CN106430858A - 一种高浓度有机废水处理方法及该方法的专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高浓度有机废水处理方法及该方法的专用设备，该废水处理方法包括：将待处理的有机废水的pH调至酸性，然后依次经微电解处理、Fenton试剂处理、絮凝沉淀、厌氧生物处理和好氧生物处理，处理后的废水经再次混凝沉淀后，将上清液排出；其中，微电解处理过程采用规整化Fe/Al/C多元微电解填料。该废水处理方法的专用设备包括依次连接的pH调节池、微电解反应器、Fenton反应器、絮凝沉淀池、厌氧滤柱、好氧滤柱和二级沉淀池，以及向pH调节池和Fenton反应器内分别投加pH调节剂和双氧水的加药系统；且微电解反应器中装填有规整化Fe/Al/C多元微电解填料。采用本发明的废水处理方法及废水处理设备，可大大提高废水的可生化性，显著提高出水水质。

Description

一种高浓度有机废水处理方法及该方法的专用设备
技术领域
本发明涉及一种废水处理方法及处理设备，特别涉及一种高浓度有机废水处理方法和该方法的专用设备。
背景技术
随着经济的发展，各行各业出现了大量的人造有机物，这类物质多为难生物降解且有毒有害物质，这些物质随着污水的排放进入水体，严重污染了水环境。如印染废水、制药废水、电镀废水、焦化废水及其它有机合成化学工业废水，这类废水中的污染物主要有重金属、多环芳烃、硝基化合物、氯苯类和芳烃等有毒有害或难生物降解有机物。
目前大规模的污水处理系统主要是以生化处理为核心，由于这些难生物降解有机物含量高导致污水的可生化性很差，进水难以满足生化系统的设计要求，并对生化处理系统具有很大的冲击，使得处理后的出水水质难以满足越来越严格的排污标准。
目前研究思路主要在以下三个方面：一是在生化系统前增加预处理单元，如通过高级氧化技术等去除部分难降解有机物，减轻生化系统的有机负荷并提高污水的可生化性能，达到强化系统的目的；二是在不增加构筑物的基础上，通过开发高效专属微生物菌种，接种高效微生物提高生化系统的处理效果；三是增加深度处理工段，提高出水水质。发明人在现有技术的基础上，对有机废水处理进行深入研究，形成了本发明技术。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够大大提高废水的可生化性，显著提高出水水质的高浓度有机废水处理方法，本发明的第二目的在于提供该废水处理方法的专用设备。
技术方案：本发明的一种高浓度有机废水处理方法，包括如下步骤：将待处理的有机废水的pH调至酸性，然后依次经微电解处理、Fenton试剂处理、絮凝沉淀、厌氧生物处理和好氧生物处理，处理后的废水经再次混凝沉淀后，将上清液排出；其中，微电解处理过程采用规整化Fe/Al/C多元微电解填料。
较优的，Fe/Al/C多元微电解填料中，Fe、Al、C三者的质量比为3:1:1。
进一步的，Fe/Al/C多元微电解填料为颗粒状，其粒径为10-20mm。
具体的，Fe/Al/C多元微电解填料由以下方法制得：先将铁粉、活性炭、铝和膨润土混合造粒成型，放入密封容器中，向容器内通入惰性气体、无氧养护4h，然后在惰性气体保护下于980～1100℃温度下焙烧4h、自然冷却即得。
上述Fenton试剂由H2O2和微电解反应过程中产生的亚铁离子形成。
优选的，废水进入絮凝沉淀单元后，将废水调节为略碱性。
本发明所述的高浓度有机废水处理方法的专用设备，包括依次连接的pH调节池、微电解反应器、Fenton反应器、絮凝沉淀池、厌氧滤柱、好氧滤柱和二级沉淀池，以及向所述pH调节池和Fenton反应器内分别投加pH调节剂和双氧水的加药系统；且上述微电解反应器中装填有规整化Fe/Al/C多元微电解填料。
上述专用设备还包括与好氧滤柱连接的充氧泵。
进一步的，专用设备还包括与pH调节池连接的蠕动泵，废水通过蠕动泵进入微电解反应器。
工艺流程：将高难度有机废水的pH调为适合的酸性，先经微电解催化氧化处理对有机物进行开环和断链降解，然后进入Fenton处理单元，多元微电解反应过程形成大量的亚铁离子，加入适量的H2O2后形成Fenton试剂进一步对难生物降解有机物进行氧化降解，提高废水的可生化性；接着废水进入絮凝沉淀池，将废水调为略显碱性，利用微电解反应形成的亚铁离子、铁离子和铝离子的良好絮凝剂性能，在碱性条件下Fe(OH)2、Fe(OH)3和Al(OH)3发生协同絮凝作用，絮凝体可以吸附有机物和悬浮物，即通过吸附-混凝作用再次去除部分有机物和悬浮物；再依次进入厌氧和好氧生物滤池对有机物进一步进行生物降解；出水进入二次沉淀池，投入适量絮凝剂进行混凝沉淀；上清液排水。
微电解处理过程中采用规整化Fe/Al/C多元微电解填料的反应机理：主要包括催化降解作用和铁、铝沉淀的协同混凝-吸附作用。
其中，酸性条件下的Fe/Al/C多元微电解反应体系如下：
Fe、C在电解质溶液中形成大量的原电池，其电极反应如下：
阳极：Fe-2e→Fe2+Eθ(Fe2+/Fe)＝-0.44V
阴极：2H+2e→2[H]→H2↑ Eθ(H+/H2)＝0.00V(Acidic)
当系统中加入铝粉后，铝粉也能和活性炭形成大量原电池，其电极反应如下：
阳极：Al-3e→A13+Eθ(Al3+/Al)＝-1.66V
阴极：2H+2e→2[H]→H2↑ Eθ(H+/H2)＝0.00V(Acid)
铝和铁构成原电池，阳极为铝，阴极为铁，其电极反应如下：
阳极：Al-3e→A13+Eθ(Al3+/Al)＝-1.66V
阴极：2H+2e→2[H]→H2↑ Eθ(H+/H2)＝0.00V(Acid)
从上述电极反应可以看出：在多元微电解体系中Fe、C能构成微电池，Al、C能构成微电池，Al、Fe也能构成微电池(双金属催化体系)。铝的电位差增加了(-1.66V)，增强了填料的催化氧化性能，铝的导电性能优越有利于促进原电池反应。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明结合了电化学技术(微电解)和高级氧化技术(Fenton)作为生化系统的预处理工艺，对高浓度有机废水进行催化降解使得大分子有机物开环或断链，大大提高了废水的可生化性，对后续的生化处理系统有显著的强化作用，可显著提高出水水质；(2)本发明利用自制的规整化Fe/Al/C多元微电解填料为微电解反应填料，催化氧化效率远远高于现有的铁炭填料，能有效的降解有机废水；而且，该填料为多孔性金属合金架构，运行过程中不易堵塞，减少了反冲洗次数，提高了反冲洗的效果，具有较好的抗板结和钝化的性能，而且耐磨性好无需更换；(3)多元微电解反应过程形成大量的亚铁离子，进入Fenton单元与H2O2形成Fenton试剂，无需另外投加亚铁离子，节约了药剂成本；(4)絮凝沉淀段利用亚铁离子、铁离子、铝离子的良好絮凝剂性能，水调为略显碱性形成良好的絮凝体，再次去除部分有机物和悬浮物，即絮凝沉淀单元无需外加絮凝剂，有效节约絮凝剂，进一步节约成本。
附图说明
图1为本发明的高浓度有机废水处理方法专用设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的一种高浓度有机废水处理方法，包括如下步骤：先将待处理的有机废水的pH调至酸性，然后依次经微电解处理、Fenton试剂处理、絮凝沉淀、厌氧生物处理和好氧生物处理，处理后的废水经再次混凝沉淀后，将上清液排出。
如图1为本发明的一种高浓度有机废水处理方法的专用设备，包括依次连接的pH调节池1、微电解反应器2、Fenton反应器3、絮凝沉淀池4、厌氧滤柱5、好氧滤柱6和二级沉淀池7，且微电解反应器2中装填有规整化Fe/Al/C多元微电解填料；还包括加药系统8，加药系统8可分为pH调节剂投加系统和双氧水投加系统，分别为pH调节池1和Fenton反应器3提供pH调节剂和双氧水。
该专用设备还可包括集水槽9和蠕动泵10，将待处理的高浓度有机废水先收集入集水槽9中，然后经蠕动泵10进入pH调节池1中，使废水缓慢平稳流动；加药系统8向pH调节池1内投加pH调节剂，先将废水调节为适合的酸性。
然后废水进入微电解反应器2中，微电解反应器2中装填有规整化Fe/Al/C多元微电解填料，酸性条件通过Fe/Al/C微电解填料进行微电解催化氧化处理，对有机物进行开环和断链降解。该多元微电解填料可以构成铁铝双金属催化体系、铁碳微电解和铝碳微电解体系，与现有的一些铁炭填料相比，显著提高了微电解反应对难降解有机污染物的降解效率和效果，能较好的改善废水的可生化性；而且，该填料为多孔性金属合金架构，不会像传统微电解填料那样由于铁屑和活性炭是物理混合易出现阴阳极分离，因此能保证“原电池”效应的持续高效；同时，规整化的填料运行过程中不易堵塞，减少了反冲洗次数，且易于反冲洗，具有较好的抗板结和钝化的性能，大大提高了填料的利用率，节约填料成本；Fe/Al/C微电解填料优选为颗粒状，堆积在反应器中孔隙率高，进一步防板结和堵塞；一般情况下，填料粒径越小反应效率越高，但是填料消耗越快，因此，综合考虑反应效率和使用寿命优选填料粒径为10-20mm。
Fe/Al/C微电解填料中，Fe、Al、C三者的质量比优选为3：1：1，该原料配比的Fe/Al/C微电解填料的催化氧化性能最强。
Fe/Al/C多元微电解填料的制备方法可包括一下步骤：将铁粉、活性炭、铝和膨润土按比例混合加入一定的蒸馏水造粒成型，其中，铁粉、活性炭和铝的比例优选为3：1：1；造粒成型所得规整颗粒放入密封容器中，通入惰性气体，如氮气，将规整颗粒在无氧条件下养护4h；然后于980-1100℃的温度以及惰性气体(如氮气)保护下将该规整颗粒焙烧4h，自然冷却、得到Fe/Al/C多元微电解填料。
经微电解反应器2处理后，废水进入Fenton反应器3中，加药系统8向Fenton反应器3中投加双氧水，多元微电解反应过程形成大量的亚铁离子，进入Fenton处理单元与H2O2形成Fenton试剂，通过Fenton试剂进一步对难生物降解有机物进行氧化降解，提高废水的可生化性；该过程无需另外投加亚铁离子，节约了药剂成本。
经微电解和Fenton试剂氧化降解对废水进行预处理后，废水进入絮凝沉淀池4，加药系统8向絮凝沉淀池4中投加絮凝剂，絮凝沉淀池4利用亚铁离子、铁离子、铝离子的良好絮凝剂性能，将水调为略显碱性形成良好的絮凝体，通过吸附-混凝作用再次去除部分有机物和悬浮物，可有效节约絮凝剂；该过程中，主要是Fe(OH)2、Fe(OH)3和Al(OH)3络合物协同絮凝，对有机物和悬浮物有良好的吸附效果，较铁炭填料单纯的混凝吸附效果好。
初次絮凝沉淀后，将废水依次经厌氧滤柱5、好氧滤柱6对废水中的有机物进行进一步的生物降解，本发明的专用设备还可包括充氧泵11，与好氧滤柱6连接为其内微生物提供氧源；生物降解后的废水进入二级沉淀池7，进行再次沉淀，沉淀后的上清液基本达到污水排放标准，将其排出即可。
实施例1
采用本发明的方法和专用设备处理炼油废水一级气浮池出水。在微电解反应器1内装填Fe/Al/C微电解填料，填料粒径为20mm，且填料中Fe、Al、C的质量比优选为3：1：1。
待处理的炼油废水水样中COD为340～430mg/L，BOD5为76～95mg/L。将炼油废水经由蠕动泵10进入微电解反应器2中，经本方法处理后自二级沉淀池7中排出，对排出的废水水样进行测试。
实验条件为微电解段：pH为3，辅助电解质0.05mol/L，水力停留时间80min，不曝气；Fenton段：H2O2的投加浓度为1.5ml/L，pH为3-4，反应时间60min；AF-BAF段：厌氧滤柱DO小于0.5mg/L，好氧滤柱DO2.0-4.0mg/L，水力停留时间4+4h。
系统调试好后在此条件下连续运行时10天，出水中COD的去除率稳定在82.8％-87.2％，平均85.2％，出水平均COD含量为57.1mg/L；氨氮的去除率稳定在81.5％-88.7％，平均85.0％，出水平均氨氮含量为1.7mg/L；除油率稳定在86.7％-92.5％，平均90.1％，出水平均油含量为3.9mg/L。
实施例2
采用本发明的方法和专用设备处理农药生产废水。在微电解反应器1内装填Fe/Al/C微电解填料，填料粒径为10mm，且填料中Fe、Al、C的质量比优选为3：1：1。
农药生产废水水样中初始COD值为2026-2215mg/L。
实验条件为微电解段：pH为3，辅助电解质0.05mol/L，水力停留时间100min，不曝气；Fenton段：H2O2的投加浓度为1.5ml/L，pH为3-4，反应时间80min；AF-BAF段：厌氧滤柱DO小于0.5mg/L，好氧滤柱DO2.0-4.0mg/L，水力停留时间5+5h。
系统调试好后在此条件下连续运行时10天，出水中COD的去除率稳定在92.5％-94.2％，出水平均COD含量为137.5mg/L。
实施例3不同的微电解填料对废水处理效果的影响
以炼油废水为处理对象，参照实施例1的处理方法和处理设备，设置5组对比例，区别在于微电解反应器中采用的填料：
第一组：微电解反应器中采用Fe/Al/C质量比为1:1:1的Fe/Al/C填料；
第二组：微电解反应器中采用Fe/Al/C质量比为2:1:1的Fe/Al/C填料；
第三组：微电解反应器中采用Fe/Al/C质量比为3:1:1的Fe/Al/C填料；
第四组：微电解反应器中采用Fe/Al/C质量比为4:1:1的Fe/Al/C填料；
第五组：微电解反应器中采用Fe/C质量比为4:1的Fe/C填料。
分别取微电解反应器入水口和出水口的水样、絮凝沉淀池入水口和出水口的水样以及最终二级沉淀池排出的水样进行检测，所得数据如下表1。
表1：选用不同的微电解填料对高浓度有机废水的处理效果
由上表可知，与Fe/C微电解填料相比，在微电解单元采用本发明的Fe/Al/C微电解填料进行处理后再经后续的一系列处理过程，最终排出的水样中COD的去除率显著提高，特别是当采用质量比为3:1:1的Fe/Al/C填料时，最终排出水样中COD的去除率达到87.5％，提高了15％；具体的，在微电解反应阶段，Fe/Al/C填料构成的铁铝双金属催化体系、铁碳微电解和铝碳微电解体系对炼油废水进行初步降解后，COD的去除率较Fe/C填料提高了12％；同时，Fe/Al/C微电解填料在微电解阶段产生的铁离子、亚铁离子和铝离子具有良好的絮凝性能，在絮凝沉淀单元能够协同絮凝对有机物和悬浮物进行吸附，通过协同絮凝对COD的去除率较单纯混凝吸附可提高5.2％。

Claims (9)

1.一种高浓度有机废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：将待处理的有机废水的pH调至酸性，然后依次经微电解处理、Fenton试剂处理、絮凝沉淀、厌氧生物处理和好氧生物处理，处理后的废水经再次混凝沉淀后，将上清液排出；其中，所述微电解处理过程采用规整化Fe/Al/C多元微电解填料。
2.根据权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法，其特征在于，所述Fe/Al/C多元微电解填料中，Fe、Al、C三者的质量比为3:1:1。
3.根据权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法，其特征在于，所述Fe/Al/C多元微电解填料为颗粒状，其粒径为10-20mm。
4.根据权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法，其特征在于，所述Fe/Al/C多元微电解填料由以下方法制得：先将铁粉、活性炭、铝和膨润土混合造粒成型，放入密封容器中，向容器内通入惰性气体、无氧养护4h，然后在惰性气体保护下于980～1100℃温度下焙烧4h、自然冷却即得。
5.根据权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法，其特征在于，所述Fenton试剂由H2O2和微电解反应过程中产生的亚铁离子形成。
6.根据权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法，其特征在于，所述废水进入絮凝沉淀单元后，将废水调节为略碱性。
7.一种权利要求1所述的高浓度有机废水处理方法的专用设备，其特征在于，包括依次连接的pH调节池(1)、微电解反应器(2)、Fenton反应器(3)、絮凝沉淀池(4)、厌氧滤柱(5)、好氧滤柱(6)和二级沉淀池(7)，以及向所述pH调节池(1)和Fenton反应器(3)内分别投加pH调节剂和双氧水的加药系统(8)；所述微电解反应器(2)中装填有规整化Fe/Al/C多元微电解填料。
8.根据权利要求7所述的高浓度有机废水处理方法的专用设备，其特征在于，所述专用设备还包括与pH调节池(1)连接的蠕动泵(10)，废水通过蠕动泵(10)进入微电解反应器(2)。
9.根据权利要求7所述的高浓度有机废水处理方法的专用设备，其特征在于，所述专用设备还包括与好氧滤柱(6)连接的充氧泵(11)。
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