CN105585217B - 一种震光废水的处理和回用方法及其应用 - Google Patents

一种震光废水的处理和回用方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种震光废水的处理和回用方法及其应用。本发明将震光废水酸化与电絮凝协同破络反应后，使用助凝剂CaO或Ca(OH)2，调节pH值8～9，加入阴离子絮凝剂进入沉淀分离阶段，使上清液中镍低于0.15mg/L；上清液进入微滤、纳滤装置，使出水SS小于20mg/L，镍离子含量在0.1mg/L以下，提高了可生化性，避免进入生化池微生物易中毒、生物膜脱落等现象；水解酸化和接触氧化使大分子有机物继续分解成小分子有机物，小分子有机物被生物膜吸附、氧化分解成CO2、H2O、N，COD可将至50mg/L以下。通过二沉池后，最终排放水可达到国家一级排放标准，排放水质可回用于车间研磨、清洗等工序。

Description

一种震光废水的处理和回用方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种震光废水的处理和回用方法及其应用。
背景技术
震光是指在震动研磨机中，利用研磨石（高铝瓷、陶瓷、高频瓷、塑胶石等）和研磨助剂（研磨液、光亮剂、清洗剂、防锈剂、除蜡水），使金属工件表面达到光亮、平滑的效果。震光废水是指震光过程中产生的废水，成分复杂，含有研磨助剂、重金属、研磨石颗粒等。
在高碳钢工具镀镍、镀铬之前，需要采用震光工艺，使金属工具达到表面抛光、去批锋、倒角、去除毛边、除锈、粗磨光、精密磨光、光泽打光、电镀前细磨、震动出色等目的，而震光过程中使用了研磨石、研磨助剂等材料，产生的废水中，含有大量悬浮研磨石颗粒以及重金属Mn、Ni、Cr、Cu等，而重金属与研磨助剂形成络合态化合物，使得废水处理后，SS、重金属都很难达到排放标准，尤其是Ni离子，无法达到0.1mg/L以下的国家一级排放标准，如果超标排放，对自然水域造成污染，通过食物链，最终进入我们人类体内，人体内如果累积过量的重金属元素及其重金属化合物，会对人体产生过敏反应，还会引起神经衰弱症、影响多种酶的作用，从而会引起畸形、癌症的多发！
现有处理工艺中，化学法采用重金属去除剂DTC、TMT15、硫化钠等，也有Fenton等氧化破络的方法，取得一定的效果；物理法采用吸附剂，如改性纤维素、改性壳聚糖等；近年来，通过不断的研究与实践，有一些新的处理工艺，如CN104944709A中，采用化学沉淀+生物膜+微滤+反渗透的方法，另外电絮凝工艺用来处理电镀废水也取得一定的成果。但目前已有处理工艺存在以下缺：
1）现有处理工艺主要针对含重金属综合废水，对于震光废水的处理，Ni离子难以达到0.1mg/L以下；
2）对于震光废水中的研磨石，固体颗粒物大且细腻均匀呈悬浮状态，不带电荷，普通混凝剂、絮凝剂无法去除这些固体颗粒物；
3）现有工艺中使用了大量重金属去除剂等，易产生二次污染，污泥量增加；
4）现有工艺无法进行彻底、有效的破络，排放水中残留难降解的有机物，对受纳水体造成污染，无法达到回用标准，不能到车间继续使用。
发明内容
本发明的目的在于一种震光废水的处理和回用方法及其应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种震光废水的处理方法，包括以下步骤：
1）酸化与电絮凝协同破络反应：调节震光废水pH值为3～4，启动电絮凝系统，使震光废水进入电絮凝管道反应器中开始酸化、电絮凝协同破络反应，协同反应6～8h；
2）絮凝沉淀：停止电絮凝系统，在搅拌状态下加入氧化钙或氢氧化钙使pH值7～9，再加入阴离子絮凝剂，使絮凝体可被沉淀分离；将絮凝后的废水抽入一沉池进行泥水分离；
3）微滤、纳滤：将一沉池出水依次进入微滤、纳滤系统；
4）水解酸化反应：将上步纳滤的出水直接进入水解酸化池，停留时间为6～8h；
5）接触氧化系统：废水经上步水解酸化反应后进入接触氧化池，采用连续曝气，控制溶解氧为2～4 mg/L，停留时间为8～10h；接触氧化池出水进入二沉池沉淀，进行最后一步泥水分离，震光废水即可达标排放或回用。
进一步的，所述震光废水为高碳钢的震光废水。
进一步的，步骤1）所述电絮凝系统的电极电压12～24V，电流密度80～120A/m2。
进一步的，所述电絮凝电极材料选自铝、锌、铁的一种或两种。
进一步的，步骤2）阴离子絮凝剂加入后的浓度为1～1.5mg/L。
进一步的，所述阴离子絮凝剂为PAM。
进一步的，步骤3）所述微滤、纳滤时的流速为4.5～5.5m3/h。
进一步的，步骤3）所述纳滤系统共分为两段，第一段纳滤所得浓水再进入第二段纳滤系统作进一步过滤，所得浓水回流至步骤1）震光废水中。
进一步的，步骤5）所述二沉池沉淀的时间至少为3.5h。
上述一种震光废水的处理方法所得的排水在车间研磨、清洗中应用。
本发明型的有益效果是：
1）本发明在于解决在高碳钢的震光废水处理过程中超标的问题，本发明将震光废水酸化与电絮凝协同破络反应后，使用助凝剂CaO或Ca(OH)2，调节pH值8～9，加入阴离子絮凝剂进入沉淀分离阶段，使上清液中镍低于0.15mg/L；上清液进入微滤、纳滤装置，使出水SS小于20mg/L，此时重金属镍离子含量小于国家一级排放标准0.1mg/L以下，此时废水也因此提高了可生化性，避免进入生化池微生物易中毒、生物膜脱落等现象；废水进入水解酸化、接触氧化系统，使大分子有机物继续分解成小分子有机物，小分子有机物被生物膜吸附、氧化分解成CO2、H2O、N，达到降低COD的目的，COD可将至50mg/L以下。通过二沉池后，最终排放水可达到国家一级排放标准，排放水质可回用于车间研磨、清洗等工序。
2）本发明方法彻底去除重金属镍、络合型有机物等毒性难降解污染物。
3）本发明方法使废水的可生化性得到最大化提高。
4）本发明废水处理工艺稳定，抗冲击能力强。
5）本发明采用管道式电絮凝器，占地面积少。
6）本发明处理后的废水最终排放稳定达标。
7）本发明采用了纳滤系统，处理过程环保。
8）本发明减少了药剂使用量，不易产生二次污染。
9）本发明污泥量相比以往技术减少15%。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
一种震光废水的处理方法，包括以下步骤：
1）酸化与电絮凝协同破络反应：调节震光废水pH值为3～4，启动电絮凝系统，使震光废水进入电絮凝管道反应器中开始酸化、电絮凝协同破络反应，协同反应6～8h；
2）絮凝沉淀：停止电絮凝系统，在搅拌状态下加入氧化钙或氢氧化钙使pH值7～9，再加入阴离子絮凝剂，使絮凝体可被沉淀分离；将絮凝后的废水抽入一沉池进行泥水分离；
3）微滤、纳滤：将一沉池出水依次进入微滤、纳滤系统；
4）水解酸化反应：将上步纳滤的出水直接进入水解酸化池，停留时间为6～8h；
5）接触氧化系统：废水经上步水解酸化反应后进入接触氧化池，采用连续曝气，控制溶解氧为2～4 mg/L，停留时间为8～10h；接触氧化池出水进入二沉池沉淀，进行最后一步泥水分离，震光废水即可达标排放或回用。
优选的，所述震光废水为高碳钢的震光废水。
优选的，步骤1）所述电絮凝系统的电极电压12～24V，电流密度80～120A/m2。
优选的，所述电絮凝系统的电源为直流电源或低压脉冲电源。
优选的，所述电絮凝电极材料选自铝、锌、铁的一种或两种。
优选的，步骤2）阴离子絮凝剂加入后的浓度为1～1.5mg/L。
优选的，所述阴离子絮凝剂为PAM。
优选的，步骤3）所述微滤、纳滤时的流速为4.5～5.5m3/h。
优选的，步骤3）所述微滤的微滤膜孔径为0.1µm。
优选的，步骤3）所述纳滤的纳滤膜孔径为1nm。
优选的，步骤3）所述纳滤系统共分为两段，第一段纳滤所得浓水再进入第二段纳滤系统作进一步过滤，第二段所得浓水回流至步骤1）震光废水中。
优选的，步骤3）所述纳滤系统产水率为70%以上。
优选的，步骤4）所述水解酸化池中活性污泥培养方法如下：采用直接好氧挂膜启动，积累生物量，达到合适污泥浓度，并适应水质后，逐渐转入兼氧条件；调配池内CODcr为450～550mg/L，按m(CODcr)∶m（N）∶m（P）=400∶5∶1投加N、P成分，从生活污水系统引入活性污泥，使MLSS质量浓度达到2000~3000mg/L；闷曝使CODcr降低到250～350mg/L，随后开始连续进废水，控制进水CODcr为300~400mg/L，溶解氧DO为2.5～3.5mg/L，1周内出水CODcr稳定在200mg/L以下；此后通过增加进水量逐步提高进水负荷；同时，在细菌成活并大量繁殖后，逐步减少溶解氧，控制溶解氧DO为0.2～0.4 mg/L，直至达到水解酸化系统设计要求。
优选的，步骤5）所述二沉池沉淀的时间至少为3.5h。
优选的，步骤5）所述接触氧化系统中活性污泥培养方法如下：污泥接种成活后，进入污泥挂膜期，采用直接好氧挂膜启动，积累生物量，开始逐级提高CODcr，使接触氧化池内组合填料上生物膜厚度增加至0.8～1.2cm，显微镜下观察生物膜中有少量活动的原生动物，有大量的新生菌胶团出现，伴有部分丝状菌，活性较好，此时开始逐渐增加废水水量，开始驯化；经过1~3个月的培养、驯化，出水基本稳定，随后转入试运行。
经上述震光废水处理方法所得的排水在车间研磨、清洗中应用。
本发明可能涉及到的反应机制如下：
1.酸化与电絮凝协同破络反应：在带有搅拌的反应池中加入震光废水，使用盐酸或硫酸调节震光废水pH值在3～4之间，开始酸化破络，部分研磨助剂通过酸化形成不溶于水的絮体，同时用水泵将调节好震光废水提升至电絮凝管道反应器中循环协同反应(6～8)h；电絮凝电极材料使用铝、锌、铁的一种或两种，在运行过程中，使用直流电源或低压脉冲电源，控制每对电极电压（12～24）V，电流密度（80～120）A/m2，该过程中发生的化学反应如下式：
发生的电极反应如下：
在酸性条件下铝阳极Al－3e→Al3e+ (1) Al3e++3H2O→Al(OH)3+3H+ （2）
在酸性条件下铁阳极 Fe－2e→Fe2e+ (3) 4Fe2e++O2+2H2O→4Fe3e++4OH－ （4）
阴极上发生还原反应，产生氢分子，并有二价及三价铁析出。
反应式如下：
2H＋+2e→2H→H2
此种新生态氢[H]具有很强的还原能力，将六价铬还原成三价铬，
然后以氢氧化铬沉淀去除。
Cr2O7 2-+6Fe2＋+14H＋→2Cr3++6Fe3++7H2O
CrO4 2-+3Fe2＋+8H＋→Cr3++3Fe3++4H2O
Cr3++3OH－→Cr(OH)3↓
Fe3++3OH－→Fe(OH)3↓
本发明中电絮凝法在处理过程中具有多功能性：
1） 电解过程中产生的离子水解产生大量的多羟基化合物与重金属离子发生反应、吸附和螯合等作用以捕集大部分的重金属离子，然后通过加入助凝剂、阴离子絮凝剂，进一步捕集、分离重金属离子；
2） 除了电絮凝作用之外还有电化学氧化和还原等作用，同时废水在阳极产生OH放电而产生氧化反应，对水中有机物进行氧化作用，阴极离子得电形成氢这种初生态氢具有最强的还原能力，六价铬还原成三价铬，还能有效地去除研磨废水中的溶解盐类、胶体、研磨助剂有机物等；
3） 同时电解过程中产生的铁或铝以羟基化合物形式存在，具有混凝效果。
絮凝沉淀：酸化与电絮凝协同破络结束后，添加氧化钙或氢氧化钙调节pH值7～9，最佳值为8，再添加阴离子PAM絮凝剂，絮凝体便可实现沉淀分离，最终使所得出水满足排放预处理要求；
该过程中使用氧化钙或者氢氧化钙的优点如下：
1）氧化钙或氢氧化钙起到调节pH值的作用；
2）钙离子与硫酸根形成微溶于水的硫酸钙，进一步破坏了硫酸镍的稳定性，便于去除镍离子；
3）钙离子起到助凝的效果，增加了混凝后絮体的密度，易于沉降。
微滤、纳滤：震光废水通过上述酸化、电絮凝、混凝、絮凝进入一沉池进行泥水分离，研磨废水已经去除了大部分的有机物以及重金属，且镍离子含量小于0.15mg/L的浓度；但是废水中研磨石颗粒较细小，呈悬浮状，不带电荷，颗粒直径约为（1~5）nm，通过上述方法难以完全去除，处理后废水经过孔径0.1µm的微滤膜装置，再经过孔径为1nm的纳滤装置，彻底去除研磨细小颗粒以及少量重金属絮体，此时废水中镍离子含量小于0.1mg/L，悬浮物SS小于20 mg/L；纳滤浓水返回至震光废水收集池中，再次通过电絮凝、破络、混凝、絮凝、微滤、纳滤进行循环处理，研磨石颗粒通过一沉池的排泥来去除；
4.水解酸化反应：经过上一步废水处理工序，彻底降低震光废水中的重金属镍、铬，其中镍离子小于0.1 mg/L，达到排放标准，且经过电絮凝后震光废水中络合型研磨助剂等有机物均被氧化或还原，提高了废水可生化性，纳滤后废水直接进入水解酸化池，废水与活性污泥颗粒充分混合，利用接种培养的大量水解细菌、酸化菌将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质，从而进一步改善废水的可生化性，水解酸化（6-8）h后，进入接触氧化池。水解酸化池的维护按照正常程序管理维护。
水解酸化系统中活性污泥培养方法如下：
采用直接好氧挂膜启动，积累生物量，达到合适污泥浓度，并适应水质后，逐渐转入兼氧条件。通过加生活污水调配池内CODcr约500mg/L，按m(CODcr)∶m（N）∶m（P）=400∶5∶1投加N、P成分，从附近生活污水系统引入活性污泥，使MLSS质量浓度达到1000~2000mg/L。闷曝3d后CODcr降低到300mg/L，随后开始连续进污水，控制进水CODcr为300~400mg/L，溶解氧DO为3mg/L左右，1周内出水CODcr稳定在200mg/L以下。此后通过增加进水量逐步提高进水负荷。同时，在细菌成活并大量繁殖后，逐步减少溶解氧，控制溶解氧DO为（0.2-0.4）mg/L，直至达到水解酸化系统设计要求。
接触氧化系统:接触氧化池污泥接种方式与水解酸化池相似，并且与水解酸化池同步培养，水解池出水直接进入两级接触氧化池，DO分别控制在（2~3）mg/L和（3～4）mg/L，按m(CODcr)∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1投加N、P成分。污泥接种成活后，进入污泥挂膜期，开始逐级提高CODcr，使接触氧化池内组合填料上生物膜厚度增加至1cm左右，显微镜下观察生物膜中有少量活动的原生动物，有大量的新生菌胶团出现，伴有部分丝状菌，活性较好，此时开始逐渐增加废水水量，开始驯化。由于设备更换以及出现冲击，调试中间出现几次反复，经过1~3个月的培养、驯化，出水基本稳定，随后转入试运行。实际操作中，细菌成活后，营养盐成分就停止投加。接触氧化时间为8～10h。
经过水解酸化和接触氧化工艺处理后，废水进入二沉池进行最后一次泥水分离，使震光废水最终处理达标排放或回用。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
本发明方法的工艺流程图如图1所示，下面结合图1对本发明方法进行具体的描述。
杭州某工具制造公司高碳钢的震光废水水量20m3/d，每天连续运行时间为16小时，该废水重金属含量高（尤其是废水中的Cr、Ni较难处理），浊度大，可生化性差，原水主要水质指标如下：
1)
2)在反应池中抽入20m3震光废水，启动搅拌器，采用盐酸调节pH调节至3，启动电絮凝系统，控制电极电压12V，电流密度100A/m2，酸化、电絮凝协同破络反应开始，循环反应8h；
3)酸化、电絮凝破络结束后，停止电絮凝系统，搅拌状态下加入生石灰300mg/L、调节pH值8.0，加入PAM使其浓度为1～1.5mg/L，混匀发生絮凝反应，废水絮凝后抽入一沉池进行泥水分离；上清液中镍低于0.15mg/L；
4)一沉池出水进入微滤、纳滤系统，控制流速5m3/h；所述纳滤系统共分为两段，第一段纳滤的浓水进入第二段纳滤系统进一步过滤，提高产水率，所得浓水回流至步骤1）震光废水中；所述纳滤系统产水率为70%；
5)纳滤的出水直接进入水解酸化池，采用底部进水，上部溢流方式，停留时间6h；
6)废水经水解酸化反应后进入接触氧化池，采用连续曝气，控制溶解氧（2～4）mg/L，停留时间8h；
7)接触氧化池出水进入二沉池沉淀4h，进行最后一步泥水分离。
8)二沉池出水经分析检测，主要水质指标如下：
本实施例的出水中SS小于20mg/L，镍离子含量小于国家一级排放标准0.1mg/L以下，提高了废水的可生化性，避免进入生化池微生物易中毒、生物膜脱落等现象；本发明方法中的水解酸化和接触氧化使大分子有机物继续分解成小分子有机物，小分子有机物被生物膜吸附、氧化分解成CO2、H2O、N，COD可将至50mg/L以下。通过二沉池后，最终排放水可达到国家一级排放标准，排放水质可回用于车间研磨、清洗等工序。
从上述处理方法及所得结果中可以看出：
1）本发明通过酸化和电絮凝协同破络反应，增加了常规氧化或还原的破络效果，降低震光废水中的络合型研磨助剂等有机物，即降低了COD，提高了震光废水的可生化性。
2）本发明通过酸化和电絮凝进行破络取代常规氧化后添加混凝剂、重补剂等，减少了化学药剂的使用量，从而减少了化学药剂带来的二次污染。
3）本发明通过添加钙离子进一步降低硫酸镍的稳定性，彻底降低废水中的重金属离子。
4）本发明通过微滤、纳滤进一步降低重金属的含量，去除废水中难以分离的研磨石等悬浮颗粒物，使镍离子含量降至排放标准0.1mg/L 以下，提高后续生化的可生化性。
5）本发明通过利用水解酸化和接触氧化进一步降低COD，降解有机物，使震光废水处理后不仅能稳定达标排放，且可以回用至车间，达到了节约水资源，保护环境的目的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种震光废水的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)酸化与电絮凝协同破络反应：调节震光废水pH值为3～4，启动电絮凝系统，使震光废水进入电絮凝管道反应器中开始酸化、电絮凝协同破络反应，协同反应6～8h；
2)絮凝沉淀：停止电絮凝系统，在搅拌状态下加入氧化钙或氢氧化钙使pH值7～9，再加入阴离子絮凝剂，使絮凝体可被沉淀分离；将絮凝后的废水抽入一沉池进行泥水分离；
3)微滤、纳滤：将一沉池出水依次进入微滤、纳滤系统；
4)水解酸化反应：将上步纳滤的出水直接进入水解酸化池，停留时间为6～8h；
5)接触氧化系统：废水经上步水解酸化反应后进入接触氧化池，采用连续曝气，控制溶解氧为2～4mg/L，停留时间为8～10h；接触氧化池出水进入二沉池沉淀，进行最后一步泥水分离，震光废水即可达标排放或回用；
所述震光废水为高碳钢的震光废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)所述电絮凝系统的电极电压12～24V，电流密度80～120A/m2。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述电絮凝电极材料选自铝、锌、铁的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)阴离子絮凝剂加入后的浓度为1～1.5mg/L。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述阴离子絮凝剂为PAM。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述微滤、纳滤时的流速为4.5～5.5m3/h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)所述纳滤系统共分为两段，第一段纳滤所得浓水再进入第二段纳滤系统作进一步过滤，第二段所得浓水回流至步骤1)震光废水中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5)所述二沉池沉淀的时间至少为3.5h。
9.权利要求1所述一种震光废水的处理方法所得的排水在车间研磨、清洗中应用。
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