CN108675497A - 一种基于芬顿流化床处理印染废水超低排放装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于芬顿流化床处理印染废水的超低排放装置，包括：通过管道依次连接的pH调整池、芬顿流化床、脱气池、沉淀池、过滤器，其中，二沉池通过管道连接pH调整池以导入初步处理的污水,过滤器连接一排放管，一污泥浓缩池与所述沉淀池相连接。本发明的一种芬顿流化床工艺处理印染废水超低排放装置及方法，在经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水后对废水的深度物化处理系统中，通过芬顿流化床的多相内循环和流化床芬顿氧化作用，使得废水中最后难以被生物降解的有机物被氧化除去。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理，特别涉及一种芬顿流化床工艺处理印染废水超低排放装置及方法。
背景技术
Fenton化学氧化法是应用双氧水与亚铁离子反应产生氢氧自由基的原理，进行氧化有机污染物的反应，是一种高级氧化处理技术。芬顿流化床是利用流体化床的模式使Fenton法所产生的三价铁大部分得以结晶或沉淀披覆在流体化床的担体表面上，是一项结合了同相化学氧化，异相化学氧化，流体化床结晶及FeOH的还原溶解等功能的新技术。这项技术将传统的 Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可减少采用传统Fenton法而产生大量的化学污泥，同时在担体表面形成的铁氧化物具有异相催化的效果，而流体化床的模式亦促进了化学氧化反应及传质效率，使COD去除率提升。其反应后的出水，经pH值调整后会产生含铁污泥。选用此系统另一优势为可利用双氧水加药量调整，调整COD的去除量。如此将可有效控制废水的COD 排放浓度。
印染生产中产生印染废水，水质指标为COD为800～1200mg/L，色度为 128～256倍，pH在7-10，温度在30～40℃。经过传统的厌氧和好氧处理后的二沉池出水，水质指标为COD为100～120mg/L，pH在7-8，色度为64～128 倍，对该类废水传统的方法一般是在末端再投加PAC和PAM进行混凝或絮凝反应沉淀处理后，出水COD在60～70mg/L，很难做到COD的超低排放 (COD＜50mg/L)，处理效率不高。
发明内容
为了解决上述现有技术的问题，根据二价铁离子(Fe2+)和双氧水发生链式催化反应生成羟基自由基，具有较强的氧化能力，氧化电位高达2.80V，仅次于氟。二价铁离子(Fe2 +)和双氧水称为Fenton试剂，它可无选择性的氧化废水中难生物降解或一般化学氧化剂难以氧化的大多数有机物。本发明采用芬顿流化床工艺处理印染废水超低排放装置及方法，对经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水进行了深度高级氧化处理，实现了印染废水超低排放。
本发明的第一方面技术方案是：一种基于芬顿流化床处理印染废水超低排放装置，包括：通过管道依次连接的pH调整池、芬顿流化床、脱气池、沉淀池、过滤器，其中，二沉池通过管道连接pH调整池以导入初步处理的污水,过滤器连接一排放管。
优选地，一污泥浓缩池与沉淀池相连接。
优选地，pH调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床的进水管进入芬顿流化床。
优选地，芬顿流化床通过出水管连接脱气池。
本发明的第二方面提供一种基于芬顿流化床处理印染废水超低排放装置处理污水的方法，其包括如下步骤：
(1)经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水通过管道进入pH调整池；
(2)在pH调整池中加入酸调节pH，使pH调整池的出水pH在4.0～4.5；
(3)pH调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床，在芬顿流化床内进行污水处理；
(4)芬顿流化床通过出水管将处理后水排入脱气池中进行曝气反应；
(5)在经过脱气反应后的污水中投加液碱或氢氧化钙，提高污水的pH 在6.5～7.0左右，使污水中的三价铁与污水中的SS、胶体和色度等一起发生絮凝反应，然后再投加阳离子PAM，强化絮凝反应，使污泥聚集，形成大矾花，在沉淀池沉淀，实现水泥分离；
(6)所述沉淀池内污泥进行自然沉降以后，污泥排放到污泥浓缩池进行压滤，上清液流到流沙过滤器；
(7)所述上清液通过底部布水器进入流沙过滤器，上清液由下而上逆流通过中间沙床，经过滤后的清水在过滤器顶收集，经溢流口流出。
优选的，步骤(4)中，曝气强度为：每m3污水需要空气量为0.2～0.3m3，脱气反应时间为3.5～4h，利用空气搅拌，对反应后残留的双氧水进行脱气反应。
优选的，步骤(6)中，所述污泥排放到污泥浓缩池，与生化污泥混合，采用板框压滤机进行污泥的压滤。
优选的，步骤(7)中，所述沉淀池出水在流沙过滤器通过内循环洗砂系统连续过滤，去除水体中的细微悬浮物，澄清出水，达标排放。
优选的，步骤(7)中，所述流沙过滤器底部被污染的沙滤料通过空气提升泵被提升到过滤器顶部的洗砂器，通过紊流作用使污染物从活性砂中分离出来，杂质通过清洗水出口排出，净砂利用自重返回砂床从而实现连续过滤。通过内循环洗砂系统连续过滤，去除了废水中的细微悬浮物，澄清出水，实现污水的超低达标排放。
本发明的一优选技术方案中：一种用于污水处理的芬顿流化床，包括竖直设置的流化床筒体，在所述流化床筒体内从下而上依次设置有：反应区、 Fe和Mn流化床区、缓存区、晶体截留分离器、澄清区和溢出区功能区，在Fe和Mn流化床区和晶体截留分离器底部分别设有支撑架，
芬顿流化床还包括进水管、出水管、排气管、排空管阀、双氧水管、硫酸亚铁管和循环装置，以上管道材质均为316L材质；
所述进水管、双氧水管、硫酸亚铁管，通入所述反应区，且安装电磁流量计，分别计量以一定的比例将反应液倒入反应区；所述出水管设于所述溢流区的底部，排气管设于流化床筒体的顶部，排空管阀设于流化床筒体的底部，
所述循环装置设在反应区和澄清区之间，包括连接反应区的循环泵后管，连接澄清区的循环泵前管，和连接所述循环泵后管和循环泵前管的循环泵。
优选地，所述流化床筒体的底部为锥形底结构。
优选地，在所述Fe和Mn流化床区包含零价铁Fe和Mn的固体颗粒，粒径为3-5mm颗粒球形。
优选地，流化床筒体材质为316L钢板焊接制作。
优选地，支撑架采用316L材质的槽钢构成，支撑架主体为网格结构，外圈为环形，支撑架用于放置反应原料。
芬顿流化床处理废水的方法，其包括如下步骤：
(1)将pH调整池的出水通过提升泵泵入经过进水管进入芬顿流化床，
(2)双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管和硫酸亚铁管进入芬顿流化床，与污水混合反应，
(3)位于高处的循环泵前管经过循环泵通过循环泵后管打入芬顿流化床，以上污水和药剂经过反应区、Fe和Mn流化床区、缓存区、晶体截留分离器、澄清区，从出水管排出，
(4)位于顶部的排气管将芬顿流化床产生的VOC(挥发性有机废气)排出，位于底部的排空管阀可以清除芬顿流化床底部沉淀的SS(悬浮物)。
晶体截留分离器的清水通过循环泵回流到布水器，回流量是进水量 1.2～1.5倍，实现芬顿流化床内反应区的上升流速在15～20m/h。
污水经过Fe(铁)和Mn(锰)流化床区后进入缓冲区，调整和缓冲污水的流态，然后进入晶体截留分离器，未反应的Fe(铁)和Mn(锰)晶体截留分离器中利用6级折流反应，然后回落到Fe(铁)和Mn(锰)流化床区的底部。晶体截留分离器出水进入自然沉淀区，然后进入出水堰收集，通过出水管排至脱气池。
芬顿流化床底部设有锥形底，通过循环泵的作用，废水与加入的双氧水和硫酸亚铁药剂能够充分接触，利用二价铁和双氧水反应，催化生成羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化能力，去除废水中的难降解有机物。
加入双氧水和硫酸亚铁后经过芬顿流化床的反应区，再流经Fe(铁) 和Mn(锰)流化床，利用污水的酸性与单质Fe发生，生产二价铁，同时利用单质Mn的催化作用加速二价铁的生成。新生产的二价铁与游离的双氧水进一步发生催化反应生成羟基自由基，降解污水中的有机物COD。污水经过Fe(铁)和Mn(锰)流化床后进入缓冲区，调整和缓冲污水的流态，然后进入晶体截留分离器，未反应的Fe(铁)和Mn(锰)晶体截留分离器中利用6级折流反应，然后回落到Fe(铁)和Mn(锰)流化床的底部。晶体截留分离器出水进入自然沉淀区，然后进入出水堰收集，通过出水管排至脱气池。
本发明的优点是：本发明的一种芬顿流化床工艺处理印染废水超低排放装置及方法，在经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水后对废水的深度物化处理系统中，通过芬顿流化床的多相内循环和流化床芬顿氧化作用，使得废水中最后难以被生物降解的有机物被氧化除去。然后在通过过滤器的内循环洗砂系统连续过滤，去除水体中的细微悬浮物，澄清出水，最后实现了印染废水超低排放同时，芬顿流化床与过滤器具有设备占地面积小，传质效果好，反应速度快，能耗低，有效降低了废水处理的运行费用，处理生化后废水可确保COD、苯胺、色度等达到排放标准。二沉池出水经过芬顿流化床工艺处理后，COD在100～120mg/L左右降低到40～50mg/L，苯胺从2.0～2.5mg/L 降低到未检出，从而实现了印染废水的超低排放(COD＜50mg/L、苯胺不得检出)。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的一种基于芬顿流化床和流砂过滤器处理方式的印染废水超低排放装置及方法的原理图。
图2为本发明一实施例的芬顿流化床立面示意图。
图3为本发明一实施例的芬顿流化床平面图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于芬顿流化床处理印染废水超低排放装置，包括：通过管道依次连接的pH调整池、芬顿流化床、脱气池、沉淀池、过滤器，其中，二沉池通过管道连接pH调整池以导入初步处理的污水,过滤器连接一排放管，一污泥浓缩池与沉淀池相连接，pH调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床的进水管进入芬顿流化床，芬顿流化床通过出水管连接脱气池。
一种基于芬顿流化床处理印染废水超低排放装置处理污水的方法具体如下:
所述经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水进入pH调整池时一般pH在 8～9和COD在100～120mg/L左右，在pH调整池中加入70％硫酸调节pH，使pH调整池的出水pH在4.0～4.5，为芬顿反应提供酸性的反应环境，pH 调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床；
pH调整池的出水通过提升泵泵入经过进水管进入芬顿流化床，双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管和硫酸亚铁管进入芬顿流化床，与污水混合反应，出水管排至脱气池；
二沉池出水COD在100～120mg/L左右时经过芬顿流化床工艺时，每1L 废水加入0.18～0.20mL双氧水(27％体积浓度)和0.20～0.22g硫酸亚铁，可以将COD降低到40～50mg/L；当每1L废水加入0.30～0.35mL双氧水(27％体积浓度)和0.30～0.35g硫酸亚铁，可以将COD降低到30～40mg/L左右，再增加双氧水和硫酸亚铁，COD会从30～40mg/L升到到35～45mg/L左右，不利于芬顿反应的进行；当每1L废水减少加入量到0.15～0.18mL双氧水(27％体积浓度)和0.16～0.20g硫酸亚铁时，COD从40～50mg/L升到到 50mg/L，同样不利于芬顿反应的进行；
所述往脱气池中曝气反应，曝气强度为：每m3污水需要空气量为 0.2～0.3m3，脱气反应时间为3.5～4h，利用空气搅拌，对反应后残留的双氧水进行脱气反应，双氧水在有氧气和有机物COD的环境下变成水，二价铁在有氧的环境下变成三价铁，污水的颜色从进水的绿色变成红褐色，从而实现了有机物COD的40～50％的高级氧化，经过脱气反应后的pH从进水的 3～3.5升高到4～4.5。当脱气反应时间从3.5～4h减少到2～2.5h时，有机物 COD只实现了30～38％的高级氧化；当延长脱气反应时间到5.5～6小时时，有机物COD依然是40～50％的高级氧化。
经过脱气反应后的污水投加液碱或氢氧化钙，提高污水的pH在6.5～7.0 左右，使污水中的三价铁与污水中的SS、胶体和色度等一起发生絮凝反应，然后再投加阳离子PAM，强化絮凝反应，使污泥聚集，形成大矾花，在沉淀池沉淀，实现水泥分离。投加氢氧化钙比液碱调节pH，污泥沉淀速度加快了20％，清水色度从16倍降低到了8倍，清水更加清澈；
所述沉淀池内物化污泥进行自然沉降以后，污泥排放到污泥浓缩池，与生化污泥混合，采用板框压滤机压滤，压滤过程不需要投加PAM药剂，直接高压板框压滤，省去了1吨含水率98％污泥压滤成50％的泥饼中投加PAM 压滤费用，上清液自流到集水井，再返回到二沉池出水口，进一步处理；
所述沉淀池出水通过过滤器，过滤器采用流砂方式，通过底部布水器进入，废水由下而上逆流通过中间沙床，经过滤后的清水在过滤器顶收集，经溢流口流出。同时过滤器底部被污染的沙滤料通过空气提升泵被提升到过滤器顶部的洗砂器，通过紊流作用使污染物从活性砂中分离出来，杂质通过清洗水出口排出，净砂利用自重返回砂床从而实现连续过滤。通过内循环洗砂系统连续过滤，去除了废水中的细微悬浮物，澄清出水，实现污水的超低达标排放。
二沉池出水经过芬顿流化床工艺处理后，COD在100～120mg/L左右降低到40～50mg/L，苯胺从2.0～2.5mg/L降低到未检出，从而实现了印染废水的超低排放(COD＜50mg/L、苯胺未检出)。
如图2和图3所示的本发明芬顿流化床立面示意图及平面图，芬顿流化床包括竖直设置的流化床筒体10，在所述流化床筒体内从下而上依次设置有：反应区11、Fe和Mn流化床区12、缓存区13、晶体截留分离器14、澄清区15和溢出区16，在Fe和Mn流化床区12和晶体截留分离器14底部分别设有支撑架17，芬顿流化床还包括进水管22、出水管25、排气管26、排空管阀27、双氧水管23、硫酸亚铁管24和循环装置21，以上管道材质均为316L材质；所述循环装置21设在反应区11和澄清区15之间，包括连接反应区11的循环泵后管213，连接澄清区15的循环泵前管211，和连接所述循环泵后管213和循环泵前211管的循环泵212，以上管道材质均为 316L材质；所述进水管22、双氧水管23和硫酸亚铁管24通入所述反应区 11，且安装电磁流量计，分别计量以一定的比例将反应液倒入反应区11；所述出水管25设于所述溢流区16的底部，排气管26设于流化床筒体10的顶部，排空管阀27设于流化床筒体10的底部。
如图2所示，将污水通过提升泵泵入，经过进水管22进入芬顿流化床，双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管23和硫酸亚铁管24进入芬顿流化床，与污水混合反应，位于高处的循环泵前管211经过循环泵212通过循环泵后管213打入芬顿流化床，以上污水和药剂经过反应区11、Fe(铁)和Mn(锰) 流化床区12、缓存区13、晶体截留分离器14、澄清区15，从出水管25排除。位于顶部的排气管26将芬顿流化床产生的VOC(挥发性有机废气及时排出)，位于底部的排空管阀27可以清除芬顿流化床底部沉淀的SS(悬浮物)等；
芬顿流化床底部设有锥形底，通过循环泵的作用，废水与加入的双氧水和硫酸亚铁药剂能够充分接触，利用二价铁和双氧水反应，催化生成羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化能力，去除废水中的难降解有机物。芬顿流化床出水的pH在3～3.5左右，芬顿流化床反应名义时间为20～25min，晶体截留分离器的清水通过循环泵回流到布水器，回流量是进水量1.2～1.5倍，实现芬顿流化床内反应区的上升流速在15～20m/h，较大的上升流速使得双氧水和硫酸亚铁药剂的使用效率最大化。经过反应区后的污水再流经Fe(铁) 和Mn(锰)流化床区，利用污水的酸性与单质Fe发生，生产二价铁，同时利用单质Mn的催化作用加速二价铁的生成。对比表明如果用MnO2起不到催化反应。新生产的二价铁与游离的双氧水进一步发生催化反应生成羟基自由基，降解污水中的有机物COD，污水经过Fe(铁)和Mn(锰)流化床区后进入缓冲区，调整和缓冲污水的流态，然后进入晶体截留分离器，未反应的Fe(铁)和Mn(锰)晶体截留分离器中利用6级折流反应，然后回落到Fe(铁)和Mn(锰)流化床的底部。晶体截留分离器出水进入自然沉淀区，然后进入出水堰收集，通过出水管排至脱气池。
COD在100～120mg/L的经过生化处理后的污水，经过芬顿流化床工艺时，每1L废水加入0.18～0.20mL双氧水(27％体积浓度)和0.20～0.22g硫酸亚铁，可以将COD降低到40～50mg/L；当每1L废水加入0.30～0.35mL 双氧水(27％体积浓度)和0.30～0.35g硫酸亚铁，可以将COD降低到 30～40mg/L左右，再增加双氧水和硫酸亚铁，COD会从30～40mg/L升到到35～45mg/L左右，不利于芬顿反应的进行；当每1L废水减少加入量到 0.15～0.18mL双氧水(27％体积浓度)和0.16～0.20g硫酸亚铁时，COD从 40～50mg/L升到到50mg/L，同样不利于芬顿反应的进行。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于芬顿流化床处理印染废水的超低排放装置，其特征在于，包括：通过管道依次连接的pH调整池、芬顿流化床、脱气池、沉淀池、过滤器，其中，二沉池通过管道连接pH调整池以导入初步处理的污水,过滤器连接一排放管。
2.根据权利要求1所述的超低排放装置，其特征在于，一污泥浓缩池与所述沉淀池相连接。
3.根据权利要求1所述的超低排放装置，其特征在于，所述pH调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床的进水管进入芬顿流化床。
4.根据权利要求1所述的超低排放装置，其特征在于，所述芬顿流化床通过出水管连接脱气池。
5.如权利要求1-4任一项所述的排放装置处理污水的方法，其包括如下步骤：
(1)经过厌氧和好氧处理后的二沉池出水通过管道进入pH调整池；
(2)在pH调整池中加入酸调节pH，使pH调整池的出水pH在4.0～4.5；
(3)pH调整池的出水通过提升泵泵入芬顿流化床，在芬顿流化床内进行污水处理；
(4)芬顿流化床通过出水管将处理后水排入脱气池中进行曝气反应；
(5)在经过脱气反应后的污水中投加液碱或氢氧化钙，提高污水的pH在6.5～7.0左右，使污水中的三价铁与污水中的SS、胶体和色度等一起发生絮凝反应，然后再投加阳离子PAM，强化絮凝反应，使污泥聚集，形成大矾花，在沉淀池沉淀，实现水泥分离；
(6)所述沉淀池内污泥进行自然沉降以后，污泥排放到污泥浓缩池进行压滤，上清液流到流沙过滤器；
(7)所述上清液通过底部布水器进入流沙过滤器，上清液由下而上逆流通过中间沙床，经过滤后的清水在过滤器顶收集，经溢流口流出。
6.根据权利要求5所述的处理污水的方法，其特征在于，步骤(4)中，曝气强度为：每m3污水需要空气量为0.2～0.3m3，脱气反应时间为3.5～4h，利用空气搅拌，对反应后残留的双氧水进行脱气反应。
7.根据权利要求5所述的处理污水的方法，其特征在于，步骤(6)中，所述污泥排放到污泥浓缩池，与生化污泥混合，采用板框压滤机进行污泥的压滤。
8.根据权利要求5所述的处理污水的方法，其特征在于，步骤(7)中，所述沉淀池出水在流沙过滤器通过内循环洗砂系统连续过滤，去除水体中的细微悬浮物，澄清出水，达标排放。
9.根据权利要求5所述的处理污水的方法，其特征在于，步骤(7)中，所述流沙过滤器底部被污染的沙滤料通过空气提升泵被提升到过滤器顶部的洗砂器，通过紊流作用使污染物从活性砂中分离出来，杂质通过清洗水出口排出，净砂利用自重返回砂床从而实现连续过滤。通过内循环洗砂系统连续过滤，去除了废水中的细微悬浮物，澄清出水，实现污水的超低达标排放。
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