CN106277589B - 一种利用铁碳芬顿预处理-ubf-a/o处理染料废水的系统及其方法 - Google Patents

一种利用铁碳芬顿预处理-ubf-a/o处理染料废水的系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用铁碳芬顿预处理‑UBF‑A/O处理染料废水的系统及其方法，属于废水处理技术领域。染料废水首先进入pH调节池，调节pH值稳定在2‑3之间，进入铁碳微电解池和芬顿氧化池，芬顿氧化池出水进入中和沉淀池，中和pH到8左右后，添加阴离子PAM完成泥水分离。中和沉淀池的出水泵入UBF处理系统，厌氧环境下的填料培养的生物膜能够净化上升流的废水，同时回流系统能够保证UBF内稳定的废水上升流速，有效缓冲冲击负荷。UBF出水通过A/O工艺处理后，好氧池的硝化液回流到厌氧池强化脱氮效果，好氧池出水进入竖流式沉淀池，沉淀池出水达到化工园区管网接管水质要求。本方法具有处理效果好，抗冲击负荷强等特点。

Description

一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统及其 方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统及其方法。
背景技术
现阶段，我国染料废水的治理率不足30％，合格率不足60％。国内染料废水处理工艺以生物法为主，大部分的企业自建污水处理站，但处理效果不佳，并以分散处理为主。染料废水处理包括各种方法，按照处理原理不同，可以分为物理法、化学法和生物法。在实际应用中，水质波动性大，单一的处理手段往往无法使出水达到化工园区污水处理站接管水质标准。目前主要的染料废水处理工艺包括：
染料废水物理法处理技术主要包括吸附法和混凝法，主要是去除色度和COD物质等。
吸附法是应用具有较强吸附能力的吸附剂，使废水中的一种或者数种成分吸附于表面。在染料废水处理中，吸附法主要用在预处理和深度处理，不同的吸附剂对染料吸附具有不同的选择性，但是通常吸附剂吸附效果好，费用较高，同时再生工序困难，一般大型染料企业废水处理应用较少。
混凝法是染料废水经常采用的物化处理法之一。混凝法主要是通过絮凝剂将大分子有机物凝集成絮体后，在沉淀池中实现泥水分离。混凝法工艺简单、成本低、对不溶性的染料处理效率高。但是对水溶性高的染料去除效果差，污泥量较大且需要后续处理处置。
化学法处理染料废水主要是通过氧化剂将大分子的有机物转化为小分子有机物，提高可生化性，通常包括臭氧氧化、纯氯或者次氯酸钠氧化、芬顿氧化。化学氧化法主要是在生化反应前面，氧化剂将大分子有机物氧化为小分子有机物，这不仅具有脱色效果好，尤其适用于活性染料等高水溶性染料的脱色，对COD去除率较低，成本较高，应用较广泛。
微电解法是将铁和碳作为反应载体，利用Fe和C与溶液的电位差，产生电极反应。电极反应产物新生态有较高的化学特性，能与染料废水中的多种组分发生氧化还原反应，破坏染料的发色结构。新生成的Fe2+的水解产物有很强的吸附能力，能够将大分子有机物吸附掉，或者和双氧水结合形成芬顿反应，应用非常广泛。
生物法主要是通过微生物厌氧反应将大分子有机物氧化降解为小分子有机物，同时发酵反应使得有机C转化为甲烷，同时结合其他生化工艺，实现氨氮的去除。染料废水处理难度很大，需要结合物理混凝法和化学氧化法提高可生化性，因此，生物法主要是起到提高可生化性，降低COD的作用。
经检索，中国专利申请号20131047984.4，发明名称为：一种利用UBF工艺处理酸性羧甲基纤维素冷凝液的方法，该申请公开了一种酸性羧酸冷凝液利用UBF处理羧甲基纤维素冷凝液，将羧甲基纤维素冷凝液和生活污水混合后，调节pH值，投加复合肥，进入UBF进行上流式厌氧反应，改方案通过调节废水pH值和营养比，提高UBF的生化反应，达到了较好的有机物去除效果，但是厌氧生化反应去除有机物效率普遍较低，如果不将处理水回流，无法达到有机物负荷比和上升流速的同步提升，从而无法达到UBF去除有机物的高效率。
尤其是针对高COD、高盐分的染料废水，其中包含大量的难降解有毒有害物质，包括苯胺、吡啶、酚类、芳香族硝基化合物，同时由于生产车间的生产工序不同带来的水质波动很大。因此，如何高效、低成本的处理酸性染料废水已成为化工园区继续解决的技术问题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的高COD、高盐分的染料废水难以高效低成本处理的问题，本发明提供一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统及其方法，可以实现染料废水的高效稳定处理。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统，包括物化处理系统、UBF系统、A/O处理系统和竖流式沉淀池；所述的物化处理系统包括通过钢管依次连通的pH值调节池、铁碳微电解池、芬顿氧化池和中和沉淀池，前三个池子通过重力作用自流，芬顿氧化池和中和沉淀池通过泵和管道相连；所述的UBF系统分三层，最底层是布水区，中间层是颗粒污泥区，上层是填料区；所述的A/O处理系统依次包括厌氧池和好氧池，厌氧池出水通过泵和管道输送至好氧池。
所述的pH调节池通过泵入工业1mol/L的酸将染料废水的pH调节至2～3；所述的铁碳微电解池能够很好的破坏染料废水中大分子发色基团；所述的芬顿氧化池能够将大分子的有毒有害物质降解成小分子有机物，防止对后续生化池微生物的毒害作用；
所述的铁碳芬顿预处理出水进入生化UBF-A/O池，所述的UBF反应池填料产生的高浓度污泥降解有机物效果有限，但是能够将残余的苯环、发色基团等参与大分子有机物降解为甲烷等气体；所述的UBF出水含有的小分子易降解有机物能够在A/O池中进行有效的生化降解，从而达到了COD的高效去除，而O池的硝化液回流到A池，提高了脱氮效果。
进一步地，所述的铁碳微电解池中铁碳填料是铁和碳高温烧结的铁碳球填料，铁碳球填料中的铁、碳和CuO催化剂的质量比为8.5:2:1，1000℃高温烧结的孔隙率达到55％～65％，比表面积1.6～1.8平方米/克。
进一步地，所述的UBF系统包括回流装置，回流装置是通过回流泵将UBF出水回流到UBF底部布水管，回流比为100～200％，保持UBF上升流量控制在55～70m3/h，上升流速控制在0.6～0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下。
进一步地，所述的竖流式沉淀池采用底部75°泥斗收集泥水分离的污泥，底部的污泥泵入到浓缩池，泥水分离的水经三角堰溢流到收集渠后泵入排放池。
所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其步骤为：
(1)在pH值调节池中将染料废水的pH调节至2～3，通过投加工业稀硫酸来调节；
(2)调节pH值后的废水通过重力自流到铁碳微电解池进行反应，停留时间控制在3.5～4h，将难降解有机物的苯环、链状大分子发色物质结构破坏，提高可生化性，同时产生的新生态Fe2+絮凝溶解性有机物；铁碳微电解池中的铁碳填料是铁和碳高温烧结的铁碳球填料，铁碳球填料中的铁、碳和催化剂的质量比为8.5:2:1，1000℃高温烧结的孔隙率达到55％～65％，比表面积1.6～1.8平方米/克；
(3)铁碳微电解池出水进入芬顿氧化池，芬顿氧化池中投加双氧水使其浓度为5000～20000ppm，使得Fe2+和双氧水形成高级氧化，高级氧化羟基OH.能够快速高效地将大分子有机物氧化为小分子的生化性好的有机物，从而便于后续生化反应，芬顿氧化工艺形成Fe(OH)2和Fe(OH)3；
(4)用工业液碱将芬顿氧化池出水的pH值调为8～9，投加阴离子PAM，强化混凝效果，在中和沉淀池完成泥水分离；
(5)中和沉淀池出水进入UBF系统进行厌氧反应，UBF回流装置使得颗粒污泥浓度很高，同时填料表面形成的生物膜强化了厌氧反应，通过观测厌氧产生的气泡数量，当气泡数量较少，可以减少进水量，增加回流比，提高生化反应速度，同时增加回流量，提高水质处理效果；
(6)UBF系统的出水进入A/O处理系统，根据出水氨氮含量，控制硝化液回流比为200％～300％，强化脱氮处理。
进一步地，步骤(4)中所述的中和沉淀池分为两格，芬顿氧化池出水进入第一格中，通过投加工业液碱中和pH值到8～9，第一格出水进入第二格，第二格中设置有竖流式排泥斗，投加阴离子PAM强化泥水分离。
进一步地，步骤(5)所述的UBF系统自下而上三层分别进行布水、厌氧生化反应和气、水和泥三相分离，所述的UBF通过回流泵一直保持运行，从而使得UBF上升流量控制在55～70m3/h，上升流速控制在0.6～0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下。
进一步地，步骤(6)所述的A/O处理系统中控制硝化液回流比在200～300％，进水负荷和硝化液回流比同步提升，根据处理效果及溶解氧等参数调控好氧池曝气量，所述的竖流式沉淀池的污泥回流比控制在50～150％，根据UBF、厌氧池和好氧池的有机负荷比适当将竖流式沉淀池的污泥进行回流。
进一步地，运行调试时，对UBF系统和A-O处理系统进行污泥驯化时，所用污泥是含水率80～85％的城市污水处理厂的生化剩余污泥，UBF池初次投加的量是(6～8)：125t/m3有效池容，A-O池初次投加量都是(3～4)：46t/m3。
进一步地，整个系统进水的COD不超过3000mg/L，盐分浓度不超过20000mg/L。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用铁碳微电解-芬顿氧化工艺将大分子有机物氧化为小分子有机物，实现了脱色和去除COD作用，其中包括有毒有害难降解有机物，从而消除对后续生化污泥的毒害作用；
(2)本发明中UBF系统增加回流装置，保证了有机负荷比和污水上流速度，从而提高了该系统对COD的高效去除作用，且采用在污泥层上部增加滤料层，相较于传统厌氧反应器能够大大提高对高浓度COD化工废水的处理能力；
(3)本发明的A/O系统通过控制硝化液的回流比，强化对废水中氨氮的去除效果；
(4)针对染料废水可生化性差，有一定的毒性，采用单一的物化、生化处理工艺无法达到高效处理效果，出水水质不稳定，而铁碳-芬顿-UBF-A/O工艺通过破坏大分子有机物机构，降低毒性，提高可生化性，达到了印染废水的高效、稳定处理效果。
附图说明
图1为本发明方法处理废水流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种芬顿氧化-UBF厌氧处理-A/O处理染料废水的系统及其方法，应用于江苏省滨海化工园区某染料废水的废水处理站。
江苏滨海化工园区某染料废水处理站包括pH调节池，铁碳微电解池，芬顿氧化池，中和沉淀池，UBF反应池，A池，O池，竖流式沉淀池和排放池。
pH调节池尺寸为长×宽×高＝8×7.8×5m，V＝312m3，有效容积260m3，停留时间4h，pH调节池采用底部75°pH调节池出水自流到铁碳微电解池；铁碳微电解池由两个串联的铁碳微电解池组成，每个池子的有效容积为5m3，停留时间4h；芬顿氧化池尺寸长×宽×高＝8×3.6×5m，V＝144m3，停留时间4h，内部做防腐处理，并配有搅拌系统；中和沉淀池尺寸长×宽×高＝2×1.8×5m，停留时间0.5h，配套液碱加药装置；UBF反应系统由四个UBF池组成，还包括回流泵，将UBF出水回流到UBF底部的进水管，每个UBF池分三层，最底层是布水区，中间层是颗粒污泥区，上层是填料区，尺寸为长×宽×高＝13.6×12.65×8m，V＝1376m3，停留时间2h；UBF通过回流泵一直保持运行，从而使得UBF上升流量控制在55～70m3/h，上升流速控制在0.6～0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下。A/O池有串联的A池和O池组成，停留时间分别为3h和3.5h，A池配有搅拌系统，O池配有射流式曝气器，型号为YHQW-260，O池硝化液回流通过两台回流泵，一用一备，型号：WL2175-260-80-4；竖流式沉淀池尺寸为长×宽×高＝8×8×6.7m3，V＝428.8m3，泥斗坡度为60°，表面负荷为0.45m3/m2·hr，配有一台回流泵；排放池尺寸为长×宽×高＝24×8×4m，V＝768m3，停留时间18h。
废水处理工艺为：染料废水进入pH调节池，为了提高铁碳微电解和芬顿反应，同时为了防止高盐分和高COD对后续污泥生化反应的负面作用，采用生活污水和染料废水混合将COD降低到30000mg/L，盐分降低到20000mg/L，同时投加工业稀硫酸将pH调整到2-3；pH调节池出水通过重力作用进入铁碳微电解池，铁碳微电解池中铁碳填料是铁和碳高温烧结的铁碳球填料，铁碳球填料中的铁、碳和CuO催化剂的质量比为8.5:2:1，1000℃高温烧结的孔隙率达到65％，比表面积1.6平方米/克。铁和碳高温烧结的填料在铁碳池中形成无数的原电池将染料废水中的发色基团破坏，同时形成Fe2+能够吸附溶解性有机物；铁碳池出水通过重力作用进入芬顿氧化池，芬顿氧化池投加30％双氧水，投加量为5000-20000ppm，芬顿反应形成高级氧化工艺能够破坏大分子有机物，同时难降解的有毒有害大分子也能够被降解为可生化性的有机物，同时形成的Fe(OH)2和Fe(OH)3能够吸附溶解性有机物；在芬顿氧化池末端投加工业液碱石将pH调整为8左右，同时投加阴离子PAM，强化絮凝，芬顿氧化池通过泵将出水排放到竖流沉淀池，进行泥水。竖流沉淀池出水进入UBF反应系统，其中的颗粒污泥和填料表面形成的生物膜对废水中的有机物进行厌氧降解，生产甲烷气体，UBF的回流装置保证了UBF废水上升过程的流速和厌氧生化降解效率；UBF出水进入A/O池，即厌氧/耗氧池，为了强化氨氮的去除效果，O池的硝化液回流到A池强化反硝化脱氮。本实例的废水处理系统在运行调试过程中采取的操作为：
(1)对UBF池和A-O池进行污泥驯化时，所用污泥是含水率80～85％的城市污水处理厂的生化剩余污泥，UBF池初次投加的量是120t：2500m3有效池容，A-O池初次投加量都是300t：4600m3。
(2)O池硝化液回流比在100％～200％，进水负荷和硝化液回流比同步提升，根据处理效果及溶解氧等参数调控好氧池曝气量。所述的竖流式沉淀池的污泥回流比控制在50％～150％，根据UBF、厌氧池和好氧池的有机负荷比适当将竖流式沉淀池的回流污泥进行回流。
(3)UBF池中的挥发酸/碱度>0.3，表明系统运行异常，检查UBF废水毒性，如果半数致死量毒性指标LD50<5mg/kg，则减小进水量，增加污泥回流比；如果毒性过大，则提高pH调节池中生活污水/染料废水比例。
(4)A/O调试过程中，如果出现生物相不正常，即出现大量游泳型纤毛虫，则可能是有机负荷太高或溶解氧偏低导致，则应该增加曝气量，降低进水量。
实施例2
本实施例的一种利用铁碳微电解芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统：
染料生产废水经过生活污水调节后，盐分需要降低到2200mg/L，防止对后续生化池微生物产生不利影响，pH调节池调节的废水pH值为2；铁碳球填料中的铁、碳和催化剂的质量比为8.5:2:1，1000℃高温烧结的孔隙率达到58％，比表面积1.8平方米/克；芬顿氧化池中双氧水投加浓度为15000ppm；本实施例pH调节池COD浓度达到2880mg/L，出水COD稳定到1370mg/L，相较于传统的臭氧工艺和湿式氧化工艺，铁碳-芬顿技术不仅达到了COD的去除，同时能够将废水色度从3000倍降低到600倍以下。
实施例3
本实施例的一种利用铁碳微电解芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统：
UBF系统回流比为200％，UBF上升流量控制在70m3/h，上升流速控制在0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下；O池的硝化液回流比为200％，竖流式沉淀池污泥回流比为150％。
本实施例UBF进水COD浓度达到1370mg/L，UBF出水COD浓度为1070mg/L。
A/O池水力停留时间分别为3h和4h，竖流式沉淀池停留时间为18h，污泥回流比为150％，进水COD浓度为1070mg/L，竖井式沉淀池出水COD为420mg/L。相较于传统UASB反应器，增加了滤料层和回流装置的UBF处理效果更好，并且处理效果稳定。

Claims (7)

1.一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，所述的系统包括物化处理系统、UBF系统、A/O处理系统和竖流式沉淀池；所述的物化处理系统包括依次连接的pH值调节池、铁碳微电解池、芬顿氧化池和中和沉淀池；所述的UBF系统分三层，最底层是布水区，中间层是颗粒污泥区，上层是填料区；所述的A/O处理系统包括依次连接厌氧池和好氧池；所述的UBF系统包括回流装置，回流装置是通过回流泵将UBF出水回流到UBF底部布水管，回流比为100～200％，保持UBF上升流量控制在55～70m3/h，上升流速控制在0.6～0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下；
其步骤为：
(1)在pH值调节池中将染料废水的pH调节至2～3；
(2)将调节pH值后的废水引入铁碳微电解池进行反应，停留时间控制在3.5～4h；
(3)铁碳微电解池出水进入芬顿氧化池，芬顿氧化池中投加双氧水使其浓度为5000～20000ppm；
(4)将芬顿氧化池出水的pH值调为8～9，投加阴离子PAM，强化混凝效果，在中和沉淀池完成泥水分离；
(5)中和沉淀池出水进入UBF系统进行厌氧反应，根据厌氧产生的气泡数量调节进水量和回流比150～200％；
(6)UBF系统的出水进入A/O处理系统，根据O池出水氨氮含量，控制硝化液回流比为200％～300％，强化脱氮处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：所述的竖流式沉淀池采用底部75°泥斗收集泥水分离的污泥，底部的污泥泵入到浓缩池，泥水分离的水经三角堰溢流到收集渠后泵入排放池。
3.根据权利要求1所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的中和沉淀池分为两格，芬顿氧化池出水进入第一格中，通过投加工业液碱中和pH值到8～9，第一格出水进入第二格，第二格中设置有竖流式排泥斗，投加阴离子PAM强化泥水分离。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：步骤(5)所述的UBF系统自下而上三层分别进行布水、厌氧生化反应和气、水和泥三相分离，所述的UBF通过回流泵一直保持运行，从而使得UBF上升流量控制在55～70m3/h，上升流速控制在0.6～0.7m/h，有机负荷控制在5kg以下。
5.根据权利要求1或3所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：步骤(6)中进水负荷和硝化液回流比同步提升，根据出水COD浓度及溶解氧参数调控好氧池曝气量，所述的竖流式沉淀池的污泥回流比控制在50～150％。
6.根据权利要求1或3所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：运行调试时，对UBF系统和A/ O处理系统进行污泥驯化时，所用污泥是含水率为80～85％的城市污水处理厂的生化剩余污泥，UBF池初次投加的量是(6～8)：125t/m3有效池容，A/ O池初次投加量都是(3～4)：46t/m3。
7.根据权利要求1或3所述的一种利用铁碳芬顿预处理-UBF-A/O处理染料废水的系统处理废水的方法，其特征在于：整个系统进水的COD不超过30000mg/L，盐分浓度不超过20000mg/L。
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