申请日2016.10.14
公开(公告)日2017.01.18
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了Fenton流态化废水处理装置及其处理废水的方法。该装置包括集水池(8)、前处理塔(13)、流态化反应塔(1)、后处理塔(26)、药剂制备系统(29)和清水池(28)。该装置处理废水包括如下步骤：(1)前处理;(2)Fenton流态化处理;(3)后处理。本发明装置处理废水的方法能减少化学药剂的消耗量，降低成本，提高处理效果。
摘要附图
权利要求书
1.Fenton流态化废水处理装置，其特征在于，包括集水池(8)、前处理塔(13)、流态化反应塔(1)、后处理塔(26)、药剂制备系统(29)和清水池(28);集水池(8)通过管道与前处理塔(13)的喷射进水口连接;集水池(8)与前处理塔(13)的喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第一水泵(9)、第一管道混合器(10)、第二管道混合器(11)和第一流量计(12);第一管道混合器(10)通过管道与药剂制备系统(29)的混凝剂贮存槽(29-1)的出口连接;第一管道混合器(10)与药剂制备系统(29)的混凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第一计量泵(30);第二管道混合器(11)通过管道与药剂制备系统(29)的絮凝剂贮存槽(29-2)的出口连接;第二管道混合器(11)与药剂制备系统(29)的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第二计量泵(31);
所述前处理塔(13)上部外侧设置有出水槽(14)，前处理塔(13)的顶部通过溢流口与出水槽(14)连接;所述前处理塔(13)的出水槽(14)通过管道与设置在流态化反应塔(1)底部的喷射进水口(2)连接;前处理塔(13)的出水槽(14)与流态化反应塔(1)的喷射进水口(2)的连接管道上设置有依次连接的第二水泵(15)、第三管道混合器(16)、第四管道混合器(17)、第五管道混合器(18)和第二流量计(19);第三管道混合器(16)通过管道与药剂制备系统(29)的酸液贮存槽(29-3)的出口连接;第三管道混合器(16)与药剂制备系统(29)的酸液贮存槽出口的连接管道上设置有第三计量泵(32);第四管道混合器(17)通过管道与药剂制备系统(29)的催化剂贮存槽(29-4)的出口连接;第四管道混合器(17)与药剂制备系统(29)的催化剂贮存槽出口的连接管道上设置有第四计量泵(33);第五管道混合器(18)通过管道与药剂制备系统(29)的过氧化氢贮存槽(29-5)的出口连接;第五管道混合器(18)与药剂制备系统(29)的过氧化氢贮存槽出口的连接管道上设置有第五计量泵(34);
所述前处理塔出水槽(14)的溢流口通过第一溢流管(40)与集水池(8)连接;
所述流态化反应塔(1)上部外侧设置有循环出水槽(7)，流态化反应塔(1)顶部通过溢流口与循环出水槽(7)连接;循环出水槽(7)通过管道与流态化反应塔(1)底部的喷射进水口(2)连接;循环出水槽(7)与喷射进水口(2)的连接管道上设置有依次连接的第三流量计(20)和第三水泵(21);所述的流态化反应塔(1)设置有依次连通的第一流态化反应区(4)、第二流态化反应区(5)、颗粒聚集区(3)和颗粒沉降分离区(6);流态化反应塔(1)还设置有流态化颗粒和粒子投加口;
所述流态化反应塔循环出水槽(7)的出水口通过管道与后处理塔(26)的喷射进水口连接;循环出水槽(7)的出水口与后处理塔(26)的喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第四流量计(22)、第四水泵(23)、第六管道混合器(24)和第七管道混合器(25);第六管道混合器(24)通过管道与药剂制备系统(29)的碱液贮存槽(29-6)的出口连接;第七管道混合器(25)通过管道与药剂制备系统(29)的絮凝剂贮存槽(29-2)的出口连接;所述的第六管道混合器(24)与药剂制备系统(29)的碱液贮存槽出口的连接管道上设置有第六计量泵(35);所述的第七管道混合器(25)与药剂制备系统(29)的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第七计量泵(36);
所述循环出水槽(7)的溢流口通过第二溢流管(39)与集水池(8)连接;
所述后处理塔(26)的上部外侧设置有出水槽(27)，后处理塔(26)顶部通过溢流口与出水槽(27)连接;所述出水槽(27)的出水口通过出水管(37)与清水池(28)连接，出水槽(27)的溢流口通过第三溢流管(38)与清水池(28)连接。
2.根据权利要求1所述的Fenton流态化废水处理装置，其特征在于，所述的前处理塔(13)和后处理塔(26)均各自设置有依次流通的流态化反应区、絮体增长反应区、絮体分离沉淀区、污泥浓缩区和澄清水区，是具有中和、混凝、沉淀和净化功能的一体化立式反应塔。
3.权利要求1-2任一项所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)前处理：造纸法再造烟叶废水二级生物处理的二沉池出水进入集水池(8)，由第一水泵(9)通过管道输送进入前处理塔(13)的喷射进水口;进入前处理塔(13)的流态化反应区(13-1)，同时通过第一管道混合器(10)和第二管道混合器(11)分别加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺;在流态化反应区(13-1)，微絮体开始形成，维持水流上升速度为25~45m/h，使微絮体处于流态化状态，使废水和聚合氯化铝、聚丙烯酰胺充分混合、接触、反应;从流态化反应区(13-1)出来的废水进入絮体增长反应区(13-2)，废水的流速下降，流态化逐渐减弱，微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大的絮体开始下沉，接着，废水进入絮体分离沉淀区(13-3);在絮体分离沉淀区(13-3)，废水上升的流速进一步下降，絮体逐渐下沉，最后到达污泥浓缩区(13-4)，在反应塔底部形成沉淀并逐渐浓缩，而废水缓慢上流至前处理塔(13)顶部的澄清水区(13-5)，通过溢流堰溢流进入出水槽(14);
(2)Fenton流态化处理：前处理塔出水槽(14)的废水通过第二水泵(15)输送到流态化反应塔(1)底部的喷射进水口(2)，同时通过第三管道混合器(16)、第四管道混合器(17)和第五管道混合器(18)分别加入H2SO4、FeSO4•7H2O和过氧化氢;通过粒子投加口向流态化反应塔(1)投加流态化颗粒;废水从喷射进水口(2)喷射出来进入流态化反应塔(1)的第一流态化反应区(4)，并通过形成的负压将流态化反应塔(1)底部的流态化颗粒提升吸入第一流态化反应区(4)，接着废水从第一流态化反应区(4)溢流进入第二流态化反应区(5);使流态化颗粒充分流态化，进行Fenton流态化反应;
然后废水和颗粒离开第二流态化反应区(5)向流态化反应塔(1)顶部流动，进入颗粒沉降分离区(6);在颗粒沉降分离区(6)，随着流动截面积的增加，废水和流态化颗粒的上升速度下降，粒子在重力作用下开始沉降至颗粒聚集区(3)，而废水则与颗粒分离后经流态化反应塔(1)顶部溢流进入循环出水槽(7);
循环出水槽(7)中1/2~2/3质量的水通过第三水泵(21)输送，经管道和来自前处理塔出水槽(14)的废水混合，进入流态化反应塔(1)底部的喷射进水口(2);
(3)后处理：经Fenton流态化处理的废水溢流进入循环出水槽(7)，再通过第四水泵(23)经管道输送到后处理塔(26)的喷射进水口，进入后处理塔(26)的流态化反应区(26-1)，同时通过第六管道混合器(24)和第七管道混合器(25)向废水中加入碱液和聚丙烯酰胺;在流态化反应区(26-1)，微絮体开始形成，维持水流上升速度为25~45m/h，使微絮体处于流态化状态，使废水和碱液、聚丙烯酰胺充分混合、接触、反应;从流态化反应区(26-1)出来的废水进入絮体增长反应区(26-2)，废水的流速下降，流态化逐渐减弱，微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大的絮体开始下沉，接着，废水进入絮体分离沉淀区(26-3);在絮体分离沉淀区(26-3)，废水上升的流速进一步下降，絮体逐渐下沉，最后到达污泥浓缩区(26-4)，在反应塔底部形成沉淀并逐渐浓缩，而废水缓慢上流至后处理塔中上部的澄清水区(26-5);最后，废水通过溢流堰溢流进入出水槽(27)输送到清水池(28)，完成废水的处理过程。
4.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(1)中，以废水体积计，所述聚合氯化铝的加入量为200~600 mg/L，所述聚丙烯酰胺的加入量为1~2 mg/L;废水在前处理塔(13)的停留时间为3~5h。
5.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述FeSO4•7H2O和过氧化氢的加入量与待处理废水COD质量比分别为1~2:1和1~3:1;加入H2SO4使废水pH保持为2~4。
6.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，废水从喷射进水口喷射出来进入流态化反应塔(1)的第一流态化反应区(4)的速度为5-10 m/s。
7.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，废水在第一流态化反应区(4)和第二流态化反应区(5)的流动速度分别为60~75m/h和40~55 m/h。
8.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，废水在流态化反应塔(1)的停留时间为1~2.5h。
9.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述流态化颗粒为粒径0.5~1.5mm的石英砂，流态化颗粒的投加量为：流态化颗粒与废水的料液比为2:1~10:1g/L。
10.根据权利要求3所述的Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，步骤(3)中，以废水体积计，所述聚丙烯酰胺的加入量为1~2mg/L;加入碱液调节废水的pH值至7.5～8;废水在后处理塔(26)的停留时间为3~5h。
说明书
Fenton流态化废水处理装置及其处理废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理装置及其废水处理方法，具体涉及一种Fenton流态化废水处理装置及应用其处理造纸法再造烟叶废水的方法。
背景技术
造纸法再造烟叶密度小、填充值高、成丝率高、焦油释放量低、产品的可塑性强，是烟草原料废弃物综合利用的重要途径之一。但是，造纸法再造烟叶生产过程耗水量大，每生产1 t再造烟叶产生的废水在70 m3以上。造纸法再造烟叶废水色度高、悬浮物含量很高、成分复杂，且含有一定浓度的木素等难生物降解的有机物，处理难度很大。当前，国内造纸法再造烟叶废水多采用物化法和生物法组合的工艺进行处理，大大降低了废水的污染负荷。但是，造纸法再造烟叶废水经二级生物处理后色度、COD仍然较高，且悬浮物浓度很高，不能达到国家的排放标准。
Fenton催化氧化技术是当前降解去除废水中难生物降解有机物的有效途径之一，具有反应条件温和、反应速度快、处理效果好的优点，从而得到广泛的工程化应用。Fenton催化氧化技术实质上包括两个步骤：首先在酸性条件下亚铁离子催化过氧化氢分解产生羟基自由基，通过羟基自由基氧化降解、矿化废水中的有机污染物;然后调节反应体系的pH值至中、碱性，铁离子生成铁盐沉淀絮体，通过吸附、混凝、沉淀的方式去除废水中的有机污染物、悬浮物和其他污染物。但是传统的Fenton催化氧化技术存在着化学品用量大、处理成本高的问题，且处理过程中产生了大量的污泥，成为Fenton催化氧化技术进一步推广应用的障碍。
发明内容
为解决上述相关技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种降低化学品用量、减少化学污泥产量、提高废水处理效率的造纸法再造烟叶废水处理装置及其处理废水的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
Fenton流态化废水处理装置，包括集水池、前处理塔、流态化反应塔、后处理塔、药剂制备系统和清水池;集水池通过管道与前处理塔的喷射进水口连接;集水池与前处理塔的喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第一水泵、第一管道混合器、第二管道混合器和第一流量计;第一管道混合器通过管道与药剂制备系统的混凝剂贮存槽的出口连接;第一管道混合器与药剂制备系统的混凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第一计量泵;第二管道混合器通过管道与药剂制备系统的絮凝剂贮存槽的出口连接;第二管道混合器与药剂制备系统的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第二计量泵;
所述前处理塔上部外侧设置有出水槽，前处理塔的顶部通过溢流口与出水槽连接;所述前处理塔的出水槽通过管道与设置在流态化反应塔底部的喷射进水口连接;前处理塔的出水槽与流态化反应塔的喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第二水泵、第三管道混合器、第四管道混合器、第五管道混合器和第二流量计;第三管道混合器通过管道与药剂制备系统的酸液贮存槽的出口连接;第三管道混合器与药剂制备系统的酸液贮存槽出口的连接管道上设置有第三计量泵;第四管道混合器通过管道与药剂制备系统的催化剂贮存槽的出口连接;第四管道混合器与药剂制备系统的催化剂贮存槽出口的连接管道上设置有第四计量泵;第五管道混合器通过管道与药剂制备系统的过氧化氢贮存槽的出口连接;第五管道混合器与药剂制备系统的过氧化氢贮存槽出口的连接管道上设置有第五计量泵;
所述前处理塔出水槽的溢流口通过第一溢流管与集水池连接;
所述流态化反应塔上部外侧设置有循环出水槽，流态化反应塔顶部通过溢流口与循环出水槽连接;循环出水槽通过管道与流态化反应塔底部的喷射进水口连接;循环出水槽与喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第三流量计和第三水泵;所述的流态化反应塔设置有依次连通的第一流态化反应区、第二流态化反应区、颗粒聚集区和颗粒沉降分离区;流态化反应塔还设置有流态化颗粒和粒子投加口;
所述流态化反应塔循环出水槽的出水口通过管道与后处理塔的喷射进水口连接;循环出水槽的出水口与后处理塔的喷射进水口的连接管道上设置有依次连接的第四流量计、第四水泵、第六管道混合器和第七管道混合器;第六管道混合器通过管道与药剂制备系统的碱液贮存槽的出口连接;第七管道混合器通过管道与药剂制备系统的絮凝剂贮存槽的出口连接;所述的第六管道混合器与药剂制备系统的碱液贮存槽出口的连接管道上设置有第六计量泵;所述的第七管道混合器与药剂制备系统的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第七计量泵;
所述循环出水槽的溢流口通过第二溢流管与集水池连接;
所述后处理塔的上部外侧设置有出水槽，后处理塔顶部通过溢流口与出水槽连接;所述出水槽的出水口通过出水管与清水池连接，出水槽的溢流口通过第三溢流管与清水池连接。
进一步地，所述的前处理塔和后处理塔均各自设置有依次流通的流态化反应区、絮体增长反应区、絮体分离沉淀区、污泥浓缩区和澄清水区，是具有中和、混凝、沉淀和净化功能的一体化立式反应塔。
所述Fenton流态化废水处理装置处理废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)前处理：造纸法再造烟叶废水二级生物处理的二沉池出水进入集水池，由第一水泵通过管道输送进入前处理塔的喷射进水口;进入前处理塔的流态化反应区，同时通过第一管道混合器和第二管道混合器分别加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺;在流态化反应区，微絮体开始形成，维持水流上升速度为25~45m/h，使微絮体处于流态化状态，使废水和聚合氯化铝、聚丙烯酰胺充分混合、接触、反应;从流态化反应区出来的废水进入絮体增长反应区，废水的流速下降，流态化逐渐减弱，微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大的絮体开始下沉，接着，废水进入絮体分离沉淀区;在絮体分离沉淀区，废水上升的流速进一步下降，絮体逐渐下沉，最后到达污泥浓缩区，在反应塔底部形成沉淀并逐渐浓缩，而废水缓慢上流至前处理塔顶部的澄清水区，通过溢流堰溢流进入出水槽;
(2)Fenton流态化处理：前处理塔出水槽的废水通过第二水泵输送到流态化反应塔底部的喷射进水口;同时通过第三管道混合器、第四管道混合器和第五管道混合器分别加入H2SO4、FeSO4•7H2O和过氧化氢;通过粒子投入口向流态化反应塔投加流态化颗粒;
废水从喷射进水口喷射出来进入流态化反应塔的第一流态化反应区，并通过形成的负压将流态化反应塔底部的流态化颗粒提升吸入第一流态化反应区，接着废水从第一流态化反应区溢流进入第二流态化反应区;使流态化颗粒充分流态化，进行Fenton流态化反应;然后废水和颗粒离开第二流态化反应区向流态化反应塔顶部流动，进入颗粒沉降分离区;在颗粒沉降分离区，随着流动截面积的增加，废水和流态化颗粒的上升速度下降，粒子在重力作用下开始沉降至颗粒聚集区，而废水则与颗粒分离经流态化反应塔顶部溢流进入循环出水槽;
循环出水槽中1/2~2/3质量的水通过第三水泵输送，并由第三流量计监测流量，经管道和来自前处理塔出水槽的废水混合，进入流态化反应塔底部的喷射进水口，以维持废水在流态化反应塔中的流速，使流态化颗粒在第一、第二流态化反应区中充分流态化，有效提高废水的处理效果;
(3)后处理：经Fenton流态化处理的废水溢流进入循环出水槽，再通过第四水泵经管道输送到后处理塔的喷射进水口，进入后处理塔的流态化反应区，同时通过第六管道混合器和第七管道混合器向废水中加入碱液和聚丙烯酰胺;在流态化反应区，微絮体开始形成，维持水流上升速度为25~45m/h，使微絮体处于流态化状态，使废水和碱液、聚丙烯酰胺充分混合、接触、反应;从流态化反应区出来的废水进入絮体增长反应区，废水的流速下降，流态化逐渐减弱，微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大的絮体开始下沉，接着，废水进入絮体分离沉淀区;在絮体分离沉淀区，废水上升的流速进一步下降，絮体逐渐下沉，最后到达污泥浓缩区，在反应塔底部形成沉淀并逐渐浓缩，而废水缓慢上流至后处理塔中上部的澄清水区;最后，废水通过溢流堰溢流进入出水槽输送到清水池28，完成废水的处理过程。
进一步地，步骤(1)中，以废水体积计，所述聚合氯化铝的加入量为200~600 mg/L，所述聚丙烯酰胺的加入量为1~2 mg/L。
进一步地，步骤(1)中，废水在前处理塔的停留时间为3~5h。
进一步地，步骤(2)中，所述FeSO4•7H2O和过氧化氢的加入量与待处理废水COD质量比分别为1~2:1和1~3:1。
进一步地，步骤(2)中，加入H2SO4使废水pH保持为2~4。
进一步地，步骤(2)中，废水从喷射进水口喷射出来进入流态化反应塔的第一流态化反应区的速度为5-10 m/s。
进一步地，步骤(2)中，废水在第一流态化反应区和第二流态化反应区的流动速度分别为60~75 m/h和40~55 m/h。
进一步地，步骤(2)中，废水在流态化反应塔的停留时间为1~2.5h。
进一步地，步骤(2)中，所述流态化颗粒为粒径0.5~1.5mm的石英砂。
进一步地，步骤(2)中，流态化颗粒的投加量为：流态化颗粒与废水的料液比为2:1~10:1g/L。
进一步地，步骤(3)中，以废水体积计，所述聚丙烯酰胺的加入量为1~2mg/L。
进一步地，步骤(3)中，加入碱液调节废水的pH值至7.5～8。
进一步地，步骤(3)中，废水在后处理塔的停留时间为3~5h。
造纸法再造烟叶废水二级生物处理出水的色度、COD仍然较高，且悬浮物浓度很高，还含有木素降解产物等难生物降解有机污染物，不能达到国家排放标准。本发明的方法首先将造纸法再造烟叶废水二级生物处理出水输送到前处理塔进行高效混凝沉淀处理，以去除废水中的大部分悬浮物及部分溶解态污染物。通过结构的优化设计，前处理塔中设计有依次连通的流态化反应区、絮体增长反应区、絮体分离沉淀区、污泥浓缩区和澄清水区，废水在前处理塔中在流态化状态下与混凝剂、絮凝剂进行充分均匀混合、反应，有效提高了传质效率，并同时实现了混凝、沉淀、净化的过程，有效提高了废水处理的效果，经前处理塔处理后废水的悬浮物去除率达到90%以上。
经前处理塔处理的废水中主要含有溶解性的难生物降解有机污染物及部分发色物质。本发明的方法将经前处理塔处理的废水输送到流态化反应塔，通过喷射进水口首先进入第一流态化反应区并持续向上流动，接着废水溢流进入第二流态化反应区。在流态化反应塔的第一、第二流态化反应区，废水中的有机污染物、FeSO4•7H2O、过氧化氢和流态化颗粒充分均匀混合，进行Fenton流态化反应，大大提高了传质效率和化学反应的速率，提高了废水处理的效率，提高了对废水COD和色度的去除效果。
经Fenton流态化反应处理的废水输送到后处理塔，在铁盐沉淀絮体和絮凝剂的作用下进行混凝沉淀处理。后处理塔中设置有依次连通的流态化反应区、絮体增长反应区、絮体分离沉淀区、污泥浓缩区和澄清水区，废水在流态化状态下与铁盐沉淀絮体、絮凝剂进行充分均匀混合、反应，有效提高了传质效率，并同时实现了混凝、沉淀、净化的过程，有效提高了废水处理的效果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点有益效果：
(1)基于造纸法再造烟叶废水二级生物处理出水仍然含有较高浓度悬浮物的情况，本发明采用在Fenton流态化处理之前进行混凝沉淀处理的工艺，通过高效混凝沉淀预处理去除了造纸法再造烟叶废水二级生物处理出水中的大部分悬浮物及部分溶解态污染物，大大减少了Fenton处理过程化学药剂的消耗量，降低了处理成本，同时有效提高了处理效果。
(2)本发明利用Fenton流态化技术代替传统的Fenton工艺，利用流态化条件下高效的传质效率，实现了较低的过氧化氢、亚铁离子浓度条件下废水的较高处理效果，提高了废水处理的效率，同时减少了污泥的生成量;在Fenton流态化反应塔的第一、第二流态化反应区中，废水中的有机污染物、FeSO4•7H2O、过氧化氢和流态化颗粒充分均匀混合，进行流态化条件下的Fenton催化氧化反应，有效提高了传质效率和化学反应的速率，提高了废水中有机污染物氧化降解的效果;同时减少化学试剂用量，减少后期混凝过程中污泥的产量。
(3)本发明通过控制过氧化氢计量泵使过氧化氢逐步、连续加入到反应体系中，有效维持了Fenton流态化反应塔中稳定的、较高的过氧化氢浓度，保证羟基自由基持续有效的生成，保证较高的化学反应速度，同时有效减少过氧化氢的无效分解，减少过氧化氢的需求量。