CN111875121A - 一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种市政污水提标改造的光‑Fenton催化氧化工艺及系统，包括步骤：在污水中加酸液，对水样进行预酸化处理；在预酸化后的污水中继续加铁基催化剂和氧化剂，配合光照去除污水中溶解性的COD；在污水中加碱液调节污水pH值至弱酸性，同时对污水做曝气处理将铁基催化剂中的二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子；在污水中加助凝剂和絮凝剂，污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物絮出、悬浮物及三价铁再聚合得到絮体；将污水沉淀处理，得到更高标准的可排放清水。本发明的有益效果是：将市政污水一级B标准出水提升至一级A标准出水，一级A标准出水提高到地表准四类水标准出水，实现对市政污水的提标改造，加强去除污水中的难降解的COD。
Description
技术领域
本发明涉及污染修复及资源化领域，尤其涉及到一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺及系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，城镇化的速度越来越快，并且发展水平也呈现出不断提高的趋势，与此同时，城镇中产生的污水也在逐年增加，严重影响了人们生活的自然环境。
目前，国内大多数城区污水厂出水水质达一级A标准。随着国家对水环境质量的不断重视，排水标准在不断提高，部分城镇污水厂面临一级B至一级A提标的需求，另外，京津冀地区、浙江地区、江苏地区相继出台最新的排水要求，其排放要求比一级A更加严格，这就需要对城区污水厂尾水进行深度处理。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺及系统，应用于城区污水厂尾水的深度处理及提标改造，提高污水厂出水水质。
为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺，包括如下步骤：
A.在污水中加酸液，对水样进行预酸化处理；
B.在预酸化后的污水中继续加铁基催化剂和氧化剂，配合光照去除污水中溶解性的COD；
C.在污水中加碱液调节污水pH值至弱酸性，同时对污水做曝气处理将溶解性二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子；
D.在污水中加助凝剂和絮凝剂，污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物絮出、三价铁析出，悬浮物及三价铁再聚合得到絮体；
E.将污水沉淀处理，絮体沉淀在清水下层形成污泥；
F.将部分污泥回收加入步骤B中，循环利用铁基催化剂和Fe3+离子。
作为本发明的进一步改进，所述步骤A包括：
将污水从调节池提升至光-Fenton催化氧化装置前端的药剂混合区；
在所述药剂混合区加入硫酸，充分混合至pH值在4.0-6.0。
作为本发明的进一步改进，所述步骤B包括：
在所述药剂混合区加入铁基催化剂和双氧水，充分混合均匀；
混合均匀的污水进入光-Fenton催化氧化装置后端的光照区；
在所述光照区光照条件下进行催化氧化反应，去除污水中溶解性的COD。
作为本发明的进一步改进，所述步骤C包括：
在所述光照区催化氧化后的污水自流进入脱气反应装置；
向所述脱气反应装置中加碱，调节pH值至6.5-7.0；
对污水进行曝气处理，使铁基催化剂中的二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子。
作为本发明的进一步改进，所述步骤D包括：
曝气处理后的污水自流进入高密沉淀装置；
向所述高密沉淀装置中混凝反应区加入混凝剂，使污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物凝聚；
向絮凝反应区加入絮凝剂使凝聚后的悬浮物絮凝，得到絮体。
作为本发明的进一步改进，所述步骤E包括：
污水在所述高密沉淀装置后端的沉淀区沉淀；
所述絮体及铁基催化剂沉淀在下层形成污泥，上层清水自流进入清水池。
作为本发明的进一步改进，所述步骤F具体为：
将所述高密沉淀装置中的部分污泥送入光-Fenton催化氧化装置，使污泥中的催化剂和三价铁离子循环利用。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤G：
将剩余部分污泥输入污泥脱水装置，脱出的水输送回调节池再次提标处理；脱水后的污泥外运集中处置。
本发明还公开了一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化系统，包括：顺序连接的调节池、光-Fenton催化氧化装置、脱气反应装置、高密沉淀装置和清水池；
所述光-Fenton催化氧化装置设有药剂混合区和光照区，且在所述药剂混合区上侧设有用于加入酸液、铁基催化剂和氧化剂的一个或多个第一加药口；
所述脱气反应装置上设有用于加入碱的第二加药口，所述脱气反应装置内设有曝气装置；
所述高密沉淀装置由前向后依次设为混凝反应区、絮凝反应区和沉淀区，且在所述混凝反应区上侧设有用于加入助凝剂的一个或多个第三加药口，所述絮凝反应区上侧设有加入絮凝剂的一个或多个第四加药口；
所述高密沉淀装置与所述光-Fenton催化氧化装置之间设有用于回收包含催化剂的污泥的循环管道。
作为本发明的进一步改进，所述高密沉淀装置还连接有污泥池，所述污泥池与污泥脱水装置相连，所述污泥脱水装置的排水口与所述调节池相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的光-Fenton催化氧化装置应用于城区污水厂尾水的深度处理及提标改造，可以将市政污水厂二沉池出水的基础上，深度氧化，去除污水中生化难降解的溶解性COD；使用助凝剂和絮凝剂，使污水悬浮物中的不溶性COD及总磷絮出，进一步去除污水中不溶性COD，大大提高了污水厂出水水质。
该工艺使用双氧水、铁基催化剂并配合光照射对污水中的溶解性COD矿化分解去除；该反应条件下，只要求污水的pH在4.0-6.0，拓宽了传统Fenton体系反应的pH必须在2.0-4.0的范围，进而大大减少了酸液的用量。
工艺中，催化氧化反应pH范围的扩宽，也使得在脱气反应装置中调节pH在6.5-7，减少了碱液的用量。
该工艺中还将得到的污泥回收利用到光-Fenton催化氧化装置的药剂混合区，使铁基催化剂部分得到回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺流程图。
附图标记说明：
1、调节池；2、光-Fenton催化氧化装置；3、脱气反应装置；4、高密沉淀装置；5、清水池；6、污泥储存池；7、污泥脱水装置；8、第一提升泵；9、第二提升泵；10、第三提升泵；11、第四提升泵；12、曝气装置；13、第一加药口；14、第二加药口；15、第三加药口；16、第四加药口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供的一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺，包括如下步骤：
A.在污水中加酸液，对水样进行预酸化处理；
具体包括：
将污水从调节池1提升至光-Fenton催化氧化装置2前端的药剂混合区；
在药剂混合区加入硫酸，充分混合至pH值在4.0-6.0。
B.在预酸化后的污水中继续加铁基催化剂和氧化剂，配合光照去除污水中溶解性的COD；
具体包括：
在药剂混合区加入铁基催化剂和双氧水，充分混合均匀；
将混合均匀的污水进入光-Fenton催化氧化装置2后端的光照区；
在光照区光照条件下进行催化氧化反应，去除污水中溶解性的COD。
C.在污水中加碱液调节污水pH值至弱酸性，同时对污水做曝气处理将溶解性二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子；
具体包括：
在光照区催化氧化后的污水自流进入脱气反应装置3；
向脱气反应装置3中加碱，调节pH值至6.5-7.0；
对污水进行曝气处理，使溶解性二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子。
D.在污水中加助凝剂和絮凝剂，污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物絮出、三价铁析出，悬浮物及三价铁再聚合得到絮体；
具体包括：
曝气处理后的污水自流进入高密沉淀装置4；
向高密沉淀装置4中混凝反应区加入混凝剂，使污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物凝聚；
向絮凝反应区加入絮凝剂使凝聚后的悬浮物絮凝，得到絮体。
E.将污水沉淀处理，絮体沉淀在清水下层形成污泥；
具体包括：
污水在高密沉淀装置4后端的沉淀区沉淀；
絮体及铁基催化剂沉淀在下层形成污泥，上层清水自流进入清水池5。
F.将部分污泥回收加入步骤B中，循环利用铁基催化剂。
具体包括：
将高密沉淀装置4中的部分污泥送入光-Fenton催化氧化装置2，使污泥中的三价铁离子循环利用。
G.将剩余部分污泥输入污泥脱水装置7，脱出的水输送回调节池1再次提标处理；脱水后的污泥外运集中处置。
本发明还提供了一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化系统，包括由顺序连接的调节池1、光-Fenton催化氧化装置2、脱气反应装置3、高密沉淀装置4和清水池5。
其中，调节池1为开口或封闭空间，一端设有两个进水口，另一端设有出水口；一个进水口输入待提标的二沉池中的污水，另一个进水口连接污泥脱水装置7的出水口，将污泥脱水装置7中脱出的水输入调节池1中再次处理；调节池1出水口经管路连接第一提升泵8的进水口，第一提升泵8出水口连接光-Fenton催化氧化装置2。
光-Fenton催化氧化装置2中设有药剂混合区和光照区，药剂混合区设有一个进水口，与调节池1出水口连接，使调节池1中的污水进入光-Fenton催化氧化装置2，光照区上部设有一个溢流出水口与脱气反应装置3连接，将催化氧化后的污水输入脱气反应装置3；药剂混合区与光照区空间独立，且在药剂混合区上侧设有用于加入酸液、铁基催化剂和氧化剂的一个或多个第一加药口13，药剂混合区内部设有潜水搅拌机和pH监测装置；光照区内部设有推流器和竖直设置的光照组件；光-Fenton催化氧化装置2还设有一个进泥口，进泥口与高密沉淀装置4的一个出泥口经第二提升泵9连接，将高密沉淀装置4中含有铁基催化剂的污泥回收利用。
脱气反应装置3上方敞口，前后两端分别设置一个进水口和一个出水口，进水口连接光-Fenton催化氧化装置2的出水口，且高度低于光-Fenton催化氧化装置2的出水口，使污水形成自流；脱气反应装置3的出水口连接高密沉淀装置4的进水口，且高于高密沉淀装置4的进水口，使污水形成自流；脱气反应装置3上还设有用于加入碱的第二加药口14，脱气反应装置3中设有曝气装置12和pH监测装置，曝气装置12包括位于脱气反应装置3中曝气管道和与曝气管道连接的外置鼓风机。
高密沉淀装置4上方敞口，前后两端也分别设置一个进水口和一个出水口，分别连接脱气反应装置3的出水口和请水池的进水口；高密沉淀装置4中由前向后依次设有隔断的混凝反应区、絮凝反应区和沉淀区，每个隔断上均设有溢流结构；在混凝反应区上侧设有用于加入助凝剂的第三加药口15，内部设有快速搅拌机，使污水与助凝剂快速搅拌，悬浮物快速絮出；在絮凝反应区上侧设有加入絮凝剂的第四加药口16，内部设有慢速搅拌机，使絮出的絮体充分聚合；在沉淀区下方设有两个出泥口，其中一个出泥口连接污泥储存池6进泥口，另一个连接光-Fenton催化氧化装置2的进泥口；
清水池5设有进水口和排水口，清水池5的进水口连接高密沉淀装置4的出水口，且高度低于高密沉淀装置4的出水口，使污水形成自流；排水口用于清水外排。
污泥储存池6设有一个进泥口和一个出泥口，分别连接高密沉淀装置4的一个出泥口和污泥沉淀装置的进泥口，与污泥沉淀装置的进泥口连接的管路上设有第三提升泵10。
污泥脱水装置7设有进泥口、出水口和出泥口，分别连接污泥沉淀装置的出泥口、经第四提升泵11连接清水池5的一个进水口和外排污泥。
每个加药口均连接有不同的加药装置。
实施例：
本发明提供了一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺和系统，相互配合，工艺流程：
首先，将待提标污水从调节池1通过第一提升泵8持续提升至光-Fenton催化氧化装置2，光-Fenton催化氧化装置2前端为药剂混合区，在药剂混合区内通过一个第一加药口13加入酸液(硫酸)至光-Fenton催化氧化装置2中的pH监测装置显示的pH值在4.0-6.0之间，在其他第一加药口13持续加入催化剂(铁基催化剂)和氧化剂(双氧水)，整个过程中潜水搅拌器持续工作使药剂和污水充分混合均匀；
光-Fenton催化氧化装置2后端为光照区，光照中内的推流器将药剂混合区的污水推入光照区，光照区根据进出水水质及水量设有一个或多个紫外灯组件，紫光灯发出紫外光，紫外光激发铁基催化剂，紫外光与铁基催化剂协同促进双氧水分解，提高双氧水利用效率，铁基催化剂在紫外光照射以及双氧水作用下进行循环转化，并产生羟基自由基，羟基自由基具有强的氧化性能，可对废水中污染有机物进行矿化分解，即将污水中难降解的溶解性COD去除。
光-Fenton催化氧化装置2光照区的污水出水自流进入脱气反应装置3，通过脱气反应装置3上的第二加药口14向污水中加入碱液(氢氧化钠)至脱气反应装置3内的pH监测装置显示的pH值在6.5-7之间；通过脱气反应装置3内的曝气装置12对污水进行曝气处理，该过程中污水中二价铁离子被氧化为三价铁离子，在后面的操作中更易析出。
脱气反应装置3中的污水自流进入高密沉淀装置4，高密沉淀装置4前端设有混凝反应区和絮凝反应区，通过第三加药口15及加药装置向混凝反应区加入浓度为30-50ppm的助凝剂PAC，通过快速搅拌机快速搅拌，使污水中悬浮物絮出、铁基催化剂析出，通过第四加药口16向絮凝反应区加入浓度为1-2ppm的絮凝剂PAM，通过慢速搅拌机慢速搅拌，使絮出的絮体及析出的铁基催化剂充分聚合，过程中悬浮物中的不溶性COD和总磷随悬浮物絮出及聚合；在沉淀区悬浮物和铁基催化剂沉淀得到分层的污泥和清水；清水自流进入清水池5，污泥一部分进入污泥储存池6，另一部分通过第二提升泵9提升至光-Fenton催化氧化装置2的药剂混合区，为系统补充铁基催化剂，使污泥中的三价铁离子得到回收利用，有效降低铁基催化剂的投入量。
污泥储存池6中的污泥通过第三提升泵10提升至污泥脱水装置7，经污泥脱水装置7脱水至含水率低于80％，将污泥外运至填埋场填埋；污泥脱水装置7脱出的清水会些许浑浊，故经第四提升泵11提升至前端调节池1再次提标处理。
本发明的优点：本发明一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺及系统，使用双氧水、铁基催化剂并配合紫外光照射对污水中的溶解性COD矿化分解去除，该反应条件下，只要求污水的pH在4.0-6.0，拓宽了传统Fenton体系反应的pH(2.0-4.0)范围，进而大大减少了酸液的用量；同时，在脱气反应装置3中调节pH至6.5-7时，也可减少碱液的用量；在高密沉淀装置4中使用助凝剂和絮凝剂，使污水悬浮物中的不溶性COD及总磷絮出，从而进一步去除污水中COD；该系统还将得到的污泥泵回光-Fenton催化氧化装置2的药剂混合区，使铁基催化剂部分得到回收利用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A.在污水中加酸液，对水样进行预酸化处理；
B.在预酸化后的污水中继续加铁基催化剂和氧化剂，配合光照去除污水中溶解性的COD；
C.在污水中加碱液调节污水pH值至弱碱性，同时对污水做曝气处理将铁基催化剂中的二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子；
D.在污水中加助凝剂和絮凝剂，污水中不溶性COD、总磷、以及三价铁在絮凝剂作用下絮出得到絮体；
E.将污水沉淀处理，絮体沉淀在清水下层形成污泥；
F.将部分污泥回收加入步骤B中，循环利用铁基催化剂。
2.根据权利要求1所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤A包括：
将污水从调节池提升至光-Fenton催化氧化装置前端的药剂混合区；
在所述药剂混合区加入硫酸，充分混合至pH值在4.0-6.0。
3.根据权利要求2所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤B包括：
在所述药剂混合区加入铁基催化剂和双氧水，充分混合均匀；
混合均匀的污水进入光-Fenton催化氧化装置后端的光照区；
在所述光照区光照条件下进行催化氧化反应，去除污水中溶解性的COD。
4.根据权利要求3所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤C包括：
在所述光照区催化氧化后的污水自流进入脱气反应装置；
向所述脱气反应装置中加碱，调节pH值至6.5-7.0；
对污水进行曝气处理，使溶液态二价铁离子氧化为易析出的三价铁离子。
5.根据权利要求1所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤D包括：
曝气处理后的污水自流进入高密沉淀装置；
向所述高密沉淀装置中混凝反应区加入混凝剂，使污水中不溶性的COD及总磷随悬浮物凝聚；
向絮凝反应区加入絮凝剂使凝聚后的悬浮物絮凝，得到絮体。
6.根据权利要求1所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤E包括：
污水在所述高密沉淀装置后端的沉淀区沉淀；
所述絮体及铁基催化剂沉淀在下层形成污泥，上层清水自流进入清水池。
7.根据权利要求6所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，所述步骤F具体为：
将所述高密沉淀装置中的部分污泥送入光-Fenton催化氧化装置，使污泥中的三价铁离子循环利用。
8.根据权利要求1所述的光-Fenton催化氧化工艺，其特征在于，还包括步骤G：
将剩余部分污泥输入污泥脱水装置，脱出的水输送回调节池再次提标处理；脱水后的污泥外运集中处置。
9.一种实现如权利要求1～8所述市政污水提标改造的光-Fenton催化氧化工艺的系统，其特征在于，包括：顺序连接的调节池、光-Fenton催化氧化装置、脱气反应装置、高密沉淀装置和清水池；
所述光-Fenton催化氧化装置设有药剂混合区和光照区，且在所述药剂混合区上侧设有用于加入酸液、铁基催化剂和氧化剂的一个或多个第一加药口；
所述脱气反应装置上设有用于加入碱的第二加药口，所述脱气反应装置内设有曝气装置；
所述高密沉淀装置由前向后依次设为混凝反应区、絮凝反应区和沉淀区，且在所述混凝反应区上侧设有用于加入助凝剂的一个或多个第三加药口，所述絮凝反应区上侧设有加入絮凝剂的一个或多个第四加药口；
所述高密沉淀装置与所述光-Fenton催化氧化装置之间设有用于回收包含催化剂的污泥的循环管道。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：
所述高密沉淀装置还连接有污泥池，所述污泥池与污泥脱水装置相连，所述污泥脱水装置的排水口与所述调节池相连。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113754119A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-07 | 南京中电环保水务有限公司 | 一种集装箱式高浓度联氨废水处理装置及处理方法 |
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2020
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