CN109775838A - 一种去除生化出水中cod和阴离子表面活性剂的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公一种同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理系统，进水泵、压缩空气、压缩空气管路、压缩空气增压泵、微纳米空气曝气头、填料反应塔、改性煤基活性炭填料、改性硅酸铝填料、排水泵。本发明首次提出了去除中生化出水中COD和阴离子表面活性剂的技术方案。因此本发明属于绿色环保生产工艺系统。

Description

一种去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的工艺

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种生化出水中COD和阴离子表面活性剂的技术方案。

背景技术

工业废水经过生化处理后COD和阴离子表面活性剂仍然很高，不加处理直接排放将危害环境；目前工业废水主要采用生化处理技术，可是经过处理后的出水水质难以满足各个行业的污染物排放标准的要求。上海市《污水综合排放标准》（DB31/199 -2018）要求COD低于50 mg/L，阴离子表面活性剂低于3 mg/L。采用湿式氧化、纳滤、反渗透法等工艺处理生化出水，成本高，操作复杂，不适应于大规模工业生产；然而到目前为止，还没有同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理方法和工艺，处理后水质指标满足上海市《污水综合排放标准》（DB31/199-2018）。本发明的目的就是根据生化出水的水质水量情况，开发出经济、高效的污染物处理工艺，减少环境负荷，处理后的水质指标满足上海市排放标准。

发明内容

本发明首次提出了去除中生化出水中COD和阴离子表面活性剂的技术方案。因此本发明属于绿色环保生产工艺系统。为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：一种同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理系统，进水泵、压缩空气、压缩空气管路、压缩空气增压泵、微纳米空气曝气头、填料反应塔、改性煤基活性炭填料、改性硅酸铝填料、排水泵。

所述生化出水是经过生化池处理过的工业废水。所述生化出水水质特征：pH为6~9，COD为72~132mg/L，阴离子表面活性剂为4.2~8.9mg/L。

所述生化出水通过进水泵从底部侧面打入填料反应塔，压缩空气管路中的压缩空气通过压缩空气增压泵进入微纳米空气曝气头。压缩空气增压泵的驱动气压为0.4~0.8MPa。压缩空气增压泵利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体。可用于压缩空气及其它气体，输出气压可通过驱动气压无级调节。微纳米空气曝气头产生的纳米气泡为10 ~150nm，氧气利用率为67.1~82.3%。微纳米气泡大大增加了气泡的比表面积，原因是由于微纳米气泡的表面积能有效增大，例如1cm的大气泡分散成100nm微气泡其表面积可增大10000倍，因此可以大大提高溶氧效率。同时由于气泡的细小且具有良好的气浮性可以在污水中长时间停留从而能够达到实现较好曝气效果的目的。纳米气泡界面上集聚的高浓度离子可以积蓄大量的化学能。纳米气泡可以产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超强氧化作用,可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物，实现对水质的净化作用。水流和气流（气泡）在填料反应塔内部都是从底部向顶部流动。

填料反应塔下部为改性煤基活性炭填料，上部部改性硅酸铝填料。其中改性煤基活性炭填料占总体积的65~75%，改性硅酸铝填料占总体积的10~15%。生化出水在反应塔的停留时间为45~65min，整个填料反应塔反冲洗周期为480~720h。

本发明的改性煤基活性炭根据生化出水的污染物特性制备而成。（1）选择煤基活性炭，粒度为Ø4.0~12mm，比表面积为670~830 m2/g，亚甲基兰值为125~145mg/g，填充密度为0.51~0.58g/ cm³。用0.1~0.3mol/L的稀硫酸清洗煤基活性炭2~3次，再用2~7mol/L的氯化钠清洗3~5次。（2）将煤基活性炭按固液比（质量比）1:3~4放入浓度为7.2~11.1mol/L的硫酸锰溶液中，然后在每升硫酸锰溶液中加入12~25克的超细铁粉，以55~85转/min的速度搅拌2~5h，然后过滤，在105度的干燥箱中干燥3~7h，冷却待用。（3）将冷却后的煤制活性炭放在150℃条件的加热炉中恒温1h，然后以5~7℃/min的速度升温至430℃,恒温焙烧2~4h，然后自然冷却,制备得到改性煤基活性炭。经过改性后，改性煤基活性炭比表面积为740~930m2/g，亚甲基兰值为133~155mg/g，大大提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

所述改性硅酸铝填料根据生化出水的水质特征制备而成。改性硅酸铝填料制备的工艺如下：1）选择高铝硅酸铝，其中成分组成（质量百分比）为Al2O3为21~26%、SiO2为73~79%，CaO等杂质含量在1%以下，孔体积为0.29~0.76ml/g，比表面积为345~623m2/g。2）将高铝硅酸铝浸泡在浓度为3~7%（质量百分比）的稀盐酸溶液中1~2h，取出烘干晾干；3）配制硫酸铁浓度（质量百分比）为11.6~17.8%的溶液，将高铝硅酸铝按固液比1:2~5浸入硫酸铁溶液中，在硫酸铁溶液中加入4~35mg/L的乙酰丙酮铝、145~211mg/L的硫酸锰，形成无机酸-高铝硅酸铝混合液，以65~95转/分钟的速度搅拌105~230min，然后在105℃鼓风干燥箱中4~6h，自然冷却。4）将冷却后的高铝硅酸铝放在马弗炉中，然后以5~7℃/min的速度升温至510℃,恒温焙烧2~4h，然后自然冷却,制备得到改性硅酸铝填料，孔体积为0.38~0.95ml/g，比表面积为456~781m2/g，提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。生化废水经过填料吸附塔后通过排水泵达标排放。经过本专利处理工艺后，生化出水pH为6~9，COD为24~46mg/L，阴离子表面活性剂为0.9~2.6mg/L，达到上海市废水排放标准。本发明提出了同时去除生化废水中COD和阴离子表面活性剂的技术方案，此技术方案有效解决了生化出水污染环境的问题。因此本发明属于绿色环保生产工艺，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明提供一种同时去除生化废水中COD和阴离子表面活性剂的废水处理系统，包括进水泵1、压缩空气及压缩空气管路2、压缩空气增压泵3、微纳米空气曝气头4、填料反应塔5、改性煤基活性炭填料6、改性硅酸铝填料7、排水泵8。

实施例

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理系统，进水泵、压缩空气、压缩空气管路、压缩空气增压泵、微纳米空气曝气头、填料反应塔、改性煤基活性炭填料、改性硅酸铝填料、排水泵。

所述生化出水是经过生化池处理过的工业废水。所述生化出水水质特征：pH为8.2，COD为116mg/L，阴离子表面活性剂为7.2mg/L。

所述生化出水通过进水泵从底部侧面打入填料反应塔，压缩空气管路中的压缩空气通过压缩空气增压泵进入微纳米空气曝气头。压缩空气增压泵的驱动气压为0.6MPa。压缩空气增压泵利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体。可用于压缩空气及其它气体，输出气压可通过驱动气压无级调节。微纳米空气曝气头产生的纳米气泡为90nm，氧气利用率为77.3%。水流和气流（气泡）在填料反应塔内部都是从底部向顶部流动。

填料反应塔下部为改性煤基活性炭填料，上部部改性硅酸铝填料。其中改性煤基活性炭填料占总体积的75%，改性硅酸铝填料占总体积的10%。生化出水在反应塔的停留时间为60min，整个填料反应塔反冲洗周期为480h。

本发明的改性煤基活性炭根据生化出水的污染物特性制备而成。（1）选择煤基活性炭，粒度为Ø6.0mm，比表面积为790m2/g，亚甲基兰值为132mg/g，填充密度为0.53g/ cm³。用0.2mol/L的稀硫酸清洗煤基活性炭2次，再用6mol/L的氯化钠清洗3次。（2）将煤基活性炭按固液比（质量比）1:3放入浓度为9.8mol/L的硫酸锰溶液中，然后在每升硫酸锰溶液中加入21g的超细铁粉，以80转/min的速度搅拌2h，然后过滤，在105℃的干燥箱中干燥6h，冷却待用。（3）将冷却后的煤制活性炭放在150℃条件的加热炉中恒温1h，然后以5℃/min的速度升温至430℃,恒温焙烧2h，然后自然冷却,制备得到改性煤基活性炭。经过改性后，改性煤基活性炭比表面积为870m2/g，亚甲基兰值为145mg/g，大大提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

所述改性硅酸铝填料根据生化出水的水质特征制备而成。改性硅酸铝填料制备的工艺如下：1）选择高铝硅酸铝，其中成分组成（质量百分比）为Al2O3为24.5%、SiO2为75.1%，CaO等杂质含量为0.4%，孔体积为0.33ml/g，比表面积为441m2/g。2）将高铝硅酸铝浸泡在浓度为5%（质量百分比）的稀盐酸溶液中2 h，取出烘干晾干；3）配制硫酸铁浓度（质量百分比）为13.7%的溶液，将高铝硅酸铝按固液比1:2浸入硫酸铁溶液中，在硫酸铁溶液中加入31mg/L的乙酰丙酮铝、199mg/L的硫酸锰，形成无机酸-高铝硅酸铝混合液，以75转/min的速度搅拌105~230min，然后在105℃鼓风干燥箱中4 h，自然冷却。4）将冷却后的高铝硅酸铝放在马弗炉中，然后以5℃/min的速度升温至510℃,恒温焙烧2~4h，然后自然冷却,制备得到改性硅酸铝填料，孔体积为0.39ml/g，比表面积为672m2/g，提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

生化废水经过填料吸附塔后通过排水泵达标排放。

经过本专利处理工艺后，生化出水pH为7.6，COD为40mg/L，阴离子表面活性剂为1.7mg/L，达到上海市废水排放标准。

实施例2：

一种同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理系统，进水泵、压缩空气、压缩空气管路、压缩空气增压泵、微纳米空气曝气头、填料反应塔、改性煤基活性炭填料、改性硅酸铝填料、排水泵。

所述生化出水是经过生化池处理过的工业废水。所述生化出水水质特征：pH为7.4，COD为93mg/L，阴离子表面活性剂为5.1mg/L。

所述生化出水通过进水泵从底部侧面打入填料反应塔，压缩空气管路中的压缩空气通过压缩空气增压泵进入微纳米空气曝气头。压缩空气增压泵的驱动气压为0.8MPa。压缩空气增压泵利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体。可用于压缩空气及其它气体，输出气压可通过驱动气压无级调节。微纳米空气曝气头产生的纳米气泡为30nm，氧气利用率为72.1%。水流和气流（气泡）在填料反应塔内部都是从底部向顶部流动。

填料反应塔下部为改性煤基活性炭填料，上部部改性硅酸铝填料。其中改性煤基活性炭填料占总体积的65%，改性硅酸铝填料占总体积的10%。生化出水在反应塔的停留时间为45min，整个填料反应塔反冲洗周期为680h。

本发明的改性煤基活性炭根据生化出水的污染物特性制备而成。（1）选择煤基活性炭，粒度为Ø8.0mm，比表面积为780m2/g，亚甲基兰值为138mg/g，填充密度为0.55g/ cm³。用0.3mol/L的稀硫酸清洗煤基活性炭3次，再用2mol/L的氯化钠清洗5次。（2）将煤基活性炭按固液比（质量比）1: 4放入浓度为11.1mol/L的硫酸锰溶液中，然后在每升硫酸锰溶液中加入25克的超细铁粉，以85转/min的速度搅拌3h，然后过滤，在105度的干燥箱中干燥7h，冷却待用。（3）将冷却后的煤制活性炭放在150℃条件的加热炉中恒温1h，然后以7℃/min的速度升温至430℃,恒温焙烧3h，然后自然冷却,制备得到改性煤基活性炭。经过改性后，改性煤基活性炭比表面积为910m2/g，亚甲基兰值为155mg/g，大大提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

所述改性硅酸铝填料根据生化出水的水质特征制备而成。改性硅酸铝填料制备的工艺如下：1）选择高铝硅酸铝，其中成分组成（质量百分比）为Al2O3为21.3%、SiO2为78.4%，CaO等杂质含量为0.3%，孔体积为0.55ml/g，比表面积为530m2/g。2）将高铝硅酸铝浸泡在浓度为7%（质量百分比）的稀盐酸溶液中2h，取出烘干晾干；3）配制硫酸铁浓度（质量百分比）为11.6%的溶液，将高铝硅酸铝按固液比1:3浸入硫酸铁溶液中，在硫酸铁溶液中加入11mg/L的乙酰丙酮铝、166mg/L的硫酸锰，形成无机酸-高铝硅酸铝混合液，以65~95转/分钟的速度搅拌230min，然后在105℃鼓风干燥箱中4 h，自然冷却。4）将冷却后的高铝硅酸铝放在马弗炉中，然后以5℃/min的速度升温至510℃,恒温焙烧2h，然后自然冷却,制备得到改性硅酸铝填料，孔体积为0.78ml/g，比表面积为756m2/g，提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。生化废水经过填料吸附塔后通过排水泵达标排放。

经过本专利处理工艺后，生化出水pH为6.9，COD为25mg/L，阴离子表面活性剂为1.3mg/L，达到上海市废水排放标准。

综上所述，本发明首次提出了取出生化出水中COD和阴离子表面活性剂的技术方案，系统解决了生化出水污染环境的问题，因此本发明属于绿色生产工艺。当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种同时去除生化出水中COD和阴离子表面活性剂的处理工艺，由进水泵、压缩空气、压缩空气管路、压缩空气增压泵、微纳米空气曝气头、填料反应塔、改性煤基活性炭填料、改性硅酸铝填料、排水泵组成。

2.根据权利要求1所述所述生化出水是经过生化池处理过的工业废水，所述生化出水水质特征：pH为6~9，COD为72~132mg/L，阴离子表面活性剂为4.2~8.9mg/L。

3.根据权利要求1所述生化出水通过进水泵从底部侧面打入填料反应塔，压缩空气管路中的压缩空气通过压缩空气增压泵进入微纳米空气曝气头；压缩空气增压泵的驱动气压为0.4~0.8MPa；压缩空气增压泵利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压流体；可用于压缩空气及其它气体，输出气压可通过驱动气压无级调节，微纳米空气曝气头产生的纳米气泡为10 ~150nm，氧气利用率为67.1~82.3%，微纳米气泡大大增加了气泡的比表面积，原因是由于微纳米气泡的表面积能有效增大；例如1cm的大气泡分散成100nm微气泡其表面积可增大10000倍，因此可以大大提高溶氧效率，同时由于气泡的细小且具有良好的气浮性可以在污水中长时间停留从而能够达到实现较好曝气效果的目的；纳米气泡界面上集聚的高浓度离子可以积蓄大量的化学能，纳米气泡可以产生大量的羟基自由基，羟基自由基具有超强氧化作用，可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物，实现对水质的净化作用，水流和气流（气泡）在填料反应塔内部都是从底部向顶部流动。

4.根据权利要求1所述填料反应塔下部为改性煤基活性炭填料，上部部改性硅酸铝填料；其中改性煤基活性炭填料占总体积的65~75%，改性硅酸铝填料占总体积的10~15%；生化出水在反应塔的停留时间为45~65min，整个填料反应塔反冲洗周期为480~720h。

5.根据权利要求1所述的本发明的改性煤基活性炭根据生化出水的污染物特性制备而成；（1）选择煤基活性炭，粒度为Ø4.0~12mm，比表面积为670~830m2/g，亚甲基兰值为125~145mg/g，填充密度为0.51~0.58g/ cm³；用0.1~0.3mol/L的稀硫酸清洗煤基活性炭2~3次，再用2~7mol/L的氯化钠清洗3~5次；（2）将煤基活性炭按固液比（质量比）1:3~4放入浓度为7.2~11.1mol/L的硫酸锰溶液中，然后在每升硫酸锰溶液中加入12~25克的超细铁粉，以55~85转/min的速度搅拌2~5h，然后过滤，在105度的干燥箱中干燥3~7h，冷却待用；（3）将冷却后的煤制活性炭放在150℃条件的加热炉中恒温1h，然后以5~7℃/min的速度升温至430℃,恒温焙烧2~4h，然后自然冷却,制备得到改性煤基活性炭；经过改性后，改性煤基活性炭比表面积为740~930m2/g，亚甲基兰值为133~155mg/g，大大提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

6.根据权利要求1所述改性硅酸铝填料根据生化出水的水质特征制备而成，改性硅酸铝填料制备的工艺如下：1）选择高铝硅酸铝，其中成分组成（质量百分比）为Al2O3为21~26%、SiO2为73~79%，CaO等杂质含量在1%以下，孔体积为0.29~0.76ml/g，比表面积为345~623m2/g；2）将高铝硅酸铝浸泡在浓度为3~7%（质量百分比）的稀盐酸溶液中1~2h，取出烘干晾干；3）配制硫酸铁浓度（质量百分比）为11.6~17.8%的溶液，将高铝硅酸铝按固液比1:2~5浸入硫酸铁溶液中，在硫酸铁溶液中加入4~35mg/L的乙酰丙酮铝、145~211mg/L的硫酸锰，形成无机酸-高铝硅酸铝混合液，以65~95转/分钟的速度搅拌105~230min，然后在105℃鼓风干燥箱中4~6h，自然冷却；4）将冷却后的高铝硅酸铝放在马弗炉中，然后以5~7℃/min的速度升温至510℃,恒温焙烧2~4h，然后自然冷却,制备得到改性硅酸铝填料，孔体积为0.38~0.95ml/g，比表面积为456~781m2/g，提高了吸附降解COD和阴离子表面活性剂的能力。

7.根据权利要求1所述经过本专利处理工艺后，生化出水pH为6~9，COD为24~46mg/L，阴离子表面活性剂为0.9~2.6mg/L，达到上海市废水排放标准。