CN108996810B - 一种高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高浓度难降解有机废水零排放系统，包括混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置，混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置通过水管顺次循环连接；混凝反应池设有进水口；沉淀池、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池均设有污泥排放口，污泥排放口处污泥由动力泵抽吸；反渗透处理装置设有产水出水口和浓水出水口，浓水出水口与混凝反应池连接并通过动力泵抽吸。本发明还提供了一种高浓度难降解有机废水的处理方法。该高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法对废水进行多级多段的深度处理，达到废水回用，实现废水零排放。

Description

一种高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理的技术领域，特别涉及一种高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法。

背景技术

水是万物之需，是重要的生态环境要素，地球淡水资源缺乏，尤其是优质的水源更加缺乏，随着工业发展，人类赖以生存的水资源遭受了不同程度的污染，其中，工业产品生产过程中，消耗了大量的水资源，产生了许多有毒有害的废水，有的直接排放江河，有的虽然经过处理，也不能满足水环境生态的要求，全国的水环境令人堪忧。随着国家对环保的日益重视，对工业废水排放标准提出了更加严格的要求，有些地区要求实现“零”排放，因此，研究开发工业废水深度治理技术迫在眉睫。

目前，工业废水处理的方法主要包括物理、化学和生物的方法。物理方面包括了过滤、吸附等；化学方面包括了中和、氧化分解、沉淀等方法；生物方面包括了微生物分解、生态净化等方法，这些方法显然相对成熟，但是对于工业废水成分复杂，使用单一的技术是无法达到相应的排放标准要求，例如造纸和制药废水的成分复杂，含有诸多杂环类有机烃难以降解，可生化性差。可见，当前工业废水需要工艺组合、优化和集成才能实现深度处理后达标排放或者回用。

目前，已有专利公开了工业废水的方法。申请号为CN201210089579.4的中国本发明公开了一种工业废水深度分级处理方法，包括如下步骤：①.初步降低硬度、沉淀、中和②.过滤③.电吸附适度除盐④.反渗透深度除盐。该技术具备了深度除盐能力、也实现废水的循环利用，但该方法缺少生物处理工序和强化处理措施，在节能增效、运行成本和运行稳定性等方面仍有提升空间。

为此，我们提出了一种高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种高浓度难降解有机废水零排放系统及处理方法，具有对废水的强化深度处理、实现废水零排放的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种高浓度难降解有机废水零排放系统，包括混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置，所述混凝反应池、所述沉淀池、所述多维电极催化反应床、所述厌氧反应池、所述双曝气MBR膜反应池及所述反渗透处理装置通过水管顺次循环连接；

所述混凝反应池设有进水口；所述沉淀池、所述厌氧反应池、所述双曝气MBR膜反应池均设有污泥排放口，所述污泥排放口处污泥由动力泵抽吸；所述反渗透处理装置设有产水出水口和浓水出水口，所述浓水出水口与所述混凝反应池连接并通过动力泵抽吸。

优选的，所述的高浓度难降解有机废水零排放系统还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置与所述多维电极催化反应床电连接。

优选的，所述多维电极催化反应床包含阴极电极板、阳极电极板及填充于所述阴极电极板与所述阳极电极板之间的负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球。

优选的，所述阴极电极板为泡沫铜气体扩散电极、泡沫镍气体扩散电极、石墨气体扩散电极、石墨烯气体扩散电极中一种，所述阳极电极为负载过渡金属氧化物的钛电极、铜电极、铁电极、石墨烯电极中一种。

优选的，所述双曝气MBR膜反应池包含膜组件、纳米曝气发生器、大功率动力曝气发生器、双曝气切换装置及反冲洗装置，所述纳米曝气发生器的喷头安装在所述双曝气MBR膜反应池内壁的四周；所述大功率动力曝气发生器的喷头安装在所述双曝气MBR膜反应池底部；所述双曝气切换装置自动控制所述纳米曝气发生器、所述大功率动力曝气发生器的来回切换单独工作或同时工作或不工作。

一种高浓度难降解有机废水的处理方法，具体步骤包括：

步骤S1、对废水进行混凝预处理并经沉淀池沉淀后产生污泥排出；

步骤S2、将沉淀后的废水中污染物进行靶向电催化分解进行第一次净化；

步骤S3、电催化分解后的废水通过厌氧反应进行第二次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S4、经厌氧反应后的废水通过双曝气MBR膜反应池的微生物降解及膜过滤进行第三次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S5、第三次净化后的废水进行反渗透处理得到浓水及产水，将产水循环利用，将浓水回流再次进入步骤S1。

优选的，所述步骤S1具体包含：

步骤S11、将废水流入混凝反应池内，向混凝反应池内投放混凝剂，通过搅拌混合反应20min-35min形成絮凝体；

步骤S12、将所述絮凝体进入到沉淀池中静置2-3.5小时后形成污泥及废水；

步骤S13、污泥由沉淀池的污泥排放口排出，废水进入下一步骤。

优选的，所述步骤S2具体包含：

步骤S21、将沉淀后的废水抽入到多维电极催化反应床中；

步骤S22、所述多维电极催化反应床中负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球将废水污染物吸附，并对所述废水污染物进行靶向电催化分解。

优选的，所述步骤S3具体包含：

步骤S31、将靶向电催化分解后的废水抽入到厌氧反应池中；

步骤S32、厌氧反应池中的厌氧微生物对废水污染物进行厌氧分解、絮凝吸附沉淀；

步骤S33、将厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水抽入双曝气MBR膜反应池中。

优选的，所述步骤S4具体包含：

步骤S41、通过双曝气切换装置对纳米曝气发生器与大功率动力曝气发生器进行状态切换，对厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水进行强化脱氮除磷处理；

步骤S42、经过MBR膜组件进行膜过滤，进一步去除废水悬浮物和水溶性大分子物质；

步骤S43、将双曝气MBR膜反应处理后的废水抽入到反渗透处理装置中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该高浓度难降解有机废水零排放系统通过混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置对废水进行多级多段的强化深度处理，达到废水回用，实现废水的零排放。

附图说明

图1为本发明实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的高浓度难降解有机废水的处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

工业产品生产过程中，消耗了大量的水资源，产生了许多有毒有害的废水，直接排放入河流中会造成环境污染，只有对废水进行处理并循环再利用，才能提高水资源的利用率。本发明的高浓度难降解有机废水零排放系统100适用于处理印染废水、油墨废水、造纸废水等、制药废水、垃圾渗滤液、医疗废水等高浓度难降解有机废水，废水指标主要包括COD、悬浮物、总氮、总磷、重金属、色度等。化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，COD值越大说明水体受有机物的污染越严重。

本发明提供了一种高浓度难降解有机废水零排放系统100，对工业生产过程中产生的废水进行强化深度处理。图1为本发明实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统100的结构示意图，如图1所示，本实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统100包括混凝反应池10、沉淀池20、多维电极催化反应床30、厌氧反应池40、双曝气MBR膜反应池50及反渗透处理装置60。

具体的，各个部件之间的连接关系如下：

本实施例的混凝反应池10、沉淀池20、多维电极催化反应床30、厌氧反应池40、双曝气MBR膜反应池50及反渗透处理装置60通过水管顺次循环连接。其中，混凝反应池10设有进水口11，用于将产生的废水输入到混凝反应池10中，该进水口11可为一个，也可为多个；输入进水口11的废水COD浓度不超过20000mg/L。

再者，沉淀池20、厌氧反应池40、双曝气MBR膜反应池50均设有污泥排放口(图中未示)，废水在沉淀池20、厌氧反应池40、双曝气MBR膜反应池50三个池子中反应后均会产生污泥，污泥排放口处污泥由动力泵抽吸。污泥排放口包含第一污泥排放口21、第二污泥排放口41及第三污泥排放口51，沉淀池20中为第一污泥排放口21，厌氧反应池40中为第二污泥排放口41，双曝气MBR膜反应池50中为第三污泥排放口51。

再者，反渗透处理装置60设有产水出水口61和浓水出水口62，产水通过产水出水口61回收用于工业生产水、非饮用生活用水、景观用水等；浓水出水口62与混凝反应池10连接并通过动力泵抽吸，浓水通过浓水出水口62回流至混凝反应池10进行二次处理，直到达到处理后的水达到产水的标准，从产水出水口61流出。

请继续参阅图1，本实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统100还包括混凝剂投放装置(图中未示)及第一搅拌装置(图中未示)，混凝剂投放装置的出料口的混凝剂投放于混凝反应池10内，第一搅拌装置包含第一搅拌棒，第一搅拌棒插入混凝反应池10内进行搅拌。则，第一搅拌棒将废水与混凝剂在混凝反应池10中搅拌均匀并进行反应。

请继续参阅图1，本实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统100还包括太阳能发电装置(图中未示)，太阳能发电装置与多维电极催化反应床30电连接，太阳能发电装置为多维电极催化反应床30提供电源。

进一步的，本实施例的多维电极催化反应床30包含阴极电极板(图中未示)、阳极电极板(图中未示)及填充于阴极电极板与阳极电极板之间的负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球(图中未示)。其中，阴极电极板为泡沫铜气体扩散电极、泡沫镍气体扩散电极、石墨气体扩散电极、石墨烯气体扩散电极中一种。再者，阳极电极板为负载过渡金属氧化物的钛电极、铜电极、铁电极、石墨烯电极中一种，过渡金属氧化物为Co、Ni、Zn、Ti、Fe、Mn、Mg等金属氧化物的一种或多种。阴极电极板及阳极电极板的类型根据废水污染物类型进行选取。

请继续参阅图1，本实施例的高浓度难降解有机废水零排放系统100还包含载体投放装置(图中未示)及第二搅拌装置(图中未示)，载体投放装置将作为厌氧微生物载体的纳米陶瓷轻质填料投放入厌氧反应池40内，第二搅拌装置包含第二搅拌棒，第二搅拌棒插入厌氧反应池40内进行搅拌，通过搅拌使得厌氧微生物均匀分布于厌氧反应池40中。

请继续参阅图1，本实施例的双曝气MBR膜反应池50包含膜组件(图中未示)、纳米曝气发生器(图中未示)、大功率动力曝气发生器(图中未示)、双曝气切换装置(图中未示)及反冲洗装置(图中未示)，纳米曝气发生器的喷头安装在双曝气MBR膜反应池50内壁的四周；大功率动力曝气发生器的喷头安装在双曝气MBR膜反应池50底部；双曝气切换装置自动控制纳米曝气发生器、大功率动力曝气发生器的来回切换单独工作或同时工作或不工作。双曝气MBR膜反应池50具有重要改良，实现了曝气模式的切换，一是通过纳米曝气强化好氧微生物的作用，产生纳米级的气泡具有水中停留时间长、氧传质效率高的优点，提升氧气的利用率，降低能耗；二是通过配置大功率动力曝气发生器，使废水产生漩涡、湍流，膜丝充分颤抖实现对其擦洗，解决膜丝容易结垢或堵塞的问题；三是通过曝气模式的来回切换，实现间歇式曝气，利于氧化和还原微生物的生长繁殖，提高硝化反消化效率，进而强化脱氨和除磷功能。

基于上述的高浓度难降解有机废水零排放系统100，本发明还提供了一种高浓度难降解有机废水的处理方法，图2为本发明实施例的高浓度难降解有机废水的处理方法的流程图，如图2所示，本发明的高浓度难降解有机废水的处理方法的具体步骤如下：

步骤S1、对废水进行混凝预处理并经沉淀池沉淀后产生污泥排出；

步骤S2、将沉淀后的废水中污染物进行靶向电催化分解进行第一次净化；

步骤S3、电催化分解后的废水通过厌氧反应进行第二次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S4、经厌氧反应后的废水通过双曝气MBR膜反应池的微生物降解及膜过滤进行第三次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S5、第三次净化后的废水进行反渗透处理得到浓水及产水，将产水循环利用，将浓水回流再次进入步骤S1。

上述步骤通过混凝沉淀、电催化反应、生物化学反应、防渗透处理等废水处理方法，实现工业废水的强化深度处理，达到废水回用的目标。对上述的步骤进行详细的描述如下：

通过进水口进入混凝反应池的废水的COD浓度不超过20000mg/L，如废水COD浓度超过20000mg/L还需先进行混凝预处理，当COD浓度低于或等于20000mg/L后再通过进水口输入到混凝反应池中。进入混凝反应池中的废水进行再次的混凝预处理，具体对步骤S1的描述如下：

将废水流入混凝反应池内，在常温下混凝剂投放装置向混凝反应池内投放混凝剂。混凝剂为聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)中一种或多种。通过第一搅拌装置将废水与混凝剂充分搅拌混合后反应20min-35min形成由废水胶体颗粒及微小悬浮物构成的絮凝体；将絮凝体进入到沉淀池中静置2-3.5小时后形成污泥及废水；污泥由沉淀池的污泥排放口定期排出，废水进入下一步骤，即是将废水输入到多维电极催化反应床中，经过混凝沉淀处理后的废水COD去除率达到50％～60％，经过混凝沉淀处理后废水的COD浓度不超过10000mg/L。

在对废水进行混凝预处理后，进一步的对废水进行电催化分解处理，具体的步骤S2的描述如下：

将沉淀后的废水抽入到多维电极催化反应床中，多维电极催化反应床中负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球将废水污染物吸附，并对废水污染物进行靶向电催化分解。太阳能发电装置为多维电极催化反应床提供电源，设定电流密度为10mA/m²-30mA/m²，电催化氧化反应时间为60min-120min。多维电极催化反应床是重要的改良，一是负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球填料发挥良好的导电功能，构建以负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球为阴阳电极板间填充材料的多维电极体系，形成大量的超氧自由基(-O₂)、H₂O₂、羟基自由基(-OH)等活性基团，二是是负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球填料发挥良好的吸附功能，将废水中杂环、苯环类难降解的有机物吸附后进行靶向电催化氧化分解，氧化分解为水、二氧化碳及其他小分子、低分子的简单有机物，实现对污染物去除的最大化，提高了废水的可生化性。经过电催化分解处理后的废水COD去除率达到80％～92％，废水COD浓度不超过2000mg/L。

在对废水进行废水靶向电催化处理后，进一步的对废水进行生化组合处理，具体的步骤S3的描述如下：

将靶向电催化分解后的废水抽入到厌氧反应池中；厌氧反应池中的厌氧微生物对废水污染物进行厌氧分解、絮凝吸附沉淀，对废水进行净化，COD去除率达到70％-80％，恢复了水的自净能力，此时，经过厌氧消化反应后的废水COD浓度不超过600mg/L。其中，厌氧反应池中的纳米陶瓷轻质填料作为厌氧微生物的载体，促使厌氧微生物的新陈代谢。

再者，具体的步骤S4的描述如下：

将厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水抽入双曝气MBR膜反应池中进行脱氮除磷处理，双曝气MBR膜反应池包含膜组件、纳米曝气组件、大功率动力曝气组件及双曝气切换装置，启动双曝气模式，通过双曝气切换装置对纳米曝气发生器与大功率动力曝气发生器进行状态切换，形成纳米气泡与动力气泡及有无曝气的切换，形成兼(缺)氧、好氧环境的交替，促进氧化、还原微生物的生长繁殖，对厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水进行强化脱氮除磷处理，同时，动力气泡可以防止膜组件堵塞，纳米气泡保证氧气的停留时间，能达到节能增效的效果目的，膜组件通过反冲洗装置定期维护，在吸附、分解、硝化、反硝化、过滤等多重作用下，使得废水COD、总氮、总磷、悬浮物、色度及重金属的进一步去除，COD去除率达到85-95％，经所述生化组合处理废水的COD浓度不超过90mg/L。对脱氮除磷处理后的废水还需经过MBR膜组件进行膜过滤，进一步去除废水悬浮物和水溶性大分子物质，降低废水色度。在对废水进行生化组合处理过程中还会产生生化污泥，厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池产生的生化污泥定期从对应的污泥排放口排出。

在对废水进行生化组合处理后，将双曝气MBR膜反应处理后的废水抽入到反渗透处理装置中，废水进入反渗透处理装置处理得到浓水和产水，浓水抽回至混凝反应池中进行二次处理，产水达到国家地表水Ⅲ类标准，回收用于工业生产用水或者其他生活用水，但不能作为饮用生活用水使用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该高浓度难降解有机废水零排放系统通过混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置对废水进行多级多段的强化深度处理，节能增效明显，运行稳定，废水净化后达到国家地表水Ⅲ类标准，可直接回用，实现废水的零排放。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高浓度难降解有机废水零排放系统，其特征在于，包括混凝反应池、沉淀池、多维电极催化反应床、厌氧反应池、双曝气MBR膜反应池及反渗透处理装置，所述混凝反应池、所述沉淀池、所述多维电极催化反应床、所述厌氧反应池、所述双曝气MBR膜反应池及所述反渗透处理装置通过水管顺次循环连接；

所述混凝反应池设有进水口；所述沉淀池、所述厌氧反应池、所述双曝气MBR膜反应池均设有污泥排放口，所述污泥排放口处污泥由动力泵抽吸；所述反渗透处理装置设有产水出水口和浓水出水口，所述浓水出水口与所述混凝反应池连接并通过动力泵抽吸；

还包括太阳能发电装置，所述太阳能发电装置与所述多维电极催化反应床电连接；

所述多维电极催化反应床包含阴极电极板、阳极电极板及填充于所述阴极电极板与所述阳极电极板之间的负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球；

所述阴极电极板为泡沫铜气体扩散电极、泡沫镍气体扩散电极、石墨气体扩散电极、石墨烯气体扩散电极中一种，所述阳极电极为负载过渡金属氧化物的钛电极、铜电极、铁电极、石墨烯电极中一种；

所述双曝气MBR膜反应池包含膜组件、纳米曝气发生器、大功率动力曝气发生器、双曝气切换装置及反冲洗装置，所述纳米曝气发生器的喷头安装在所述双曝气MBR膜反应池内壁的四周；所述大功率动力曝气发生器的喷头安装在所述双曝气MBR膜反应池底部；所述双曝气切换装置自动控制所述纳米曝气发生器、所述大功率动力曝气发生器的来回切换单独工作或同时工作或不工作。

2.一种采用如权利要求1所述的高浓度难降解有机废水零排放系统对废水的处理方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤S1、对废水进行混凝预处理并经沉淀池沉淀后产生污泥排出；

步骤S2、将沉淀后的废水中污染物进行靶向电催化分解进行第一次净化；

步骤S3、电催化分解后的废水通过厌氧反应进行第二次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S4、经厌氧反应后的废水通过双曝气MBR膜反应池的微生物降解及膜过滤进行第三次净化并将产生的生化污泥排出；

步骤S5、第三次净化后的废水进行反渗透处理得到浓水及产水，将产水循环利用，将浓水回流再次进入步骤S1。

3.根据权利要求2所述的高浓度难降解有机废水零排放系统对废水的处理方法，其特征在于，所述步骤S1具体包含：

步骤S11、将废水流入混凝反应池内，向混凝反应池内投放混凝剂，通过搅拌混合反应20min-35min形成絮凝体；

步骤S12、将所述絮凝体进入到沉淀池中静置2-3.5小时后形成污泥及废水；

步骤S13、污泥由沉淀池的污泥排放口排出，废水进入下一步骤。

4.根据权利要求2所述的高浓度难降解有机废水零排放系统对废水的处理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包含：

步骤S21、将沉淀后的废水抽入到多维电极催化反应床中；

步骤S22、所述多维电极催化反应床中负载过渡金属氧化物的石墨烯海绵球将废水污染物吸附，并对所述废水污染物进行靶向电催化分解。

5.根据权利要求2所述的高浓度难降解有机废水零排放系统对废水的处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包含：

步骤S31、将靶向电催化分解后的废水抽入到厌氧反应池中；

步骤S32、厌氧反应池中的厌氧微生物对废水污染物进行厌氧分解、絮凝吸附沉淀；

步骤S33、将厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水抽入双曝气MBR膜反应池中。

6.根据权利要求2所述的高浓度难降解有机废水零排放系统对废水的处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包含：

步骤S41、通过双曝气切换装置对纳米曝气发生器与大功率动力曝气发生器进行状态切换，对厌氧分解、絮凝吸附沉淀后的废水进行强化脱氮除磷处理；

步骤S42、经过MBR膜组件进行膜过滤，进一步去除废水悬浮物和水溶性大分子物质；

步骤S43、将双曝气MBR膜反应处理后的废水抽入到反渗透处理装置中。

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