CN108751331A - 一种处理废水的方法及工艺系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种处理废水的方法及工艺系统，所述方法利用氢氧化锆吸附废水中的污染物，该方法能够同步去除废水中的磷酸盐、有机物和硫酸盐，该方法在处理在处理含低浓度的磷酸盐和有机物的废水或经常规废水处理的出水时，能在短时间内将废水或出水中的磷酸盐降至0.2mg/L，COD降至20mg/L，使得最终出水中的磷和COD满足《地表水环境质量标准》(GB3838‑2002)Ⅲ类水水质；在处理高浓度污染物的废水时，其吸附量大，吸附效率高，例如当废水中磷酸盐浓度高达5000mg/L、COD浓度高达6000mg/L时，在30min内，对两者的吸附率分别高达96.2％和92.1％。

Description

一种处理废水的方法及工艺系统
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种处理废水的方法及工艺系统。
背景技术
磷是人类生活中必不可少的元素，同时磷也是引起水体富营养化的重要因素，大量高浓度含磷工业废水和市政污水的排放，不仅使地表水体丧失了应有功能，而且还严重影响了人类的生活质量、生存环境和社会经济的可持续发展。在废水中，磷主要以各种磷酸盐的形式存在，包括正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机态磷酸盐。其中，溶解态正磷酸盐通常认为是藻类利用的主要形式,属生物有效态磷，需进行有效的去除。现有含磷废水处理方法只能单一的处理高浓度或低浓度废水，不同浓度条件下的含磷废水处理，当前并无成熟的技术工艺。因此，开发一种高效去除不同浓度磷酸盐的方法和技术，并使它更好地应用于实际工程中，具有重大意义。
含磷废水的处理方法主要有化学沉淀法、生物法、膜法和吸附法。化学沉淀法因投加药剂，产生大量难处理污泥，造成二次污染，运行成本高。生物法中微生物的生长敏感性对除磷的运行操作条件要求严格，难以控制。膜法则存在着管理复杂、运行成本较高等一系列问题。相比之下，吸附法是通过吸附剂将污水中污染物质吸附回收或吸附去除，从而使污水得到净化的方法，因操作简单、无二次污染、除磷性能稳定、吸附效果好。
含磷废水中通常还存在大量的有机污染物，上述含磷废水的处理方法中仅有膜法能够同时处理磷和有机污染物，但其管理复杂、运行成本高。专利CN103936206A公开了一种同步去除生化尾水中有机物和磷的方法，该方法利用纳米复合材料HFO-802负载水合氧化铁(HFO)纳米颗粒的复合材料HFO-802(江苏南大环保科技有限公司研制生产)，其载体为叔胺化的超高交联纳米孔聚苯乙烯球体，平均孔径分布为0.5-5nm，孔内均匀分布有粒径为1-5nm的水合氧化铁(HFO)纳米颗粒，水合氧化铁(HFO)的含量控制在2-20％(以Fe计)，该方法中的吸附材料属于复合纳米材料，制作成本较高。
发明内容
为解决上述问题本发明提供一种处理含磷废水的方法及系统，该方法简单高效，能够同步去除废水中的磷酸盐和有机污染物。
一种处理废水的方法，其特征在于，所述方法利用氢氧化锆吸附废水中的污染物。
优选的，所述方法包括以下步骤：
(1)吸附：向废水中加入氢氧化锆，使废水、氢氧化锆充分接触形成吸附体系，吸附废水中的污染物，吸附反应完成后，固液分离得到吸附后的废水和吸附有污染物的氢氧化锆；
(2)脱附：将吸附有污染物的氢氧化锆与氢氧化钾/钠溶液充分接触形成脱附体系，污染物从氢氧化锆上脱附得到污染物溶液和再生氢氧化锆，固液分离的得到污染物溶液和可循环利用的再生氢氧化锆。
当采用上述方法处理废水中的污染物浓度较低时，例如生化处理工艺的出水，利用上述方法可以同步降低生物处理工艺出水中的难降解的有机物、磷酸盐和硫酸盐，使最终出水中的含磷总量和COD完全可以满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质。
优选的，所述步骤(1)中，还向废水中加入质子酸调节pH，使废水、质子酸和氢氧化锆充分接触形成吸附体系。
在上述步骤(1)中，加入酸的调节废水PH，可以提高氢氧化锆的对污染物的吸附效率，因此，可以使上述方法适用于处理高浓度的有机物和磷酸盐的废水，例如碳四烷基化装置生产废水，使得废水中的有机物和磷酸盐大幅降低，在原水中COD的浓度高达6000mg/L、磷酸盐浓度高达5000mg/L时，氢氧化锆浓度为30g/L，COD去除效率高达92％，磷酸盐去除效率高达96％，硫酸盐去除率高达96％。
优选的，所述吸附体系中的初始PH值为1～2。
优选的，所述步骤1中，质子酸为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸或草酸。
优选的，所述步骤(1)中，所述氢氧化钾/钠溶液的浓度为1mol/L～10mol/L，脱附体系的初始pH大于或等于12。
优选的，所述吸附的时间为20～40min。
优选的，所述脱附的时间为30～50min。
优选的，所述氢氧化锆的粒径为50nm～50um。
优选的，所述污染物为硫酸盐、磷酸盐和有机污染物中的一种或多种。
本发明依据上述处理含磷废水的方法提供一种处理废水的工艺系统。该系统结构简单，投资成本低，运行费用，且可连续处理废水。
一种利用上述方法处理废水的工艺系统，其特征在于，至少包括利用氢氧化锆吸附污染物的第一反应槽、沉淀吸附有污染物的氢氧化锆的第一沉淀池、利用氢氧化钾/钠脱附污染物的第二反应槽和沉淀再生氢氧化锆的第二沉淀池，所述第一反应槽、第一沉淀池、第二反应槽和第二沉淀池依次通过废水输送装置相连通，所述第二沉淀池与第一反应槽通过废水输送装置相连通；第一沉淀池与下一级设备或外界相连通，第二反应池连接有氢氧化钾/钠加药器，第二沉淀池还与处理脱附污染物的装置相连通。
上述工艺系统是这样工作的，废水进入利用氢氧化锆吸附污染物的第一反应槽，第一反应槽中有循环使用的再生氢氧化锆，废水进入第一反应槽后，开始吸附过程，反应完成后，反应体系通过废水输送装置输入吸附沉淀池沉淀，沉淀完成后，吸附有污染物的氢氧化锆在下层并被输送至脱附反应槽，吸附后的废水作为出水被输送至下一级处理设备或直接排放，氢氧化钾/钠加药器向脱附反应槽中加入氢氧化钾/钠溶液，吸附剂上吸附的污染物脱附在溶液中，得到再生氢氧化锆，再生氢氧化锆和脱附下来的污染物被输送至沉淀池，固液分离，下层的再生氢氧化锆输送至第一反应槽待用，上层的脱附污染物溶液被输送至处理脱附污染物的装置。
进一步的，所述第一反应槽连接有草酸加药器。
上述工艺系统处理高浓度污染物的废水时，开启草酸加药器向第一反应槽中中加入草酸，调节吸附体系的PH值，提高氢氧化锆的吸附效率。
进一步的，第一沉淀池和第二反应槽之间还设有第一暂存槽，第一暂存槽分别与第一沉淀池和第二反应槽通过废水输送装置相连接；第二沉淀池和第一反应槽之间还设有第二暂存槽，第二暂存槽分别与第二沉淀池和第一反应池通过废水输送装置相连接。
吸附有污染物的氢氧化锆颗粒从第一沉淀池被输送至第一暂存槽，第一暂存槽用于暂存吸附有污染物的氢氧化锆颗粒，然后，吸附有污染物的氢氧化锆被输送至第二反应槽脱去污染物，然后进入第二沉淀池，固液分离，再生氢氧化锆颗粒被输送至第二暂存槽暂存，当第一反应槽的吸附过程完成后，暂存的氢氧化锆被输送至第一反应槽待用。
本发明的有益技术效果在于：
1.本发明提供的一种处理废水的方法，能够同步处理废水中的磷酸盐和有机物，同时在处理含低浓度的磷酸盐和有机物的废水或经常规废水处理的出水时，其无需加入草酸对废水进行调节，同时能在短时间内将废水或出水中的磷酸盐降至0.2mg/L，COD降至20mg/L，使得最终出水中的磷和COD满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水水质；在处理高浓度污染物的废水时，其吸附量大，吸附效率高，例如当废水中磷酸盐浓度高达5000mg/L、COD浓度高达6000mg/L时，在30min内，对两者的吸附率分别高达96.2％和92.1％。
2.本发明提供方法所用吸附剂氢氧化锆，能够在短时间通过氢氧化钾/钠溶液重生，使得该方法运行成本较低。
3.本发明提供的方法，除了能够吸附废水中的磷酸盐和有机物，还能吸附废水其他的无机盐，例如，硫酸根离子、氟离子、氯离子等。
4.本发明提供的一种处理废水中磷酸盐的工艺系统，结构简单合理，投资小，运行成本低，有利于实际投入应用，本系统利用了沉淀池既简单的实现了固液分离，相对于传统的抽滤机更为方便节能。
附图说明
图1为一种处理废水的工艺系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
需要说明的是：本发明所述高浓度废水时，是指总磷含量超过100mg/L或者COD超过4000mg/L，当废水中总磷含量低于10mg/L且COD低于500mg/L时，废水为低浓度废水；实施例中所使用的氢氧化锆是购买于国药集团(CAS号：14475-63-9)的氢氧化锆；实施例中所用试剂材料若无特殊说明，均是通过商用途径购买获得的试剂材料，本发明中的不同水质的废水分别取样于碳四烷基化装置生产废水、聚苯硫醚(PPS)树脂废水和火电厂废水，还有通过自行配置。
实施例1
本发明提供的一种去除废水中磷酸盐的方法，步骤如下：
(1)吸附：在处理高浓度磷酸盐或高浓度有机物废水时，使废水、粒径50nm的氢氧化锆颗粒混合，然后加入草酸，调节PH至2(处理低浓度废水PH值无需调节)；氢氧化锆对磷酸盐具有很强的亲和性，通过离子交换大幅度吸收，反应时间为40min左右，使其达到吸附平衡，吸附达到平衡的反应液通过沉淀池进行固液分离，分离出吸附饱和的氢氧化锆固体和污水液体；(在处理低浓度废水时，可以不添加草酸调节PH)
(2)脱附：向吸附饱和的氢氧化锆中加入浓度为1mol/L的氢氧化钾/钠溶液，调节溶液PH≥12，进行脱附反应50min，磷酸盐从氢氧化锆上脱附得到磷酸盐溶液和可以循环使用的氢氧化锆，固液分离磷酸盐溶液和再生的氢氧化锆颗粒。
实施例2
本发明还提供了一种处理废水的工艺系统，参见图1，本工艺系统依次包括利用氢氧化锆吸附污染物的第一反应槽、沉淀吸附有污染物的氢氧化锆的第一沉淀池、第一暂存槽、利用氢氧化钾/钠脱附污染物的第二反应槽、沉淀再生氢氧化锆的第二沉淀池和第二暂存槽，所述第一反应槽、第一沉淀池、第一暂存槽、第二反应槽、第二沉淀池和第二暂存槽依次通过废水输送装置相连通，所述第二沉淀池与第一反应槽通过废水输送装置相连通；第一反应槽连接有草酸加药器，第一沉淀池与下一级设备或外界相连通，第二反应池连接有氢氧化钾/钠加药器，第二沉淀池还与处理脱附污染物的装置相连通。
上述工艺系统是这样工作的，将废水加入第一反应槽，第一反应槽中有可循环使用的再生氢氧化锆(来自于第二暂存槽暂存的再生氢氧化锆颗粒)，废水进入第一反应槽后，草酸加药器针对污染物浓度状况向其中加入定量草酸，调节污水的PH，反应40min，氢氧化锆颗粒吸附饱和，吸附有污染物的氢氧化锆和废水通过废水输送装置输入第一沉淀池沉淀，固液分层后，吸附有污染物的氢氧化锆在下层并被输送第一暂存槽，吸附后的废水在上层被输送至下一级处理设备或被直接排放，第一暂存槽暂存的氢氧化锆颗粒被送至第二反应槽，氢氧化钾/钠加药器加入一定质量浓度氢氧化钾/钠溶液，调节溶液PH，进行脱附反应，吸附剂上吸附的污染物脱附在溶液中，再生氢氧化锆颗粒和脱附下来的污染物溶液被输送至第二沉淀池，固液分层，下层的再生氢氧化锆输送至第二暂存槽暂存，上层的污染物溶液被输送至污染物处理装置。
当采用实施例1的方法在实施例2的工艺系统种处理废水，当废水中磷酸根的初始浓度为5g/L，使用草酸调节反应体系的PH＝2，吸附反应时间为30min，氢氧化钾/钠的溶液浓度为1mol/L，调节溶液PH≥12，脱附反应时间为50min，本工艺系统的日处理量为120m3，出水磷酸根的浓度低于1g/L，磷酸根的去除率大于80％。
实施例3：
取不同水质的废水采用上述实例1的方法处理的废水，在不同的条件下的处理结果如下表所示：
(1)含磷废水的处理
备注：高浓度磷酸根废水主要为工业废水，低浓度有机废水主要为生活污水。
(2)含有机物废水的处理
备注：高浓度有机废水主要为工业废水，测TOC；低浓度有机废水主要为生活污水，测COD。
(3)含磷、含有机物混合废水的处理
实施例4
根据实施例1所述的处理方法处理废水，采用不同的质子酸调节吸附体系的pH，处理结果如下表所示：
(4)不同的酸调节吸附体系的pH

Claims (10)

1.一种处理废水的方法，其特征在于，所述方法利用氢氧化锆吸附废水中的污染物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)吸附：向废水中加入氢氧化锆，使废水、氢氧化锆充分接触形成吸附体系，吸附废水中的污染物，吸附反应完成后，固液分离得到吸附后的废水和吸附有污染物的氢氧化锆；
(2)脱附：将吸附有污染物的氢氧化锆与氢氧化钾/钠溶液充分接触形成脱附体系，污染物从氢氧化锆上脱附得到污染物溶液和再生氢氧化锆，固液分离的得到污染物溶液和可循环利用的再生氢氧化锆。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，还向废水中加入质子酸调节pH，使废水、质子酸和氢氧化锆充分接触形成吸附体系。优选的，所述吸附体系中的初始PH值为1～2。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，质子酸为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸或草酸。优选的，所述质子酸为草酸。优选的，所述吸附的时间为20～40min。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述氢氧化钾/钠溶液的浓度为1mol/L～10mol/L，脱附体系的初始pH大于或等于12。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述脱附的时间为30～50min。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氢氧化锆的粒径为50nm～50um。
8.如权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述污染物为硫酸盐、磷酸盐和有机污染物中的一种或多种。
9.一种利用权利要求1～8任一项所述的方法处理废水的工艺系统，其特征在于，至少包括利用氢氧化锆吸附污染物的第一反应槽、沉淀吸附有污染物的氢氧化锆的第一沉淀池、利用氢氧化钾/钠脱附污染物的第二反应槽和沉淀再生氢氧化锆的第二沉淀池，所述第一反应槽、第一沉淀池、第二反应槽和第二沉淀池依次通过废水输送装置相连通，所述第二沉淀池与第一反应槽通过废水输送装置相连通；第一沉淀池与下一级设备或外界相连通，第二反应池连接有氢氧化钾/钠加药器，第二沉淀池还与处理脱附污染物的装置相连通。
10.如权利要求9所述的工艺系统，其特征在于，所述第一反应槽连接有草酸加药器。优选的，第一沉淀池和第二反应槽之间还设有第一暂存槽，第一暂存槽分别与第一沉淀池和第二反应槽通过废水输送装置相连接；第二沉淀池和第一反应槽之间还设有第二暂存槽，第二暂存槽分别与第二沉淀池和第一反应池通过废水输送装置相连接。
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