CN106045198B - 一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法，该系统包括调节池(1)、进水泵(2)、电催化氧化系统(3)、电源控制系统(4)、稳定过滤池(5)、混合反应池(6)、流程泵(7)、生物降解体系(8)和风机(9)；该方法包括：含聚废水首先进入调节池进行水质水量调节，而后依次进入电催化氧化系统、稳定过滤池、混合反应池和生物降解体系进行处理并最终达标排放；电源控制系统为电催化氧化系统提供直流电源，风机为生物降解体系提供曝气；同时将稳定过滤池产生尾气由其顶部排出。本发明通过电催化氧化系统、稳定过滤池和生物降解体系的有机组合，提高了系统运行效率和稳定性。

Description

一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法

技术领域

本发明属于环境工程废水处理领域，涉及一种废水处理技术，特别是一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法。

背景技术

聚合物驱采油技术作为原油增产的主要技术之一。近年来，随着我国油田开发的深入，聚合物驱油技术必将在油田得到更大面积推广和应用，但其产生的含聚污水对采油造成了极大的困扰，尤其对陆地终端污水处理工艺带来了巨大压力。一般情况下，含聚废水具有以下特点：①原水属稠油污水，乳化严重，增加了整个污水处理系统的处理负荷；②废水盐度高，含盐量约11000mg/L，氯离子含量约4000～4500mg/L，普通生物处理难以满足要求；③废水可生化性差，且一般氮磷比例失调，难以满足微生物生长需求；④废水水质波动大，容易对后续工艺造成负荷冲击；⑤废水中含有大量苯系、环烷烃、多环芳烃等难降解物质，且废水中常含有破乳剂、消泡剂、缓蚀剂、阻垢剂等，难以被普通微生物降解。因此，解决含聚污水处理难题是聚合物驱采油技术在油田深度开发推广应用的关键。

电催化氧化技术作为一种高级氧化处理技术，尤其高盐难降解污水，它通过在电极表面产生强氧化基团，如·OH、·ClO、·ClO₂等，可使水相中难降解污染物彻底矿化，实现污染物的快速有效去除。因此，将电催化氧化技术用于高盐难降解废水处理具有很大技术优势，但同时存在一些问题，主要表现在以下几个方面：①污染物氧化去除不彻底，尤其对于一些大分子难降解有机物，通过开环、断链后，变为结构更为稳定的小分子物质，但难以将其彻底矿化为二氧化碳和水；②随着废水中有机污染物浓度降低，电解效率显著下降，能耗增大，处理成本大大增加；③含聚废水中常含有大量氯代有机物，经高级氧化处理后，结构更加稳定，并且部分有机物具有一定毒性，不利于生物降解作用；④当污水中氮、磷超标时，单纯电催化氧化工艺难以满足处理技术要求。因此，迫切解决上述技术问题，是实现含聚污水深度处理的关键。

发明内容

为了克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法，采用电催化氧化技术对含聚废水进行高级氧化，而后经过零价铁床层催化还原作用，降低废水毒性，改善废水生物亲和性，再由高效生物降解菌实现含聚废水最终处理，该含聚废水处理系统及方法既能显著提高系统运行效率和稳定性，又能降低运行成本。

本发明为一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统，该系统包括调节池、进水泵、电催化氧化系统、电源控制系统、稳定过滤池、混合反应池、流程泵、生物降解体系和风机；所述的电催化氧化系统上部设置有进水口，末端设置有折流混合区，其中，折流混合区由两个折流板构成，两个折流板间距在0.05m～0.30m之间，电催化氧化系统出水由折流混合区流入稳定过滤池；稳定过滤池通过上部出水口与混合反应池相连；混合反应池经流程泵与生物降解体系入口相连，使得混合反应池出水由流程泵提升至生物降解体系；生物降解体系底部设置有曝气盘，稳定过滤池上部设置有进气口，两者统一通过风管与风机相连；

所述的电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统中，所述的电催化氧化系统由阳极组、阴极组和电催化助剂构成，阳极组和阴极组均由数组高效改性电极交替串联而成，高效改性电极间距为0.4cm～1.0cm，具体数量和间距根据水质、水量进行设计，电催化氧化系统由电源控制系统控制电流、电压输出；所述的电催化助剂优选以γ-Al₂O₃为载体，表面负载二氧化钛、二氧化锰、硫化镉中的一种或多种物质，具有蜂窝多孔结构，并具备开环、断链功能；所述的高效改性电极优选以金属钛为基材，将钌、钴、铱、锑、钯中一种或多种物质组成的修饰液，通过浸渍、涂抹、焙烧工艺制得；

所述的稳定过滤池中装填有数组零价铁床层，数组零价铁床层的总装填高度为稳定过滤池高度的0.4-0.8，每组之间由钛丝网隔开，底部由承托层支撑。

本发明所述的一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统中，所述的零价铁床层优选由零价铁颗粒、铁片或铁屑通过碱化、酸洗填装而成，具有催化还原活性，粒径大小约为1～2cm。

本发明所述的电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统中，所述的生物降解体系包括但不限于SBR池、生物接触氧化池、曝气生物滤池、MBR池中的一种或几种进行组合。

本发明还提供了一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的方法，其特征在于：采用本发明所述的含聚废水处理系统处理含聚废水，废水首先进入调节池进行水质水量调节，而后由进水泵提升至电催化氧化系统，由电源控制系统为电催化氧化系统提供直流电源，含聚废水在高效改性电极催化氧化作用下，通过开环、断链，使大分子难降解物质降解为小分子物质；电催化氧化系统出水由折流混合区流入稳定过滤池，在零价铁床层催化还原作用下，显著降低废水毒性和氧化还原电位；稳定过滤池出水由出水口进入混合反应池，混合反应池出水由流程泵提升至生物降解体系实现含聚废水深度处理并最终达标排放；风机提供压缩空气，一部分通过曝气盘为生物降解体系提供曝气，另一部分由进气口进入稳定过滤池并将其产生尾气由顶部排出。

本发明所述的方法，其中含聚废水依次经过电催化氧化系统、稳定过滤池和生物降解体系进行处理，三者缺一不可，且顺序不可颠倒，其水力停留时间分别为20～30min、5～15min和8～12h，具体根据废水水质状况而定；所述的电催化氧化系统由电源控制系统提供直流电源，输出电流为0～150A，电压为0～40V，具体根据废水水质、水量可调。

本发明所述的方法，其中含聚废水COD在300～450mg/L之间，NH₄ ⁺-N≤80mg/L，电导率在5000～15000us/cm之间，氯根含量在2000～5000mg/L之间，经本方法处理后，出水COD≤60mg/L，NH₄ ⁺-N≤5mg/L。

与现有技术相比，本发明有如下技术特点：

1、本发明通过电催化氧化系统外加直流电源，使极板表面催化产生大量强氧化基团，如·OH、·ClO、·ClO₂等，通过开环、断链作用可实现如下过程：1)使一部分易降解物质彻底矿化为二氧化碳和水；2)使含聚废水中难降解物质转变为可生化小分子物质，提高废水可生化性；3)通过强氧化作用，使废水中含氮、含磷类物质充分释放，便于后续生化工艺处理。

2、含聚废水中含有大量有毒有害物质，通过电催化氧化系统强氧化作用，可实现部分物质如苯类、酚类毒性降低，但废水中大量多氯有机物结构相对稳定，并具有很强的生物抑制性，此外，电催化氧化系统出水中含有过量强氧化基团，氧化还原电位较高。通过零价铁床层催化还原作用，可显著进一步降低废水毒性和氧化还原电位，为生物降解体系提供良好的水环境，并且显著提高了系统抗冲击能力，保证系统稳定运行。

3、通过生物降解体系高效生物降解菌深度降解，废水中小分子物质得到进一步去除，提高了出水水质，并且通过生物脱氮除磷过程，进一步提高出水指标。

4、电催化氧化系统去除有机物的同时，通过高级氧化过程，显著提高了废水的可生化性，充分释放废水中其它污染物，为生物降解体系提供条件；通过稳定过滤池零价铁床层催化还原作用，降低了废水毒性，提高了废水生物亲和性，为生物降解体系提供良好水质环境；通过强化生物降解过程，进一步提高了系统污染物去除能力和出水水质，同时有助于降低系统能耗和运行处理成本。通过电催化氧化系统、稳定过滤池和生物降解体系的有机结合，实现了含聚废水污染物的协同处理，提高了系统运行效率和稳定性。

附图说明

图1为本发明一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法的工艺流程图。

其中，1、调节池；2、进水泵；3、电催化氧化系统；4、电源控制系统；5、稳定过滤池；6、混合反应池；7、流程泵；8、生物降解体系；9、风机；301、进水口；302、折流混合区；303、折流板、304阳极组；305、阴极组；306、电催化助剂；307、高效改性电极；501、零价铁床层；502、钛丝网；503、承托层；504、出水口；505、进气口；曝气盘801。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统及方法作进一步描述。

如附图1所示，含聚废水处理系统包括调节池1、进水泵2、电催化氧化系统3、电源控制系统4、稳定过滤池5、混合反应池6、流程泵7、生物降解体系8和风机9；电催化氧化系统3上部设置有进水口301，末端设置有折流混合区302，其中，折流混合区302由折流板303构成，折流板303间距在0.05m～0.30m之间，电催化氧化系统3出水由折流混合区302流入稳定过滤池5；稳定过滤池5上部通过出水口504与混合反应池6相连；混合反应池6出水通过流程泵7提升至生物降解体系8。

电催化氧化系统3由阳极组304、阴极组305和电催化助剂306构成，阳极组304和阴极组305均由数组高效改性电极307交替串联而成，高效改性电极307间距为0.4cm～1.0cm，具体数量和间距根据水质水量进行设计，电催化氧化系统3由电源控制系统4控制电流、电压输出；电催化助剂306以γ-Al₂O₃为载体，表面负载二氧化钛、二氧化锰、硫化镉中的一种或多种物质，具有蜂窝多孔结构，并具备开环、断链功能；高效改性电极307以金属钛为基材，将钌、钴、铱、锑、钯中一种或多种物质组成的修饰液，通过浸渍、涂抹、焙烧工艺制得。

稳定过滤池5中装填有数组零价铁床层501，零价铁床层501单组装填高度约为20cm，总装填高度约为稳定过滤池5高度的1/2，每组之间由钛丝网502隔开，底部由承托层503支撑；零价铁床层501由零价铁颗粒、铁片或铁屑通过碱化、酸洗填装而成，具有催化还原活性，粒径大小约为1～2cm；稳定过滤池5上部设置有进气口505，风机9通过风管与进气口505相连，将稳定过滤池产生尾气由顶部排出。

生物降解体系8包括但不限于SBR池、生物接触氧化池、曝气生物滤池、MBR池中的一种或几种进行组合，具体形式可根据含聚废水处理工艺要求而定；生物降解体系8底部设置有曝气盘801，风机9通过风管与曝气盘801相连。

如附图1所示，含聚污水首先进入调节池1进行水质水量调节，而后由进水泵2提升至电催化氧化系统3，由电源控制系统4为电催化氧化系统3提供直流电源，电源控制系统4输出电流为0～150A，电压为0～40V，具体根据废水水质、水量可调，在高效改性电极307催化氧化作用下，通过开环、断链，使大分子难降解物质降解为小分子物质，含聚废水在电催化氧化系统3内水力停留20～30min，而后其出水由折流混合区302流入稳定过滤池5，在零价铁床层501催化还原作用下，显著降低废水毒性和氧化还原电位，含聚废水在稳定过滤池5中水力停留5～15min，稳定过滤池5出水由出水口504进入混合反应池6，混合反应池6出水由流程泵7提升至生物降解体系8并水力停留8～12h，通过高效生物降解菌生物降解作用，实现含聚废水深度处理并达标排放；风机9提供压缩空气，一部分通过曝气盘801为生化降解体系8提供曝气；另一部分由进气口505进入稳定过滤池5并将其产生尾气由顶部排出；

含聚废水COD在300～450mg/L之间，NH₄ ⁺-N≤80mg/L，电导率在5000～15000us/cm之间，氯根含量在2000～5000mg/L之间，经本方法处理后，出水COD≤60mg/L，NH₄ ⁺-N≤5mg/L，运行电耗约为6～8kw·h/吨水，比传统单独电催化氧化技术节省能耗2～4kw·h/吨水。

实施例一：

辽宁省某采油陆地终端采用传统工艺处理含聚废水，随着采油量提升，含聚废水和聚合物含量越来越高，废水中盐度较高，并含有大量难降解物质，如多环芳烃、苯酚类物质，现有处理工艺处理负荷和出水指标均面临较大压力。

采用本发明电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统对该含聚废水进行了24m3/d的中试试验，含聚废水COD在324～418mg/L之间，平均为353mg/L，NH₄ ⁺-N在60～80mg/L之间，电导率在8700us/cm左右，氯根含量在2310～2852mg/L之间，含聚废水在电催化氧化系统装置内水力停留时间为25min，直流电源输出电流为100A，电压为32～34V；在稳定过滤池水力停留15min后，进入SBR生化系统，SBR生化系统水力停留时间为8h，经上述电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水系统处理后，出水COD在47～58mg/L之间，平均为53mg/L，COD平均去除率达到85％，NH₄ ⁺-N≤5mg/L，出水水质满足厂方排放标准，系统运行电耗7.5kw·h/吨水左右，与单纯传统电催化氧化技术相比，不仅进一步提高了氨氮和COD出水指标，而且节省能耗2～3kw·h/吨水。

实施例二：

黑龙江省某采油终端采用隔油+气浮+传统生化工艺处理含聚废水，随着油田深度开采，注聚量显著增加，采油废水中聚合物含量越来越高，如大量聚丙烯酰胺、破乳剂和阻垢剂，且废水中盐度较高，并含有联苯类、苯酚类等毒性物质，现有处理工艺处理经常受到负荷冲洗，系统运行不稳定，出水水质指标面临较大环保压力。

采用本发明电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水系统对该采油含聚废水进行了的小试试验，含聚废水COD在314～342mg/L之间，平均为321mg/L，NH₄ ⁺-N在50～75mg/L之间，电导率在10720us/cm左右，氯根含量在3240～3510mg/L之间，含聚废水在电催化氧化系统装置内水力停留时间为30min，直流电源输出电流为125A，电压为34～36V；在稳定过滤池水力停留10min后，进入SBR+曝气生物滤池生物降解体系，生物降解体系水力停留时间为9.5h，经本发明装置处理后，出水COD在31～53mg/L之间，平均为51mg/L，COD平均去除率达到84％，NH₄ ⁺-N≤5mg/L，出水水质满足厂方排放标准，系统运行电耗为6～7kw·h/吨水左右，与单纯传统电催化氧化技术相比，不仅保证了氨氮和COD出水指标，而且节省能耗1.5～2.0kw·h/吨水。

Claims (8)

1.一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的系统，其特征在于，所述的含聚废水处理系统包括调节池(1)、进水泵(2)、电催化氧化系统(3)、电源控制系统(4)、稳定过滤池(5)、混合反应池(6)、流程泵(7)、生物降解体系(8)和风机(9)；所述的电催化氧化系统(3)上部设置有进水口(301)，末端设置有折流混合区(302)，其中，折流混合区(302)由两个折流板(303)构成，两个折流板(303)间距在0.05m～0.30m之间，电催化氧化系统(3)出水由折流混合区(302)流入稳定过滤池(5)；稳定过滤池(5)上部通过出水口(504)与混合反应池(6)相连；混合反应池(6)经流程泵(7)与生物降解体系(8)入口相连，使得混合反应池(6)出水由流程泵(7)提升至生物降解体系(8)；生物降解体系(8)底部设置有曝气盘(801)，稳定过滤池(5)上部设置有进气口(505)，两者统一通过风管与风机(9)相连；

所述的电催化氧化系统(3)由阳极组(304)、阴极组(305)和电催化助剂(306)构成，阳极组(304)和阴极组(305)均由数组高效改性电极(307)交替串联而成，高效改性电极(307)间距为0.4cm～1.0cm，具体数量和间距根据水质、水量进行设计，电催化氧化系统(3)由电源控制系统(4)控制电流、电压输出；

所述的稳定过滤池(5)中装填有数组零价铁床层(501)，数组零价铁床层的总填装高度为稳定过滤池(5)高度的0.4-0.8，每组之间由钛丝网(502)隔开，底部由承托层(503)支撑。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的电催化助剂(306)以γ-Al₂O₃为载体，表面负载二氧化钛、二氧化锰、硫化镉中的一种或多种物质，具有蜂窝多孔结构，并具备开环、断链功能；所述的高效改性电极(307)以金属钛为基材，将钌、钴、铱、锑、钯中一种或多种物质组成的修饰液，通过浸渍、涂抹、焙烧工艺制得。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的零价铁床层(501)由零价铁颗粒、铁片或铁屑通过碱化、酸洗填装而成，粒径为1～2cm。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的生物降解体系(8)选自SBR池、生物接触氧化池、曝气生物滤池、MBR池中的一种或几种组合。

5.一种电催化氧化耦合生物体系处理含聚废水的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的含聚废水处理系统处理含聚废水，含聚废水首先进入调节池(1)进行水质水量调节，而后由进水泵(2)提升至电催化氧化系统(3)，由电源控制系统(4)为电催化氧化系统(3)提供直流电源，含聚废水在高效改性电极(307)催化作用下，通过开环、断链，使大分子难降解物质降解为小分子物质；电催化氧化系统(3)出水由折流混合区(302)流入稳定过滤池(5)，在零价铁床层(501)催化还原作用下，显著降低废水毒性和氧化还原电位；稳定过滤池(5)出水由出水口(504)进入混合反应池(6)，混合反应池(6)出水由流程泵(7)提升至生物降解体系(8)实现含聚废水深度处理并最终达标排放；风机(9)提供压缩空气，一部分通过曝气盘(801)为生化降解体系(8)提供曝气，另一部分由进气口(505)进入稳定过滤池(5)并将其产生尾气由顶部排出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：含聚废水经过所述的电催化氧化系统(3)、稳定过滤池(5)和生物降解体系(8)的顺序不可颠倒，水力停留时间分别为20～30min、5～15min和8～12h，具体根据废水水质状况而定。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的电催化氧化系统(3)由电源控制系统(4)提供直流电源，输出电流为0～150A，电压为0～40V，具体根据废水水质、水量可调。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的含聚废水COD在300～450mg/L之间，NH₄ ⁺-N≤80mg/L，电导率在5000～15000us/cm之间，氯根含量在2000～5000mg/L之间，经本方法处理后，出水COD≤60mg/L，NH₄ ⁺-N≤5mg/L。