CN111847768A - 离子交换树脂生产废水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子交换树脂废水处理方法，旨在解决离子交换树脂生产废水处理工艺中处理效率低、效果不稳定、不环保的技术问题。本发明方法通过预处理装置出水后进入生化处理装置，生化处理装置出水进入后处理系统，各部分功能明确，各司其职，工艺组成合理，将物化处理和生化处理有序有机地结合，各单元功能发挥至最大化；通过预处理的组合作用使废水生化性提高；在生化处理装置中利用不同菌种存在的优势去除不同的有机物。本发明方法能够有效的对污水进行深度处理，使最终出水水质COD降至200mg/L以下，满足环保要求；其处理系统运行管理方便，工艺稳定，投资运行费用低；处理效率高、处理效果稳定且经济合理。
Description
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种离子交换树脂废水处理系统及方法。
背景技术
离子交换树脂是带有官能团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别，主要分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类。
离子交换树脂应用领域广泛，在水处理领域，离子交换树脂的需求量约占离子交换树脂产量的90%。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等，然后是食品工业、制药行业；在中药提成、合成化学和石油化学工业等方面也有所应用。这些行业中的水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，均可用树脂进行回收使用。如，去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
然而，离子交换树脂生产时，生产废水成分复杂，污染物严重，含盐量高，是典型的高盐高污染化工工业废水。其污染物主要成分是苯乙烯、二乙烯苯、甲醛、甲醇、三甲胺、二甲胺、甲缩醛、苯甲醛、氯甲醚、聚乙烯醇、明胶、木质素、次甲基蓝；盐分含量高达8500mg/L～25000mg/L；COD均值高达10000mg/L。
现有技术中，离子交换树脂生产废水处理主要采用兑水后进行厌氧+好氧处理工艺。但该类处理工艺出水仍不能达到排放指标，且需要耗费大量的生产用水；且运行工艺不稳定，处理效果差强人意，不能满足日趋严格的环保要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种离子交换树脂废水处理系统及方法，以期解决现有技术中离子交换树脂生产废水处理工艺中处理效率低、效果不稳定、不环保的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种离子交换树脂生产废水处理系统，包括依次连通的预处理单元、生化处理单元和后处理单元，
所述预处理单元包括依次连通的微电解反应器、碱曝气罐、一级絮凝沉淀设备；所述微电解反应器由下至上包括进水区、填料区和出水区；进水区内设有由流化风机通气的曝气机构；填料区内盛装颗粒填料；出水区与填料区的连接处设有呈45～60℃倾斜角的锥形结构。
所述生化处理单元包括依次连通的水解酸化池、缺氧池和生物好氧处理区段；所述生物好氧处理单元包括依次连通的一级好氧池、中间沉淀池、二级好氧池和二级沉淀池；所述中间沉淀池的污泥出口分别与所述水解酸化池的入口和所述一级好氧池的入口连通；所述二级好氧池的污水出口与所述缺氧池的入口连通；所述二级沉淀池的污泥出口还与所述二级好氧池的的入口连通。
所述后处理单元包括二级絮凝沉淀设备；所述二级沉淀池通过提升泵与二级絮凝沉淀设备的入口连通。
利用上述处理系统处理离子交换树脂生产废水的方法，包括以下步骤：
（1）将所述处理废水计量引入所述微电解反应器，调节溶液pH值为2～3，并添加氧化剂反应至少2h；所述氧化剂起始浓度为0.3～2倍的进水COD；
（2）向经上步处理后的出水加碱液调节其pH值为9～11，再引至碱曝气罐，以3～20：1的气水比通入空气进行曝气处理，进一步的氧化处理及吹脱二氧化碳和氮气；反应时间为2～4小时；
（3）经曝气处理的出水引入一级絮凝沉淀设备，加入复配混凝剂，搅拌反应形成可沉淀的絮体；
（4）经絮凝沉淀处理后的出水依次进入水解酸化池、缺氧池和生物好氧处理单元，去除水中氨氮；
（5）生物好氧处理单元出水引入二级絮凝沉淀设备，加复配混凝剂反应至形成直径为3～5mm的絮体，经沉淀，出水达标排放。
优选的，在所述步骤（1）中，在反应处理的同时按3～20：1的气水比向微电解反应器通入空气，以实现补充氧气的同时在电解反应器内形成流化状态。
优选的，在所述步骤（1）中，氧化剂为质量百分含量25～30% 的H2O2溶液；所述稀酸为1%～50% 稀硫酸或/和1%～30%的盐酸。
优选的，在所述步骤（3）中，复配混凝剂由混凝剂和助凝剂组成；所述混凝剂为聚合氧化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁中的至少一种；所述助凝剂为聚丙稀铣胺或硅藻土。
优选的，在所述步骤（4）中：将生物好氧处理区段所产生的好氧污泥回流至水解酸化池。
优选的，在所述步骤（4）中，所述酸化池采用底部进水上部出水，所述进水的方式为穿孔管补水。
进一步的，所述穿孔直径为6～8毫米，孔内流速为3.5～6m/s；所述出水采用三角溢水堰出水，上述溢水堰表面负荷小于6m3/m，所述溢水堰附近水上升流速小于0.5mm/s。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
1. 本发明各设备及工艺流程设置科学合理，各步骤衔接配合精妙：预处理装置出水后进入生化处理装置，生化处理装置出水进入后处理系统，各单元各司其职，工艺组成合理，将物化处理和生化处理有序有机地结合，使各单元功能作用发挥至最大化。
2. 本发明方法能够有效的对离子交换树脂生产污水进行深度处理，使最终出水水质COD降至200mg/L以下，能满足环保上的要求；处理系统运行管理方便，设备运行稳定，投资运行费用低；处理效率高、处理效果稳定且经济合理。
3. 本发明方法中微电解设备内部同步发生同相及异相的催化反应，产生的含铁污泥比传统微电解氧化减少70%，也减少H2O2等氧化剂用药的浪费，同时可灵活调整 COD去除量；碱曝罐的设置保证了微电解后二氧化碳和氮气的去除，也同时提高了溶氧量，有利于后续水解酸化的反应控制，为同步反硝化打下坚实的基础；双级好氧工艺运行，保证各自独立的优势菌种，使硝化反应变得简单。
4. 本发明方法通过巧妙设置的预处理工序，可使废水生化性大大提高；而在生化处理装置中利用引入不同种微生物存在的生化优势去除不同的有机物，具有处理效果高且稳定等诸多优点；具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。
附图说明
图1为离子交换树脂废水处理方法流程示意图。
图2为沉淀池的结构示意图。
图3为微电解反应器的结构示意图。
以上图中，1为储液装置；11为储罐、12为调节池、121为搅拌风机、13为流量计；2为预处理装置；21为微电解反应器、211为进水区、2111为流化风机、2112为曝气机构、212为填料区、213为出水区、2131为锥形结构、22为碱曝气罐、23为一级絮凝沉淀设备；231为混凝池、232为沉淀池、2321为污泥泵、2322为脱泥机、2323为集水井；3为生化处理装置；31为水解酸化池、32为缺氧池、33为一级好氧池、34为中间沉淀池、35为二级好氧池、36为二级沉淀池、37为供氧风机；4为后处理装置；41为二级絮凝沉淀设备；WS管道为污水管道；N管道为污泥管道；HL管道为回流管道；KQ管道为空气管道；A为进水口、B为排放口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的原材料及试剂如无特别说明，均为市售常规产品；所涉及的试验处理方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1：离子交换树脂废水处理系统
如图1所示，该离子交换树脂废水处理系统包括储液装置1、预处理装置2、生化处理装置3和后处理装置4；
储液装置1包括储罐11和调节池12，储罐11与调节池12连通；调节池12连通有搅拌风机121。
预处理装置2包括依次连通的微电解反应器21、碱曝气罐22和第一絮凝沉淀设备23；第一絮凝沉淀设备23包括依次连通的混凝池231和沉淀池232；调节池12通过提升泵与微电解反应器21的入口连通；
如图2所示，沉淀池232通过污泥泵2321连接有脱泥机2322，以除去沉淀污泥；脱泥机2322还连接有集水井2323，以收集从沉淀污泥中分离的水，以流入生化处理装置3。
如图3所示，微电解反应器21由下至上包括进水区211、填料区212和出水区213；进水区211内设有由流化风机2111通气的曝气机构2112；填料区212内承装颗粒填料；出水区213与填料区212的连接处设有呈45℃角倾斜的锥形结构2131，以使大颗粒填料自然沉淀，防止堵塞污水回流泵。
生化处理装置3包括依次连通的水解酸化池31、缺氧池32、一级好氧池33、中间沉淀池34、二级好氧池35、二级沉淀池36；一级好氧池33和二级好氧池35内均设有由供氧风机37通气的曝气机构。
水解酸化池31的出水口通过提升泵与缺氧池32的入口连通；中间沉淀池34的污泥出口分别与水解酸化池31的入口和一级好氧池33的入口连通；二级好氧池35的污水出口与缺氧池32的入口连通，二级好氧池35出水一部分回流到缺氧池32，以保证系统脱氮效果；沉淀池233的出水口与水解酸化池31的入口连通；后处理装置4包括第二絮凝沉淀设备41；二级沉淀池35通过提升泵与第二絮凝沉淀设备41的入口连通。第二絮凝沉淀设备41的出水口为企业废水排放口。
实施例2：一种离子交换树脂废水处理方法
某离子交换树脂企业综合废水，设计处理水量200m3/d，检测废水COD约为10000mg/L，含盐量12500mg/L，SS约200mg/L，氨氮1500mg/L，pH约为3。
检测项目的检测方法和检测标准如表1所示。
表1 检测项目和标准
处理该离子交换树脂企业生产废水，详细步骤如下：
（1）离子交换树脂废水由不同车间排入不同的储罐11，然后流量计13控制计量排入调节池12，经过进水泵输送入微电解反应器21，通过加药设备向微电解反应器21中分别加入50% 稀硫酸或30%的盐酸、30%的H2O2溶液，调整pH值2～3左右（由加入的稀硫酸或盐酸来调节），双氧水加入量为150L/h，是进水COD的0.3～1.0倍；
微电解反应器21内设有回流泵，通过回流泵将微电解反应器21部分出水回流进微电解反应器21内，使微电解反应器21内填料呈现流化态，通过微电解电流结合双氧水反应去除废水中大部分COD，同时使部分氨氮转化为硝态氮。微电解反应器21内部设有曝气机构，微电解反应器21上部采用锥形结构2131，使大颗粒填料，填料规格直径10～60毫米，填料由还原铁粉70份，碳粉15份，硅藻土10份、催化剂（铜粉锌粉）2.5份、造孔剂2.5份组成。自然沉淀，防止堵塞污水回流泵。
微电解反应器21内通入空气，以气水比为3：1的比例加入空气，以补充一部分氧化需要的氧气，进一步提高COD去除率和氨氮硝化效率，同时在电解反应器内形成流化状态。
由于回流泵的设置和空气的搅拌作用，使填料处于流化状态，解决了微电解填料板结问题，可使微电解反应器21连续稳定运行，提升处理效率，降低成本。
出水监测COD去除率或生化性： COD去除率大于40%，可明显提高废水生化性。此类废水生化性多在0.05～0.1，经过微电解反应器后生化性可稳定达到0.25～0.3。
（2）微电解反应器21出水通过加药设备加入弱碱性阴离子交换树脂D301/201车间废碱液调整pH值10左右后进入碱曝气罐22，以20：1的气水比通入空气进行混合曝气，进一步把微电解过程中产生的二价铁离子转化为三价铁离子，生成氢氧化铁微颗粒沉淀物；同时把微电解反应器21产生的二氧化碳和氮气完全吹脱，优化水酸解酸化设备运行环境；
碱曝气罐22内部设置曝气机构，使混合液气泡孔径达至1～3毫米；碱曝气罐22上部还设有喷淋机构进行气味吸收和泡沫吸收。
混合曝气反应时间为2～4小时。
（3）碱曝气罐22的出水进入第一絮凝沉淀设备23的混凝池231，通过混凝剂加药设备按300mg/L的量加入混凝剂（混凝剂由质量分数比为150：3 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成），并控制搅拌速度，使搅拌桨叶线速度控制在0.2～0.5m/s，形成大的（可沉淀）絮体；
混凝池231的出水进入沉淀池232，形成的大的絮体，在沉淀池232中实现沉淀分离，沉淀污泥进入常规的污泥处理单元处理；
至此，废水经预处理后COD约为4000mg/L，SS约50mg/L，氨氮200mg/L，pH8；废水氨氮去除率60%，废水生化性由0.15提高到0.42，为后面生物处理提供了非常有利的运行条件。
（4）沉淀池232的出水依靠重力进入水解酸化池31，水解酸化池31的出水经提升泵进入缺氧池32和生物好氧处理单元；生物好氧处理单元采用两级好氧工艺，设有一级好氧池33、中间沉淀池34、二级好氧池35、二级沉淀池36；中间沉淀池34污泥一部分回流到一级好氧池33，另一部分回流到水解酸化池31；二级好氧池35末端设有污水回流泵，污水回流泵出口连通缺氧池32进口；污水回流不但稀释来水，同时把没有去掉的硝态氮回流到缺氧段重新去除。一、二级好氧池的容积由泥龄确定，污泥泥龄不小于60天；停留时间有污泥好氧负荷确定，负荷范围0.05～0.1kgbod/kgmlss.d。
不断向水解酸化池31内补充生物好氧处理单元剩余污泥，以保证水解酸化池31内污泥浓度为5000mg/L，水解酸化池31内加入直径50毫米的固定/悬浮塑料填料，填料体积占水解酸化池31体积的15～20%，提高废水的生化性；水解酸化池31底部进水上部出水，进水方式为穿孔管补水，小孔直径6～8毫米，小孔流速为3.5～6m/s；出水采用三角溢水堰出水，溢水堰表面符合小于6m3/m；溢水堰附近水上升流速小于0.5mm/s。由于好氧污泥的回流，对来水氨氮进行短程反硝化，可提高氨氮去除率；同时，生物好氧处理单元污泥的回流，可减少好生物好氧处理单元污泥产率，减少系统排泥量；
缺氧池32内加入直径50毫米的塑料悬浮填料，填料体积占缺氧池32积的15～20%，池内设置潜水搅拌机构；潜水搅拌设备进出口设置滤网，滤网孔径小于填料直径5毫米，防止堵塞和损害潜水搅拌机构，生物好氧处理单元内设置曝气机构，为可提升/固定微孔曝气，且曝气机构分段控制，通过阀门手动/自动控制一、二级好氧池不同的氧含量，生化处理装置前端含氧量为5～6mg/L，末端含氧量为1～2mg/L，使生物好氧处理单元有效地分别去除COD和氨氮，去除效率高，出水稳定，抗冲击能力强；
缺氧池32内微生物主要引入反硝化菌和其它原生动物，一级好氧池33内主要引入的微生物为小口钟虫、表壳虫、独缩虫、聚缩虫、吸管虫、累枝虫等原生动物，二级好氧池35内微生物主要是硝化菌和小口钟虫、鼬鼠虫、独缩虫、聚缩虫、吸管虫、累枝虫等原生动物和轮虫、线虫等后生动物。上述好氧池内小口钟虫微代表性原生动物，轮虫为代表性后生动物；这些微生物共同构成一个稳定微生物生物链，原生动物以细菌为食物，后生动物以原生动物为食物的微型生态链。真正去除污染物的是细菌，微生物仅仅是系统代谢产物，最终以活性污泥形式表观出来。
水解酸化池31处理利用厌氧水解酸化菌把废水中难降解的大分子有机物进一步分解为小分子有机物，可以更好的被微生物吸收。
缺氧池32处理主要利用反硝化菌对氨氮去除，去除氨氮的同时去除部分有机物；池内设置潜水搅拌器进行搅拌防止活性污泥沉淀；该池水里停留时间由进水凯氏氮、池容与总氮负荷决定。一级好氧池内回流的含有大量的硝态氮的污泥与进水迅速混合，通过反硝化菌的作用，促使硝态氮转化为氮气从而解决废水中氨氮污染的问题。为了增加去除效果，可以在该池内加入悬浮填料，增加微生物数量，可以更好地实现专有反硝化菌的生长，提高总氮去除率。
至此，经进生物好氧处理单元处理后废水COD 412mg/L，SS45 mg/L，氨氮12.5mg/L，pH值为7。
（5）二级沉淀池36出水通过自流或提升进入第二絮凝沉淀设备41，通过加药设备加入100mg/L的絮凝剂1#（氧化剂：絮凝剂质量比为1：75）、400mg/L的絮凝剂2#（200目粉末活性炭：200目硅藻土：聚丙烯酰胺质量比为100：10：1）和1～2mg/L的PAM；
也可采用常规絮凝剂和助凝剂，絮凝剂为100～500mg/L的PAC、PFS、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁，助凝剂为1～500mg/L的PAM、硅藻土、粉末活性炭；亦可先加入进水COD质量1～2倍的COD去除剂、氨氮质量1～2倍的氨氮去除剂后再加入上述絮凝剂和助凝剂；在PAM作用下形成直径3～5毫米的絮体，沉淀后出水清澈。
至此，经过后处理后出水COD180mg/L，SS约10mg/L，氨氮15mg/L，pH值为7。
经处理后的废水达到DB41-1135-2016 河南省化工行业水污染物间接排放标准废水排放标准。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (10)
1.一种离子交换树脂生产废水处理系统，包括依次连通的预处理单元、生化处理单元和后处理单元，其特征在于：
所述预处理单元包括依次连通的微电解反应器、碱曝气罐、一级絮凝沉淀设备；
所述微电解反应器由下至上包括进水区、填料区和出水区；进水区内设有由流化风机通气的曝气机构；填料区内盛装颗粒填料；出水区与填料区的连接处设有呈45～60℃倾斜角的锥形结构。
2.根据权利要求1所述的离子交换树脂生产废水处理系统，其特征在于，所述生化处理单元包括依次连通的水解酸化池、缺氧池和生物好氧处理区段；所述生物好氧处理单元包括依次连通的一级好氧池、中间沉淀池、二级好氧池和二级沉淀池；所述中间沉淀池的污泥出口分别与所述水解酸化池的入口和所述一级好氧池的入口连通；所述二级好氧池的污水出口与所述缺氧池的入口连通；所述二级沉淀池的污泥出口还与所述二级好氧池的的入口连通。
3.根据权利要求1所述的离子交换树脂生产废水处理系统，其特征在于，所述后处理单元包括二级絮凝沉淀设备；所述二级沉淀池通过提升泵与二级絮凝沉淀设备的入口连通。
4.一种离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，利用权利要求1所述离子交换树脂生产废水处理系统实施，包括以下步骤：
（1）将待处理处理废水计量引入对应的微电解反应器，调节溶液pH值为2～3，并添加氧化剂后反应至少2h；所加入氧化剂起始浓度0.3～2倍于进水COD值；
（2）向经上步处理后的出水加碱液调节其pH值为9～11，再引至碱曝气罐，以3～20：1的气水比通入空气进行曝气处理，进一步的氧化处理及吹脱二氧化碳和氮气；反应时间控制为2～4小时；
（3）经曝气处理的出水引入一级絮凝沉淀设备，加入复配混凝剂，搅拌反应形成可沉淀的絮体；
（4）经絮凝沉淀处理后的出水依次进入水解酸化池、缺氧池和生物好氧处理单元，去除水中氨氮；
（5）生物好氧处理单元出水引入二级絮凝沉淀设备，加入复配混凝剂，反应形成直径为3～5mm的絮体，经沉淀，出水达标后排放。
5.根据权利要求4所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，在反应处理的同时按3～20：1的气水比向微电解反应器通入空气，以实现在补充氧气的同时在电解反应器内形成流化状态。
6.根据权利要求4所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，氧化剂为质量百分含量25～30% 的H2O2溶液；所述稀酸为1%～50% 稀硫酸或/和1%～30%的盐酸。
7.根据权利要求4所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，复配混凝剂由混凝剂和助凝剂组成；所述混凝剂为聚合氧化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁中的至少一种；所述助凝剂为聚丙稀铣胺或/和硅藻土。
8.根据权利要求4所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，将生物好氧处理区段所产生的好氧污泥回流至水解酸化池。
9.根据权利要求4所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，酸化池为底部进水上部出水，进水方式为穿孔管补水。
10.根据权利要求9所述的离子交换树脂生产废水处理方法，其特征在于，所述穿孔直径为6～8毫米，孔内流速控制为3.5～6m/s；所述出水采用三角溢水堰出水，上述溢水堰表面负荷小于6m3/m，所述溢水堰附近水上升流速小于0.5mm/s。
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