申请日2012.10.26
公开(公告)日2013.01.16
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种耦合式焦化废水深度处理工艺及其设备。该工艺先将废水引入混沉池降低其中的COD和悬浮物，其次将废水引入多介质过滤器中进一步过滤，然后引入流化床三维电极反应器进行电催化氧化，再引入MBR膜生物反应器，从MBR膜生物反应器出来的废水可以直接用作低等级用水，也可以继续深度处理进入保安过滤器除去废水中的悬浮物和活性污泥，最后进入反渗透装置，处理后的产水可以用作高等级用水。其设备主要由混沉池、多介质过滤器、流化床三维电极反应器、MBR膜生物反应器、保安过滤器和反渗透装置组成。该工艺及设备设计合理，解决了焦化废水深度处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值，产水可以满足不同等级用水的要求。
权利要求书
1.一种耦合式焦化废水深度处理工艺，是对经过常规两级生化处理后的 焦化废水进行再处理的过程，该工艺包括如下步骤：
1)将经过两级生化处理的焦化废水输送至混沉池中，使其在絮凝剂和 助凝剂的作用下进行沉淀处理，获得沉淀后的废水;
2)将沉淀后的废水输送至多介质过滤器中进行过滤处理，以进一步降 低废水中的污泥、悬浮物浓度，得到过滤后废水;
3)将过滤后废水输送至流化床三维电极反应器中进行电催化氧化反应 ，促使废水中生物难降解的有机物质通过羟基自由基氧化、并将大分 子有机物及芳香烃化合物降解成小分子或CO2，得到氧化后的废水;
4)将氧化后的废水输送至MBR膜生物反应器中进行连续曝气处理，以 使其中的小分子进一步生化降解，同时也截留部分污泥、悬浮物;
5)将经过连续曝气处理后的废水直接作为生化过程中消泡剂用水、煤 场抑尘用水、生活杂用水或其它低等级用水;或者：
6)将经过连续曝气处理后的废水输送至保安过滤器中进一步过滤处理 ，以滤除其中绝大部分的活性污泥和悬浮物;
7)将经过保安过滤后的废水输送至反渗透装置中进行除盐处理，所得 除盐废水回用作工艺循环冷却水或其它高等级用水，而反渗透出来的 浓水可以作为高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘用水、道路清扫用水 或其他低等级用水。
2.根据权利要求1所述的耦合式焦化废水深度处理工艺，其特征在于：所 述步骤1)中，絮凝剂采用聚合硫酸铁溶液和/或聚合氯化铝溶液，其 添加后在废水中的浓度均为200~800mg/L，助凝剂采用聚丙烯酰胺，其 添加后在废水中的浓度为0.5~10mg/L。
3.根据权利要求1所述的耦合式焦化废水深度处理工艺，其特征在于： 所述步骤2)中，多介质过滤器中的滤料采用粒径为0.5~2mm的无烟煤 、3~6mm的陶粒和4~10mm的石英砂三层组合。
4.根据权利要求1所述的耦合式焦化废水深度处理工艺，其特征在于：所 述步骤3)中，流化床三维电极反应器的粒子电极采用涂敷金属化合物 的 焦炭颗粒，其电流密度为20~100mA/cm2、废水在其中的停留时间为30 ~60min。
5.根据权利要求1所述的耦合式焦化废水深度处理工艺，其特征在于：所 述步骤4)中，MBR膜生物反应器中的曝气强度控制在0.15~0.5m3/h、 溶解氧浓度为1.5~8mg/L、膜清洗周期为10~15d。
6.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的耦合式焦化废水深度处理设备 ，包括混沉池(1)、多介质过滤器(2)、流化床三维电极反应器( 3)、MBR膜生物反应器(4)、保安过滤器(5)和反渗透装置(13) ，其特征在于：所述混沉池(1)的焦化废水出口与多介质过滤器(2 )的进口相连，所述多介质过滤器(2)的出口与流化床三维电极反应 器(3)的废水输入端相连，所述流化床三维电极反应器(3)的空气 输入端与鼓风机(7)相连，所述流化床三维电极反应器(3)的废水 输出端与MBR膜生物反应器(4)的进水口相连，所述MBR膜生物反应器 (4)的曝气口与曝气泵(8)相连，所述MBR膜生物反应器(4)的出 水口通过吸入泵(9)与保安过滤器(5)的进口相连，所述保安过滤 器(5)的出口与反渗透装置(13)的原水输入端相连。
7.根据权利要求6所述的耦合式焦化废水深度处理设备，其特征在于：所 述流化床三维电极反应器(3)包括电解槽体(302)，所述电解槽体 (302)内设置有密封支撑骨架(307)，所述密封支撑骨架(307)中 部设置有布气板(308)，所述布气板(308)下方的电解槽体(302) 中设置有曝气器(309)，所述曝气器(309)的空气输入端与鼓风机 (7)相连;所述曝气器(309)下方的电解槽体(302)中设置有布水 器(301)，所述布水器(301)的废水输入端与多介质过滤器(2)的 出口相连;所述密封支撑骨架(307)上方设置有阴电极(304)和阳 电极(305)，所述阴电极(304)和阳电极(305)周围的电解槽体( 302)中散布有流态化的粒子电极(303)，所述电解槽体(302)的上 部废水输出端设置有用于防止粒子电极(303)逃逸的孔隙板(306) ，所述孔隙板(306)与MBR膜生物反应器(4)的进水口相通。
8.根据权利要求7所述的耦合式焦化废水深度处理设备，其特征在于：所 述布气板(308)与曝气器(309)的间距为5~25mm，所述布气板(30 8) 上的布气孔直径为1~2mm;所述曝气器(309)上的通气孔直径为2~5m m;所述布水器(301)上的出水孔直径为2~5mm。
9.根据权利要求7或8所述的耦合式焦化废水深度处理设备，其特征在于 ：所述阴电极(304)和阳电极(305)呈平板状或圆筒状结构，或是 与上述形状对应的网状结构;所述粒子电极(303)采用粒径为2~10m m的涂敷有金属化合物的焦炭颗粒。
10.根据权利要求6或7或8所述的耦合式焦化废水深度处理设备，其特征在 于：所述MBR膜生物反应器(4)包括反应池体(401)，所述反应池体 (401)的进水口与流化床三维电极反应器(3)的废水输出端相连， 所述反应池体(401)中并列设置有浸没式MBR膜组件(402)，所述浸 没式MBR膜组件(402)的曝气口与曝气泵(8)相连，所述MBR膜组件 (402)的出水口与吸入泵(9)相连，所述反应池体(401)的排污口 与排污泵(403)相连。
说明书
耦合式焦化废水深度处理工艺及其设备
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体地是指一种耦合式焦化废水深度处理 工艺及其设备。
背景技术
焦化废水是一种公认难生物降解的工业废水，其难度在于废水的可生 化性差，除氨、氰及硫氰根等无机污染物外，还含有酚类、萘、吡啶 、喹啉等杂环及多环芳香族化合物(PAHS)等很难生物降解的物资， 这些物质能够对环境产生长期影响，且部分已被研究证实为致癌物质 ，另外高浓度氨氮对微生物活性有很强的抑制作用，生物脱氮效果不 佳。目前，焦化废水处理系统通常包括常规的两级处理。一级处理是 指从高浓度污水中回收利用污染物，其工艺包括氨气蒸馏、氨水脱酚 、终冷水脱氰等，是预处理过程。二级处理则是指酚氰污水无害化处 理，以活性污泥法为主，还包括强化生物处理技术等。由于进一步深 度处理费用昂贵，令国内许多焦化厂望而却步，所以多数焦化废水只 经过常规两级处理就直接排放了。但是废水经过上述处理后其中某些 有毒、有害物质(氰化物、COD及杂环化合物等)仍达不到国家允许的 排放标准。
目前，焦化废水深度处理工艺存在的突出问题如下：其一、通过化学 药剂深度处理废水，该方法可能会引入二次污染，或者造成增加后续 脱盐费用;其二、将焦化废水用于湿法熄焦或高炉冲渣，但废水中污 染物发生了转移，同时操作环境差，存在管网及设备腐蚀等问题;其 三、膜法除盐深度处理后的浓水去向也是亟需解决的问题。
为了推动产业结构升级、规范行业健康发展、促进节能减排和技术进 步，我国工信部于2008年12月19日颁布了《焦化行业准入条件(2008 修订)》的15号文件，并明确界定：酚氰废水处理合格后要循环使用 ，不得外排。因此，对焦化废水进行深度处理和回用是提高废水循环 率、减少污 水外排、降低新水消耗量的最佳选择，而寻求一种高效、低成本的深 度处理与回用技术是目前焦化废水深度处理过程迫切需求。
发明内容
本发明的目的就是要改变传统焦化废水处理工艺，提供一种经济、实 用、高效的耦合式焦化废水深度处理工艺及其设备。其集电催化氧化 技术、膜生物反应技术和反渗透技术为一体，可有效避免采用其他化 学药剂等处理废水造成的二次污染，降低焦化废水的处理成本，节约 大量生产用水。
为实现上述目的，本发明提供的耦合式焦化废水深度处理工艺，是对 经过常规两级生化处理后的焦化废水进行再处理的过程，该工艺包括 如下步骤：
1)将经过两级生化处理的焦化废水输送至混沉池中，使其在絮凝剂和 助凝剂的作用下进行沉淀处理，获得沉淀后的废水;
2)将沉淀后的废水输送至多介质过滤器中进行过滤处理，以进一步降 低废水中的污泥、悬浮物浓度，得到过滤后废水;
3)将过滤后废水输送至流化床三维电极反应器中进行电催化氧化反应 ，促使废水中生物难降解的有机物质通过羟基自由基氧化、并将大分 子有机物及芳香烃化合物降解成小分子或CO2，得到氧化后的废水;
4)将氧化后的废水输送至MBR膜生物反应器中进行连续曝气处理，以 使其中的小分子进一步生化降解，同时也截留部分污泥、悬浮物;
5)将经过连续曝气处理后的废水直接作为生化过程中消泡剂用水、煤 场抑尘用水、生活杂用水或其它低等级用水;或者：
6)将经过连续曝气处理后的废水输送至保安过滤器中进一步过滤处理 ，以滤除其中绝大部分的活性污泥和悬浮物;
7)将经过保安过滤后的废水输送至反渗透装置中进行除盐处理，所得 除盐废水回用作工艺循环冷却水或其它高等级用水，而反渗透出来的 浓水可以作为高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘用水、道路清扫用水 或其他低等级用水。
作为优选方案，所述步骤1)中，絮凝剂采用聚合硫酸铁溶液和/或聚 合氯化铝溶液，其添加后在废水中的浓度均为200~800mg/L，助凝剂采 用 聚丙烯酰胺，其添加后在废水中的浓度为0.5~10mg/L。
作为优选方案，所述步骤2)中，多介质过滤器中的滤料采用粒径为0 .5~2mm的无烟煤、3~6mm的陶粒和4~10mm的石英砂三层组合。
作为优选方案，所述步骤3)中，流化床三维电极反应器的粒子电极采 用涂敷金属化合物的焦炭颗粒，其电流密度为20~100mA/cm2、废水在 其中的停留时间为30~60min。
作为优选方案，所述步骤4)中，MBR膜生物反应器中的曝气强度控制 在0.15~0.5m3/h、溶解氧浓度为1.5~8mg/L、膜清洗周期为10~15d。
为实现上述工艺而设计的耦合式焦化废水深度处理设备，包括混沉池 、多介质过滤器、流化床三维电极反应器、MBR膜生物反应器、保安过 滤器和反渗透装置，其特殊之处在于：所述混沉池的焦化废水出口与 多介质过滤器的进口相连，所述多介质过滤器的出口与流化床三维电 极反应器的废水输入端相连，所述流化床三维电极反应器的空气输入 端与鼓风机相连，所述流化床三维电极反应器的废水输出端与MBR膜生 物反应器的进水口相连，所述MBR膜生物反应器的曝气口与曝气泵相连 ，所述MBR膜生物反应器的出水口通过吸入泵与保安过滤器的进口相连 ，所述保安过滤器的出口与反渗透装置的原水输入端相连。
作为优选方案，所述流化床三维电极反应器包括电解槽体，所述电解 槽体内设置有密封支撑骨架，所述密封支撑骨架中部设置有布气板， 所述布气板下方的电解槽体中设置有曝气器，所述曝气器的空气输入 端与鼓风机相连;所述曝气器下方的电解槽体中设置有布水器，所述 布水器的废水输入端与多介质过滤器的出口相连;所述密封支撑骨架 上方设置有阴电极和阳电极，所述阴电极和阳电极周围的电解槽体中 散布有流态化的粒子电极，所述电解槽体的上部废水输出端设置有用 于防止粒子电极逃逸的孔隙板，所述孔隙板与MBR膜生物反应器的进水 口相通。
进一步地，所述布气板与曝气器的间距为5~25mm，所述布气板上的布 气孔直径为1~2mm;所述曝气器上的通气孔直径为2~5mm;所述布水器 上的出水孔直径为2~5mm。
更进一步地，所述阴电极和阳电极呈平板状或圆筒状结构，或是与上 述形状对应的网状结构;所述粒子电极采用粒径为2~10mm的涂敷有金 属化合物的焦炭颗粒。
再进一步地，所述MBR膜生物反应器包括反应池体，所述反应池体的进 水口与流化床三维电极反应器的废水输出端相连，所述反应池体中并 列设置有浸没式MBR膜组件，所述浸没式MBR膜组件的曝气口与曝气泵 相连，所述MBR膜组件的出水口与吸入泵相连，所述反应池体的排污口 与排污泵相连。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，该工艺及其设备设计合理，能对焦化生化系统中的难降解有机 物进一步降解，满足后续MBR膜生物反应器生化处理的需要。同时，多 介质过滤器、MBR膜生物反应器、保安过滤器大幅降低了废水中的悬浮 物，无论是对流化床三维电极反应器降解效率，还是对延长反渗透装 置的使用寿命，都得到了大幅度提高，保证了运行成本低廉，解决了 焦化废水深度处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值。
其二，该工艺及其设备操作简单，运行成本较低，出水水质可以满足 不同等级用水要求。
其三，该工艺及其设备已经在冶金废水循环利用实验室进行了25L/h的 小试试验，实验效果证明：能够满足焦化废水深度处理与回用的要求 ，COD去除率可达到80%以上，电导率600~1500μs/cm之间的废水，反 渗透装置的除盐率可以达到90%，得水率在50~80%左右，每吨废水处理 成本最低可达到4元左右。