CN1803675A - 工业废水深度处理及回用的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业废水深度处理及回用的方法和装置，二级生化处理后的出水先进行高效好氧循环生物膨胀床水处理，以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，从反应塔底部设有布水器进入反应器，利用反应器的布气装置，利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体表面的微生物对进水生化处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，进入滤池或压力滤池除去水中悬浮物，压力滤池出水达到深度处理要求。本发明的工艺按照水质优化原则，根据不同的回用目的和水质要求选择不同处理技术装置的有效组合。装置包括循环生物膨胀床、压力滤池和膜分理系统。进一步采用膜分离系统，可以满足不同回用水质的要求。
Description
技术领域
本发明涉及工业节水和回用领域，更进一步说是一种工业废水深度处理及回用工艺和装置的方法。
技术背景
随着我国城市化和工业化进程的发展，工业用水量和排水量逐年增长，水资源日益短缺。在我国城市用水中，工业用水占了相当大的比重，但是我国工业用水效率和重复利用率低下，水资源浪费严重，因此强化工业废水再生回用，提高水资源的利用效率和效益，实施节水战略，已经成为缓解我国水资源的供需矛盾、实现经济和社会的可持续发展的有效途径。
工业废水的再生利用，开辟了非传统水源，实现污水资源化。不仅能减轻江河、湖泊污染，保护水资源不受破坏，还可以减少水处理费用。工业废水的再生回用是一项系统工程，它包括收集系统、再生系统、输配水系统、用水技术和监测系统等，其中再生系统是其关键。通常需要将多种水处理方法结合起来对其进行深度处理，将常规处理工艺不能有效去除的污染物加以去除，以提高和保证出水水质，因此深度处理在工业废水再生过程中发挥着举足轻重的作用。
通常按照污水回用的目的，确定回用水的水质标准和处理技术。水处理技术按其作用机理大致可以分为以下几种：①物理法，主要包括筛除、沉砂、均和调节、沉淀、澄清、过滤和离心分离等方法；②化学法，主要包括中和、化学沉淀、氧化还原、电解以及消毒等方法；③物理化学法，主要包括混凝、气浮、吸附、离子交换和膜分离等方法；④生物处理法，主要包括活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法和污水自然净化处理等。通常污水回用技术需要多种工艺的合理组合，在回用水的处理工艺的选择上要考虑原水的性质和回用的目标以及当地的经济条件等。
工业废水经过前段的二级生化处理后，废水中残留的有机物大都为难生物降解的有毒有害物质，排入到天然水体中去，会给环境带来潜在危害，甚至影响到人们的生命健康，因此采用深度处理技术不仅为废水的回用创造了条件，也能满足更高的环境标准要求。二级生化处理后的废水即处理COD在100左右到300的废水时(包括所称的中水)，虽然这部分COD值低的水可以符合排放标准，但仍难以满足水的各级回用要求，以普通的好氧或厌氧生物处理方法难以进一步降低COD，而进行精细的过滤或化学处理成本又高，为止，必须要有新的方法和技术出现。深度处理的技术应根据不同的水质要求，进行相应的选择。不同类型的工业废水，其处理回用的技术方法会有很大的差别。因此有必要对不同行业废水再生回用技术分别进行开发与研究，保证废水回用技术经济可行、技术合理、运行稳定。
发明内容
本发明的目的是：选择工业废水的深度处理和回用工艺时，必须以不同工艺单元的有效组合或不同处理技术的集成，扬长避短，使水质达到回用的要求。本发明一方面提出不同深度处理方法和技术的集成，提出一种高效好氧循环生物膨胀床水处理方法及反应器，本发明目的还在于将传统工艺与新技术相结合进行工艺改进和优化，使工艺和技术更加成熟，这样既可提高处理效果，又可降低处理成本。
本发明的解决方案是：按照水质优化原则，根据不同的回用目的和水质要求选择不同处理技术装置的有效组合。该工艺包括循环生物膨胀床(CycleExpanded Bio-bed)、压力滤池和膜分理系统。二级生化出水经过循环生物膨胀床(Cycle Expanded Bio-bed)和压力滤池处理后，即可达到深度处理要求；进一步采用膜分离系统，可以满足不同回用水质的要求。二级生化处理后的出水从循环生物膨胀床底部进入，在循环生物膨胀床内进行生化反应，除去部分低浓度有机物和氨氮等无机物后从顶部流出，进入压力滤池除去水中悬浮物，压力滤池出水可以达到深度处理要求。进一步采用合适的膜分离系统，可以满足不同回用水质的要求。
工业废水深度处理及回用的方法，二级生化处理后的出水先进行高效好氧循环生物膨胀床水处理，以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，从反应塔底部设有布水器进入反应器，利用反应器的布气装置，利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体表面的微生物对进水生化处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜；除去部分低浓度有机物和氨氮等无机物后从顶部流出，进入滤池或压力滤池除去水中悬浮物，滤池或压力滤池出水达到深度处理要求。
处理后的出水水质再进行深度处理，以混凝或膜分离系统进行处理。
膜分离系统处理时根据回用水的目的选择适当孔径的膜，膜分离系统为固定化装置，膜分离系统分别采用微滤(MF)、超滤膜(UF)、钠滤膜(NF)和反渗透(RO)系统或其组合工艺。
在所述的生物塔反应器内控制空气提升或曝气压力，控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀状态。在所述的生物塔反应器内控制出水循环的回流控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀床状态；出水循环回流比为50％~300％。轻质生物颗粒载体在池内的膨胀率为5％~10％。
所述的生物陶粒表面布满生物膜。在所述的生物塔反应器内控制空气提升或好氧生物反应塔内水力流速，控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀状态。
在所述的生物塔反应器内控制出水循环的回流控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀床状态；出水循环回流比为50％~300％。轻质生物颗粒载体在池内的膨胀率为5％~10％。
通过提高反应塔内的布气装置使反应塔内的底部水进行缺氧处理，而上部水进行好氧处理。
工业废水深度处理及回用装置，是对二次生化处理废水处理的好氧循环生物膨胀床反应器及后级的压力池，底部设有布水器，反应器还设有布气装置，反应器底部为进水区，中部为生物反应区、上部为沉淀区；上部还设有三相分离器，顶部设有出水口或出水堰，中间为好氧床单元，其特征在于：还设有出水循环单元和好氧床单元，所述出水循环单元包括出水集水池、循环泵，部分出水还可以通过回流装置回到反应器的进水区，所述的好氧床单元包括轻质生物颗粒载体，通过控制生物反应器内液流上升速度使轻质生物颗粒载体达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
高效好氧循环生物膨胀床的轻质生物颗粒载体为活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁环、玻璃珠或多孔球、或者是土粒。如分子筛、凹凸棒土、硅藻土等具有负载功能的土粒。
所述生物膨胀床高度为2~4m，膨胀率为5％~10％。
所述的好氧床单元包括轻质生物陶粒床，所述的生物粒径为0.5~5mm，相对密度(视密度)为0.9~0.95，陶粒表面布满生物膜。反应塔内的布气装置的位置在反应塔内的底部或底部之上部的位置，可以抬高到距底部800-1500mm。
本发明一种工业废水深度处理及回用工艺和装置处理后的出水水质先满足杂质水使用水质要求，再满足冷却水或循环冷却水水质要求，最好满足回用水质要求较高的锅炉补充水以及生产工艺用水。
循环生物膨胀床采用钢制或玻璃钢结构装置，循环生物膨胀床内载体装填高度2~3m，膨胀率约5％~10％，水力负荷5~15m3/(m2·h)，气水比2~10∶1。循环生物膨胀床内载体采用陶粒，陶粒粒径0.5~5mm，相对密度0.9~0.95。
压力滤池采用钢制或玻璃钢结构装置，滤层高1.5~2.0m，滤料粒径0.2~2mm。压力滤池设有进水、反冲洗系统。
根据回用水的目的选择适当孔径的膜，膜分离系统为固定化装置，膜分离系统可分别采用微滤(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透(RO)系统或其组合工艺。本发明可以先满足杂质水使用水质要求，再满足冷却水或循环冷却水水质要求，最好满足回用水质要求较高的锅炉补充水以及生产工艺用水。进一步采用合适的膜分离系统，可以满足不同回用水质的要求。
本发明的特点：对于不同类型的工业废水的深度处理和回用技术按照深度处理和回用的目的，分别进行开发与研究，保证废水深度处理和回用技术经济可行、技术合理、运行稳定。本发明的工艺和技术做到设备化、标准化、集成化。
附图说明
图1：本发明一种工业废水深度处理及回用工艺流程和装置，主要包括：循环生物膨胀床(Cycle Expanded Bio-bed)(1)、压力滤池(2)和膜分理系统(3)。
图2本发明炼油废水回用于循环水的处理工艺流程
图3本发明炼油废水回用于锅炉补给水的处理工艺流程
图4本发明印染废水回用于生产补给水的处理工艺流程
图5本发明造纸废水回用于生产补给水的处理工艺流程
具体实施方式
本发明通过如下方法实现：首先根据不同工业废水水质特点，启动循环生物膨胀床(Cycle Expanded Bio-bed)，在反应器启动时，接种处理相应废水的微生物菌剂或污泥，从反应器底部进水，污染物主要在好氧生物床区发生生物降解反应，然后在沉淀区进行固、液、气的分离，好氧污泥重新沉降回到反应区。循环生物膨胀床的部分出水还可以通过回流装置回到反应器的进水区，可根据需要调节回流比。
压力滤池去除循环生物膨胀床出水中的悬浮物，降低出水浊度。必要时可以投加部分絮凝剂，絮凝剂采用聚合铁或聚合铝，投加量为20~100mg/L。
膜分离系统根据回用水水质的要求选择合适孔径的膜。回用水水质只对有机物和浊度要求时，可以选择超滤膜(UF)分离系统；回用水水质对盐度有部分要求时，可以选择钠滤膜(NF)分离系统；回用水水质要求很高，对无机盐(TDS)要求较高时，可以选择反渗透滤膜(RO)分离系统。
实例1：炼油废水水质成分很复杂，除含有油、氨氮、硫、酚、氰外，还含有苯、酮、醚、有机磷、金属盐类等，而且有机物浓度高，多为有毒有害物质，较难处理。经过二级处理后，COD仍在80~100mg/L左右，悬浮物在20~30mg/L左右，总硬度在200~300mg/L左右，浊度也较高，必须经过一系列的深度处理，方可回用。工艺见图2，处理后水质指标见表1。
二级生化排放水经循环生物膨胀床、压力砂滤系统和NF系统处理后，COD、氨氮、SS、硫化物、酚、浊度、总铁等指标均达到循环水补水水质，可以回用于循环水系统。从数据还可以看出，NF膜不仅对COD的去除率较高，而且对盐类也有较高的去除率。
实例2：炼油废水的二级生化排放水经循环生物膨胀床、压力砂滤系统和UF和RO系统处理后回用于锅炉补给水，工艺见图3，处理后水质指标见表2。二级排放水经UF超滤和RO反渗透系统处理后，各种污染物指标和盐类指标都降至微量，脱盐效果明显。但电导率指标和二氧化硅指标有时偏高，不适于作为除盐水，还需通过阴、阳离子交换器进一步除盐。
实例3.印染废水的二级生化出水经循环生物膨胀床、压力砂滤系统和RO系统处理后回用于生产补给水，工艺见图4，处理后水质指标见表3。
表3印染废水回用于生产补给水的处理工艺水质指标
| 测定项目 | COD(mg/L) | 浊度(NTU) | 电导率(μS/cm4) | 色度(倍) | 总硬度(mg/L) | TE(mg/L) | TDS(mg/L) | SS(mg/L) |
| 进水 | 112 | 32.8 | 4670 | 65 | 0.31 | 3550 | 25 | |
| 循环生物膨胀床出水 | 41.5 | 7.6 | 35 | 15 | ||||
| 压力滤池出水 | 17.8 | 1.1 | 15 | 58.9 | 0.28 | 4 | ||
| RO出水 | 3 | 0 | 25 | 0 | 3.7 | 0.045 | 8 | 0 |
实例4.造纸废水的二级生化出水经循环生物膨胀床、压力砂滤系统和UF系统处理后回用于生产补给水，工艺见图5，处理后水质指标见表4。
表4造纸废水回用于生产补给水的处理工艺水质指标
| 测定项目 | COD(mg/L) | 浊度(NTU) | 色度(倍) | SS(mg/L) |
| 进水 | 150 | 35.8 | 70 | 33 |
| 循环生物膨胀床出水 | 88.5 | 7.6 | 35 | 15 |
| 压力滤池出水 | 37.8 | 1.1 | 15 | 4 |
| UF出水 | 12 | 0 | 2 | 0 |
表1炼油废水回用于循环水的处理工艺水质指标
| COD(mg/L) | NH3-N(mg/L) | SS(mg/L) | S2-(mg/L) | 酚(mg/L) | 浊度(NTU) | Cl-(mg/L) | SO4 2-(mg/L) | Ca2+(mg/L) | 总硬度(mg/L) | TFe(mg/L) | 电导率(μS/cm-1) | 细菌(个/mL) | |
| 进水 | 121 | 3.1 | 20 | 0.4 | 1.05 | 4.5 | 157.4 | 187 | 181.4 | 227.8 | 0.41 | 1425 | 2.6×106 |
| NF出水 | 3.8 | 1.1 | 0 | 0.03 | 0.015 | 0.19 | 138.5 | 31.2 | 71.8 | 81.5 | 0.04 | 685 | 2.6×104 |
表2炼油废水回用于锅炉补给水的处理工艺水质指标
| COD(mg/L) | NH3-N(mg/L) | SS(mg/L) | pH(mg/L) | Cl-(mg/L) | THC(mg/L) | TAC(mg/L) | Mg2+(mg/L) | TDS(mg/L) | TFe(mg/L) | SiO2(mg/L) | 电导率(μS/cm-1) | |
| 进水 | 131 | 3.9 | 15 | 7.15 | 127 | 91.5 | 151 | 26 | 781 | 0.251 | 1511 | |
| UF出水 | 124 | 1.7 | 1.9 | 7.28 | ||||||||
| RO出水 | 2.1 | 0 | 0 | 6.13 | 0 | 0 | 3 | 0 | 6 | 0.047 | 14 |
Claims (10)
1、工业废水深度处理及回用的方法，其特征是：二级生化处理后的出水先进行高效好氧循环生物膨胀床水处理，以好氧生物反应塔为主体的生物反应进行水处理，从反应塔底部设有布水器进入反应器，利用反应器的布气装置，利用好氧床单元的轻质生物颗粒载体表面的微生物对进水生化处理，通过控制生物反应塔内液流上升速度达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜；除去部分低浓度有机物和氨氮等无机物后从顶部流出，进入滤池或压力滤池除去水中悬浮物，滤池或压力滤池出水达到深度处理要求。
2、由权利要求1所述的工业废水深度处理及回用的方法，其特征是：处理后的出水水质再进行深度处理，以混凝或膜分离系统进行处理。
3、由权利要求2所述的工业废水深度处理及回用的方法，其特征是膜分离系统处理时根据回用水的目的选择适当孔径的膜，膜分离系统为固定化装置，膜分离系统分别采用微滤(MF)、超滤膜(UF)、钠滤膜(NF)和反渗透(RO)系统或其组合工艺。
4、由权利要求1所述的工业废水深度处理及回用的方法，其特征是在所述的生物塔反应器内控制空气提升或曝气压力，控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀状态。在所述的生物塔反应器内控制出水循环的回流控制轻质生物颗粒载体在池内的膨胀床状态；出水循环回流比为50％~300％。轻质生物颗粒载体在池内的膨胀率为5％~10％。
5、由权利要求1所述的工业废水深度处理及回用的方法，其特征是通过提高反应塔内的布气装置使反应塔内的底部水进行缺氧处理，而上部水进行好氧处理。
6、工业废水深度处理及回用装置，是对二次生化处理废水处理的好氧循环生物膨胀床反应器及后级的压力池，底部设有布水器，反应器还设有布气装置，反应器底部为进水区，中部为生物反应区、上部为沉淀区；上部还设有三相分离器，顶部设有出水口或出水堰，中间为好氧床单元，其特征在于：还设有出水循环单元和好氧床单元，所述出水循环单元包括出水集水池、循环泵，部分出水还可以通过回流装置回到反应器的进水区，所述的好氧床单元包括轻质生物颗粒载体，通过控制生物反应器内液流上升速度使轻质生物颗粒载体达到需要的膨胀状态，所述的生物陶粒表面布满生物膜。
7、由权利要求6所述的工业废水深度处理及回用装置，其特征是循环生物膨胀床内载体装填高度2~4m，膨胀率约5％~10％，水力负荷5~15m3/(m2·h)，气水比2~10∶1。
8、由权利要求6所述的工业废水深度处理及回用装置，其特征是循环生物膨胀床内载体采用陶粒，陶粒粒径0.5~5mm，相对密度0.9~0.95。
9、由权利要求6所述的工业废水深度处理及回用装置，其特征是所述压力滤池采用钢制或玻璃钢结构装置，滤层高1.5~2.0m，设有的滤料粒径0.2~2mm。压力滤池设有进水、反冲洗系统以及必要时的絮凝剂投加系统。
10、由权利要求9所述的工业废水深度处理及回用装置，其特征是反应塔内的布气装置的位置在反应塔内的底部或底部之上部的位置，抬高到距底部800-1500mm。
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