申请日2015.11.16
公开(公告)日2016.01.13
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种化工废水生化尾水深度处理的系统及方法，属于废水处理技术领域。本发明包括物化处理系统和生化系统，物化处理系统中配水池、混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器、缓冲池依次相连，生化处理系统包括生物活性炭滤池、排水池、污泥浓缩池。本发明中，废水经调节pH值后依次经过混凝、沉淀、臭氧氧化、生物滤池处理后出水;其中，部分污泥可作为催化剂回收利用。采用高锰酸钾、铝盐作为预氧化剂和混凝剂，反应生成的二氧化锰作为氧化剂、吸附剂、催化剂及反应的晶核进一步降解有机物，改善污泥沉降性能。经本发明的方法处理，出水完全能够达到污水处理厂排放一级A标准。
权利要求书
1.一种化工废水生化尾水深度处理的系统，其特征在于：包括物化处理系统和生化处理系统，所述的物化处理系统主要包括配水池、混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器、臭氧尾气吸收装置、缓冲池;所述的配水池、混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器、缓冲池通过泵和管道依次相连，所述的臭氧尾气吸收装置通过管道与臭氧氧化反应器相连;所述的生化处理系统主要包括生物活性炭滤池、排水池、污泥浓缩池，所述的生物活性炭滤池和排水池通过泵和管道依次相连，所述的污泥浓缩池通过管道分别和混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器相连。
2.根据权利要求1所述的一种化工废水生化尾水深度处理的系统，其特征在于：所述的物化处理系统中混凝反应池分为2格;所述的物化处理系统中沉淀池底部设有三根污泥管，沉淀池第一污泥管接入到配水池进水口处，沉淀池第二污泥管接入到臭氧氧化反应器进水端，沉淀池第三污泥管与污泥浓缩池相连，沉淀池出水管与臭氧氧化反应器的进水端相连;所述的物化处理系统中臭氧氧化反应器为流化床形式，臭氧氧化反应器出水口通过管道与缓冲池进水管相连;所述的物化处理系统中缓冲池底部设有空气输送管，缓冲池出水口通过管道与生物滤池进水端相连;所述的生化处理系统中生物活性炭滤池设有空气输送管、反冲洗管、进水管、排水管;所述的空气输送管与鼓风机、生物活性炭滤池通过管道相连，所述的反冲洗管一端通过管道与生物活性炭滤池相连，另一端通过泵和管道与排水池出水口依次相连，所述的排水管与排水池通过管道相连。
3.一种化工废水生化尾水深度处理的方法，采用权利要求1和权利要求2所述的一种化工废水生化尾水深度处理的系统，主要采取如下步骤：
步骤一、待处理的生化尾水首先进入配水池，经调节pH值至一定的pH值范围后，通过提升泵打入到混凝反应池第一格;
步骤二、向混凝反应池第一格内投加高锰酸钾进行反应;反应后生化尾水流入混凝反应池第二格，生化尾水流入时投加铝盐混凝剂，进行混凝反应，反应后泥水混合液进入到沉淀池;
步骤三、沉淀池中的一部分污泥通过泵、沉淀池第一污泥管回流到配水池，一部分污泥通过泵、沉淀池第二污泥管进入到臭氧氧化反应器，剩余的污泥通过泵、沉淀池第三污泥管进入到污泥浓缩池;
步骤四、沉淀池出水经过沉淀池出水管进入臭氧氧化反应器内进行臭氧氧化反应，经过臭氧氧化反应后的污泥通过臭氧氧化反应器排泥管进入到污泥浓缩池;
步骤五、臭氧氧化反应后的生化尾水依次经缓冲池、生物活性炭滤池、排水池进行进一步处理，然后达标的生化尾水直接排放。
4.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤一中，所述的待处理的生化尾水COD不超过150mg/L，所述的pH值范围为7-10。
5.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤二中，所述的混凝反应池为2格，即混凝反应池第一格和混凝反应池第二格;在混凝反应池第一格、混凝反应池第二格中，进行反应所需的搅拌速度分别为200r/min，50r/min，水力停留时间依次为30min、5min。
6.根据权利要求3和权利要求5所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤二中，所述的高锰酸钾、铝盐混凝剂投加点分别位于混凝反应池第一格和混凝反应池第二格，投加量分别为(投加量(质量)/废水(体积)比)。
7.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤二中，生化尾水在所述的沉淀池水力停留时间为3h，所述的沉淀池中回流至混凝反应池中的污泥的量为进入沉淀池的进水量的体积的1‰;回流至臭氧氧化反应器中的污泥的量为进入沉淀池的进水量的体积的5‰。
8.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤四中，所述的臭氧氧化反应的条件为：水力停留时间为3h，臭氧投加量为0.3mgO3/mgCOD(进入到臭氧氧化反应器内的进水的COD)。
9.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤五中，在所述的缓冲池、生物活性炭滤池、排放池中，水力停留时间分别为0.5h、5～10h、2h，所述的缓冲池采用空气曝气，汽水比为10:1(空气体积与废水体积之比)。
10.根据权利要求3所述的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，其特征在于：步骤五中，所述的生物活性炭滤池所使用的滤料从下向上分别为石英石、沸石、生物填料、颗粒活性炭;所述的生物活性炭滤池中的溶解氧的含量不低于6mg/L，生物活性炭滤池的COD处理效率低于50%时即进行反冲洗。
说明书
一种化工废水生化尾水深度处理的系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种化工废水生化尾水深度处理的系统及方法。
背景技术
随着污染情况日趋严重，环境保护的要求越来越高，生化尾水深度处理问题已成为制约我国环境保护可持续发展的关键因素之一。据统计，我国300多家化工园区中约有70%的污水厂难以稳定达标，化工废水深度治理形势依然严峻。
生化尾水常含有难降解的溶解性有机污染物，常规处理工艺如混凝沉淀等很难保证出水稳定达标。针对生化尾水的特点，目前常用深度处理方法主要可分为物化处理法、生物法及膜分离法等。物化处理方法有混凝沉淀、过滤、吸附、高级氧化法;生化法包括生物反应器、生物滤池、人工湿地等;膜分离法包括反渗透、微滤、纳滤等。过滤法主要是通过过滤反应器利用过滤介质强大的比表面积和孔隙率截留或吸附污水中悬浮物，从而达到深度净化废水的目的，常用的滤料包括纤维球滤料、滤布等。纤维球以及滤布过滤技术常用于含油废水的处理，随着近年来过滤技术不断的发展，过滤技术也被用于污水深度处理。虽然过滤法在尾水深度净化及中水回用方面取得了较好的效果，但是对于生化尾水一些溶解性难降解的有机物去除效果较差，出水很难保证稳定达标，此外过滤器、滤料维护成本高，操作麻烦，不利于大规模的工程应用等。膜分离技术膜维护成本较高，膜污染问题依然没有得到很好的解决，在实际化工废水生化尾水中的应用较少。吸附法是利用吸附剂表面巨大的比表面积和活性基团，通过吸附、离子交换等物理化学过程去除尾水中的有机污染物，常用的吸附剂包括活性炭、树脂等。活性炭是目前水处理中普遍采用的吸附剂，活性炭不仅对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对色度、异臭异味、表面活性物质、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物及重金属都有较好的去除效果。当活性炭吸附达到饱和后，可以进行脱附再生，然后再重复使用。通过再生使用，可以降低处理成本，减少废渣排放。但是活性炭价格昂贵，再生成本高，会产生大量的废活性炭，增加了处理成本，一般企业很难接受。近年来高级化学氧化技术不断发展，目前用于化工废水生化尾水深度处理的技术主要有次氯酸钠、二氧化氯、氯气、Feton氧化、臭氧氧化法等。但是研究发现，有机物经过氯氧化后会产生三氯甲烷等消毒副产物。臭氧是一种有效的预氧化剂，但是臭氧在投加时不能过量，若过量会使浊度增加，此外在应用过程中还会产生甲醛及溴酸盐的问题，同时也臭氧氧化效率不高的缺点。Fenton氧化技术是目前化工废水深度处理中最为常见的技术之一，近年来Fenton氧化技术不断发展，从传统的芬顿氧化技术发展到现在的芬顿流化床技术，但是从实际运行效果来看，芬顿技术反应条件要求较为苛刻，运行成本高、产泥量大，不利于推广应用。混凝法是生化尾水深度处理最常用的方法，具有操作简便、工艺简单、处理费用低等优点，广泛应用于大、中、小各类污水处理厂，常用的混凝剂有聚合氯化铝(PAC)、聚合铝铁(PAFC)，聚合硫酸铁(PFS)、聚丙酰胺(PAM)等，但是单独采用混凝沉淀法处理生化尾水时，出水很难稳定达标，所以在实际应用中常与其他工艺联合使用，如出现的混凝—气浮工艺，混凝—活性炭吸附工艺，混凝—砂滤—活性炭吸附工艺，混凝—活性炭吸附—催化氧化工艺等。
自八十年代末以来，我国研究开发了高锰酸钾预氧化除污染技术。研究表明，高锰酸钾具有强化除藻、降低出水的色度及嗅味、除铁锰、改善混凝条件、减少混凝剂投量、提高系统对水中有机物的去除效率、控制消毒副产物、降低处理出水的余氯消耗速度等作用。此外高锰酸钾在氧化污染物质的过程中会产生新生态二氧化锰，新生态二氧化锰表面含有丰富的羟基，具有很高的活性，能够通过吸附作用促进絮体的生长，增加絮体的密实度，改善沉降性能，同时还具有混凝除浊的效能。但高锰酸盐氧化性与溶液的pH有关，强酸性条件其氧化性强，还原产物为Mn2+，但在中性条件下，其氧化性明显下降，还原产物也发生改变，不是Mn2+，而是MnO2。由于中性条件其氧化性明显下降，因此在氧化过程中不是整体将有机物氧化，而是破坏覆盖在水中悬浮颗粒表面的有机物膜，使这些悬浮颗粒表面性质发生有利于脱稳凝聚的变化。众多研究发现，新生态二氧化锰在水中能够形成大分子聚合物，这些大分子聚合物通过表面配位及其他化学作用与废水中带负电的胶粒结合到一起，同时这些聚合物具有很强的吸附作用，能够吸附废水中的有机物，是一种有非常应用前景的水处理剂之一。高锰酸钾预氧化技术广泛应用于低浓低浊水源污水的处理，如中国专利号ZL200410013515.1，授权公告日2006年6月28日，发明创造名称为：对饮用水源进行臭氧与高锰酸钾联用处理的氧化助凝方法，该申请案采用高锰酸钾或高锰酸钾与其他药剂的混合物在臭氧之前或之后处理饮用水源，取得了较好的处理效果，提高了出水水质，但是将该种方法应用于化工废水深度处理时，一方面出水很难达到一级A标准，另一方面采用高锰酸钾或高锰酸钾与其他药剂的混合物混凝反应与臭氧氧化在同一个过程进行，混凝反应后的沉淀物与臭氧氧化反应的比例不易控制，沉淀物残留在臭氧反应体系过多或过少均会影响处理效果。申请号201310690136.5，发明名称：一种难降解有机物的化学转化与造粒混凝方法，该申请案采用先向废水中投加高锰酸钾，然后进行臭氧，最后进行混凝沉淀，对难降解有机污染物的造粒混凝取得了一定的效果，但是该方法不利于连续运行，难以大规模工程应用，同时采用高锰酸钾处理废水中的有机物时，反应速度缓慢，同时会使废水色度超标。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明针对化工废水生化尾水可生物降解性差、难降解有机污染物高等特点，提供了一种化工废水生化尾水深度处理的系统及方法。
2.技术方案
本发明中，采用高锰酸钾、铝盐作为预氧化剂和混凝剂，高锰酸钾首先与化工废水中还原性的有机物进行反应，原位生成的水合二氧化锰作为氧化剂、吸附剂、助凝剂进一步降解有机物，然后投加铝盐混凝剂进行混凝反应，反应后的污泥中二氧化锰和氢氧化铝絮体回流至配水池，然后进入混凝反应池的前端，二氧化锰催化高锰酸钾与废水中有机物反应，加快反应速度，氢氧化铝絮体作为吸附剂将反应后的二氧化锰吸附于表面参与高锰酸钾的氧化反应，处理效率显著提高，同时出水色度大大降低，污泥体积明显减少。混凝反应后的一部分污泥和混凝后出水同时进入到臭氧氧化处理系统，污泥中二氧化锰作为催化剂促进臭氧氧化效率，提高对大分子难降解有机污染的去除能力，改善出水水质，提高废水可生化性，臭氧氧化反应器采用流化床设计，可以实现一体化反应，实现快速固液分离。臭氧氧化后出水经缓冲池去除残留臭氧后进入到生物活性炭滤池，进行进一步的生物反应，处理后出水完全能够达到污水处理厂排放一级A标准。本发明利用混凝反应后污泥中二氧化锰的催化特性和氢氧化铝絮体吸附性，克服了在中性条件下高锰酸钾氧化效率不高，出水色度增加的问题，同时利用污泥中二氧化锰的催化特性催化臭氧反应提高了氧化效率和废水可生化性，通过生物活性炭滤池的进一步处理，出水完全可以达到污水处理厂排放标准一级A标准。
具体的技术方案如下：
本发明的一种化工废水生化尾水深度处理的系统，包括物化处理系统和生化处理系统，所述的物化处理系统主要包括配水池、混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器、臭氧尾气吸收装置、缓冲池;所述的配水池、混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器、缓冲池通过管道依次相连，所述的臭氧尾气吸收装置通过管道与臭氧氧化反应器相连;所述的生化处理系统主要包括生物活性炭滤池、排水池、污泥浓缩池，所述的生物活性炭滤池和排水池通过管道依次相连，所述的污泥浓缩池通过管道分别和混凝反应池、沉淀池、臭氧氧化反应器相连。
更进一步地，所述的物化处理系统中的混凝反应池分为2格。
更进一步地，所述的物化处理系统中沉淀池设有沉淀池第一污泥管、沉淀池第二污泥管、沉淀池第三污泥管，沉淀池第一污泥管与配水池通过管道相连，沉淀池第二污泥管与臭氧氧化反应器通过管道相连，沉淀池第三污泥管与污泥浓缩池相连，沉淀池出水管与臭氧氧化反应器进水管相连。
更进一步地，所述的物化处理系统中沉淀池第一污泥管接入到配水池进水口处，配水池内设有搅拌器。更进一步地，所述的物化处理系统中臭氧氧化池为流化床形式，臭氧氧化反应器出水口通过管道与缓冲池进水管相连。
更进一步地，所述的物化处理系统中缓冲池底部布有空气曝气管，由鼓风机输送空气缓冲池出水口通过管道与生物滤池进水端相连。
更进一步地，所述的生化处理系统中生物活性炭滤池设有空气输送管、反冲洗管、进水管、排水管。空气输送管与鼓风机、生物活性炭滤池通过泵和管道相连，反冲洗管一端通过管道与生物活性炭滤池相连，另一端通过泵和管道与排水池出水口依次相连，所述的排水管与排水池通过管道相连。
本发明的一种化工废水生化尾水深度处理的方法，采用前述的系统，其主要步骤为：
步骤一、待处理的生化尾水首先进入配水池，在调节pH值至一定的pH值范围后，通过提升泵打入到混凝反应池第一格;
步骤二、向混凝反应池第一格内投加高锰酸钾进行反应;反应后废水流入混凝反应池第二格，同时投加铝盐混凝剂，进行混凝反应，反应后泥水混合液进入到沉淀池;
步骤三、沉淀池污泥一部分污泥通过泵、沉淀池第一污泥管回流到配水池，一部分通过泵、沉淀池第二污泥管进入到臭氧氧化反应器，剩余部分污泥通过泵、沉淀池第三污泥管到污泥浓缩池;
步骤四、沉淀池出水依次经臭氧氧化反应器进行臭氧氧化反应，臭氧氧化反应后的污泥通过臭氧氧化反应器排泥管进入到污泥浓缩池;
步骤五、臭氧氧化反应后的废水依次经缓冲池、生物滤池、排水池进行进一步处理，达标排放。
更进一步地，步骤一所述的待处理的生化尾水COD不超过150mg/L，pH值范围为为7-10。
更进一步地，步骤二所述的混凝反应池为2格，在混凝反应池第一格、混凝反应池第二格中，进行反应所需的搅拌速度分别为200r/min、50r/min，水力停留时间依次为30min、5min。
更进一步地，步骤二所述的高锰酸钾、铝盐混凝剂投加点分别位于混凝反应池第一格和混凝反应池第二格，投加量分别为(投加质量与废水体积之比)。
更进一步地，步骤二中废水在沉淀池水力停留时间为3h。
更进一步地，步骤三中所述的沉淀池中回流至混凝反应池中的污泥的量为进入沉淀池的进水量的体积的1‰;回流至臭氧氧化反应器中的污泥的量为进入沉淀池的进水量的体积的5‰。
更进一步地，步骤四中所述的臭氧氧化反应条件为：水力停留时间为3h，臭氧投加量为0.3mgO3/mgCOD(进入到臭氧氧化反应器内的进水的COD)。
更进一步地，步骤五中所述的缓冲池、生物活性炭滤池、排放池的水力停留时间分别为0.5h，5～10h，2h，缓冲池采用空气曝气，汽水比为10:1(空气体积与废水体积之比)。
更进一步地，步骤五中所述的生物活性炭滤池滤料从下向上分别为石英石、沸石、生物填料、颗粒活性炭。生物活性炭滤池中的溶解氧的含量不低于6mg/L，生物活性炭滤池COD处理效率低于50%时即进行反冲洗。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)根据生化尾水可生化性差、难降解有机物浓度高的特点，采用“高锰酸钾强化混凝+污泥循环利用+二氧化锰催化臭氧氧化+生物活性炭滤池”的组合深度处理的系统和方法，对生化尾水处理适用范围广、成本低、处理效果好。
(2)首先将废水与高锰酸钾进行强化混凝反应，混凝反应后的污泥作为混凝反应体系絮体的晶核和高锰酸钾反应的催化剂，从而强化有机物去除效果，降低出水色度，加快高锰酸钾反应速度，促进絮体长大，减少污泥体积;此外，混凝反应后的污泥部分回流至臭氧反应体系作为催化剂，提高臭氧反应效率，强化污染物去除效果，然后经过生物活性炭滤池进一步处理，处理后出水水质稳定，完全能够达到污水处理厂排放一级A标准。
