申请日2016.01.05
公开(公告)日2016.03.23
IPC分类号C02F9/14; C02F101/34; C02F101/38; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种高浓度难降解废水处理方法，在预处理段采用微电解反应器+芬顿反应器+多功能废水处理机相结合处理的方式，大幅度降解废水中各类污染物质，同时调整废水的可生化性能;生化降解段采用A2O+AO处理工艺，废水通过厌氧、缺氧、好氧一次生化+厌氧、好氧二次生化处理，并在生化内部通过不断的闭路内循环，可处理消解掉废水中绝大部分的污染物质;后处理段采用多功能生物滤池与多介质过滤、生物活性炭吸附相结合的处理工艺，可最大限度的将废水中残存的污染物质消解或通过吸附后降解，最终出水达到合格排放的目标。该方法适用范围广泛、处理效果好、运行成本低，强化了高浓度、难降解废水的物化、生化处理，减少了废水对环境的污染。
权利要求书
1.一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
一、预处理工艺
1)、将生产废水或者事故废水收集后引入废水调节池，在废水调节池中行均质、均量调节，同时搅拌防止悬浮颗粒杂质沉淀，然后废水提升至微电解反应器内;
2)、废水在微电解反应器内，通过铁碳滤层去除CODcr、色度，同时对杂环类物质进行开环破链，提高废水可生化性，然后进入芬顿反应器;
3)、废水在芬顿反应器中与铁碳电解填料和H2O2构成的Fenton氧化体系进一步反应，进一步去除废水中的CODcr、色度，对杂环类物质进行开环破链，提高废水可生化性，然后进入多功能废水处理机;
4)、废水在多功能废水处理机中调节PH值，去除微电解及芬顿反应后产生的大量反应残渣，产生的污泥排入污泥处理系统，废水则进入生化降解工艺;
二、生化降解工艺
5)、预处理后的废水与直接排放生活废水在综合废水调节池中进行混合调节，均质均量，补加C、N、P，并调节碱度;然后提升进入UASB厌氧反应池;
6)、废水采用脉冲式间歇布水器进入UASB厌氧反应池后，从反应器的污泥床底部进入，微生物分解废水中的有机物产生沼气及其它气体，气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成悬浮污泥层，然后气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室有效分离排出，污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出进入缺氧反应池，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内，在一定的水力负荷下绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量;
7)、废水进入缺氧反应池后，缺氧反应池中的兼性微生物将污水中的有机氮转化分解成氨氮，污水中的有机碳源作为电子供体将好氧硝化池返流过来的硝酸盐NO3-、亚硝酸盐NO2-转化为N2，经反硝化作用后达到最终彻底消除氮的富营养污染，同时在反硝化转化时消耗大量的有机碳源，废水在缺氧反应池中去除有大量机物，然后进入好氧反应池;
8)、废水在好氧反应池中，在亚硝酸菌和硝酸菌的联合作用下废水中的氨氮 彻底转化为亚硝酸状氮、硝酸状氮，然后通过回流至反硝化池彻底脱除，通过在硝化过程中废水中的有机物得到充分、彻底的降解;好氧反应池出水进入中间沉淀池;
9)、废水在中间沉淀池中进行泥水分离，经过沉淀处理的水通过可调溢水堰进入后续A/O生物接触氧化池，沉淀下来的污泥与硝化混合液连续回流到缺氧池，以保持反应池中的污泥浓度及脱除硝态氮，多余污泥定期排放;
10)、废水在A/O生物接触氧化池中进一步氧化分解有机物及硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮,然后进入二次沉淀池;所述A/O生物接触氧化池的溶解氧控制在3mg/L以上，PH值控制在7.5～8.0;
11)、废水在二次沉淀池中，去除脱落的生物膜及悬浮物，经过二次沉淀池处理的出水进入中间水池，沉淀下来的污泥部分回流至A/O生物接触氧化池，部分定期排至污泥池;
12)、废水在中间水池中转，中间水池内设置提升水泵，将废水均匀提升至后处理系统;
三、后序处理工艺
13)、废水由中间水池中转进入多功能生物滤池，废水中的污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上生物膜进一步的去除CODcr和NH4-N;多功能生物滤池出水进入多介质过滤器，多功能生物滤池的反冲排水回流至综合废水调节池;
14)、多介质过滤器过滤截除多功能生物滤池中随出水流出的大量悬浮胶体物质;多介质过滤器的出水进入生物活性炭吸附器，反洗出水回流综合废水调节池;
15)、生物活性炭吸附器吸附废水中的残余有机物、氨氮、色度，同时分解废水中的氧份和微生物，废水经生物活性炭吸附器吸附后，出水进入清水监测排放池，生物活性炭吸附器的反洗出水回流综合废水调节池;
16)、废水在清水监测排放池中进行检测，检测合格后排入自然环境，不合格的水回流综合废水调节池中。
2.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，还包括污泥处理工艺：
收集多功能废水处理机中的污泥和中间沉淀池及二次沉淀池中的多余污泥进入污泥收集池，污泥收集池中的上清液回流至综合废水调节池，污泥收集池中的污泥经投加PAM后转入污泥浓缩池进行浓缩，污泥浓缩池的上清液回流至综合废水调节池，浓缩后的污泥转入污泥压滤池中，污泥压滤池的上清液回流至综合废水调节池，经压滤后的污泥进行外委或焚烧处理。
3.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述一、预处理工艺的步骤4)中的多功能废水处理机包括依次连接的中和池、还原反应池、混凝反应池和斜管沉淀池，所述斜管沉淀池内装设有六角蜂窝斜管填料。
4.如权利要求3所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述一、预处理工艺的步骤4)中废水首选在中和池中通过加碱调节芬顿池出水的PH值，使废水的PH值达到絮凝反应沉淀的最佳值，然后废水在还原反应池中通过曝气搅拌消解的残余的H2O2;然后废水进入混凝反应池中，通过投加絮凝剂生成大量絮凝状沉淀物;然后废水进入斜管沉淀池中，通过斜管沉淀的方法去除前级反应生成物。
5.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述二、生化降解工艺的步骤7)中在缺氧反应池内设置有水下搅拌机。
6.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述二、生化降解工艺的步骤8)中的所述好氧反应池的充氧设备采用旋混伞形切割曝气器。
7.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述二、生化降解工艺的步骤8)中在所述好氧反应池中投加粉末活性炭，形成PACT处理功艺，使活性污泥附着在粉末活性炭的表面，提高污泥的吸附凝聚能力，也提高了对CODcr及其他有害物质的去除。
8.如权利要求1所述的一种高浓度、难降解废水处理方法，其特征在于，所述二、生化降解工艺的步骤9)中中间沉淀池采用竖流式沉淀池型式，中心进水、周边出水，水池中部为沉淀区，下部为污泥区。
说明书
一种高浓度、难降解废水处理方法
技术领域
本发明涉及污水的处理方法，具体为一种高浓度、难降解废水处理方法。
背景技术
在化工业生产废水中，会含有大量的有毒难降解有机物，如苯酚、硝基苯、卤代、含偶氮及硝基芳香化合物等。化工废水排入江河中不仅严重污染水源，而且造成大量的资源浪费。例如传统用水大户的造纸业，就是造成水污染的重要污染源之一，造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国工业废水排放量的首位，造纸工业对水环境的污染非常严重。化工废水中包含的有毒难降解化合物经过多种途径进入自然环境，呈现长期残留性和高毒性等特点。其中的某些物质具有致畸或致癌作用，可在食物链中生物聚积，严重威胁到人类的生命安全。
含有毒难降解有机物废水的处理有物理法、化学法、生物法及这些方法的组合。物理法主要是指抽出处理法，是化工废水水修复的代表性技术，应用最为广泛。化学氧化法主要常用于石油烃污染及氯代烃污染的废水修复，但是成本较高。生物法包括微生物降解和植物修复，在土壤中接种高效的菌种可以显著提高降解效果。
传统的废水深度处理工艺要么是简单的废水进行生化处理，要么是使用过滤、吸附、混凝沉淀及消毒等处理工艺，这些传统工艺明显存在着效率较低、造成二次污染的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的废水深度处理工艺效率较低、造成二次污染的缺陷，提供一种高浓度、难降解废水处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种高浓度、难降解废水处理方法，包括以下几个步骤：
一、预处理工艺
1)、将生产废水或者事故废水收集后引入废水调节池，在废水调节池中行均质、均量调节，同时搅拌防止悬浮颗粒杂质沉淀，然后废水提升至微电解反应器内;
2)、废水在微电解反应器内，通过铁碳滤层去除CODcr、色度，同时对杂环类物质进行开环破链，提高废水可生化性，然后进入芬顿反应器;
基于电化学中的电池反应，当将铁和碳浸入电解质溶液中时，由于Fe和C之间存在1.2V的电极电位差，因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场，阳极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，可使某些有机物的硝基或亚硝基基团还原成可生化性明显高胺基基团，也可使某些不饱和发色基团的双键打开、基团破坏而除去色度，使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而提高可生化性。同时阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，这些活性成分均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而消除了有机废水的色度，提高了废水的可生化性。
当废水与铁碳接触后发生如下电化学反应：
阳极：Fe-2e—→Fe2+E(Fe/Fe)=0.4V
阴极：2H++2e—→H2E(H+/H2)=0V
当有氧存在时,阴极反应如下：
O2+4H++4e—→2H2OE(O2)=1.23V
O2+2H2O+4e—→4OH-E(O2/OH-)=0.41V
此外，二价和三价铁离子是良好的絮凝剂，特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，可进一步降低废水的色度，同时去除部分有机污染物质使废水得到初步净化。
在进入微电解反应器后首先加入硫酸调节PH值至微电解最佳值，然后通过烧结铁碳滤层，出水进入芬顿反应器
3)、废水在芬顿反应器中与铁碳电解填料和H2O2构成的Fenton氧化体系进一步反应，芬顿反应是有比微电解更强烈的强氧化作用，进一步去除废水中的CODcr、色度，对杂环类物质进行开环破链，提高废水可生化性，减少废水中有 毒物质对微生物的毒害作用，然后进入多功能废水处理机;
微电解反应器出水进入芬顿反应池，在铁碳反应后加H2O2，与微电解阳极反应生成的Fe2+构成Fenton氧化体系。在酸性条件下H2O2被催化分解(在PH值为3.5下进行，其自由基生成速率最大)，产生反应活性很高的羟基自由基，从而引发和传播自由基链反应，加速有机物和还原性物质的氧化，产生特殊的催化氧化作用，可将废水中的酚、苯环环芳香族化合物、烷基芳烃等氧化成NO2、CO2、H2O及N2、SO42-等无害物排放。其一般历程为：
Fe2++H2O2→Fe3++OH﹣+.OH
Fe2++H2O2→Fe2++H++.O2H-
RH+.OH→R.+H2O
R.+H2O2→ROH+.OH
Fe2++.OH→OH-+Fe3+
4)、废水在多功能废水处理机中调节PH值，去除微电解及芬顿反应后产生的大量反应残渣，产生的污泥排入污泥处理系统，废水则进入生化降解工艺;多功能废水处理机包括依次连接的中和池、还原反应池、混凝反应池和斜管沉淀池，所述斜管沉淀池内装设有六角蜂窝斜管填料。
废水首选在中和池中通过加碱调节芬顿池出水的PH值，使废水的PH值达到絮凝反应沉淀的最佳值，然后废水在还原反应池中通过曝气搅拌消解的残余的H2O2;然后废水进入混凝反应池中，通过投加絮凝剂生成大量絮凝状沉淀物;然后废水进入斜管沉淀池中，通过斜管沉淀的方法去除前级反应生成物。
二、生化降解工艺
5)、预处理后的废水与直接排放生活废水在综合废水调节池中进行混合调节，均质均量，同时在该池内可视水质微生物代谢情况添加水质调整剂，补加C、N、P，并调节碱度，以满足后级生化高效进行;然后提升进入UASB厌氧反应池;
6)、废水采用脉冲式间歇布水器进入UASB厌氧反应池后，从反应器的污泥床底部进入，微生物分解废水中的有机物产生沼气及其它气体，气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成悬浮污泥层，然后气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室有效分离排出，污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下，水和泥分离，上清液从沉淀区上部排出进入缺氧反应池，沉淀区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内，在一定 的水力负荷下绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量;
UASB厌氧反应器是一种悬浮生长型的消化器，由反应区和分离区二部分组成。反应器的底部是浓度较高的污泥层，也称污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层，悬浮污泥层和污泥床统称为反应区;在反应区上部为分离区，设有气、液、固三相分离器，气体(沼气类)析出回用或排放、固体(厌氧污泥)回流反应区、液体(废水出水)进入后级系统。
UASB厌氧反应池具有投资省，占地面积小，节省能耗及操作方便;反应器内污泥浓度高，剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好;反应器内设三相分离器，沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，无污泥回流设备;脉冲式布水，池内无需混合搅拌设备。投产运行正常后，利用间歇脉冲进水及本身产生的沼气、氮气来搅动污泥层;
7)、废水进入缺氧反应池后，缺氧反应池中的兼性微生物将污水中的有机氮转化分解成氨氮，污水中的有机碳源作为电子供体将好氧硝化池返流过来的硝酸盐NO3-、亚硝酸盐NO2-转化为N2，经反硝化作用后达到最终彻底消除氮的富营养污染，同时在反硝化转化时消耗大量的有机碳源，废水在缺氧反应池中去除有大量机物，然后进入好氧反应池;
为了便于活性污泥和水体的充分接触反应，保持污泥的活性，不使污泥沉淀结饼，特在缺氧池内设置水下搅拌机装置，有效地保证了缺氧反应池的运行和处理效果，缺氧反应池出水进入好氧反应池;
8)、废水在好氧反应池中，在亚硝酸菌和硝酸菌的联合作用下废水中的氨氮彻底转化为亚硝酸状氮、硝酸状氮，然后通过回流至反硝化池彻底脱除，通过在硝化过程中废水中的有机物得到充分、彻底的降解;好氧反应池出水进入中间沉淀池;在所述好氧反应池中投加粉末活性炭，形成PACT处理功艺，使活性污泥附着在粉末活性炭的表面，提高污泥的吸附凝聚能力，也提高了对CODcr及其他有害物质的去除。
好氧反应池的充氧设备采用旋混伞形切割曝气器，该曝气器具有耐腐蚀、阻力小、使用寿命长老化，不需清洗、更换和维修，永不堵塞，安装方便等优点;
好氧反应池采用二级设置，一级为高负荷池，最大量地去除氨氮及有机物，二级低负荷池，确保出水水质，好氧反应池出水进入中间沉淀池。
9)、废水在中间沉淀池中进行泥水分离，经过沉淀处理的水通过可调溢水堰进入后续A/O生物接触氧化池，沉淀下来的污泥与硝化混合液连续回流到缺氧池，以保持反应池中的污泥浓度及脱除硝态氮，多余污泥定期排放;
中间沉淀池采用竖流式沉淀池型式，中心进水、周边出水，水池中部为沉淀区，下部为污泥区。
10)、废水在A/O生物接触氧化池中进一步氧化分解有机物及硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮,然后进入二次沉淀池;所述A/O生物接触氧化池的溶解氧控制在3mg/L以上，PH值控制在7.5～8.0;
在生物接触氧化池内起主要作用的是填料，填料的好坏决定了微生物能否被吸附上以及是否能生长繁殖好，为对污水中的CODcr、BOD5、NH3-N去除率影响很大。我们在生物接触氧化池内设置高密度生态填料，该填料具有使用寿命长，比表面积大，具有一定的柔性和刚性，回弹性能良好，所采用材质比水轻，能在水中均匀舒展，对气泡作密集性多层次的切割，大大提高了溶解氧的传递系数，减少风量，节约能耗。由于丝的材质经特殊配方，结构独特，其在水中对微气泡有吸附作用，填料载着生物膜在整个生物池中，始终保持立体空间的最佳密度的均匀布置，使水、气、生物膜充分接触，提高了有机物去除率。此外该填料挂膜，脱膜容易，耐温、需腐蚀、耐老化，不结团，不堵塞。因此该填料的性能比软性、立体弹性、蜂窝填料的性能更优越;
11)、废水在二次沉淀池中，去除脱落的生物膜及悬浮物，经过二次沉淀池处理的出水进入中间水池，沉淀下来的污泥部分回流至A/O生物接触氧化池，部分定期排至污泥池;该沉淀池结构与中间沉淀池相同，采用竖流式结构，经过沉淀处理的出水进入中间水池，沉淀下来的污泥部分回流接触氧化池，部分定期排至污泥池;
12)、废水在中间水池中转，中间水池内设置提升水泵，将废水均匀提升至后处理系统;
三、后序处理工艺
13)、废水由中间水池中转进入多功能生物滤池，废水中的污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力进一步的去除CODcr和NH4-N;多功能生物滤池出水进入多介质 过滤器，多功能生物滤池的反冲排水回流至综合废水调节池;
多功能生物滤池中装填一定量有足够比表面积的滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气或者不曝气可根据处理要求自由调整;
多功能生物滤池可以通过生物氧化降解过程快速实现净化;同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用,生物滤池处理而不需在下游设置二沉池进行固液分离;运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。
多功能生物滤池填料采用高密度生态填料、活性炭填料及陶粒填料进行有机组合，运行时对有机物及其它污染物的去除方式是先吸附、再分解，以最大限度延长有机污染物停留时间;池内工作组合可根据实际进水水质设计为纯好氧、或厌氧+好氧、或缺氧+好氧多种工作状态，最大限度地满足处理要求;
14)、多介质过滤器过滤截除多功能生物滤池中随出水流出的大量悬浮胶体物质;多介质过滤器的出水进入生物活性炭吸附器，反洗出水回流综合废水调节池;
15)、生物活性炭吸附器吸附废水中的残余有机物、氨氮、色度，同时分解废水中的氧份和微生物，废水经生物活性炭吸附器吸附后，出水进入清水监测排放池，生物活性炭吸附器的反洗出水回流综合废水调节池;同时由于废水中富含氧份及微生物，在吸附的同时也起分解作用，因此活性炭基本不需要更换，只需定期补充即可;
16)、废水在清水监测排放池中进行检测，检测合格后排入自然环境也可作为反冲用水，不合格的水回流综合废水调节池中。
本方法中的污泥处理工艺为：
收集多功能废水处理机中的污泥和中间沉淀池及二次沉淀池中的多余污泥进入污泥收集池，污泥收集池中的上清液回流至综合废水调节池，污泥收集池中的污泥经投加PAM后转入污泥浓缩池进行浓缩，污泥浓缩池的上清液回流至综合废水调节池，浓缩后的污泥转入污泥压滤池中，污泥压滤池的上清液回流至综合废水调节池，经压滤后的污泥进行外委或焚烧处理。
本发明公开了一种高浓度难降解废水处理方法，包括预处理、生化降解、后级处理三个阶段;预处理段采用微电解反应器+芬顿反应器+多功能废水处理机相结合处理的方式，大幅度降解废水中各类污染物质，同时调整废水的可生化性能，使得废水利于后级生化降解;生化降解段采用A2O+AO处理工艺，废水通过厌氧、缺氧、好氧一次生化+厌氧、好氧二次生化处理，并在生化内部通过不断的闭路内循环，可处理消解掉废水中绝大部分的污染物质;后处理段则采用多功能生物滤池与多介质过滤、生物活性炭吸附相结合的处理工艺，可最大限度的将废水中残存的污染物质消解或通过吸附后降解，最终出水达到合格排放的目标。该方法适用范围广泛、处理效果好、运行成本低，强化了高浓度、难降解废水的物化、生化处理，对化工、染料、制药、制革类等多种废水均有较好的处理效果，减少了废水对环境的污染。