公布日：2023.06.23
申请日：2023.03.09
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/467(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/28(2023.01)N;C02F1
/72(2023.01)N;C02F1/58(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N;C02F1/78(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种高锰有机物废水的处理系统及方法，所述处理系统包括沿废水流向依次设置的预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统。在本发明中，利用预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统相结合，尤其针对高锰有机物废水体系，能够从高锰有机物废水中提取和回收锰、最大化去除有机物，达到排放标准，具备较好的经济效益、社会效益和环境效益。
权利要求书
1.一种高锰有机物废水的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括沿废水流向依次设置的预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述预处理系统包括沿废水流向依次设置的碱投加装置、第一鼓风曝气装置、曝气反应池系统和第一混凝沉淀池系统；优选地，所述除锰反应池系统和所述芬顿工艺系统之间设置有第二混凝沉淀池系统；优选地，所述第一混凝沉淀池系统和所述第二混凝沉淀池系统相同或不同；优选地，所述第一混凝沉淀池系统中的沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池中的任意一种；优选地，所述第二混凝沉淀池系统中的沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述曝气反应池系统和所述第一混凝沉淀池系统之间设置有第一加药装置，所述第一加药装置用于向所述第一混凝沉淀池系统内添加药剂；优选地，所述第一混凝沉淀池系统连接有第一污泥脱水系统；优选地，所述第一污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种；优选地，所述除锰反应池系统和所述第一混凝沉淀池系统之间设置有碳酸钠投加装置；优选地，所述除锰反应池系统和所述第二混凝沉淀池之间设置有第二加药装置，所述第二加药装置用于向所述第二混凝沉淀池系统内添加药剂；优选地，所述第二混凝沉淀池系统连接有第二污泥脱水系统；优选地，所述第二污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的处理系统，其特征在于，所述除锰反应池系统和所述芬顿工艺系统之间设置有药剂投加装置，所述药剂投加装置用于向所述芬顿工艺系统内添加硫酸和/或硫酸亚铁。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述芬顿工艺系统和所述电催化氧化系统之间沿废水流向依次设置有氢氧化钠加药装置、pH反应池、絮凝剂加药装置、絮凝沉淀池和臭氧催化氧化系统；优选地，所述芬顿工艺系统为芬顿反应系统，或所述芬顿工艺系统为铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统的组合；优选地，所述芬顿工艺系统还包括双氧水投加装置，所述双氧水投加装置设置于所述铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统之间，或连接至所述芬顿反应系统；优选地，采用铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统的组合时，所述药剂投加装置在所述铁碳微降解反应系统之前，用于向所述铁碳微降解反应系统添加硫酸，在所述铁碳微降解反应系统之后再由所述双氧水投加装置添加双氧水；优选地，采用芬顿反应系统时，所述药剂投加装置向所述芬顿反应系统内依次添加硫酸和硫酸亚铁，再由所述双氧水投加装置添加双氧水；优选地，所述双氧水和所述硫酸亚铁的质量比为1:(2～3)；优选地，所述硫酸投加后，水质pH为3～4；优选地，所述絮凝沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池中的任意一种；优选地，所述絮凝沉淀池连接有第三污泥脱水系统；优选地，所述第三污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述臭氧催化氧化系统包括臭氧发生装置、臭氧投加装置和臭氧反应装置；优选地，所述臭氧反应装置内设置有活性炭和/或复合多孔高强度硅铝催化载体，或所述臭氧反应装置内设置紫外灯照射装置；优选地，所述臭氧催化氧化系统还包括连接所述臭氧反应装置的双氧水投加装置和废水循环系统；优选地，所述电催化氧化系统包括电源控制柜、预催化反应器和催化氧化反应器，所述电源控制柜分别电性连接所述预催化反应器和所述催化氧化反应器；优选地，所述电催化氧化系统采用电极进行电催化氧化；优选地，所述电极为钌系钛基金属氧化物阳极、铱系钛基金属氧化物阳极、铂系钛基金属氧化物阳极中的任意一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的处理系统，其特征在于，所述后处理系统包括沿废水流向依次设置的除锰过滤器和除重金属交换器；优选地，所述除锰过滤器和所述除重金属交换器之间设置有吸附罐；优选地，所述除锰过滤器为锰砂过滤器或石英砂过滤器；优选地，所述除重金属交换器采用树脂进行重金属交换；优选地，所述树脂为亚胺二乙酸基功能基团的螯合树脂；优选地，所述吸附罐内设置有吸附剂；优选地，所述吸附剂为活性炭、无烟煤和吸附树脂中的任意一种或任意两种及以上的组合。
8.一种采用权利要求1-6任一项所述的处理系统进行废水处理的方法，其特征在于，所述方法包括：高锰有机物废水依次经预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统处理后，完成废水中去除锰和去除有机物的处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高锰有机物废水在流经所述预处理系统处理前，需进行pH调节，所述pH调节按照以下方式进行：向高锰有机物废水中投加氢氧化钠药剂，调节pH；优选地，所述调节pH后水质的pH为
9.5～11；优选地，所述高锰有机物废水流经所述铁碳微降解反应系统或芬顿工艺系统之前，需进行水质调节，所述水质调节按照以下方式进行：向高锰有机物废水中添加硫酸药剂，调节pH；优选地，所述芬顿工艺系统中需要再投加铁盐和双氧水；所述双氧水和铁盐的质量比为1:(2～3)；优选地，所述铁盐为硫酸亚铁；优选地，所述调节pH后水质的pH为3～4；优选地，所述氢氧化钠加药装置用于将废水pH调节为7～9；优选地，所述臭氧催化氧化系统中，臭氧和CODcr的质量比为(1～4):1。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述高锰有机物废水处理前，所述高锰有机物废水中的锰含量≤80g/L，且CODcr≤3000mg/L；优选地，所述高锰有机物废水中的钙含量≤2.5g/L，且氯化盐的质量含量大于等于1％；优选地，所述高锰有机物废水处理后，锰含量≤1mg/L，且CODcr＜50mg/L；优选地，所述高锰有机物废水处理后，pH为6～9。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高锰有机物废水的处理系统及方法，在本发明中，利用预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统相结合，尤其针对高锰有机物废水体系，能够从高锰有机物废水中提取和回收锰、最大化去除有机物，达到排放标准，具备较好的经济效益、社会效益和环境效益。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种高锰有机物废水的处理系统，所述处理系统包括沿废水流向依次设置的预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统。
在本发明中，利用预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统相结合，尤其针对高锰有机物废水体系，能够从高锰有机物废水中提取和回收锰、最大化去除有机物，达到排放标准，具备较好的经济效益、社会效益和环境效益。
需要说明的是，本发明中预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统所涉及到的构筑物均是本领域技术人员的公知内容，本领域技术人员可以根据实际情况对这些构筑物进行型号、处理能力等参数的适应性调整。
需要说明的是，本发明中的“芬顿工艺系统”是芬顿反应系统，或铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统的组合的上位统称词汇，可以是本领域技术人员的公知内容。
作为本发明一种优选的技术方案，所述预处理系统包括沿废水流向依次设置的碱投加装置、第一鼓风曝气装置、曝气反应池系统和第一混凝沉淀池系统。
需要说明的是，本发明中的第一混凝沉淀池系统和第一污泥脱水系统的配合设置，是向废水中添加混凝剂和絮凝剂，便于回收二氧化锰/氢氧化锰和污泥脱水。
优选地，所述除锰反应池系统和所述芬顿工艺系统之间设置有第二混凝沉淀池系统。
优选地，所述第一混凝沉淀池系统和所述第二混凝沉淀池系统相同或不同。
优选地，所述第一混凝沉淀池系统中的沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池中的任意一种。
优选地，所述第二混凝沉淀池系统中的沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池中的任意一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述曝气反应池系统和所述第一混凝沉淀池系统之间设置有第一加药装置，所述第一加药装置用于向所述第一混凝沉淀池系统内添加药剂。
需要说明的是，本发明中“所述第一加药装置用于向所述第一混凝沉淀池系统内添加药剂”的“药剂”指的是混凝剂和絮凝剂，具体选择哪种类型的混凝剂和絮凝剂，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。
优选地，所述第一混凝沉淀池系统连接有第一污泥脱水系统。
优选地，所述第一污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种。
优选地，所述除锰反应池系统和所述第一混凝沉淀池系统之间设置有碳酸钠投加装置。
优选地，所述除锰反应池系统和所述第二混凝沉淀池之间设置有第二加药装置，所述第二加药装置用于向所述第二混凝沉淀池系统内添加药剂。
需要说明的是，本发明中“所述第二加药装置用于向所述第二混凝沉淀池系统内添加药剂”的“药剂”指的是混凝剂和絮凝剂，具体选择哪种类型的混凝剂和絮凝剂，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。
优选地，所述第二混凝沉淀池系统连接有第二污泥脱水系统。
需要说明的是，本发明中的第二混凝沉淀池系统和第二污泥脱水系统的配合设置，是向废水中再次添加混凝剂和絮凝剂，便于回收碳酸锰和污泥脱水。
优选地，所述第二污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述除锰反应池系统和所述芬顿工艺系统之间设置有药剂投加装置，所述药剂投加装置用于向所述芬顿工艺系统内添加硫酸和/或硫酸亚铁。
作为本发明一种优选的技术方案，所述芬顿工艺系统和所述电催化氧化系统之间沿废水流向依次设置有氢氧化钠加药装置、pH反应池、絮凝剂加药装置、絮凝沉淀池和臭氧催化氧化系统。
优选地，所述芬顿工艺系统为芬顿反应系统，或所述芬顿工艺系统为铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统的组合。
优选地，所述芬顿工艺系统还包括双氧水投加装置，所述双氧水投加装置设置于所述铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统之间，或连接至所述芬顿反应系统。
优选地，采用铁碳微降解反应系统和类芬顿反应系统的组合时，所述药剂投加装置在所述铁碳微降解反应系统之前，用于向所述铁碳微降解反应系统添加硫酸，在所述铁碳微降解反应系统之后再由所述双氧水投加装置添加双氧水。
优选地，采用芬顿反应系统时，所述药剂投加装置向所述芬顿反应系统内依次添加硫酸和硫酸亚铁，再由所述双氧水投加装置添加双氧水。
优选地，所述双氧水和所述硫酸亚铁的质量比为1:(2～3)，例如可以是1:2、1:2.4、1:2.6、1:2.8、1:3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述硫酸投加后，水质pH为3～4，例如可以是3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述絮凝沉淀池为斜板沉淀池、斜管沉淀池、平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池中的任意一种。
优选地，所述絮凝沉淀池连接有第三污泥脱水系统。
优选地，所述第三污泥脱水系统为压滤机、叠螺脱水机和带式脱水机中的任意一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述臭氧催化氧化系统包括臭氧发生装置、臭氧投加装置和臭氧反应装置。
优选地，所述臭氧反应装置内设置有活性炭和/或复合多孔高强度硅铝催化载体，或所述臭氧反应装置内设置紫外灯照射装置。
优选地，所述臭氧催化氧化系统还包括连接所述臭氧反应装置的双氧水投加装置和废水循环系统。
优选地，所述电催化氧化系统包括电源控制柜、预催化反应器和催化氧化反应器，所述电源控制柜分别电性连接所述预催化反应器和所述催化氧化反应器。
优选地，所述电催化氧化系统采用电极进行电催化氧化。
优选地，所述电极为钌系钛基金属氧化物阳极、铱系钛基金属氧化物阳极、铂系钛基金属氧化物阳极中的任意一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述后处理系统包括沿废水流向依次设置的除锰过滤器和除重金属交换器。
优选地，所述除锰过滤器和所述除重金属交换器之间设置有吸附罐。
优选地，所述除锰过滤器为锰砂过滤器或石英砂过滤器。
优选地，所述除重金属交换器采用树脂进行重金属交换。
优选地，所述树脂为亚胺二乙酸基功能基团的螯合树脂。
优选地，所述吸附罐内设置有吸附剂。
优选地，所述吸附剂为活性炭、无烟煤和吸附树脂中的任意一种或任意两种及以上的组合。
第二方面，本发明提供了一种采用第一方面所述的处理系统进行废水处理的方法，所述方法包括：
高锰有机物废水依次经预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统处理后，完成废水中去除锰和去除有机物的处理。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高锰有机物废水在流经所述预处理系统处理前，需进行pH调节，所述pH调节按照以下方式进行：
向高锰有机物废水中投加氢氧化钠药剂，调节pH。
优选地，所述调节pH后水质的pH为9.5～11，例如可以是9.5、9.8、10、10.2、10.4、10.6、10.8、11等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高锰有机物废水流经所述铁碳微降解反应系统或芬顿工艺系统之前，需进行水质调节，所述水质调节按照以下方式进行：
向高锰有机物废水中添加硫酸药剂，调节pH。
优选地，所述芬顿工艺系统中需要再投加铁盐和双氧水；所述双氧水和铁盐的质量比为1:(2～3)，例如可以是1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8、1:3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述铁盐为硫酸亚铁。
优选地，所述调节pH后水质的pH为3～4，例如可以是3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氢氧化钠加药装置用于将废水pH调节为7～9，例如可以是7、7.2、7.4、7.6、7.8、8、8.2、8.4、8.6、8.8、9等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述臭氧催化氧化系统中，臭氧和CODcr的质量比为(1～4):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、4:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适。
需要说明的是，本发明中的CODcr是本领域技术人员的公知名词。
作为本发明一种优选的技术方案，在所述高锰有机物废水处理前，所述高锰有机物废水中的锰含量≤80g/L，例如可以是80g/L、70g/L、60g/L、50g/L、40g/L、30g/L、20g/L、10g/L、6g/L、8g/L、4g/L、3g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；且CODcr≤3000mg/L，例如可以是3000mg/L、2500mg/L、2400mg/L、2200mg/L、2000mg/L、1800mg/L、1500mg/L、1200mg/L、1000mg/L、500mg/L、400mg/L、300mg/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高锰有机物废水中的钙含量≤2.5g/L，例如可以是2.5g/L、2g/L、1.8g/L、1.6g/L、1.5g/L、1.3g/L、1.1g/L、1g/L、0.8g/L、0.6g/L、0.4g/L、0.3g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；且氯化盐的质量含量大于等于1％，例如可以是1％、2％、3％、4％、5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高锰有机物废水处理后，锰含量≤1mg/L，例如可以是1mg/L、0.8mg/L、0.6mg/L、0.4mg/L、0.2mg/L、0.1mg/L、0.09mg/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；且CODcr＜50mg/L，例如可以是49mg/L、48mg/L、45mg/L、40mg/L、35mg/L、20mg/L、10mg/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述高锰有机物废水处理后，pH为6～9，例如可以是6、6.3、6.6、6.9、7、7.3、7.6、7.9、8、8.3、8.6、8.9、9等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
示例性地，本发明中进行废水处理的方法具体可以包括：
废水中投加NaOH，调节pH为9.5～11，然后进入曝气反应池系统处理，此时废水中大部分锰被氧化为二氧化锰或/和氢氧化锰；得到的水体进行混凝沉淀系统处理，进一步去除废水中的二氧化锰或/和氢氧化锰沉淀和和回收二氧化锰或/和氢氧化锰；投加Na2CO3；然后进入除锰反应池进行反应处理、产生碳酸锰沉淀；进行混凝沉淀系统处理，进一步去除废水中的碳酸锰沉淀和和回收碳酸锰；进入铁碳微降解系统处理，用于去除废水中一部分CODcr；进入类芬顿系统处理，继续去除废水中CODcr；进行pH调节处理；进行絮凝沉淀系统处理，进一步去除废水中的悬浮物；进入臭氧催化氧化系统处理，继续去除废水中CODcr；进入电催化氧化系统处理，继续去除废水中CODcr；进入除锰过滤器处理，进一步降低废水中的锰；进入吸附罐进行处理，进一步降低水中CODcr；进入除重金属交换器进行除锰等重金属，满足达标排放标准；经混凝沉淀系统、絮凝沉淀系统处理沉淀后的污泥经污泥脱水系统处理，压滤液回曝气反应池进一步处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，利用预处理系统、除锰反应池系统、芬顿工艺系统、电催化氧化系统和后处理系统相结合，尤其针对高锰有机物废水体系，能够从高锰有机物废水中提取和回收锰、最大化去除有机物，达到排放标准，具备较好的经济效益、社会效益和环境效益。
（发明人：杨雷;杨荣;梅波;寇瑞强;胡艾青）
