申请日2019.07.22
公开(公告)日2019.10.22
IPC分类号C02F9/14; C02F11/122; C02F101/30
摘要
本发明涉及表面活性剂废水处理领域，尤其是一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置及方法。本发明通过采用混凝化学沉淀+溶气气浮+三级微电解+Fenton氧化等物化组合工艺，能有效去除废水中的非离子表面活性剂，同时COD也大大的降低，达到了生化池的进水要求;后续UASB厌氧污泥床反应器+水解酸化+好氧接触氧化组合工艺，水体中COD显著降低，达到国家和地方水质排放标准。
权利要求书
1.一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置，其特征在于，所述装置包括依次连通的调节池、加药池、化学沉淀池、气浮反应池、出水池、三级微电解池、Fenton反应池、中和池、上流式厌氧污泥床反应器UASB池、水解酸化池、接触氧化池、生化沉淀池、清水池以及依次相连的污泥浓缩池和脱水机房;其中污泥浓缩池的入口与化学沉淀池、中和池和生化沉淀池的排泥口相连，生化沉淀池通过污泥回流管道与UASB池、水解酸化池相连通;气浮反应池和出水池依次与溶气罐的出水口和进水口相连，三个池子循环连通;气浮反应池顶部安装有废液收集罐;溶气罐还与空压机连接。
2.使用如权利要求所述装置实施高浓度非离子表面活性剂废水处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)对进入调节池的含非离子表面活性剂的废水进行水量与水质调节，出水进入加药池;
(2)在加药池中，投加混凝剂和生石灰，在池中搅拌器的作用下水体与药品搅拌均匀，进行混凝反应，随后被泵抽入化学沉淀池中;
(3)在化学沉淀池中，经过沉淀后，沉淀物与上清液实现分离;
(4)在气浮反应池中，空压机曝气与部分出水池出水在溶气罐中充分混合，混合后的气水混合物从反应池底部释放，使水体中的絮体上浮形成浮渣;除泡器将浮在水面的浮渣及时滗出，收集并回收;
(5)位于气浮反应池的下半部位置的出水口与出水池相连，经过气浮反应后的水体进入出水池中;
(6)出水池的出水一部分与空压机曝气混合，另一部分依次流经投加过铁碳填料的第一、第二、第三微电解池;
(7)在第一、第二、第三微电解池中添加硫酸调节pH，微电解反应充分后水体进入Fenton反应池;
(8)在Fenton反应池中投加硫酸调节进水的pH值，投加H2O2溶液，进行Fenton氧化反应，Fenton反应后的水体进入中和池;
(9)在中和池中，投加氢氧化钠溶液调节pH后泵入UASB池;
(10)中和池中出水通过泵抽送至UASB反应器底部的厌氧污泥床区，废水中的有机物被厌氧微生物分解，随后水体进入水解酸化池;
(11)在水解酸化池中，水解菌和产酸菌将废水中大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物，并改善废水的可生化性，为后续处理创造有利条件;
(12)经过厌氧处理后的水体进入好氧接触氧化池中，打开水下曝气系统，通过投加硫酸或者氢氧化钠溶液调节pH，添加营养盐使填料上的微生物大量繁殖，水体得到净化;
(13)好氧池的出水在生化沉淀池中进行泥水分离，上清液进入清水池达标排放，沉淀中的高活性污泥一部分回流到UASB池和水解酸化池中，另一部分剩余污泥进入污泥浓缩池中;
(14)化学沉淀池、中和池和生化沉淀池中的污泥被污泥泵抽送至污泥浓缩池中，污泥的含水率得到降低后被污泥泵输送至脱水机房;
(15)污泥在脱水机房中经过板框脱水机脱水后生成泥饼，外运。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，调节池通过水泵循环方式搅拌水体来调节水质，控制调节池出水流量为10～20m3/d，COD浓度不超过300000mg/L，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，质量浓度不超过1%;步骤(2)中，混凝剂为聚合硫酸铁PFS和聚丙烯酰胺PAM，药品投加顺序为：先投加30～60kg/千吨水的PFS，之后投加CaO控制pH为8.0～10.0，最后投加PAM，用量为5～20kg/千吨水。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中化学沉淀池停留时间为8.0～12.0h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，溶气罐内压力为0.2～0.5MPa，罐内停留时间为2～5min，气浮反应池的停留时间为1～3h，气液体积比为5:1;步骤(4)中，除泡器将水面的泡沫滗出并收集在废液收集罐中，对其纯度进行检验，浓度高于10g/L的可以直接回收使用，否则回流至调节池中。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)中，添加硫酸溶液调节pH至3.0～4.0，铁碳填料中Fe/C质量比为1:3～1:5，用量为1.0t/吨水，在第一、第二、第三微电解池的停留时间分别为30min、60min、30min;步骤(8)中，添加硫酸溶液调节pH至2.0～4.0，所用双氧水质量分数为20%～35%，用量为质量比COD：H2O2=1:1～2:1，反应时间为0.3～1.5h。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(9)中，氢氧化钠溶液浓度为20%～25%，调节pH为7;步骤(10)中，UASB厌氧反应器的上升流速为0.5～3.0m/h，有利于污泥中的微生物与废水中有机物充分接触，提高去除率。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(12)中，接触氧化池中投加的营养盐为葡萄糖、尿素和/或磷酸氢二钾，使用量根据水体实测的BOD5、氨氮和总磷的值按照质量比BOD5:N:P=100:5:1计算，控制进水温度为20～35℃、pH为6.5～8.5，停留时间为4～8h。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(13)中，高活性污泥浓度为8000～12000mg/L。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(15)中污泥泥饼含水率为40%，可以农用、建材利用或者用于火力发电，实现节能、环保的目的。
说明书
一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及表面活性剂废水处理领域，尤其是一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置及方法。
背景技术
表面活性剂具有较高的表面活性、能够降低溶剂表面张力和改造溶液内部分子组合等特性，使得产品性能和生产工艺得到了改善，因此被广泛应用于工业生产中。其中，非离子表面活性剂被广泛应用于纺织、造纸、食品、化妆品等行业中，但同时市场上的烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂都属于生物难降解物质，进入水体会造成水面起泡，水体自净能力降低，进而使水质变坏。因此对非离子表面活性剂的处理越来越引起人们的重视。
目前表面活性剂废水处理技术主要有微电解技术、生物氧化处理技术、混凝沉淀技术、泡沫分离技术。吸附处理技术等。但是单一的工艺处理效果并不理想，有的工艺还存在后续处理困难的问题。中国专利申请CN1644536A通过网筛粗滤-膜微滤-膜纳滤三级处理达到净水目的，该工艺污染少、处理过程无需添加药剂、操作简便;但是微滤&纳滤单元都需要压力泵提供动力，对膜的机械性能和设备的防渗效果要求较高，造价昂贵。中国专利申请CN104386852A针对高浓度表面活性剂废水，通过酸解-萃取-混凝沉淀的组合工艺处理，COD去除率可达到90%以上;但酸解阶段需要将pH降低至1左右，加药量较多，不适合于大规模的应用，且萃取阶段所用的萃取剂为氯仿，氯仿见光易分解，具有毒性和致癌性，操作储存不便利，可能造成二次污染。中国专利申请CN107935236A通过吸附材料吸附、泡沫浮选去除废水中的表面活性剂;但是吸附材料微粒中的氨基修饰的SiO2、TiO2或有机树脂，制备方式较复杂，并不廉价易得，且吸附后的材料如何处理并未解释，可能引起二次污染。
因此，针对高浓度的含非离子表面活性剂废水，研究一种处理效果好、成本低廉、不会产生二次污染、运行效果稳定的工艺，成为该废水处理领域迫切解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置及方法，能够填补该废水处理领域的空白，达到环保、经济、安全、稳定地处理高浓度非离子表面活性剂的目的。
该工艺通过采用混凝化学沉淀+溶气气浮+三级微电解+Fenton氧化等物化组合工艺，能有效去除废水中的非离子表面活性剂，同时COD也大大的降低，达到了生化池的进水要求;后续UASB厌氧污泥床反应器+水解酸化+好氧接触氧化组合工艺，水体中COD显著降低，达到国家和地方水质排放标准。
本发明提供一种高浓度非离子表面活性剂废水处理装置，包括依次连通的调节池、加药池、化学沉淀池、气浮反应池、出水池、三级微电解池、Fenton反应池、中和池、上流式厌氧污泥床反应器UASB池、水解酸化池、接触氧化池、生化沉淀池、清水池以及依次相连的污泥浓缩池和脱水机房;其中污泥浓缩池的入口与化学沉淀池、中和池和生化沉淀池的排泥口相连，生化沉淀池通过污泥回流管道与UASB池、水解酸化池相连通;气浮反应池和出水池依次与溶气罐的出水口和进水口相连，三个池子循环连通;气浮反应池顶部安装有废液收集罐;溶气罐还与空压机连接。
本发明的工艺流程图如图1所示，具体按下列步骤进行：
(1)对进入调节池的含非离子表面活性剂的废水进行水量与水质调节，出水进入加药池;
(2)在加药池中，投加混凝剂和生石灰，在池中搅拌器的作用下水体与药品搅拌均匀，进行混凝反应，随后被泵抽入化学沉淀池中;
(3)在化学沉淀池中，经过沉淀后，沉淀物与上清液实现分离。
(4)在气浮反应池中，空压机曝气与部分出水池出水在溶气罐中充分混合，混合后的气水混合物从反应池底部释放，使水体中的絮体上浮形成浮渣。除泡器将浮在水面的浮渣及时滗出，收集并回收;
(5)位于气浮反应池的下半部位置的出水口与出水池相连，经过气浮反应后的水体进入出水池中;
(6)出水池的出水一部分与空压机曝气混合，另一部分依次流经投加过铁碳填料的第一、第二、第三微电解池;
(7)在第一、第二、第三微电解池中添加硫酸调节pH，微电解反应充分后水体进入Fenton反应池;
(8)在Fenton反应池中投加硫酸调节进水的pH值，投加H2O2溶液，进行Fenton氧化反应，Fenton反应后的水体进入中和池;
(9)在中和池中，投加氢氧化钠溶液调节pH后泵入UASB池;
(10)中和池中出水通过泵抽送至UASB反应器底部的厌氧污泥床区，废水中的有机物被厌氧微生物分解，随后水体进入水解酸化池;
(11)在水解酸化池中，水解菌和产酸菌将废水中大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物，并改善废水的可生化性，为后续处理创造有利条件;
(12)经过厌氧处理后的水体进入好氧接触氧化池中，打开水下曝气系统，通过投加硫酸或者氢氧化钠溶液调节pH，添加营养盐使填料上的微生物大量繁殖，水体得到净化;
(13)好氧池的出水在生化沉淀池中进行泥水分离，上清液进入清水池达标排放，沉淀中的高活性污泥一部分回流到UASB池和水解酸化池中，另一部分剩余污泥进入污泥浓缩池中。
(14)化学沉淀池、中和池和生化沉淀池中的污泥被污泥泵抽送至污泥浓缩池中，污泥的含水率得到降低后被污泥泵输送至脱水机房。
(15)污泥在脱水机房中经过板框脱水机脱水后生成泥饼，外运。
上述步骤(1)中调节池通过水泵循环方式搅拌水体来调节水质，控制调节池出水流量为10～20m3/d，COD浓度不超过300000mg/L，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚，质量浓度不超过1%。
上述步骤(2)中混凝剂为聚合硫酸铁PFS和聚丙烯酰胺PAM，药品投加顺序为：先投加30～60kg/千吨水的PFS，之后投加CaO控制pH为8.0～10.0，最后投加PAM，用量为5～20kg/千吨水。
上述步骤(3)中化学沉淀池停留时间为8.0～12.0h。
上述步骤(4)中溶气罐内压力为0.2～0.5MPa，罐内停留时间为2～5min，气浮反应池的停留时间为1～3h，气液体积比为5:1。
上述步骤(4)中除泡器将水面的泡沫滗出并收集在废液收集罐中，对其纯度进行检验，浓度高于10g/L的可以直接回收使用，否则回流至调节池中。
上述步骤(7)中添加硫酸溶液调节pH至3.0～4.0，铁碳填料中Fe/C质量比为1:3～1:5，用量为1.0t/吨水，在第一、第二、第三微电解池的停留时间分别为30min、60min、30min。
上述步骤(8)中添加硫酸溶液调节pH至2.0～4.0，所用双氧水质量分数为20%～35%，用量为质量比COD：H2O2=1:1～2:1，反应时间为0.3～1.5h。
上述步骤(9)中氢氧化钠溶液浓度为20%～25%，调节pH为7。
上述步骤(10)UASB厌氧反应器的上升流速为0.5～3.0m/h，有利于污泥中的微生物与废水中有机物充分接触，提高去除率。
上述步骤(12)中接触氧化池中投加的营养盐为葡萄糖、尿素和/或磷酸氢二钾，使用量根据水体实测的BOD5、氨氮和总磷的值按照质量比BOD5:N:P=100:5:1计算，控制进水温度为20～35℃、pH为6.5～8.5，停留时间为4～8h。
上述步骤(13)中高活性污泥浓度为8000～12000mg/L。
上述步骤(15)中污泥泥饼含水率为40%，可以农用、建材利用或者用于火力发电，实现节能、环保的目的。
本发明的优点在于：
(1)采用混凝化学沉淀+溶气气浮+三级微电解+Fenton氧化物化组合工艺，和UASB厌氧污泥床反应器+水解酸化+好氧接触氧化生化组合工艺，不仅非离子表面活性剂得到有效的去除，COD指标也下降到了国家排放标准。
(2)混凝沉淀采用先投加PFS、再用CaO调节pH、最后投加有机絮凝剂PAM的顺序能显著降低表面活性剂浓度。
(3)分别选择不同的pH、停留时间、填料Fe/C进行三级微电解，比单纯一级微电解在去除COD上效果更好，微电解产生的Fe2+在后续的Fenton反应中可以直接利用，减少了FeSO4药品的费用。
(4)本工艺处理后的废水，不用经后续处理可以直接排放，运行效果好，处理规模大，具有实用推广价值。（发明人刘军;徐永亮;肖新新;刘波涛;陈杰;张程）
