CN113354210A - 一种化工废水深度脱氮脱色系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种化工废水深度脱氮脱色系统。系统包括预处理池和生物电化学处理池，预处理池包括对废水进行初沉、杂质分离的絮凝池和沉淀池，化学絮凝分离技术作为前处理降低生态床的污水处理负荷；生物电化学处理池主要由承托区、阴极电极、阳极电极、植物、曝气盘、排水及反冲洗出水口、隔板等构成，采用生物电化学强化生态床技术，污水中的有机物在阳极电极被微生物分解，分解后的质子和电子可通过流动扩散和“外电路‑外电阻‑外电路”的传递方式到达阴极电极，阴极电极作为电子供体参与污染物的还原过程，对染料等难降解污染物、COD、总氮均有很好的去除效果。

Description

一种化工废水深度脱氮脱色系统

技术领域

本发明涉及一种化工废水深度脱氮脱色系统，属于污水处理技术领域。

背景技术

我国是一个染料生产和应用大国。近年来，由于染料生产企业及下游行业，包括印染、印刷、涂料、皮革一级化妆品等行业的发展需求，染料的需求量逐年增加。据调查，在染料生产过程中，约有2％左右的产品未经回收而进入废水中；在印染过程中，这个比例则增加至10％，过多的染料浪费，不仅在经济上造成了极大的损失，尤为严重的是大量的合成染料随着工业废水的排放进入环境，对环境安全产生了严重的影响。

印染废水、造纸废水、农药废水等工业废水的主要特点如下：1)色度极高：染料废水的色度可以达到几千甚至上万倍，由于染料中一些显色基团的作用，这些染料在极低的浓度下，即使是1mg/L的超低浓度便可以使水质产生明显的颜色变化；2)成分复杂且浓度很高，除了染料之外，废水中存在着大量的副产品，包括一些苯胺类、酚类和卤化物等多种污染物，以及高浓度的无机盐，包括氯化钠、硫酸钠和重金属盐类等；3)COD含量高，B/C比较低，导致废水的可生化性较差，好氧处理技术几乎没有脱色作用。相对于COD的去除，色度的去除是工业废水处理的难点。目前，国内外的研究人员对有色工业废水的处理做出了大量的研究工作，其主要的处理技术集中在几方面：物理法、化学法和生物法以及一些组合技术。研究表明，生物法处理含有色度的工业废水时，只能有一小部分的染料能够被生物降解和被活性污泥所吸附而去除，脱色效果极慢，出水难以达标。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的生物法处理含有色度的工业废水时，存在的脱色效果慢、出水不达标的不足之处，提供一种化工废水深度脱氮脱色系统。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种化工废水深度脱氮脱色系统，该系统包括预处理池和生物电化学处理池；

所述预处理池内设置有隔板，所述隔板将预处理池的池体分为上部连通、下部隔开的絮凝池和沉淀池，所述絮凝池的上端与废水进水管连通，所述沉淀池池体的上端设置有出水口、下端设置有排泥口；

所述生物电化学处理池的池体从上到下依次分为进水区、承托区、出水区，所述承托区、出水区之间设置有通孔隔板，所述出水区所在的池体设置有排水口，所述进水区与沉淀池的出水口相连通，所述承托区内从上到下填充有粒径逐渐增大的渗透颗粒，所述承托区的上端生长有植物，在所述植物根部所在的区域设置有阳极电极，在所述阳极电极下方距离8-12cm处设置有阴极电极，所述阳极电极和阴极电极通过导电线连接。

作为化工废水深度脱氮脱色系统进一步的改进：

优选的，所述絮凝池内投加的絮凝剂为铝盐絮凝剂、铁盐混凝剂、聚合氯化铝即PAC、聚丙烯酰胺即PAM中的一种或两种及以上的混合。

优选的，所述反冲洗单元包括设置在出水区内的曝气盘、设置在进水区所在池体的反冲洗排水口，以及通过向出水区内进水的供水装置。

优选的，所述植物为具有抗冻、抗热、抗病虫害、环境适应能力好的沉水植物、挺水植物和浮水植物中的一种或两种及以上的组合。

优选的，所述絮凝池的数量为2-3个，絮凝池的底部设置有搅拌器，相邻的絮凝池之间下部连通。

优选的，所述阳极电极、阴极电极的材料为碳纤维布。

优选的，所述导电线为石墨烯塑线或钢线。

优选的，所述渗透颗粒自下向上依次为填充厚度8-12cm、粒径20-30mm的粗砾石，填充厚度13-17cm、粒径10-20mm的细砾石，填充厚度13-17cm、粒径2-5mm的粗砂。

优选的，所述通孔隔板上通孔的粒径为0.8-1.2mm。

优选的，所述沉淀池的池体和底部的排泥口之间呈倒圆锥状。

本发明相比现有技术的有益效果在于：

1)本申请提供了一种化工废水深度脱氮脱色系统，包括预处理池和生物电化学处理池。预处理池包括絮凝池和沉淀池，对污水进行初沉淀和杂质分离，主要是去除污水中的SS、部分COD、总氮等。预处理后的上清液通过上部的排水管排入生物电化学处理池，沉降后的絮体通过下部的排泥口排出。

生物电化学处理池采用生物电化学强化生态床技术，当处理污水流入反应器时，污水中的有机物在阳极被阳极上的微生物分解，分解后的质子和电子通过流动扩散和“外电路—外电阻—外电路”的传递方式到达阴极，阴极作为电子供体参与污染物的还原过程，同步去除总氮和水体中染料等难降解污染物。

2)本发明采用以下方式解决生态床处理系统存在的负荷过低、易堵塞导致处理污染水时净化效率低问题：1)在污水进入生态床处理系统前增加预处理池，在预处理池进行絮凝沉淀以去除SS，采用碳源分离技术主要去除废水中的SS和部分COD、氮磷等，有效解决后端生态床堵塞和低碳氮比下N去除率低的问题。2)在生物电化学处理池下方设置反冲洗设备，定期对生物电化学处理池进行反冲洗，从而避免生态床的堵塞问题。

3)生物电化学系统和生态床工艺在各自的反应器当中均具有好氧环境和厌氧环境的存在，二者耦合在一起后形成的体系可以作为复合生物阴极，一方面通过利用植物根系的泌氧能力降低了人工曝气的运行成本，另一方面复合生物阴极代替贵金属阴极，降低了电极材料的费用。

4)相较于传统的厌氧反应器，在生物床的基础上对生物电化学的引入减少了对有机底物的需求量，加快了反应速率，提升了处理效率；相较于传统的生态床，生物电化学强化生态床技术具有更快的去除效率，减少了水力停留时间，从而减少了生物电化学处理池的占地面积。

5)生物电化学处理池中的植物主要起吸收污水中的氮磷、为污水复氧、为微生物提供附着点、增加微生物物种丰度和增强水利传输能力等作用。植物根系上附着的微生物细菌可以降低污水中的有机物浓度并释放电子，同时根茎还能够释放一定浓度的碳源支持与生物产电相关的微生物生长。在选择植物时要考虑植物是否抗冻、抗热、抗病虫害、对环境适应的能力好坏等因素。植物可选择沉水植物(苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等)、挺水植物(香蒲、慈姑、芦苇等)、浮水植物(浮萍、凤眼蓝、大薸)等。

附图说明

图1是本发明化工废水深度脱氮脱色系统的结构图；

附图中标记的含义如下：

附图标记说明：

1、预处理池；11、隔板；12、絮凝池；13、沉淀池；14、废水进水管；15、出水口；16、排泥口；

2、生物电化学处理池；21、进水区；221、反冲洗水出口；22、承托区；23、出水区；24、通孔隔板；25、排水口；26、阳极电极；27、阴极电极；28、导电线；29、曝气盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种化工废水深度脱氮脱色系统，包括预处理池1和生物电化学处理池2，所述预处理池内设置有隔板11，所述隔板11将预处理池1的池体分为上部连通、下部隔开的2个絮凝池12和沉淀池13，相邻的絮凝池12之间下部连通，絮凝池12的底部设置有搅拌器，絮凝池12的上端与废水进水管14连通，所述沉淀池13池体的上端设置有出水口15、下端设置有排泥口16，所述沉淀池13的池体和底部的排泥口16之间呈倒圆锥状；

所述生物电化学处理池2的池体从上到下依次分为进水区21、承托区22、出水区23，所述承托区22、出水区23之间设置有通孔隔板24，所述通孔隔板24上通孔的粒径为1mm；所述出水区23所在的池体设置有排水口25，所述进水区21与沉淀池13的出水口15相连通，进水区21所在的池体设置有反冲洗排水口211，所述承托区22内从上到下填充有粒径逐渐增大的渗透颗粒，所述渗透颗粒自下向上依次为粒径20-30mm、填充厚度10cm的粗砾石，粒径10-20mm、填充厚度15cm的细砾石，粒径2-5mm、填充厚度15cm的粗砂；

所述承托区22的上部生长有植物，可选择沉水植物(苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻等)、挺水植物(香蒲、慈姑、芦苇等)、浮水植物(浮萍、凤眼蓝、大薸)等。在所述植物根部所在区域设置有阳极电极26，在所述阳极电极26下方距离10cm处设置有阴极电极27，所述阳极电极26和阴极电极27通过导电线28连接，所述阳极电极26、阴极电极27的材料为碳纤维布，所述导电线28为柔细的石墨烯塑线或钢线；所述出水区23内设置有曝气盘29。

实施例2

下面结合附图1对该系统的运动过程进行说明：

待处理废水经废水进水管14进入絮凝池12，在絮凝池12内投加有絮凝剂，在絮凝池底部搅拌器的作用下，絮凝剂与水体中的SS快速进行反应，第一个絮凝池12内投加的絮凝剂为铁盐，第二个絮凝池12内投加的絮凝剂为PAM，水样在两个絮凝池内与絮凝剂的充分接触后进入沉淀池13，在沉淀池13内快速形成絮体，絮体在无动力作用下快速沉降在沉淀池13的底部形成污泥，污泥可通过排泥口16排出；

沉淀池13上部设置有出水口15，经过预处理池1处理后的污水通过出水口15进入生物电化学处理池2，污水中的有机物在阳极电极26被阳极电极26上的微生物分解，分解后的质子和电子可通过流动扩散和“外电路—外电阻—外电路”的传递方式到达电极阴极27，对染料等难降解污染物(如硝基化合物、卤代污染物)进行去除。

通孔隔板24起着保护曝气盘29的作用。曝气盘29用来对生物电化学处理池进行反冲洗，反冲洗过程分为气洗、水洗和气水混合洗三个阶段。气洗阶段：关闭预处理池1的出水口15、生物电化学处理池2的排水口25，打开反冲洗水出口221，打开曝气盘29持续曝气3min；水洗阶段：关闭曝气盘29，打开排水口25向生物电化学处理池2内进水持续3min；气水混合洗：打开曝气盘29，持续曝气5min。

实施例3

采用图1所示的废水处理系统作为处理组；其他均与处理组系统相同的同时设置对照组，对照组中废水处理系统与处理组基本相同，区别仅在于没有设置阳极电极、阴极电极以及导电线。待处理废水的水质标准如下表1：

表1待处理废水的水质标准

处理组和对照组的反应器均连续30天运行，相关指标去除率随着反应器运行天数的变化情况见下表2：

表2对照组和实验组各水质去除率情况表

为验证本系统中生物电化学处理池的脱氮脱色作用，在处理组反应器的运行过程中，检测预处理池出水、生物电化学处理池出水的TN、色度、SS指标，相关指标去除率，结果如下表3所示：

表3预处理池、生物电化学处理池出水中各指标去除率

从表2中可以得出，对照组对TN、色度的去除率明显低于处理组，实验组对各污染物的去除率在反应器运行第10-15天达到最大值。

从表3中可以看出，处理组中对水体中TN、色度的去除起主要去除作用的为生物电化学处理池，对SS起主要处理去除作用的为预处理池，生物电化学处理池同时具有脱氮脱色的效果。

本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，该系统包括预处理池(1)和生物电化学处理池(2)；

所述预处理池(1)内设置有隔板(11)，所述隔板(11)将预处理池(1)的池体分为上部连通、下部隔开的絮凝池(12)和沉淀池(13)，所述絮凝池(12)的上端与废水进水管(14)连通，所述沉淀池(13)池体的上端设置有出水口(15)、下端设置有排泥口(16)；

所述生物电化学处理池(2)的池体从上到下依次分为进水区(21)、承托区(22)、出水区(23)，所述承托区(22)、出水区(23)之间设置有通孔隔板(24)，所述出水区(23)所在的池体设置有排水口(25)，所述进水区(21)与沉淀池(13)的出水口(15)相连通，所述承托区(22)内从上到下填充有粒径逐渐增大的渗透颗粒，所述承托区(22)的上端生长有植物，在所述植物根部所在的区域设置有阳极电极(26)，在所述阳极电极(26)下方距离8-12cm处设置有阴极电极(27)，所述阳极电极(26)和阴极电极(27)通过导电线(28)连接。

2.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述絮凝池(12)内投加的絮凝剂为铝盐絮凝剂、铁盐混凝剂、聚合氯化铝即PAC、聚丙烯酰胺即PAM中的一种或两种及以上的混合。

3.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，该系统还设置有反冲洗单元，所述反冲洗单元包括设置在出水区(23)内的曝气盘(29)、设置在进水区(21)所在池体的反冲洗排水口(211)，以及通过向出水区(23)内进水的供水装置。

4.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述植物为具有抗冻、抗热、抗病虫害、环境适应能力好的沉水植物、挺水植物和浮水植物中的一种或两种及以上的组合。

5.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述絮凝池的数量为2-3个，絮凝池(12)的底部设置有搅拌器，相邻的絮凝池(12)之间下部连通。

6.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述阳极电极(26)、阴极电极(27)的材料为碳纤维布。

7.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述导电线(28)为石墨烯塑线或钢线。

8.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述渗透颗粒自下向上依次为填充厚度8-12cm、粒径20-30mm的粗砾石，填充厚度13-17cm、粒径10-20mm的细砾石，填充厚度13-17cm、粒径2-5mm的粗砂。

9.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述通孔隔板(24)上通孔的粒径为0.8-1.2mm。

10.根据权利要求1所述的化工废水深度脱氮脱色系统，其特征在于，所述沉淀池(13)的池体和底部的排泥口(16)之间呈倒圆锥状。

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