申请日2017.03.27
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12; C02F3/10; C02F1/00; C02F9/00; C02F101/30
摘要
本发明提供一种高浓度有机废水净化装置及净化方法，包括壳体、壳体内的套筒体、套筒体内的中心筒体、进水管、出水总管、充气管、回流装置、壳体底部的排泥管，其特点是：壳体内的环形出水管、膜组件、好氧生物填料、好氧填料支撑架、环形曝气管、曝气支管、微孔曝气器、及厌氧生物填料均环绕套筒体周围空间并自上而下设置，膜组件由环形出水管连接，好氧生物填料由好氧填料支撑架支撑，厌氧生物填料由支撑架支撑。曝气支管由环形曝气管连接，微孔曝气器安装在曝气支管上。将多种技术优化组合协同作用进行预处理，净化装置的结构设计合理、紧凑，安装方便，易于管理，节能高效，脱氮除磷效果好，出水水质好，污泥产量少，操作简单，维护方便。
权利要求书
1.一种高浓度有机废水净化装置，包括壳体、壳体内的套筒体、套筒体内的中心筒体、中心筒支撑架、中心筒体内的环状pH调节槽、环形加药管、复合填料、复合填料支撑架、配水器及布气管、壳体内的膜组件、好氧生物填料、好氧填料支撑架、环形曝气管、曝气支管、微孔曝气器、厌氧生物填料及支撑架、壳体上部的进水管、H2O2投加管、NaOH投加管、曝气总管、充气管、出水总管、混合液出管及混合液入管、壳体底部的排泥管及排泥阀，其特征在于，所述的中心筒体上端开口、下端封闭，所述的中心筒体下端设置在所述套筒体内下部的所述中心筒支撑架上，所述的中心筒体内上部设所述环状pH调节槽，所述环状pH调节槽内设置所述环形加药管，所述NaOH投加管由所述壳体上部引入所述环形pH调节槽内并与所述环形加药管相连，所述环形pH调节槽下方中心筒体内中下部设置复合填料，所述复合填料坐落在中心筒体内下部的所述复合填料支撑架上，接有所述H2O2投加管的所述进水管由所述壳体上部引入所述中心筒体内穿过所述复合填料及复合填料支撑架并与其下方的所述配水器相连;所述充气管由所述壳体上部引入所述中心筒体内穿过所述复合填料及复合填料支撑架在所述配水器的下方与所述布气管相连;所述的套筒体上、下端均为开口，所述的套筒体下端设置在所述壳体内下部的支撑架上;所述壳体内的厌氧生物填料环绕在所述套筒体周围由所述支撑架支撑，厌氧生物填料的上方设所述环形曝气管，所述环形曝气管连接所述曝气支管，所述曝气支管上安装微孔曝气器，所述微孔曝气器上方设置好氧填料支撑架，所述好氧生物填料环绕在所述套筒体周围并坐落在所述好氧填料支撑架上，所述曝气总管由所述壳体上部引入壳体内穿过所述好氧生物填料与其下方的所述环形曝气管相连，所述好氧生物填料的上方环绕套筒体周围设置所述膜组件，所述膜组件通过所述环形出水管连接并与出水总管相连后由所述壳体上方引出壳体外。
2.按照权利要求1所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述壳体内下部的支撑架由平行的两根或多根长度与所述壳体内部尺寸相当的钢轨制成，并且所述钢轨的两端均焊接在所述壳体内壁上;所述的复合填料支撑架由开孔的钢板及焊接件组成，且所述开孔的孔径小于复合填料的粒径;所述的好氧填料支撑架由长度与所述套筒体外围空间尺寸相当的角钢制成，所述角钢的两端分别焊接在所述述壳体与所述套筒体上。
3.按照权利要求1或2所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述的环状pH调节槽为向上开口式，且贴近所述中心筒体的一侧为开孔花墙;所述环状pH调节槽内的环形加药管为穿孔式，穿孔方向为环形向心辐射。
4.按照权利要求3所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述中心筒体内的配水器为环状穿孔管式，其开孔方向为双排斜向上45度，且位于所述复合填料的下方;所述中心筒体内的布气管为辐射状上侧开孔的穿孔管，且位于中心筒体的下端。
5.按照权利要求1或2所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述的好氧生物填料为串状组合填料的模块组合，各所述模块为根据好氧生物填料空间分割尺寸制作的立体框架结构，所述立体框架由圆钢制成，各所述串状组合填料上、下两端均由串接的尼龙绳系于所述立体框架的上下端竖直设置，各所述模块排列组合成为好氧生物填料。
6.按照权利要求4所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述的好氧生物填料为串状组合填料的模块组合，各所述模块为根据好氧生物填料空间分割尺寸制作的立体框架结构，所述立体框架由圆钢制成，各所述串状组合填料上、下两端均由串接的尼龙绳系于所述立体框架的上下端竖直设置，各所述模块排列组合成为好氧生物填料。
7.按照权利要求1或2所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述的厌氧生物填料为立体弹性填料与框架组合，所述框架用圆钢按填料空间尺寸制成，所述立体弹性填料由耐腐蚀的尼龙绳将加工有若干微孔的纤维丝段结成立体串，各所述立体串的两端分别系于所述框架的上下层，且间隔排列竖直设置。
8.按照权利要求6所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，所述的厌氧生物填料为立体弹性填料与框架组合，所述框架用圆钢按填料空间尺寸制成，所述立体弹性填料由耐腐蚀的尼龙绳将加工有若干微孔的纤维丝段结成立体串，各所述立体串的两端分别系于所述框架的上下层，且间隔排列竖直设置。
9.按照权利要求8所述的高浓度有机废水净化装置，其特征在于，在所述壳体内与所述套筒体外的环形空间下部设置回流布水器，所述回流布水器由一根环形管与多个均匀布设的辐射状穿孔管组成，与所述回流布水器连接的所述回流入管由套筒体内与中心筒体外围的空间向上引出所述壳体外，并与所述壳体外部的回流泵出口相接，有一回流出管在所述壳体内好氧填料区的上方穿出所述壳体与所述回流泵入口相接。
10.一种利用权利要求1-9任一项所述的高浓度有机废水净化装置的净化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)酸性高浓度有机废水经外部的进水泵加压提升与H2O2投加管投加的H2O2溶液一起通过进水管进入壳体内中心筒体下部的配水器，经过配水器均匀配水，从复合填料的下端向上流动;同时，充气管将空气送入中心筒体底部经布气管均匀布气后，也从复合填料的下端向上流动，在此区域，一方面，通过复合填料中的铁碳微电池作用，将水中的有毒物质还原成毒性小或无毒性物质，将某些不饱和基团的双键打开，将部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物;另一方面，H2O2与Fe2+形成的Fenton氧化作用，使废水中大量有机物的结构发生碳链断裂，废水中的COD及色度大幅度降低，而废水的可生化性得到提高;
(2)流经复合填料的废水继续上行溢流进入中心筒体上部的环状pH调节槽内，另外，外部的NaOH加药设备将NaOH溶液通过NaOH投加管由环形加药管加入环状pH调节槽内，废水与NaOH溶液发生中和反应使pH升至8-8.5，然后，经过环状pH调节槽贴中心筒体一侧的开孔花墙流出并沿中心筒体外部与套筒体内侧之间的环形空间自上而下流入套筒体内中心筒支撑架下部的空间，期间生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体絮凝剂能大量吸附污水中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子，同时，水中含有的磷酸根会与铁离子产生沉淀而实现化学除磷;
(3)废水继续下行进入壳体内下部，污泥靠重力沉降至锥底，清液则从厌氧生物填料的下端向上进入壳体内套筒体外围空间，自下而上依次经过厌氧生物填料和好氧生物填料区域，废水经厌氧生物填料上水解菌、酸化菌的水解酸化作用及好氧生物填料上好氧微生物的生物氧化及生物絮凝作用，对有机物进行高效降解，好氧处理后的水向上流动，通过上部的膜组件由外部的负压出水泵控制进行抽滤得到出水;
(4)好氧生物填料区产生的污泥靠重力沉至厌氧生物填料区，同时，外部的回流泵从壳体内好氧生物填料的上部由回流出管抽出混合液经回流入管进入支撑架下方的回流布水器，经回流布水器均匀布水后送至厌氧生物填料区，完成混合液的回流;
(5)与外部供气设备相连的曝气总管经环形曝气管连接曝气支管再经曝气支管上方安装的微孔曝气器为好氧生物填料区域的微生物提供充足的氧，厌氧生物填料区域产生的生化污泥及套筒体内产生的化学污泥靠重力向下落入壳体内支撑架的下部，共沉至壳体的圆锥形部，由底部圆锥形尖端设置的排泥管经排泥阀控制定时排出壳体外。
说明书
高浓度有机废水净化装置及净化方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体说是一种高浓度有机废水净化装置及净化方法。
背景技术
高浓度有机废水主要来自农药、制药、制革、化工等工业企业，其产生量虽不大，但具有污染物成分复杂、高COD、高盐、高N、高P、高色度、可生化性差、甚至高生物毒性等特点，因此，一直是废水处理的难点及重点。
目前，对于该类废水采用单一的处理技术或常规的二级处理技术是难以达标的，因此，对该类废水的处理技术多为预处理、生化处理(或生化+物化)、深度处理的多种技术及多级处理的联合处理工艺。预处理的目的是去除对微生物毒害性强的物质，提高可生化性，工程中应用的主要包括：催化氧化、微电解等;生化处理主要包括：活性污泥法与生物膜法;深度处理的目的是，进一步去除微生物难以降解的物质，提高出水水质使其达标，工程中应用的主要包括：混凝沉淀、过滤、臭氧氧化及多种技术联合等。多种技术多级处理的联合处理结果虽然可能达到要求，但存在工艺流程长、占地面积大、处理效率低、污泥产量大、投资大、运行成本高、操作维护工作量大、对操作人员要求高等缺点。
因此，优质高效的高浓度有机废水净化技术装置研制成为热点。
发明内容
本发明是为解决现有处理技术及工艺存在上述的问题，提供一种高浓度有机废水净化装置，将多种技术优化组合协同作用，净化装置的结构设计合理、紧凑，节能高效，脱氮除磷效果好，出水水质好，污泥产量少，操作简单，维护方便;还提供一种高浓度有机废水净化装置的净化方法，其工艺流程较短，出水水质好，运行成本低。
本发明的目的是采用如下技术方案实现的：一种高浓度有机废水净化装置，包括壳体、壳体内的套筒体、套筒体内的中心筒体、中心筒支撑架、中心筒体内的环状pH调节槽、环形加药管、复合填料、复合填料支撑架、配水器及布气管、壳体内的膜组件、好氧生物填料、好氧填料支撑架、环形曝气管、曝气支管、微孔曝气器、厌氧生物填料及支撑架、壳体上部的进水管、H2O2投加管、NaOH投加管、曝气总管、充气管、出水总管、混合液出管及混合液入管、壳体底部的排泥管及排泥阀，其特征在于，所述的中心筒体上端开口、下端封闭，所述的中心筒体下端设置在所述套筒体内下部的所述中心筒支撑架上，所述的中心筒体内上部设所述环状pH调节槽，所述环状pH调节槽内设置所述环形加药管，所述NaOH投加管由所述壳体上部引入所述环形pH调节槽内并与所述环形加药管相连，所述环形pH调节槽下方中心筒体内中下部设置复合填料，所述复合填料坐落在中心筒体内下部的所述复合填料支撑架上，接有所述H2O2投加管的所述进水管由所述壳体上部引入所述中心筒体内穿过所述复合填料及复合填料支撑架并与其下方的所述配水器相连;所述充气管由所述壳体上部引入所述中心筒体内穿过所述复合填料及复合填料支撑架在所述配水器的下方与所述布气管相连;所述的套筒体上、下端均为开口，所述的套筒体下端设置在所述壳体内下部的支撑架上;所述壳体内的厌氧生物填料环绕在所述套筒体周围由所述支撑架支撑，厌氧生物填料的上方设所述环形曝气管，所述环形曝气管连接所述曝气支管，所述曝气支管上安装微孔曝气器，所述微孔曝气器上方设置好氧填料支撑架，所述好氧生物填料环绕在所述套筒体周围并坐落在所述好氧填料支撑架上，所述曝气总管由所述壳体上部引入壳体内穿过所述好氧生物填料与其下方的所述环形曝气管相连，所述好氧生物填料的上方环绕套筒体周围设置所述膜组件，所述膜组件通过所述环形出水管连接并与出水总管相连后由所述壳体上方引出壳体外。
对上述技术方案的改进：所述壳体内下部的支撑架由平行的两根或多根长度与所述壳体内部尺寸相当的钢轨制成，并且所述钢轨的两端均焊接在所述壳体内壁上;所述的复合填料支撑架由开孔的钢板及焊接件组成，且所述开孔的孔径小于复合填料的粒径;所述的好氧填料支撑架由长度与所述套筒体外围空间尺寸相当的角钢制成，所述角钢的两端分别焊接在所述述壳体与所述套筒体上。
对上述技术方案的进一步改进：所述的环状pH调节槽为向上开口式，且贴近所述中心筒体的一侧为开孔花墙;所述环状pH调节槽内的环形加药管为穿孔式，穿孔方向为环形向内辐射。
对上述技术方案的进一步改进：所述中心筒体内的配水器为环状穿孔管式，其开孔方向为双排斜向上45度，且位于所述复合填料的下方;所述中心筒体内的布气管为辐射状上侧开孔的穿孔管，且位于中心筒体的下端。
对上述技术方案的进一步改进：所述的好氧生物填料为串状组合填料的模块组合，各所述模块为根据好氧生物填料空间分割尺寸制作的立体框架结构，所述立体框架由圆钢制成，各所述串状组合填料上、下两端均由串接的尼龙绳系于所述立体框架的上下端竖直设置，各所述模块排列组合成为好氧生物填料。
对上述技术方案的进一步改进：所述的厌氧生物填料为立体弹性填料与框架组合，所述框架用圆钢按填料空间尺寸制成，所述立体弹性填料由耐腐蚀的尼龙绳将加工有若干微孔的纤维丝段结成立体串，各所述立体串的两端分别系于所述框架的上下层，且间隔排列竖直设置。
对上述技术方案的进一步改进：在所述壳体内与所述套筒体外的环形空间下部设置回流布水器，所述回流布水器由一根环形管与多个均匀布设的辐射状穿孔管组成，与所述回流布水器连接的所述回流入管由套筒体内与中心筒体外围的空间向上引出所述壳体外，并与所述壳体外部的回流泵出口相接，有一回流出管在所述壳体内好氧填料区的上方穿出所述壳体与所述回流泵入口相接。
一种利用上述高浓度有机废水净化装置的净化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)酸性高浓度有机废水经外部的进水泵加压提升与H2O2投加管投加的H2O2溶液一起通过进水管进入壳体内中心筒体下部的配水器，经过配水器均匀配水，从复合填料的下端向上流动;同时，充气管将空气送入中心筒体底部经布气管均匀布气后，也从复合填料的下端向上流动，在此区域，一方面，通过复合填料中的铁碳微电池作用，将水中的有毒物质还原成毒性小或无毒性物质，将某些不饱和基团的双键打开，将部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物;另一方面，H2O2与Fe2+形成的Fenton氧化作用，使废水中大量有机物的结构发生碳链断裂，废水中的COD及色度大幅度降低，而废水的可生化性得到提高;
(2)流经复合填料的废水继续上行溢流进入中心筒体上部的环状pH调节槽内，另外，外部的NaOH加药设备将NaOH溶液通过NaOH投加管由环形加药管加入环状pH调节槽内，废水与NaOH溶液发生中和反应使pH升至8-8.5，然后，经过环状pH调节槽贴中心筒体一侧的开孔花墙流出并沿中心筒体外部与套筒体内侧之间的环形空间自上而下流入套筒体内中心筒支撑架下部的空间，期间生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体絮凝剂能大量吸附污水中分散的微小颗粒、金属粒子及有机大分子，同时，水中含有的磷酸根会与铁离子产生沉淀而实现化学除磷;
(3)废水继续下行进入壳体内下部，污泥靠重力沉降至锥底，清液则从厌氧生物填料的下端向上进入壳体内套筒体外围空间，自下而上依次经过厌氧生物填料和好氧生物填料区域，废水经厌氧生物填料上水解菌、酸化菌的水解酸化作用及好氧生物填料上好氧微生物的生物氧化及生物絮凝作用，对有机物进行高效降解，好氧处理后的水向上流动，通过上部的膜组件由外部的负压出水泵控制进行抽滤得到出水;
(4)好氧生物填料区产生的污泥靠重力沉至厌氧生物填料区，同时，外部的回流泵从壳体内好氧生物填料的上部由回流出管抽出混合液经回流入管进入支撑架下方的回流布水器，经回流布水器均匀布水后与送至厌氧生物填料区，完成混合液的回流;
(5)与外部供气设备相连的曝气总管经环形曝气管连接曝气支管再经曝气支管上方安装的微孔曝气器为好氧生物填料区域的微生物提供充足的氧，厌氧生物填料区域产生的生化污泥及套筒体内产生的化学污泥靠重力向下落入壳体内支撑架的下部，共沉至壳体的圆锥形部，由底部圆锥形尖端设置的排泥管经排泥阀控制定时排出壳体外。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：
本发明高浓度有机废水净化装置通过微电解+Fenton氧化+生物膜处理技术与膜分离技术的有机结合、科学合理的结构设计、化学污泥与生化污泥的共沉等，因而具有如下优点：
1、填料不堵塞：中心筒体内采用铁、碳经高温磁化构架、微孔活化技术制成球形的复合填料，密度低、重量小，在设置的水流与气流的冲吹下，填料不易堵塞，无需更换，只需添充;厌氧生物填料采用立体弹性填料，空间利用率高，使用寿命长，不易堵塞。
2、处理效率高，出水水质好：
(1)复合填料采用经高温磁化构架、微孔活化技术制成，铁碳分布均匀，比表面积大，反应活性强，表面Zeta电位高，能大幅度降低污染物开环、断链及降解反应的活化能，提高反应速率和净化效率。
(2)中心筒体内通过复合填料、投加的H2O2以及充气，形成微电解、H2O2氧化、催化氧化以及Fenton氧化的协同作用，相互促进，共同破解大分子、生物毒性强或难以生物降解物质的结构，使有机物的浓度及生物毒性大幅度降低，废水的可生化性大幅度增强。通过投加NaOH，在调节pH的同时产生的铁质污泥具有吸附凝聚作用，可进一步吸附裹挟去除水中的大分子及细小物质，可实现化学除磷。另外，通过pH调节槽出水的花墙设计及中心筒外设套筒，可保证氢氧化钠与废水的充分混合及絮凝沉淀效果。上述多重作用的结果使进入后续生化处理的污染物负荷减轻，为后续生化处理奠定了良好基础
(3)外围为生物膜处理与膜分离技术的结合，由厌氧生物填料、好氧生物填料、曝气装置及膜组件组成，厌氧生物填料采用比表面积大、阻力小的立体弹性填料，好氧生物填料采用比表面积大的组合填料，两种生物填料上栖息的生物量远大于活性污泥法，克服了活性污泥法易流失、膨胀等问题，因而处理效率高，另外，废水中剩余的新鲜态铁离子可参与生物酶体系的电子转移反应，促进生化反应，提高生化反应速率。通过下部厌氧生物填料上生物膜的厌氧水解酸化作用及上部生物填料上生物膜的好氧降解作用共同去除有机物，同时，通过混合液的回流可实现生物脱氮除磷。通过膜组件的分离，可得到高质量的出水。
缘于上述因素使本发明的处理效率高，出水水质好。
3、生化污泥自回流，污泥产量少，含水率低：外围采用生物膜法本身产生的污泥量就少，加上采用下部厌氧水解酸化处理及上部好氧处理结构设计，好氧污泥靠重力全部自回流至厌氧段，参与生物反硝化过程，也使生化污泥产量减少，另外，由于生化污泥与化学污泥的共沉，化学污泥中的铁盐可增强生化污泥的密实程度，污泥含水率低，污泥体积缩小，故污泥产量少。
4、脱氮除磷效果好：一方面，溶液中的铁离子可与PO42-形成沉淀，此为化学除磷;另一方面，在外围采用下部厌氧水解酸化处理及上部好氧处理结构设计，好氧污泥靠重力全部回流至厌氧段，同时，设混合液回流装置，由混合液回流泵将好氧填料上端的混合液回流至厌氧填料的下端，而实现生物脱氮除磷。因此，脱氮除磷效果好。
5、安装、维护方便：好氧生物填料及厌氧生物填料采用模块框架组合，安、拆灵活，便于维护。
6、适用范围广：可广泛用于化工、制药、农药等有机物复杂、高浓度、高色度、高毒性的工业废水处理。
7、投资省，占地面积小，可实现自动化控制，易于管理。
8、净化方法工艺流程较短，节约能耗，运行成本低，出水水质好。
