兰C261分别用于设备的进出水，下进上出的水路设计能够更有效的处理废水，同时上出水不会造成池体C2填料的漏排损耗。出水管道C24和进水管道C26材质是UPVC，直径可设计为50mm，管道上面可以布孔，孔径优选为5mm，安装时管道空口优选地向下设置。所述曝气管道C25优选地呈平行排布或平行和纵向交替排布，并通过单独设置的管道与所述曝气法兰C251连接，曝气有搅拌混合，促进水的循环流动的作用，使反应更加充分，曝气产生的气泡，会带着废水处理过程中产生的絮体及悬浮颗粒上升，以便于废水的排出。
其中，所述池体C2的外壁C21顶端内部还设置有上格栅板C5，所述上格栅板C5上表面呈齿状，齿状夹角优选为90°。齿状能够减缓水流速度，同时防止填料曝出。更进一步的，所述上格栅板C5通过尼龙连接螺栓C51固定在所述池体C2的外壁C21上。
所述池体C2内底部还设有下格栅板C6，所述下格栅板C6也可以通过尼龙连接螺栓C51固定在所述池体C2的外壁C21上；所述曝气管道C25和进水管道C26位于所述下格栅板C6下方，所述曝气管道C25可以通过管码C252固定于所述下格栅板C6的下底面。
所述上格栅板C5的下方和/或下格栅板C6的上方还设置有尼龙网C7，尼龙网的作用是阻隔填料，防止填料随水流从出水口流出或造成进水管道C26的堵塞。
由于所述下格栅板C6需要承载池体C2内填料及废水等的重量，所述下格栅板C6或曝气管道C25还连接有支撑机构，所述支撑机构包括固定于所述池体C2的的倾斜设置的底面上的支撑杆C8，以及与所述支撑杆8连接并支撑于所述下格栅板C6或曝气管道C25底部的托杆C9。
废水由该设备下方的进水口进入，流经絮凝床时，与目标污染物发生一系列的物理化学反应，产生一种或多种初生态的混凝剂及氧化剂，通过絮凝、吸附催化氧化分解、置换等多种物化作用，使废水中的污染物迅速去除。同时，装置内要不停曝气，使反应更加的充分；处理后的污水由出水法兰进入迷宫沉淀池1#。上述HECAF污水处理技术装置由于集多种物理化学作用于一体，因而具有高效、快速、污泥量特别少、投资省、占地面积小、运行费用低、适用范围广、能同时去除多种无机和有机物等特点。
4、迷宫沉淀池1#，HECAF2#，迷宫沉淀池2#
迷宫沉淀池1#和迷宫沉淀池2#结构相同，迷宫沉淀池1#/2#的主要部件是VF片斜板，即在斜板上垂直设置若干块高度相同距离相等的平行翼板，形成与水流方向垂直及60度的若干分离槽，这些分离槽在同一直线纵向排列，俯视之，组成的整体就像迷宫一样，所以称为迷宫沉淀池，迷宫沉淀池主要用于固液分离，沉淀池的沉渣浓液由设备的底部排出，经压滤机压干，渣饼送填埋或焚烧等再作进一步处理；而分离出的液体进入HECAF2#和其之后的迷宫沉淀池2#；从迷宫沉淀池2#排出的废水进入LVER1#和LVER2#，LVER1#和LVER2#是两个相同的设备。
上述过程中，废水经过两次HECAF(HECAF1#和LVER2#，该两个装置相同)，主要目的是使前期的预处理能够处理充分，将废水中的表面活性剂和油类物质去除的更干净一些，方便后续处理，减少对后续处理设备、膜及填料的损害。
5、LVER1#，LVER2#
LVER1#/LVER2#是电催化氧化脱盐装置，如图12-17所示，包括电解槽G1，所述电解槽G1外围设有第二曝气法兰G2、接线箱G3、第二出水法兰G4、第二进水法兰G5以及排水法兰G6，所述电解槽G1内设有石墨电极G13、不锈钢电极G14、布水管G7、曝气管G8、格栅板G9、第二尼龙网G10和集水箱G11；
所述石墨电极G13和不锈钢电极G14分别固设于所述电解槽G1的两侧壁上；
所述布水管G7与所述第二进水法兰G5连接，所述第二进水法兰G5与进水装置连接，所述布水管G7上设有出水孔，所述曝气管G8与所述第二曝气法兰G2连接，所述第二曝气法兰G2与曝气装置连接，所述曝气管G8上设有曝气孔，所述集水箱G11与所述第二出水法兰G4通过管路连接，所述第二出水法兰G4与出水装置连接，所述集水箱G11上表面较所述电解槽G1上表面低；所述排水法兰G6位于所述电解槽G1的底部，该排水法兰设置，目的是为了从设备底端排出因废水反应产生的污泥，同时也为了方便设备的清洗。
所述电解槽1内设有向内突出的凸台G12，所述格栅板G9位于所述凸台G12上，所述第二尼龙网G10位于所述格栅板G9上，所述布水管G7位于所述格栅板G9的下方；
所述曝气管G8包括垂直设置的通气管部G81和曝气管部G82，所述通气管部G81与所述第二曝气法兰G2连接，所述曝气管部G82与所述第二尼龙网G10平行并上下紧邻设置，所述曝气管G82部包括若干并行设置的曝气短管G821，所述曝气短管G821由管码与格栅板G9固定。
其中，所述集水箱G11上表面为锯齿状；所述第二尼龙网G10为两层设置；所述电解槽G1外围还设有第二检查法兰G16；所述出水孔为开口向下设置；所述曝气孔为开口向下设置；所述石墨电极G13和不锈钢电极G14上分别固设有紫铜条G15，不锈钢电极G14上的所述紫铜条G15表面设有防腐树脂层；所述电解槽G1下部还设有电解槽支架。
该设备是三位电极电化学技术与催化氧化技术的耦合，从三维电极的原理出发，以炭等作载体，无机氧化物为引发剂，以电能作激发能，电源为脉冲直流电。在较低的安全直流电压下(<50V)，利用空气中的氧气，通过一系列的化学反应机制形成初生态的H2O2，随之进一步分解产生具有极强氧化性的羟基自由基(·OH)。羟基自由基能够迅速氧化多环或杂环芳烃类，使之被降解为易被微生物进一步分解的小分子有机物，甚至被羟基自由基彻底矿化为二氧化碳和水。LVER的出水分别进入EMFR1#(阴膜)和EMFR2#(阳膜)。
上述LVER水处理技术具有广谱性、快速、稳定、可靠、运转费用低、污泥量极少、无二次污染等特点。特别是对于像紫脲酸母液这种高COD、高氨氮、高盐的废水处理来说，在去除氨氮、COD的同时本技术不会给废水带入任何盐分，把稳定性很强的大分子物质分解为小分子物质，大大提高了废水的可生化性能，为后续生物处理创造了良好的条件。
上述过程中，废水经过两次LVER(LVER1#和LVER2#，该两个装置相同)，是为了使废水中的COD，氨氮等含量尽量降到最低。
6、EMFR1#(阴膜)，EMFR2#(阳膜)
本设备是在LVER装置的基础上，与填充床电去离子膜技术有机结合起来的一种水处理技术。设备主要由箱体(分浓缩室，淡化室)、离子交换膜组件、排列在主箱体两侧的三维电极和活性炭催化填料所构成。电极板两边分别连接电源正负极，接通电源，电源为直流电，电压小于50V，同时曝气。本装置在运行中通入空气和电时，装置内将产生具极强氧化性能的羟自由基(·OH)，并且发生催化氧化还原反应，废水进入装置的淡化室时，废水中的有机物迅速分解成二氧化碳、水、或把环状有机分子打断成直链小分子有机物；在羟基自由基(·OH)氧化、分解有机物的同时，在两侧电极的电场作用下，废水中的带电的溶质粒子(如阴离子)通过离子交换膜(阴膜)而迁移至异相电极方向(浓缩室)，发生渗析作用，达到脱盐的目的。浓缩室产生的浓缩液(酸或碱液)达到回用要求的可以回用，达不到回用要求则可把浓缩室(酸或碱液)经中和后排放。
本工艺段设置为两段，分别是EMFR1#(阴膜)和EMFR2#(阳膜)，分别除去废水中的阴阳离子，达到废水除盐的效果。
7、迷宫沉淀池3#
经过阴阳膜装置设备处理后的废水进入最后一段设备，迷宫沉淀池3#，将废水中的固体杂质流经迷宫沉淀除掉，将经过一系列处理后的废水集中收集即可。
以下是紫脲酸母液废水利用上述废水处理方法及处理系统的正交试验，实验中原水的COD是44773，氨氮是343。
实验采用三因素三水平设计，采用L93 4正交表，具体见表1。正交设计具体见表2，其中原水COD44773，氨氮343。
表1
因素名称 药剂加入量 曝气时间/min 电氧化时间/min 电脱盐时间/min
水平1 1％ 30 30 0
水平2 1％ 40 40 10
水平3 1％ 50 50 20
表2
正交实验结果见表3。
表3
因素 药剂加入量 曝气时间/min 电氧化时间/min 电脱盐时间/min 实验结果
实验1 1 1 1 1 80.6
实验2 1 2 2 2 98.1
实验3 1 3 3 3 97.4
实验4 2 1 2 3 96.9
实验5 2 2 3 1 90.9
实验6 2 3 1 2 95.9
实验7 3 1 3 2 96.1
实验8 3 2 1 3 98.6
实验9 3 3 2 1 87.8
均值1 92.033 91.2 91.7 86.433
均值2 94.567 95.867 94.267 96.7
均值3 94.167 93.7 94.8 97.633
极差 2.534 4.667 3.1 11.2
上述实验共分为九组，根据正交表分析实验结果，如上所示是九组实验的COD的实验结果，根据实验的三因素三水平的设计，将每一实验的每一水平的COD均值做分析，其中实验结果为COD的去除率(％)曝气时间40minCOD去除率的均值为95.867，电氧化50minCOD的去除率均值为94.8，电脱盐20minCOD的去除率均值为97.633，其中电脱盐时间20min，COD的去除率最高。但是电氧化时间均值的极差最小。由于每组的药剂添加量均为1％，所以药剂加入量不作考虑。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，包括顺次连接的均质池、隔油隔渣处理装置、气浮絮凝池1#、迷宫沉淀池1#、气浮絮凝池2#、迷宫沉淀池2#、低压电催化氧化装置1#、低压电催化氧化装置2#、离子膜电催化氧化脱盐装置1#、离子膜电催化氧化脱盐装置2#、迷宫沉淀池3#。
2.如权利要求1所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述气浮絮凝池1#/气浮絮凝池2#包括盖板、池体和底座；所述池体的上端外周设有一圈高于池体的外壁的围挡，所述围挡下端的一部分与所述池体的外壁上端的一部分共同形成过水腔，所述盖板盖合于所述池体的围挡的上面；所述过水腔上连接有出水管道，所述池体底部设有曝气管道以及进水管道。
3.如权利要求2所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述出水管道、曝气管道以及进水管道分别与设置于所述池体上的出水法兰、曝气法兰以及进水法兰相连通。
4.如权利要求2所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述曝气管道呈平行排布或平行和纵向交替排布，并通过单独设置的管道与所述曝气法兰连接。
5.如权利要求1所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述低压电催化氧化装置1#/低压电催化氧化装置2#包括电解槽，所述电解槽外围设有曝气法兰、接线箱、出水法兰、进水法兰以及排水法兰，所述电解槽内设有石墨电极、不锈钢电极、布水管、曝气管、格栅板、尼龙网和集水箱；
所述石墨电极和不锈钢电极分别固设于所述电解槽的两侧壁上；
所述布水管与所述进水法兰连接，所述布水管上设有出水孔，所述曝气管与所述曝气法兰连接，所述曝气管上设有曝气孔，所述集水箱与所述出水法兰通过管路连接，所述集水箱上表面较所述电解槽上表面低；
所述电解槽内设有向内突出的凸台，所述格栅板位于所述凸台上，所述尼龙网位于所述格栅板上，所述布水管位于所述格栅板的下方；
所述曝气管包括垂直设置的通气管部和曝气管部，所述通气管部与所述曝气法兰连接，所述曝气管部与所述尼龙网平行并紧邻设置，所述曝气管部包括若干并行设置的曝气短管。
6.如权利要求5所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述集水箱上表面为锯齿状。
7.如权利要求5所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述尼龙网为两层设置。
8.如权利要求5所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述电解槽外围还设有检查法兰。
9.如权利要求5所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述出水孔及曝气孔均为为开口向下设置。
10.如权利要求5所述的紫脲酸废水处理工艺，其特征在于，所述石墨电极和不锈钢电极分别固设有紫铜条，不锈钢电极上的所述紫铜条表面设有防腐树脂层。
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