CN115490386B - 一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高盐废水处理技术领域，本发明提供一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，将高盐废水蒸发处理后得到的残液与催化处理的生化剩余污泥混合反复进行活化催化处理，再将处理后的混合液旋流分离、沉淀，将上清液返回蒸发过程进行进一步的蒸发处理，沉淀后的污泥送浓缩池，在大大降低废水中有机物的含量、避免蒸发装置结焦、结碳、结垢的同时减少污水处理场的生化剩余污泥产生量，并利用高盐废水低消耗处理污水处理场的生化剩余污泥，使污水场的生化剩余污泥得到完全消弭，并有效解决了极端高盐分、高浓度污染物废水的处理问题。
Description
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，具体涉及一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法。
背景技术
随着环境要求不断提高，污水处置率极大提高，工业污水产量的生化剩余污泥量巨大，虽然大部分生化剩余没有归类到危废，但是，生化剩余污泥里的毒性物质无法被忽视，只有被完全消弭，才能从根本上解决。
常规生化剩余污泥减量方法有很多：
1）各类药剂脱水减量：只是减少含水率，基本无消解作用。增加化学品消耗及增加化学品转化的药剂泥量。
2）自然风干、高温干化减量：只是最大限度减少含水率，消解作用极弱。时间长或能耗大。
3）生物法转化消解：停留时间长，消解比例小。构筑物占地巨大，转化不彻底。
4）化学氧化转化消解，无法彻底消解：污泥浓度高，消耗氧化性物质数量巨大，无法彻底消解。增加化学品消耗及增加化学品转化的药剂泥量。
5）电化学方法转化消解：污泥浓度高，动力消耗量巨大，无法彻底消解。设备投资费用巨大。
6）焚烧碳化彻底消减：可完全消解。但务必需要补充可燃质，在多方面消耗巨大的同时增加碳排放量。
污水处理场生化剩余污泥作为固体废弃物外排，已是常态，这股生化剩余污泥是高含泥废水，常常选用经过发酵或浓缩、脱水进行减量，再经过高温烘干、外运以及支付高额的污泥处置费，污泥处理采用焚烧法时代价更大，且化工企业生化剩余污泥不可避免含有微量催化剂，还有二次污染风险。
因此，需要建立一种完全消弭生化剩余污泥的方法。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，可高效的消减污泥并同时对高盐废水进行处理，大大降低废水中有机物等有害物的含量同时完全消弭生化剩余污泥，并且降低处理成本。
根据本发明的目的，提供一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，包括：
废水蒸发处理系统，用于去除高盐废水中的有机污染物，蒸发处理产生的残液进入蒸发残液处理系统进行处理；
蒸发残液处理系统，设有依次连接的残液缓存池和第一活化催化处理单元，所述残液缓存池的入口与废水蒸发处理系统的残液出口连接，所述第一活化催化处理单元的出口分别与废水蒸发处理系统的入口、残液缓存池的入口连接，第一活化催化处理单元处理后的残液通过第一螺旋分离器分离出上清液，上部澄清液进入废水蒸发处理系统，中部废液进入残液缓存池；
生化剩余污泥催化系统，设有第二活化催化处理单元，所述第二活化催化处理单元的出口与残液缓存池的入口连接，生化剩余污泥通过第二活化催化处理单元催化后，与残液在残液缓存池混合，进入所述第一活化催化处理单元；
高盐废水经废水蒸发处理系统去除有机物，处理产生的残液进入所述残液缓存池，与经过第二活化催化处理单元的生化剩余污泥混合，并一起进入第一活化催化处理单元，催化处理后的污泥在加速残液中有机物降解的同时，还作为内碳源为自身降解供给所需营养，减少生化剩余污泥的量；
经过第一活化催化处理单元处理后的残液，上清液分别进入残液缓存池和废水蒸发处理系统进行循环处理，进一步降低废水中的有机物。
优选地，所述第一活化催化处理单元包括依次连接的第一电催化反应装置和第一纳米催化反应装置，所述第一电催化反应装置的入口与残液缓存池的出口连接，所述第一纳米催化反应装置的出口分别与废水蒸发处理系统的入口、残液缓存池的入口连接。
优选地，所述第二活化催化处理单元包括依次连接的第二电催化反应装置和第二纳米催化反应装置，所述第二纳米催化反应装置的出口与残液缓存池的入口连接。
优选地，所述第一纳米催化反应装置和第二纳米催化反应装置内均设有催化剂，所述催化剂包括贵金属、稀土金属和碱土金属中的至少十二种，粒径小于100nm的占总质量的80%以上。
优选地，第一电催化反应装置和第二电催化反应装置的处理条件为：电压5-45V，电流0.1-10A，同时有直流电场和交流电场作用，反应时间均为0.5-2min。
优选地，第一纳米催化反应装置和第二纳米催化反应装置的反应时间均为2-10s。
优选地，残液缓存池中，催化后的生化剩余污泥、残液与第一螺旋分离器分离出的上清液的质量比为(2-10):1:50，其中，催化后的生化剩余污泥中，污泥比阻为1.04×109s2/g，污泥浓度为3000-5000mg/L。
优选地，可根据废水中的污染负荷设置多个所述第一活化催化处理单元和第二活化催化处理单元。
优选地，所述生化剩余污泥催化系统还包括全自动过滤器，以及依次连接的第二螺旋分离器、污泥浓缩池和污泥脱水装置，所述全自动过滤器的出口与第二电催化反应装置连接，第二纳米催化反应装置的出口与第二螺旋分离器的入口连接。
优选地，所述利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法还设有污水场集水井，所述污水场集水井的入口与第一螺旋分离器的污泥出口连接，用于收集第一活化催化处理单元处理后的结晶和污泥。
本发明的有益效果在于：
1）本发明的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，利用污水处理场的生化剩余污泥，采用催化处理，强化了系统内的生化剩余污泥中的活性组分的活性污泥中微生物的内源代谢，加速了活性污泥对有机物的降解速率，有利于系统的毒性降低，使得系统的可生化性倍增，从而使催化后的污泥既可以协助极端高盐分、高污染物浓度废水处理，又可以将快速催化后污泥作为污水处理场的内碳源，减少化学性碳源的投加，也减少由碳源增生的生化剩余污泥。生化剩余污泥减量80%以上，污水处理场可以停止使用外加碳源，生化剩余污泥近似乎完全被消解。
2）本发明将蒸发处理后产生的残液进行电催化处理和纳米活化催化处理，再将处理后的液体返回蒸发过程进行进一步的蒸发处理，可大大降低废水中有机物的含量，解决蒸发结焦、结碳等问题。
3）本发明的处理系统可有效地的降解蒸发残液中的有机物，使最后得到的废水符合环保要求，降低环境污染负荷，解决高盐废水难处理的问题。
附图说明
图1是本发明的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法的示意图；
图2是本发明的生化剩余污泥催化系统的示意图；
图3是本发明的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法另一个示例性实施例的示意图；
图4是本发明示例性电催化反应装置的电催化结构示意图。
图中：1、废水蒸发处理系统；2、蒸发残液处理系统；21、残液缓存池；22、第一活化催化处理单元；221、第一电催化反应装置；222、第一纳米催化反应装置；23、第一螺旋分离器；3、生化剩余污泥催化系统；31、第二活化催化处理单元；311、第二电催化反应装置；312、第二纳米催化反应装置；32、全自动过滤器；33、第二螺旋分离器；34、污泥浓缩池；35、污泥脱水装置；4、污水场集水井；5、反应腔体；51、物料进口；52、物料出口；53、排气口；54、排污口；6、电极板。
实施方式
高盐废水是指总含盐质量分数至少为1%的废水，其主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等，这种废水含有多种物质，包括盐、油、有机重金属等。去除含盐废水中的有机污染物对环境保护的影响至关重要。现有技术主要采用蒸发和生物法，其中蒸发包括三效、四效或者多效等。采用蒸发时，废水中的有机物高时，会结焦、结碳、结垢，运行一段时间需要排出一些浓液才能减轻结焦、结碳、结垢等危害，排出的浓液被我们称为残液。
现有技术中，关于残液也只有采用焚烧的处理方式较有效。但是残液中的污染负荷很大，各类有机分、重金属等很难通过焚烧完全处理掉，排出的烟气、固废对环境仍然会造成严重的二次污染影响，也难达到较好的处理效果。残液成分复杂，腐蚀性强，焚烧设备维护困难且工作量也极大，由此造成处理成本极高、企业负担很重。故障多也造成一定的危险性。也有很多该类处理技术的报道，目前还没有见到完全稳定、有效的方法，经济性参数方面更加不好。
高盐废水具有很大毒性，污泥中生物遭遇后，必定引起中毒性死亡，生物死亡后会释放出生物营养素成为污水场碳源，同时被减量，减少碳源投加的同时也减少了剩余污泥的产生量。
有鉴于此，本发明利用高盐废水的毒性和盐分进行污泥的消减。
结合图1-图3所示，本发明提供一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，将蒸发处理后得到的残液与催化处理的生化剩余污泥混合反复进行活化催化处理，再将处理后的混合液旋流分离、沉淀，将上清液返回蒸发过程进行进一步的蒸发处理，沉淀后的污泥送浓缩池，在大大降低废水中有机物的含量、避免蒸发装置结焦、结碳、结垢的同时减少污水处理场的生化剩余污泥产生量，并利用高盐废水低消耗处理污水处理场的生化剩余污泥。
如图1、图2所示，在本发明的一个示例性实施中，提供一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，包括：
废水蒸发处理系统1，采用现有技术中常用的蒸发系统进行处理，采用三效、四效或多效等蒸发处理。在可选的实施例中，采用四效蒸发处理最为经济。
蒸发系统主要是通过蒸发系统内换热装置来吸收热源的热量，将之传递给需要沸腾蒸发的溶液，再通过汽液分离装置将水蒸汽和浓缩液分离，浓缩液达到要求后排出系统，水蒸汽被后续效体利用（如多效蒸发）或者压缩（如MVR），从而去除高盐废水中的有机污染物，而蒸发处理产生的残液进入蒸发残液处理系统进行处理。
残液是指蒸发后的极端高盐分、高浓度、高粘稠废水，无法再继续蒸发的部分，由废水的蒸发设备产生。
蒸发残液处理系统2，设有依次连接的残液缓存池21和第一活化催化处理单元22，所述残液缓存池21的入口与废水蒸发处理系统1的残液出口连接，所述第一活化催化处理单元22的出口分别与废水蒸发处理系统1的入口、残液缓存池21的入口连接，活化催化处理后的残液通过第一螺旋分离器23进行分离，上部澄清液进入废水蒸发处理系统1，中部废液进入残液缓存池21。
如图2所示，生化剩余污泥催化系统3，设有第二活化催化处理单元31，所述第二活化催化处理单元31的出口与残液缓存池21的入口连接，生化剩余污泥通过第二活化催化处理单元31催化后，与残液在残液缓存池21混合，进入所述第一活化催化处理单元22。
生化剩余污泥进入污泥催化系统进行催化活化，生成活性物质有：a.难降解物质被催化转化改变了可降解特性，物化参数也同时发生变化，黏度、污泥比阻等；b.被电催化反应和纳米催化反应剿灭的生物转化为生物易于吸收的营养元素。最终生成的催化污泥对残液会产生生物供给及营养供给作用。
催化后的生化剩余污泥比阻为1.04×109 s2/g，小于一般活性污泥的比阻值（16.8～28.8×109 s2/g），彻底解决高盐分、高浓度废水的高污染负荷、高粘稠度难处理和运行中的输送、黏附、堵塞、催化剂失活等众多问题。
催化后的生化剩余污泥具有低能耗条件下优化生物体系、保持系统生物优势、降低污泥比阻、提高废水脱水工段脱水效能、减少污泥产量、稳定系统出水水质、减轻污泥异味的优势。
高盐废水经废水蒸发处理系统1去除有机物，处理产生的残液进入所述残液缓存池21，与经过第二活化催化处理单元31的生化剩余污泥混合，并一起进入第一活化催化处理单元22，催化处理后的污泥在加速残液中有机物降解的同时，还作为内碳源为自身降解供给所需营养，减少生化剩余污泥的量。
经过第一活化催化处理单元22处理后的残液，上清液分别进入残液缓存池21和废水蒸发处理系统1进行循环处理，进一步降低废水中的有机物。
如图1所示，在优选的实施例中，第一活化催化处理单元22包括依次连接的第一电催化反应装置221和第一纳米催化反应装置222，第一电催化反应装置221的入口与残液缓存池21的出口连接，第一纳米催化反应装置222的出口分别与废水蒸发处理系统1的入口、残液缓存池21的入口连接。
如图2所示，在优选的实施例中，第二活化催化处理单元31包括依次连接的第二电催化反应装置311和第二纳米催化反应装置312，第二纳米催化反应装置312的出口与残液缓存池21的入口连接。
在更为优选的实施例中，第一纳米催化反应装置222和第二纳米催化反应装置312内均设有催化剂，催化剂包括贵金属、稀土金属和碱土金属中的至少十二种，粒径小于100nm的占总质量的80%以上。
在优选的实施例中，第一电催化反应装置221和第二电催化反应装置311的处理条件为：电压5-45V，电流0.1-10A，同时有直流电场和交流电场作用，反应时间均为0.5-2min。
应当理解为，电催化的电压和电流可根据实际来料情况进行调整。
在优选的实施例中，第一纳米催化反应装置222和第二纳米催化反应装置312的反应时间均为2-10s。
在优选的实施例中，残液缓存池中，催化后的生化剩余污泥、残液与第一螺旋分离器23分离出的上清液的质量比为(2-10):1:50，其中，催化后的生化剩余污泥中，污泥比阻为1.04×109 s2/g，污泥浓度为3000-5000mg/L。
如图3所示，在可选的实施例中，可根据废水中的污染负荷设置多个所述第一活化催化处理单元22和第二活化催化处理单元31。通过多套活化催化处理单元，可更好的对蒸发后得到的残液进行催化处理，以降低残液中的，减轻最后得到的废水的污染负荷。
如图2所示，在可选的实施例中，所述生化剩余污泥催化系统3还包括全自动过滤器32，以及依次连接的第二螺旋分离器33、污泥浓缩池34和污泥脱水装置35，所述全自动过滤器32的出口与第二电催化反应装置311连接，第二纳米催化反应装置312的出口与第二螺旋分离器33的入口连接。
在可选的实施例中，所述利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法还设有污水场集水井4，所述污水场集水井4的入口与第一螺旋分离器23的污泥出口连接，用于收集第一活化催化处理单元处理后的结晶和污泥。
在本发明一个示例性实施例中，如图4所示，电催化反应装置结构包括电源、反应腔体5、以及设于反应腔体5内的电极板6；反应腔体5设置有物料进口51、物料出口52、排气口53和排污口54。
可选用型号为ECR-100（Electric catalytic reactor-100处理水量100m3/h）的电催化反应器。
主要原理：废水在高频声电场的作用下，发生电解现象，击穿水体，促使水中的胶态杂质失稳、凝聚。进一步促进空化气泡的形成和压缩，同时产生微观的高温和高压，从而形成H、•OH和H2O2，在催化背景发生低能反应，促进了有机物降解，改善废水的可净化特性。针对难降解污染物，反应时间短、空间占用少。主要由电催化反应器、纳米催化反应器、电源控制柜等组成，并需配套活化能发生装置。
电催化反应器的配套公用工程条件：电源条件：电压 380 V / 50 HZ，界区分界：送至配套的电源柜中；防爆条件（正压通风）：氮气或仪表风：露点温度<-40℃ 压力 0.1Mpa；冷却水管口直径：DN32；占地面积：基础外形尺寸+300 mm、操作空间基础外形尺寸+500mm；安置环境 ：室外遮阳。
在本发明的另一个示例性实施例中，纳米催化反应装置可选型号为HCR-100(High efficiency catalytic reactor-100处理水量100m3/h)的纳米催化反应器型。
主要原理：废水在催化背景下，活性气中的H、•OH和H2O2与废水中的有机物发生反应，促进了有机物降解，改善废水的可净化特性。具有广谱性，反应效率高、反应时间极短，空间占用少，自洁、长寿命。主要由高效催化反应器组成，并需配套活化能发生装置。
在弱混合电场条件下，废水再经过纳米催化反应器的催化剂环境，完成净化降解的转化工作。
下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。
以下实施例采用型号为ECR-100（Electric catalytic reactor-100处理水量100m3/h）的电催化反应器，电催化处理条件为：电压40V，电流5A，电催化处理每次约0.5～2min。
电催化反应器的配套公用工程条件：电源条件：电压 380 V / 50 HZ，界区分界：送至配套的电源柜中；防爆条件（正压通风）：氮气或仪表风：露点温度<-40℃ 压力 0.1Mpa；冷却水管口直径：DN32；占地面积：基础外形尺寸+300 mm、操作空间基础外形尺寸+500mm；安置环境 ：室外遮阳。
以及型号为HCR-100( High efficiency catalytic reactor-100处理水量100m3/h)的纳米催化反应器，纳米催化处理每次约2～10s。
实施例
结合图1-2所示，蒸发原液进入蒸发设备蒸发，将蒸发处理后得到的无法再蒸发的残液0.1～0.3m3/h送入残液缓冲池，与1～3m3/h催化污泥混合后进行催化处理。
其中，催化处理包括残液与催化后的生化剩余污泥混合后进行一级电催化处理和纳米催化处理，将一级催化后得到的液体进行选择分离处理。
处理后得到的约0.1～0.3m3/h比重大的结晶和污泥送至污水处理集水井参与污水处理场的废水进行处理。约1.0～3.0m3/h上部澄清液送至蒸发单元与蒸发原液混合后进行循环蒸发处理，中部约50～100m3/h其它废液送回残液缓冲池与催化污泥混合后进行往复循环催化处理。
残液与催化污泥混合的液体的质量比为1:（5～10），污水场停止使用外加碳源，生化剩余污泥可近似乎完全被消解。
本装置可以处理0.1～0.3m3/h残液，同时处理生化剩余污泥1～3m3/h，污水场完全停止使用外加碳源。
实施例
结合图2-3所示，蒸发原液进入蒸发设备蒸发，将蒸发处理后得到的无法再蒸发的残液送入残液0.2～0.5m3/h送入残液缓冲池与2～5m3/h催化污泥混合后进行催化处理。
其中，催化处理包括残液与催化后的生化剩余污泥混合后进行两级电催化处理和纳米催化处理，将两级催化后得到的液体进行选择分离处理。
处理后得到的约0.2～0.5m3/h比重大的结晶和污泥送至污水处理集水井参与污水处理场的废水进行处理，约2.0～5.0m3/h上部澄清液送至蒸发单元与蒸发原液混合后进行循环蒸发处理，中部约50～100m3/h其它废液送回残液缓冲池与催化污泥混合后进行往复循环催化处理。
残液与催化污泥混合的液体的质量比为1:（5～10），污水场完全停止使用外加碳源，生化剩余污泥近似乎完全被消解。
本装置可以处理0.2～0.5m3/h残液，同时处理生化剩余污泥2～5m3/h，污水场完全停止使用外加碳源。
对比例1
采用常规工艺处理，生化剩余污泥也只能采用常规高能耗工艺进行处理。污水处理场投加化学性碳源。
高盐分、高浓度废水的污染负荷高、色度高、粘稠度高，不经过本发明的蒸发残液处理系统，根本无法再进入蒸发器蒸发。常规必须采用焚烧等高投资、更高运行成本的处理方法。
由上可知，本发明的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法可有效地的消解剩余污泥、降解蒸发残液中的高聚合度的无法继续蒸发处理的有机物等危害物质，使污水场最后得到的废水符合环保要求，降低环境污染负荷，消耗生化剩余污泥、减少污水处理场碳源投加，减少固体废弃物处理费用，同时稳定、经济地解决剩余污泥和高盐废水难处理等问题，大大减轻企业负担。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (5)
1.一种利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，其特征在于，包括：
废水蒸发处理系统，用于去除高盐废水中的有机污染物，蒸发处理产生的残液进入蒸发残液处理系统进行处理；
蒸发残液处理系统，设有依次连接的残液缓存池和第一活化催化处理单元，所述残液缓存池的入口与废水蒸发处理系统的残液出口连接，所述第一活化催化处理单元的出口分别与废水蒸发处理系统的入口、残液缓存池的入口连接，第一活化催化处理单元处理后的残液通过第一螺旋分离器分离出上清液，上部澄清液进入废水蒸发处理系统，中部废液进入残液缓存池；
所述第一活化催化处理单元包括依次连接的第一电催化反应装置和第一纳米催化反应装置，所述第一电催化反应装置的入口与残液缓存池的出口连接，所述第一纳米催化反应装置的出口分别与废水蒸发处理系统的入口、残液缓存池的入口连接；
生化剩余污泥催化系统，设有第二活化催化处理单元，所述第二活化催化处理单元的出口与残液缓存池的入口连接，生化剩余污泥通过第二活化催化处理单元催化后，与残液在残液缓存池混合，进入所述第一活化催化处理单元；
所述第二活化催化处理单元包括依次连接的第二电催化反应装置和第二纳米催化反应装置，所述第二纳米催化反应装置的出口与残液缓存池的入口连接；
所述第一纳米催化反应装置和第二纳米催化反应装置内均设有催化剂，所述催化剂包括贵金属、稀土金属和碱土金属中的至少十二种，粒径小于100nm的占总质量的80%以上；
高盐废水经废水蒸发处理系统去除有机物，处理产生的残液进入所述残液缓存池，与经过第二活化催化处理单元的生化剩余污泥混合，并一起进入第一活化催化处理单元，催化处理后的污泥在加速残液中有机物降解的同时，还作为内碳源为自身降解供给所需营养，减少生化剩余污泥的量；
经过第一活化催化处理单元处理后的残液，上清液分别进入残液缓存池和废水蒸发处理系统进行循环处理，进一步降低废水中的有机物。
2.根据权利要求1所述的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，其特征在于，所述第一电催化反应装置和第二电催化反应装置的处理条件为：电压5-45V，电流0.1-10A，同时有直流电场和交流电场作用，反应时间均为0.5-2min；所述第一纳米催化反应装置和第二纳米催化反应装置的反应时间均为2-10s。
3.根据权利要求1所述的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，其特征在于，所述残液缓存池中，催化后的生化剩余污泥、残液与第一螺旋分离器分离出的上清液的质量比为(2-10):1:50，其中，催化后的生化剩余污泥中，污泥比阻为1.04×109 s2/g，污泥浓度为3000-5000mg/L。
4.根据权利要求1所述的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，其特征在于，所述生化剩余污泥催化系统还包括全自动过滤器，以及依次连接的第二螺旋分离器、污泥浓缩池和污泥脱水装置，所述全自动过滤器的出口与第二电催化反应装置连接，第二纳米催化反应装置的出口与第二螺旋分离器的入口连接。
5.根据权利要求1所述的利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法，其特征在于，根据废水中的污染负荷设置多个所述第一活化催化处理单元和第二活化催化处理单元；所述利用高盐废水处理系统消减生化剩余污泥的方法还设有污水场集水井，所述污水场集水井的入口与第一螺旋分离器的污泥出口连接，用于收集第一活化催化处理单元处理后的结晶和污泥。
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