申请日2011.08.26
公开(公告)日2012.01.25
IPC分类号C02F9/14; C02F103/28; C02F1/52; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种高效处理碱法麦草浆中段废水的工艺及设备，经过废水的预处理、预氧化处理、好氧生物处理和混凝沉淀处理四个步骤，出水达标排放。其采用“预处理+Fenton预氧化+好氧生物处理+混凝沉淀处理”的联合工艺，处理设备结构简单、运行稳定、效率高、处理效果好，CODCr总去除高达95~97%，色度总去除率达95~99%，成本低，节能40%以上，且污泥产量少，节省了污泥处理费用。最终出水可稳定达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)的要求。
权利要求书
1.一种高效处理碱法麦草浆中段废水的工艺，其特征是，步骤如下：
(1)废水的预处理：去除废水中较大易堵塞泵及管路的漂悬浮物，回收较长纤维综合利用;
(2)预氧化处理：预处理后的废水用酸调节pH至3-5，在Fenton试剂的作用下，有机物被分解，并去除大部分CODCr和色度，出水加碱调节pH至6-7，然后在助凝剂的作用下去除废水中的悬浮物，固液分离后完成预氧化处理过程;
(3)好氧生物处理：废水经过好氧微生物的吸附、氧化、降解作用去除水中大部分有机污染物，出水进行泥水分离;
(4)混凝沉淀处理：废水中加入絮凝剂和助凝剂充分混合，进一步去除残留的CODCr和SS后，进行固液分离，出水达标排放。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，步骤(2)所述的酸为浓硫酸(优选硫酸浓度为96-99%，更优选为98%);优选的，步骤(2)所述的碱为烧碱;优选的，步骤(2)预氧化处理废水停留时间为90~120min(更优选100~110min)。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，步骤(2)所述Fenton试剂由H2O2和Fe2+组成，所述H2O2投加量为80~120mg/L(优选质量浓度为30%的H2O2)，所述Fe2+采用硫酸亚铁(优选为FeSO4·7H2O试剂，纯度为分析纯)，投加量按300~400mg/L。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述助凝剂为聚丙烯酰胺，在步骤(2)中其投加量为1~2mg/L(优选1.2~1.8mg/L)，在步骤(4)中其投加量为2~3mg/L(优选2.5~2.8mg/L)。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，步骤(4)所述的絮凝剂为聚合氯化铝(优选的，投加量为80~100mg/L)或聚合硫酸铁(优选的，投加量为80~100mg/L)。
6.实现权利要求1-5任一所述工艺的装置，其特征是，主要包括预处理装置(1)、Fenton预氧化装置(2)、好氧处理装置(3)和混凝沉淀处理装置(4)，所述预处理装置(1)、Fenton预氧化装置(2)、好氧处理装置(3)和混凝沉淀处理装置(4)顺次由管道相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述预处理装置(1)主要包括细格栅(5)、集水池(6)和斜网(7)，所述细格栅(5)、集水池(6)和斜网(7)顺次由管道相连。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述Fenton预氧化装置(2)主要包括顺次由管道相连的pH调节池(9)、Fenton氧化池(12)、中和池(14)和初沉池(15);(优选的，所述pH调节池(9)还与浓硫酸储罐(8)相连，所述Fenton氧化池(12)还连接有FeSO4加药池(10)和H2O2储罐(11)，所述中和池(14)还与碱液加药装置(13)相连)。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述好氧生物处理装置(3)主要包括曝气池(18)和二沉池(19)，所述曝气池(18)和二沉池(19)顺次由管道连接，所述曝气池(18)内设有曝气器(17)，曝气器(17)与鼓风机(16)相连(优选的，所述曝气池(18)控制的技术参数为：MLSS浓度2.5~3g/L，溶解氧浓度2~4mg/L，污泥负荷0.15~0.3kgCODCr/(kgMLSS·d)。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述混凝沉淀装置(4)主要包括絮凝反应池(21)和终沉池(23)，所述絮凝反应池(21)和终沉池(23)顺次由管道相连，所述絮凝反应池(21)分为混合池(20)和反应池(22)两部分，所述混合池(20)与反应池(22)底部联通。
说明书
一种高效处理碱法麦草浆中段废水的工艺及装置
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种处理麦草浆中段废水的工艺及装置。
背景技术
近几年我国的造纸原料结构正在发生变化，木材纤维和二次纤维的比例在增大。但根据我国的实际情况，在较长的时间内非木材原料仍是我国重要的造纸原料。在众多的非木材纤维资源中以麦草和稻草的数量最多，占非木材纤维资源的65-75%。目前我国麦草浆大多还采用CEH漂白，即使用氯气、次氯酸盐等传统的含氯漂白剂对纸浆进行漂白，漂白过程中大量的木素氯化降解产物进入废水中，至使漂白废水中含有大量的有剧毒性的可吸附有机氯化物(AOX)，对水体造成严重污染。AOX具有致癌性、至畸变性、至畸胎性、多发性脑神经病变和急毒性。由于这些物质大部分具有不可代谢性，非常难生物降解，因而危害性极大。《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)的颁布加严了制浆造纸废水常规污染物指标的排放限值，补充了AOX指标。标准中规定了自2011年7月1日起，制浆造纸企业车间或生产设施废水排放口AOX排放限值为12 mg/L。
麦草浆中段废水中含有大量的木素、半纤维素、糖类、氯化木素及其他溶出物(残碱、无机盐、挥发酸、氨、氯等)，成分复杂，且废水排放量大，每生产1t纸浆，约产生80m3废水。草浆中段废水BOD5/CODCr=0.25~0.30，可生物降解性较差。
目前，麦草浆中段废水常规处理技术主要是“物化+好氧+深度处理”的工艺，即经预处理后麦草浆中段废水经物化处理去除大部分SS和非溶解性的CODCr后，经好氧生物处理方法进一步去除CODCr和BOD5，然后经深度处理去除难降解的CODCr和色度后达到国家排放标准。由于麦草浆中段废水CODCr浓度较高，一般在2500~3500mg/L，要处理至国家排放标准要求的100mg/L以下很困难，主要是通过投加大量的化学药剂以及耗用大量动力——鼓风曝气才能保证污水达标，耗电量大、处理成本高且产生大量的化学污泥，处置困难，易造成二次污染。尤其是麦草浆中段废水中AOX浓度大，约45~90mg/L，可生化降解性差，应用活性污泥法经过20天的处理才能降解30%，经过50天的处理才能降解45%，因此常规处理方法废水中的AOX的去除率是极低的。
今年7月1日起新实施的《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)对造纸企业水污染物排放限值的要求更为严格。应用传统方法处理麦草浆中段废水CODCr的去除率低、AOX去除率极低、成本高且能耗高。因此需要提供一种适合于麦草浆中段废水处理的新工艺和装置，取代传统“物化+好氧+深度处理”工艺以提高系统的CODCr去除率、节约能耗、降低生产成本，同时使废水中AOX 达到排放标准要求，实现废水的可靠达标排放。
发明内容
针对麦草浆中段废水传统处理方法CODCr去除率低、AOX去除率极低、成本高且能耗高的不足，本发明的目的是提供一种运行成本低、能耗低、CODCr和色度去除率高且可去除AOX、污泥产量小的废水处理工艺及装置。
本发明的方案是：一种高效处理碱法麦草浆中段废水的工艺，步骤如下：
(1)废水的预处理：去除废水中较大易堵塞泵及管路的漂悬浮物，回收较长纤维综合利用;
(2)预氧化处理：预处理后的废水用酸调节pH至3-5，在Fenton试剂的作用下，有机物被分解，并去除大部分CODCr和色度，出水加碱调节pH至6-7，然后在助凝剂的作用下去除废水中的悬浮物，固液分离后完成预氧化处理过程;
(3)好氧生物处理：废水经过好氧微生物的吸附、氧化、降解作用去除水中大部分有机污染物，出水进行泥水分离;
(4)混凝沉淀处理：废水中加入絮凝剂和助凝剂充分混合，进一步去除残留的CODCr和SS后，进行固液分离，出水达标排放。
前面所述的工艺，优选的方案是，步骤(2)所述的酸为浓硫酸(优选硫酸浓度为96-99%，更优选为98%);优选的，步骤(2)所述的碱为烧碱;优选的，步骤(2)预氧化处理废水停留时间为90~120min(更优选100~110min)。
前面所述的工艺，优选的方案是，步骤(2)所述Fenton试剂由H2O2和Fe2+组成，所述H2O2投加量为80~120mg/L(优选质量浓度为30%的H2O2)，所述Fe2+采用硫酸亚铁(优选为FeSO4·7H2O试剂，纯度为分析纯)，投加量按300~400mg/L。
前面所述的工艺，优选的方案是，所述助凝剂为聚丙烯酰胺，在步骤(2)中其投加量为1~2mg/L(优选1.2~1.8mg/L)，在步骤(4)中其投加量为2~3mg/L(优选2.5~2.8mg/L)。
前面所述的工艺，优选的方案是，步骤(4)所述的絮凝剂为聚合氯化铝(优选的，投加量为80~100mg/L)或聚合硫酸铁(优选的，投加量为80~100mg/L)。
本发明还提供了实现高效处理碱法麦草浆中段废水工艺的装置，主要包括预处理装置、Fenton预氧化装置、好氧处理装置和混凝沉淀处理装置，所述预处理装置、Fenton预氧化装置、好氧处理装置和混凝沉淀处理装置顺次由管道相连。
前面所述的装置，优选的方案是，所述预处理装置主要包括细格栅、集水池和斜网，所述细格栅、集水池和斜网顺次由管道相连。
前面所述的装置，优选的方案是，所述Fenton预氧化装置主要包括顺次由管道相连的pH调节池、Fenton氧化池、中和池和初沉池。优选的，所述pH调节池还与浓硫酸储罐相连，所述Fenton氧化池还连接有FeSO4加药池和H2O2储罐，所述中和池还与碱液加药装置相连。
前面所述的装置，优选的方案是，所述好氧生物处理装置主要包括曝气池和二沉池，所述曝气池和二沉池顺次由管道连接，所述曝气池内设有曝气器，曝气器与鼓风机相连(优选的，所述曝气池控制的技术参数为：MLSS浓度2.5~3g/L，溶解氧浓度2~4mg/L，污泥负荷0.15~0.3kgCODCr/(kgMLSS·d)。
前面所述的装置，优选的方案是，所述混凝沉淀装置主要包括絮凝反应池和终沉池，所述絮凝反应池和终沉池顺次由管道相连，所述絮凝反应池分为混合池和反应池两部分，所述混合池与反应池底部联通。
本发明提供的一种麦草浆中段废水的处理工艺，包括如下顺序进行的步骤：
1、预处理：首先麦草浆中段废水经过细格栅去除较大易堵塞泵及管路的漂悬浮物后进入集水池，然后由泵提升至斜网，回收废水中的较长纤维，综合利用。
2、Fenton预氧化处理：预处理后的麦草浆中段废水进入Fenton预氧化处理装置中，H2O2氧化剂在Fe2+催化剂的作用下生成羟基自由基OH·，羟基自由基OH·与有机物反应，使有机物降解，同时羟基自由基OH·能后加入到苯环、芳香环或杂环上，将苯环、芳香环或杂环化合物降解成分子量不太大的链式有机化合物，使其易生物降解。因此Fenton试剂能将废水中木素、半纤维素、AOX等难降解的有机物氧化为易降解的小分子有机物。
在去除废水中大部分CODCr和色度以及提高废水的可生化性后完成废水的Fenton预氧化处理。其原理可用如下化学式表示：
另外，作为催化剂的Fe2+最终被氧化为Fe3+，在一定pH值下，产生的Fe(OH)3胶体是一种良好的絮凝剂，可通过絮凝作用去除废水中的悬浮物。
3、好氧生物处理：Fenton氧化后的废水进入好氧生物处理装置，首先在曝气池内，通过活性污泥中的好氧微生物和曝气器输送的氧气的共同作用下进行所述的好氧生物处理，然后废水在二沉池中进行固液分离。好氧生物处理后的废水在二沉池中固液分离后的好氧污泥，其中一部分回流到曝气池内与Fenton预氧化后的废水混合后继续进行所述的好氧生物处理。所述曝气池内MLSS浓度为2.5~3.5g/L，溶解氧浓度为2~4mg/L，污泥负荷为0.15~0.3kgCODCr/(kgMLSS·d)。
4、混凝沉淀处理：二沉池出水进入混凝沉淀处理装置进行深度处理，首先在进入絮凝反应池，加入絮凝剂和助凝剂充分混合，经过絮凝剂和助凝剂的电中和、吸附架桥和卷扫网布等作用进一步去除残留的CODCr和SS后，进入沉淀池进行固液分离后，出水达标排放。
本发明的麦草浆中段废水处理工艺和处理设备具有如下优点：
1. 本发明的废水处理工艺采用“预处理+Fenton预氧化+好氧生物处理+混凝沉淀处理”的联合工艺，处理设备结构简单、运行稳定、效率高、处理效果好，CODCr总去除高达95~97%，色度总去除率达95~99%，成本低，且污泥产量少，节省了污泥处理费用。
2. 本发明的废水处理工艺操作简单，处理后出水水质稳定，最终出水可稳定达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)的要求，即CODCr≤100mg/L，BOD5≤20 mg/L，SS≤50 mg/L，色度≤50倍，AOX≤12mg/L。
3. 本发明的废水处理设备的Fenton预氧化装置，CODCr和色度去除率高，分别为50~60%和80~90%。
4. 与传统工艺相比，本发明的废水处理工艺将Fenton氧化置于好氧生物处理前，Fenton预氧化处理可以将木素、半纤维素、AOX等难降解的有机物氧化为易降解的小分子有机物，提高废水的可生化性，BOD5/CODCr≥0.5，使后续好氧生物处理CODCr去除率由70~75%提高至85~90%以上。
5. 本发明的废水处理工艺的Fenton预氧化处理，可去除麦草浆中段废水中的AOX。麦草浆中段废水中AOX浓度约为45~90mg/L，经Fenton氧化后废水中的AOX可降至《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)要求的12mg/L以下。
6. 本发明的废水处理工艺以Fenton预氧化处理替代传统的混凝沉淀工艺作为好氧处理的前处理手段，作为催化剂的Fe2+最终被氧化为Fe3+，产生的Fe3+具有很好的絮凝性，可作为絮凝剂去除废水中的悬浮物，节省了铝盐的投加量，减少了Al3+对水体的二次污染。
7. 本发明的废水处理设备的Fenton预氧化装置，废水经预氧化处理后，CODCr大大降低，减轻了后续好氧处理装置的负荷，运行电耗大大降低，节能40%以上，大大节省了废水处理的运行成本。
8. 本发明的废水处理设备的Fenton预氧化装置反应时间短，缩短了废水处理时间，占地少，提高的设备处理能力和处理效率。