申请日2015.02.13
公开(公告)日2015.06.03
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种可用于难生物降解废水处理的在线化学氧化动态膜系统，其特征在于，所述系统包括双氧水高位槽(1)、含铁矿粉混合槽(2)、pH调整高位槽(3)、循环槽(4)、循环泵(5)、膜及组件(6)、回收槽(7)和流量(L)/温度(T)/压力(P)/pH等参数的检测控制装置(8)。所述双氧水高位槽、含铁矿粉混合槽和pH调整高位槽的出口都与循环槽相连，循环槽出口与循环泵连接，循环泵出口连接到膜及膜组件的循环侧，且循环泵出口管路上安装温度(T)/压力(P)/流量(L)/pH等参数的检测控制装置，膜及膜组件循环侧的出口连接回循环槽，且膜及膜组件循环侧底部设置排污口，排污口连接到回收槽，膜及膜组件产水侧的产水送出本系统。本发明可大大提高基膜产水水质，简化处理工艺，提高色度、TSS、CODCr、BOD5、苯系物等指标的去除率，显著减少循环侧污染物残余总量，降低污水处理成本。
权利要求书
1.一种用于难生物降解废水的处理系统，它包括双氧水高位槽(1)、 含铁矿粉混合槽(2)、pH调整高位槽(3)、循环槽(4)、循环泵(5)、膜及 膜组件(6)、回收槽(7)和流量(L)/温度(T)/压力(P)/pH等参数的检测控 制装置(8)。其特征在于：所述双氧水高位槽、含铁矿粉混合槽和pH 调整高位槽的出口都与循环槽相连，循环槽出口与循环泵连接，循环 泵出口连接到膜及膜组件的循环侧，且循环泵出口管路上安装温度 (T)/压力(P)/流量(L)/pH等参数的检测控制装置，膜及膜组件循环侧的 出口连接回循环槽，且膜及膜组件循环侧底部设置排污口，排污口连 接到回收槽，膜及膜组件产水侧的产水送出本系统。
2.根据权利要求1所述的一种废水处理系统，其特征在于，所述双 氧水高位槽(1)、含铁矿粉混合槽(2)和pH调整高位槽(3)的出口都与 循环槽(4)相连，循环槽(4)出口与循环泵(5)连接，循环泵出口连接到 膜及膜组件(6)的循环侧，所述膜及膜组件使用的固相膜能耐双氧水 等强氧化剂的腐蚀，且属于微滤或超滤膜，循环侧的出口连接回循环 槽(4)。
3.根据权利要求2所述的一种废水处理系统，其特征在于，所述双 氧水高位槽(1)、含铁矿粉混合槽(2)和pH调整高位槽(3)的出口都与 循环槽(4)相连，可根据废水条件，改变pH调整高位槽的流量，调整 循环槽内pH值于芬顿氧化反应适宜条件，同时调整双氧水高位槽(1) 和含铁矿粉混合槽(2)两处流量值，按合理比例连续投料于循环槽(4) 中，连续循环运行后，在循环槽(4)和膜及膜组件(6)的循环侧可形成 高效的芬顿氧化反应条件，降解废水中的小分子污染物。
4.根据权利要求3所述的一种废水处理系统，其特征在于，所述芬 顿氧化反应适宜条件形成时，调整循环泵(5)的流量和压力与含铁矿 粉混合槽(2)中投入的粉体目数合理匹配，同步在膜及膜及组件(6)的 动态膜基膜上形成在线化学氧化动态膜，可通过过滤作用去除颗粒状 或大分子污染物。动态膜厚度受过滤运行条件和污水水质等影响。
5.根据权利要求3和权利要求4所述的一种废水处理系统，其特征 在于，所形成的在线化学氧化动态膜的膜孔因芬顿氧化反应的进行不 断消耗含铁粉体，可形成从动态膜的表层到深层，膜孔由大到小的梯 度孔径，小于基膜孔径，故产水TSS指标较基膜单独处理结果有显 著优化，且由于污水反复流经动态膜，混合效果及接触机会增加，比 普通的非均相芬顿氧化反应效率更高。同时可在含铁粉体表面因芬顿 反应形成凹点，产生明显的对废水中污染物的吸附作用，进一步降低 产水中色度、TSS、CODCr、BOD5、苯系物等产水指标。少量剩余含 铁矿泥排入回收槽(7)后进一步处理。
说明书
一种在线化学氧化动态膜废水处理系统
技术领域
本发明属于难生物降解废水处理技术领域，涉及膜法水处理 技术中的动态膜技术，特别涉及一种在线形成、连续转变、具备 催化反应作用及吸附作用的动态膜过滤系统，是动态膜与芬顿氧 化两种技术的深度耦合系统。
背景技术
我国人均淡水拥有量较低和淡水资源污染问题日益凸显，部 分受N、P等污染而富营养化，或受工业污染而重金属严重超标， 甚至污染物属致癌、致畸、致突变物质，所涉及污染物种类多达 几十种，严重威胁用水安全。常规水处理工艺涉及混凝、沉淀、 厌氧/好氧生物处理、过滤、氧化、消毒等多个单元，主要利用物 理或物理化学方法去除浊度及TSS，通过生物方法降解去除大部 分有机物，降低化学需氧量(CODCr)和生化需氧量(BOD5)，再通 过化学或物化方法，如臭氧氧化、催化氧化等技术去除剩余的难 降解有机物、细菌等，达到产水要求，上述工艺流程较冗长，且 物理处理单元或对污染物分离而不分解，需二次处理污染物，有 的处理单元对污染物分解而不分离，适于处理溶解性小分子有机 污染物。
膜分离技术在当今水处理研究中极为活跃。现有的微滤膜(孔 径>0.05μm)、超滤膜(孔径2-50nm)的膜制备、膜应用技术日臻 成熟，尤其是无机陶瓷膜，化学稳定性好，耐有机溶剂、强酸强 碱溶液，不产生微生物降解，常用于强氧化性、高酸碱度、高温 环境的分离过程，已在多个行业应用。动态膜技术是在固相膜分 离技术基础上发展起来的新型膜分离技术，该分离技术包含动态 膜的基膜及动态膜分离层本身，动态膜的基膜指用来承载动态膜 的有孔材料，大孔的比如工业滤布、不锈钢丝网、普通筛网等多 孔材料，小孔材料如烧结聚氯乙烯管、无机滤膜等。动态膜分离 层是动态膜分离技术的主体，指依附于基膜之上、执行分离功能 的滤饼层，是通过错流过滤(或终端过滤)的方式将某种固体或胶 体微粒沉淀在基膜表面而形成的。用于形成动态膜的粒子种类较 多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC)等,也可用被处理的废液中的 某种物质作为成膜颗粒沉淀在基膜上形成动态膜,如生物动态膜 的成膜物质为污水中的活性污泥，但无论何种膜技术，主要功能 在于截留分离，即按照污染物颗粒大小进行分离去除，在循环侧 形成浓缩液，不分解降解污染物，需要二次处理已分离物质。
芬顿高级氧化技术在处理难生物降解的污染物时，优势极为 显著，H2O2在含铁催化剂作用下产生羟基自由基(·OH)，反应活性 高，氧化还原电位高达2.8V，可将难降解有机物氧化分解成有机 小分子甚至无机化，彻底氧化去除传统废水处理技术无法处理的 难降解有机物，但对于大颗粒有机污染物，因反应接触面积较小 等原因，反应效率较低，污染物去除率总体较低。
孙丽华等在专利“一种动态膜净化反应器和去除再生水中氨 氮和有机物的方法”[申请号：201110304246.4]中公布了如下内 容：臭氧氧化处理污染物部分单独进行，然后投加具有吸附作用 的活性炭、硅藻土等颗粒，形成动态膜，进行过滤，相当于臭氧 氧化和动态膜过滤分别进行，有机物的去除依靠孳生的微生物的 生物氧化作用，形成动态膜的颗粒属于吸附剂，不具备催化氧化 作用，与本发明不同。
柳丽芬等[申请号：201310090838X]采用了有机膜和电芬顿催 化技术耦合的污水处理方法，是将有机膜作为电芬顿技术的阴极， 未涉及动态膜。丁丽丽等[申请号：2014102125035]将芬顿反应器 与陶瓷膜管组合使用，陶瓷膜的作用仅在于形成空腔，利用了陶 瓷膜管优秀的耐氧化剂性能，后部设置的石英砂过滤更加明确表 明该专利未利用到动态膜技术，不同于本发明。沈拥军等[申请号： 2013103936358]采用生物膜沉积铁，然后与回收的过氧化氢溶液 产生芬顿反应的难降解废水处理方法，该方法所述生物膜仅指微 生物附着在一起形成的连续薄层，不涉及动态膜技术，与本发明 不同。
其他相近专利为生物膜技术，即在结构上类似的生物膜反应 器系统，但该技术核心原理为：用固相膜分离技术将准备排出系 统外的剩余污泥截留分离，取代原有的二沉池等分离设备，而对 污水中污染物的处理仍以活性污泥的生物降解作用为主，不涉及 动态膜，与本发明不同。部分光催化动态膜的相关专利则与本发 明原理上完全不同。
发明内容
本发明的目的就是针对在处理难降解废水时，单独的芬顿氧 化法主要降解去除溶解性小分子污染物，总体去除率较低，约 30-50%，而单独运用膜分离法，比如微滤、超滤膜，难以滤除溶 解性小分子污染物，总去除率仅50-80%，若使用纳滤和反渗透膜， 则需要多个预处理单元，工艺冗长且运行成本高。本发明将非均 相芬顿氧化和动态膜技术深度耦合起来，工艺单元大大简化，保 持了两种处理单元的优势，耦合成一种集芬顿氧化、动态膜过滤、 动态膜颗粒吸附、基膜过滤等多原理协同处理难降解废水的新处 理系统，可显著同步提高TSS、色度、CODCr、BOD5、苯系物等指 标的去除效果。
本发明的技术方案为，先向双氧水高位槽(1)、含铁矿粉混合 槽(2)、pH调整高位槽(3)中分别加入原料溶液和粉体，然后按比 例投加于已存储难生物降解废水的循环槽(4)，各配料比例符合膜 及膜组件(6)运行要求后，启动循环泵(5)，向膜及膜组件(6)供液， 开启循环回液阀门，开始循环过滤运行，并根据运行参数，由流 量(L)/温度(T)/压力(P)/pH等参数的检测控制装置(8)进行控制 和调整，最初0-10min的产水水质略差，可专门回流至循环槽(4)， 产水水质达标后正常产水，然后根据渗透通量下降程度确定冲洗 周期，冲洗后的废弃动态膜颗粒及其截留、吸附的污染一起形成 含铁矿泥，排入回收槽(7)进一步处理，系统组成见图1。
含铁矿粉可根据实际情况选择，可用含铁矿石粉如赤铁矿粉、 褐铁矿粉、磁铁矿粉，或用三氧化二铁粉、铁屑等。所用矿粉颗 粒的目数根据基膜孔径确定，以保证不会堵塞基膜的膜孔，而是 形成滤饼过滤型动态膜，动态膜和基膜结构见图2，保持连续高 渗透通量运行。
循环槽中可不设置搅拌设备，而通过调整循环侧回水出口口 径，由循环液进行水力搅拌混合以满足需要，节能明显。
循环泵使用允许颗粒物通过的水泵，如浆料泵等，且所选泵 的允许颗粒直径应大于含铁矿粉粒径。
膜及膜组件部分的形式可选，管式膜、板式膜、多通道式膜 均可，外压式中空纤维膜也可，因涉及颗粒过滤，一般不适用卷 式膜组件，避免堵塞通道。基膜则必须使用耐压(0-0.5MPa)、耐 强氧化剂的微滤或超滤膜，如氧化铝陶瓷微滤膜、二氧化钛陶瓷 超滤膜。
本发明的有益效果为：本发明将非均相芬顿氧化和动态膜技 术深度耦合，工艺单元大大简化，保持了两种单元的原有优势， 形成了一种芬顿氧化、动态膜过滤、动态膜颗粒吸附、基膜过滤 等多原理协同处理难降解废水的新处理系统，可将色度、TSS、 CODCr、BOD5、苯系物等指标上述指标的去除率同步提高到80-100%， 且操作简单，运行成本较低。