CN108191117A - 一种脱脂废水处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱脂废水处理工艺。该工艺以加载絮凝为核心，产生的絮体结构紧密，空隙水含量小，沉速快，均匀性性好，抗剪切能力强，适用于脱脂废水的处理。原水在压力作用下进入主体设备内的加载絮凝区进行絮凝，随后絮体进入沉淀区和污泥浓缩区，清水进入澄清区经三角堰和环形集水渠出水进入二级反应罐进行二级处理。工艺运行时，絮体在重力和上升水力的作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，能够去除小絮体及部分可溶性有机质；本工艺将加载絮凝、沉淀、澄清、污泥浓缩等诸多工艺单元集于一体，提高了主体设备的集成度；本发明自动化程度高，应用范围广，基建投资和运行成本低，占地面积小，操作简单。

Description

一种脱脂废水处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种水质净化装置，用于去除脱脂废水中的COD、悬浮物及重金属离子，尤其涉及以高效固液分离工艺为核心，实现高效稳定净化效果的水质净化工艺，可广泛应用于冶金、制革、明胶、电镀等工业企业脱脂废水的净化处理。

背景技术

脱脂废水中含有悬浮物、重金属离子以及大量的油脂，COD往往达到万级甚至十万级，使用传统的生化处理工艺处理废水项目投资大，运行成本高，且难以达到预期效果。芬顿法和电催化氧化法也常用于脱脂废水处理，但这两种处理工艺存在以下缺陷：首先，芬顿法和电化学法处理成本高昂，芬顿法需要投加大量的化学药剂，电催化氧化法对阴极板要求很高，使用贵金属镀层的极板前期投资十分巨大；其次，芬顿法需要将pH调节到3~5左右，电催化氧化法产生大量的有效氯，极易腐蚀设备，对设备的防腐技术要求很高同时增加项目投资成本；再次，上述两种工艺对于COD较低的脱脂废水处理效果较好，而对COD较高的脱脂废水很难达到处理要求。

破乳—絮凝—沉淀工艺处理脱脂废水由于成本低廉而运行效果稳定，近年来得到了广泛的关注。脱脂废水中的绝大部分的COD为乳化油，通过投加破乳剂使脱脂废水乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，进入絮凝池通过压缩双电层、电性中和、吸附架桥、卷网扫捕作用，使大液滴继续凝聚成长，形成大絮体沉降。与此同时，脱脂废水中的重金属离子络合物经絮凝作用从废水中分离。出水进入沉淀池完成固液分离。整个工艺流程中只需投加破乳剂、絮凝剂和助凝剂这些较为廉价的药剂，具有处理成本低廉，操作简单等优点。但在普通絮凝过程中，各种尺度的颗粒随机碰撞合并，结成松散网状结构，空隙含水率大，并且脱脂废水絮凝反应后的絮体含有大量的油脂，沉速小，沉降性能差，导致该工艺停留时间长，构筑物占地面积大，处理效果不稳定。为了保证出水水质，尚需添加生化处理、氧化处理等后续处理工艺，增加了项目投资和占地面积，限制了工艺的推广使用。

加载絮凝工艺是近年来发展起来的一种高效新型固液分离工艺。该工艺絮凝区内，在上升水流和机械搅拌的联合作用下，絮体颗粒受到水流剪切力、颗粒间的摩擦力、挤压力等外力的作用，随机附着在絮体表面的絮体颗粒在这些外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，大大降低了絮体粒子附着的随机性，使絮体的成长过程始终处于一种被动的有序、规则成长状态，形成结构密实的球形絮凝体。加载絮凝工艺产生的絮体结构紧密，空隙水含量小，沉速快，均匀性性好，抗剪切能力强，适用于脱脂废水的处理。

利用破乳—加载絮凝—沉淀工艺处理脱脂废水，极大提高了处理效率，缩短停留时间，处理效果稳定。

综上所述，对于脱脂废水处理工艺，迄今为止还没有既能达到满意处理效果，又能保持较长工作周期，工艺简单、占地面积小、操作运行方便、成本低廉的处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种水质净化装置与工艺，该工艺以加载絮凝为核心，通过破乳剂的破乳作用，使乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，进入反应罐后，经过加载絮凝作用，使液滴继续聚合增大，形成结构紧密、球型度高、沉降速度快的絮体，油水两相分离析出。油脂絮体进入沉淀区沉淀，清水上流进入出水堰出水。出水继续进入二级反应罐，在絮凝剂和助凝剂的作用下，水中的重金属络合物脱稳析出，与水中小絮体碰撞结合，通过加载絮凝作用，去除绝大部分重金属离子和难沉降的小絮体，保证出水水质达到要求。本工艺将加载絮凝与固液分离集于一体，设备集成度度高，具备高效稳定的处理效果。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

本脱脂废水处理工艺，包括主体设备、管路系统和自控系统，其中主体设备部分为内外筒，外筒分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分，其中澄清区设有三角出水堰和环形集水渠，保证出水均匀稳定。工艺运行时，絮体在重力和上升水力作用下会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层泥水分界面至污泥浓缩区之间为沉淀区，絮体在沉淀区内进行絮凝沉淀及拥挤沉淀。外筒的椎体部分为污泥浓缩区，絮体沉降进入污泥浓缩区，浓缩后排出主体设备；内筒为加载絮凝区，设有进水管及絮凝搅拌器，搅拌器以设置于设备顶部的减速电机带动旋转，由底部轴座固定并支撑；内筒和外筒由若干肋板焊接固定。管路系统包括由原水进水管、二级进水管、排泥管、出水管、加药管及附设与其上的阀门仪表组成，其中，进水管与一级反应罐内筒相连通，设有电动调节阀和电磁流量计，用以调节进水流量；二级进水管与一级反应罐环形出水渠及二级反应罐内筒相连通，排泥管与设备椎体下端连通，并设有气动蝶阀进行开关操作；出水管与二级反应罐环形集水渠连通。破乳剂加药口设于静态混合器之前，助凝剂加药点设于罐体近端，絮凝剂加药口设于二级进水管远端，加药系统由加药计量泵、加药管、阻尼器、止回阀等组成。

优选的，在提升泵后和破乳剂加药点后设有静态混合器，通过静态混合器作用使原水与破乳剂充分混合，形成乳状液大液滴，为理想的初始粒子的形成作保证。

优选的，搅拌桨由设备上端的减速电机带动旋转，下端由轴座固定支撑，桨片总面积占内筒纵向截面积的10%~25%，结合转速和满足加载絮凝的G值来设计桨片尺寸。运行过程中通过调节减速电机转速，使加载絮凝搅拌条件最优。

优选的，工艺运行时，絮体在重力和上升水流冲击力作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层内絮体具有自加载絮凝作用，可粘附、捕捉水中的微絮体颗粒。此外，悬浮层对原水的溶解性有机质有一定的去除作用。

优选的，澄清区上端设有三角出水堰和环形集水渠，保证出水均匀稳定。

优选的，二级反应罐出水堰高程低于一级反应罐出水堰高程，运行过程中，一级反应罐的出水通过自流进入二级反应罐，无需添加动力设备。

优选的，自控系统信号输入单元包括位于原水进水管上电磁流量计、位于罐体内部的高液位传感器和低液位传感器、位于二级反应罐出水管上的浊度仪；信号输出控制单元包括位于原水进水管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管的气动蝶阀、位于设备顶部的减速电机、各进水管路上的加药泵和位于PLC系统内的接线切换系统。

由以上方案可见，本发明是一种以加载絮凝为核心的脱脂废水水质净化工艺，可广泛应用于各种脱脂废水的净化处理。与传统处理工艺相比，具有如下优势：

1、工艺以加载絮凝工艺为核心，作为一种可控的絮凝技术，其形成的絮体具有均匀性好、絮体密度大、球型度高、沉降速度快等特点，大大提高了絮体的沉降性，污泥含水率低，大幅度提高了处理效率，出水效果良好；

2、采用上向流反应器，将加载絮凝、沉淀、澄清和污泥浓缩工艺集成于同一反应器，实现了絮凝和固液分离的一体化，提高了工艺的集成度，减少占地面积；

3、工艺运行过程中，只需投加破乳剂、絮凝剂和助凝剂这些较为廉价的药剂，运行成本低，经济性好；

4、本工艺运行操作运行方便，自动化程度高，运行过程中无有毒有害物质生成，安全可靠。

附图说明

图1为一种脱脂废水处理工艺示意图。

图1中：Ⅰ一级反应罐；Ⅱ二级反应罐；a加载絮凝区；b澄清区；c沉淀区；d污泥浓缩区；1原水进水管；2提升泵；3破乳剂加药管；4静态混合器；5电动调节阀；6电磁流量计；7助凝剂加药管；8内筒；9搅拌器；10外筒；11出水三角堰；12环形集水渠；13二级进水管；14絮凝剂加药管；15出水管；16排泥管；17气动蝶阀；18减速电机；19肋板；20低液位传感器；21浊度仪；22高液位传感器；23内筒底板；24外筒底板；25轴承及轴承座；26盖板；27电机支架；28破乳剂加药泵；29助凝剂加药泵；30絮凝剂加药泵。

图2为A-A剖面图和B-B剖面图，其展示了装置内外筒的结合方式。

图2中：1原水进水管；7助凝剂加药管；8内筒；9搅拌器；10外筒；13二级进水管；16排泥管；19肋板。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括主体设备、附属管道及阀门系统和计控系统。主体设备为一级反应罐Ⅰ和二级反应罐Ⅱ，外围结构由内筒体8、外筒体10、顶盖26及内外筒的底板23、24构成。

参阅图1，对工艺流程进行说明。

原水经提升水泵1加压后，由进水管2经破乳剂加药管3、静态混合器4、电动调节阀5、流量计6及助凝剂加药管7进入一级反应罐Ⅰ加载絮凝区a，该区域由内筒体8、内筒底板23、搅拌器9及轴承座27构成，搅拌器9由设备上端的减速电机18带动搅拌。原水经加载絮凝作用，产生大量尺度较大的球状絮体，这些絮体具有密度大、孔隙含水率低、沉降速度快等优点。原水在经过絮凝区a后，絮体在重力和上升水流冲击力作用下，在絮凝区出水口附近形成悬浮层。悬浮层泥水分界面下部为沉淀区c，较大的絮体从絮凝区a出来后直接沉降，而较小的絮体被悬浮层截留，在悬浮层中聚合碰撞，进行接触絮凝，成长为大絮体后沉降，絮凝区a新产生的絮体又继续对悬浮层进行补充。絮体经过沉淀区c后最后进入设备下端的污泥浓缩区d，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积。悬浮层泥水分界面上部为澄清区b，原水经过加载絮凝区a后，絮体进入沉淀区c，清水进入澄清区b。在澄清区b中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落。清水经澄清区b上端的三角堰11均匀分配后进入环形集水渠12，而后进入二级进水管13。清水在二级进水管13中先经过絮凝剂加药管14，再经过二级反应罐Ⅱ入口处的助凝剂加药管7，而后进入二级反应罐Ⅱ。在二级反应罐Ⅱ中，一级反应罐Ⅰ出水再次经过加载絮凝、沉淀、污泥浓缩、澄清作用后形成最终出水，通过出水管15排放。出水管15中设有浊度仪21，可随时检测出水浊度。

继续参阅图1，对设备排泥过程进行说明。

反应器工作一段时间后，出水管浊度仪21检测的浊度达到预设值时，需进行排泥，此时排泥管16上的气动蝶阀17自动开启进行排泥，一级反应罐Ⅰ中的减速电机18正常运行，二级反应罐Ⅱ中的减速电机18自动关闭。排泥过程中不影响一级反应罐Ⅰ加载絮凝区的正常运行，一级反应罐Ⅰ正常进水，减速电机18正常运行。由于排泥时一级反应罐Ⅰ液位下降，故二级反应罐Ⅱ无法进水，为避免搅拌器9将已形成的絮体打碎，排泥时减速电机18停止运行，并且位于二级进水管13上的絮凝剂加药泵30和助凝剂加药泵29也同时停止运行。当反应罐内液位下降到低液位传感器20的位置时，气动蝶阀17自动关闭，排泥结束。由于一级反应罐Ⅰ内的污泥多于二级反应罐Ⅱ，故一级反应罐Ⅰ内的低液位传感器20安装高程应低于二级反应罐Ⅱ的低液位传感器20安装高程。两个反应罐排泥时同时开始，不同时结束，一级反应罐Ⅰ的排泥时间大于二级反应罐Ⅱ反应罐。排泥结束后，一级反应罐Ⅰ内的水位回升，当到达位于三角堰11堰口处的高液位传感器22时，二级进水管13上的絮凝剂加药泵30和助凝剂加药泵29及二级反应罐Ⅱ的减速电机18自动开启。排泥过程实现全自动化，无需现场工作人员操作。

继续参阅图1，对自控系统的运行进行说明。

自控系统信号输入单元包括位于原水进水管上电磁流量计4、位于罐体内部的高液位传感器22和低液位传感器20、位于二级反应罐出水管上的浊度仪15；信号输出控制单元包括位于原水进水管上的提升泵2和电动调节阀5、位于排泥管的气动蝶阀17、位于设备上端的减速电机18、各进水管路上的加药泵。正常运行工况下，进水电动调节阀5处于常开状态，排泥气动蝶阀17处于常闭状态。当出水管浊度仪21检测的浊度达到预设值时，排泥气动蝶阀17开启，一级反应罐Ⅰ水位下降至高液位传感器22时，高液位传感器22响应，二级进水管13上的絮凝剂加药泵30和助凝剂加药泵29及二级反应罐Ⅱ的减速电机18停止运行。当水位下降至低液传感器20时，低液位传感器响应，排泥管16上的气动蝶阀17关闭，结束排泥。水位回升至高液位传感器22时，高液位传感器22再次响应，二级进水管13上的絮凝剂加药泵30和助凝剂加药泵29及二级反应罐Ⅱ的减速电机18重新启动，对一级反应罐Ⅰ出水进行二级处理，确保出水水质达标。

参阅图1和图2，对内外筒的结合方式进行说明。

肋板19的安装位置如图1、图2所示。肋板19一端满焊于外筒壁上，另一端满焊于内筒壁上，肋板19分上下两组，每组各四个，呈90°安装。上肋板为矩形，下肋板为图1中所示的多边形，保证内筒底板23能与下肋板焊接在一起，对内筒8起一定的支撑作用。外筒内壁、内筒8、肋板19、三角堰11、环形集水渠12及进水管1罐内部分都须做防腐处理，防止原水对罐体腐蚀，影响设备使用寿命。

本发明以高效固液分离工艺为核心，极大改善了絮体的沉降性能，缩短了停留时间，并利用悬浮层内絮体的自加载絮凝作用提高了工艺出水水质。在主体设备中将加载絮凝、澄清、沉淀及污泥浓缩等诸多工艺单元集于一体，对各种脱脂废水原水具有高效、稳定的处理效果，同时占地面积小，自动化程度高，操作简单，处理成本低。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种脱脂废水处理装置，包括主体设备、管路系统、自控系统，其特征在于：

所述主体设备部分为内外筒，外筒分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分，其中澄清区设有三角出水堰环形集水渠，保证出水均匀稳定，工艺运行时，絮体在重力和上升水流冲击力作用下会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层泥水分界面至污泥浓缩区之间为沉淀区，絮体在沉淀区内进行絮凝沉淀及拥挤沉淀；外筒的椎体部分为污泥浓缩区，絮体沉降进入污泥浓缩区，浓缩后排出主体设备；内筒为加载絮凝区，设有进水管及絮凝搅拌器，搅拌器以设置于设备顶部的减速电机带动旋转，由底部轴座固定并支撑；内筒和外筒由若干肋板焊接固定，主体设备内与原水接触部分皆做防腐处理；

所述的原水进水管路系统包括由原水进水管及沿水流方向依次附设于其上附属设备为提升泵、破乳剂加药口、静态混合器、电动调节阀、电磁流量计和助凝剂加药口，二级进水管及沿水流方向依次附设于其上附属设备为絮凝剂加药口和助凝剂加药口；同时，进水管与一级反应罐内筒相连通，二级进水管与一级反应罐环形出水渠及二级反应罐内筒相连通；排泥管与设备椎体下端连通，并设有气动蝶阀进行开关操作；出水管与二级反应罐环形集水渠连通；

所述的自控系统信号输入单元包括位于原水进水管上电磁流量计、位于罐体内部的高液位传感器和低液位传感器、位于二级反应罐出水管上的浊度仪；信号输出控制单元包括位于原水进水管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管的气动蝶阀，位于设备顶部的减速电机、各进水管路上的加药泵和位于PLC系统内的接线切换系统。

2.根据权利要求1所述的脱脂废水的处理工艺方法，其特征在于：

所述的加载絮凝工艺为在上升水流和机械搅拌的联合作用下，那些随机附着在絮体表面的絮体颗粒在外力作用下被动地移向最佳附着点或脱落后重新附着，使絮体的成长过程始终处于一种被动的有序、规则成长状态，形成结构密实的球形絮凝体；本处理工艺将加载絮凝、澄清、沉淀及污泥浓缩集于一体，对各种脱脂废水原水具有高效、稳定的处理效果；对原水进行二级处理，保证出水水质达标排放，将所述处理工艺方法简述如下：

原水经提升水泵加压后，由进水管经破乳剂加药管、静态混合器、电动调节阀、流量计及助凝剂加药管进入主体设备一级反应罐加载絮凝区，原水经加载絮凝作用，产生大量尺寸较大的球状絮体，这些絮体具有密度大、孔隙含水率低、沉降速度快等优点；原水在经过絮凝区后，絮体在重力和上升水力的作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，较大的絮体从絮凝区出来后直接沉降，而较小的絮体被悬浮层截留，在悬浮层中聚合碰撞，进行接触絮凝，成长为大絮体后沉降，絮凝区新产生的絮体又继续对悬浮层进行补充；絮体经过沉淀区后最后进入的污泥浓缩区，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积；原水经过加载絮凝区后，絮体进入沉淀区，清水进入澄清区，在澄清区一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落；清水经澄清区的三角堰均匀分配后进入环形集水渠，而后进入二级进水管，清水在二级进水管中先经过絮凝剂加药管，再经过二级反应罐入口处的助凝剂加药管，而后进入二级反应罐；在二级反应罐中，一级反应罐出水再次经过加载絮凝、沉淀、污泥浓缩、澄清作用后形成最终出水，通过出水管排放，出水管中设有浊度仪，可随时检测出水浊度。

3.根据权利要求2所述的脱脂废水处工艺方法，其特征在于：

所述的静态混合器设在提升泵和破乳剂加药点之后，通过静态混合器作用使原水与破乳剂充分混合，形成乳状液大液滴，为理想的初始粒子的形成作保证。

4.根据权利要求2所述的脱脂废水处工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备分为两个反应罐，对原水进行二级处理，二级反应罐出水堰高程低于一级反应罐出水堰高程，运行过程中，一级反应罐的出水通过自流进入二级反应罐，无需添加动力设备，通过二级处理可保证出水质达标排放，处理效果稳定。

5.根据权利要求2所述的脱脂废水处工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备内，加载絮凝区内搅拌桨由设备上端的减速电机带动旋转，下端由轴座固定支撑，桨片总面积占内筒纵向截面积的10%~25%，结合转速和满足结团絮凝的G值来设计桨片尺寸，运行过程中通过调节减速电机转速，使加载絮凝搅拌条件最优。

6.根据权利要求2所述的脱脂废水处工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备内，工艺运行时，絮体在重力和上升水力的作用下，会在絮凝区出水口附近形成悬浮层，悬浮层具有自加载絮凝作用，此外，悬浮层对原水的溶解性有机质起到一定的去除作用。

7.根据权利要求2所述的脱脂废水处工艺方法，其特征在于：

所述的主体设备内，澄清区上端设有三角出水堰和环形集水渠，保证出水均匀稳定。