申请日2018.05.08
公开(公告)日2018.08.10
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种高浓度有机废水处理系统，包括通过液体管路依次连通的调节池、连续式水热氧化系统、厌氧反应系统、好氧反应系统和活性炭吸附系统;其中，活性炭吸附系统又通过固体管路依次连通好氧反应系统、间歇式湿式氧化系统和活性炭洗涤系统，形成活性炭循环处理回路;所述活性炭吸附系统的出水部分直接排出，部分导入活性炭洗涤系统作为洗涤用水;所述活性炭洗涤系统和间歇式湿式氧化系统产生的液体汇集后通过液体管道直接导入调节池。本发明还公开了利用上述系统处理高浓度有机废水的方法。经整体工艺，废水的COD去除率大于99.8%;该工艺可以有效实现高浓度有机废水的处理，催化剂的部分回收、处置和中间产物的利用，保障了系统安全出水及污泥的稳定处置。
翻译权利要求书
1.一种高浓度有机废水处理系统，其特征在于：
包括通过液体管路依次连通的调节池、连续式水热氧化系统、厌氧反应系统、好氧反应系统和活性炭吸附系统;
其中，活性炭吸附系统又通过固体管路依次连通好氧反应系统、间歇式湿式氧化系统和活性炭洗涤系统，形成活性炭循环处理回路;
所述活性炭吸附系统的出水部分直接排出，部分导入活性炭洗涤系统作为洗涤用水;
所述活性炭洗涤系统和间歇式湿式氧化系统产生的液体汇集后通过液体管道直接导入调节池。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述厌氧反应系统的反应区内还设置有一连接至厌氧反应系统进料口的管道，用于将厌氧反应系统稳定反应中的混合物抽出与连续式水热氧化系统的出水混合后再导入厌氧反应系统。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述厌氧反应系统内设有间歇式搅拌器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述厌氧反应系统为上流式厌氧污泥床;所述好氧反应系统为曝气生物滤池，其中所用的填料为颗粒活性炭。
5.根据权利要求1-4中任一所述系统处理高浓度有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)连续式水热氧化：将待处理废水过滤除渣后导入调节池，搅拌均匀，调节pH为7-9;然后导入连续式水热氧化系统，加入催化剂，以纯氧作为氧化剂，反应1.5～2.5h;
(2)厌氧反应处理：将步骤(1)反应后的液体产物换热降温，然后导入厌氧反应系统，30～35℃反应2～4天;
(3)好氧反应处理：将步骤(2)处理后的出水直接导入好氧反应系统，停留1-3天后，出水直接导入活性炭吸附系统，对剩余有机物和重金属催化剂进行吸附去除后排出;其中，所述好氧反应系统为曝气生物滤池，其中所用的填料为颗粒活性炭;
(4)活性炭循环处理：将活性炭吸附系统处理产生的饱和活性炭导入至好氧反应系统中，所述好氧反应系统排出的剩余活性炭导入间歇式湿式氧化系统进行再生处理，经过再生处理后导入活性炭洗涤系统，所述活性炭洗涤系统产生的清洁活性炭再导入活性炭吸附系统循环利用，污泥残渣排出;所述活性炭吸附系统的出水部分直接排出，部分调节pH至8～9后导入活性炭洗涤系统用作洗涤用水;所述活性炭洗涤系统和间歇式湿式氧化系统产生的液体汇集后通过液体管道直接导入调节池。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，连续式水热氧化反应条件为：氧化系数0.9～1.0、温度280～320℃、压力7～9MPa。。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述厌氧反映系统内设有间歇式搅拌器，搅拌间隔为半小时，每次搅拌10～15分钟。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将厌氧反应系统稳定反应中的混合物抽出与连续式水热氧化系统的出水混合，调节乙酸浓度为500～1500mg/L、pH为6.5～7.5，再导入厌氧反应系统。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述曝气生物滤池中的填料颗粒活性炭的粒径4～8mm，层高为1.5～2m。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述间歇式湿式氧化反应系统采用双氧水和氧作为联合氧化剂，氧化系数保持在1.5～2，温度为260～300℃，双氧水体积分数在10%～15%。
说明书
高浓度有机废水处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术，具体涉及一种高浓度有机废水处理系统及方法。
背景技术
高浓度有机废水一般是指食品、造纸、农药等行业排放的含有较高浓度有机物的废水，通常废水的COD含量达2000mg/L以上。这些高浓度有机废水通常含有大量的碳水化合物、脂肪、纤维等，有些高浓度有机废水中甚至伴随较强的生物毒性，如果这些废水得不到妥善的处理，极易对生态环境造成严重破坏，威胁人类健康。
湿式空气氧化技术(Wet Air Oxidation，WAO)是20世纪50年代提出的一种有效处理高浓度、有毒、有害废水的水热氧化工艺。该工艺是在高温(125～350℃)、高压(0.5～20MPa)的条件下，利用空气或者氧气(或双氧水、臭氧等氧化剂)将废水中的有机物转化为H2O、CO2及其他小分子有机物。湿式氧化工艺具有处理范围广、去除率高、不易产生NOx及二噁英等优势，并且湿式氧化属于放热反应，反应过程产生的热量能够有效降低能耗。然而，水热氧化过程通常并不能将废水中的有机物完全去除，通常为提高废水COD的去除率需要向湿式氧化系统中添加催化剂。由于非均相催化剂在湿式氧化过程中极易出现流失和板结等问题，目前在湿式氧化实际工业应用过程中通常投加均相催化剂来提高废水的处理效率，但是鲜有对均相催化剂进行有效处理，极易对受纳水体产生潜在威胁。
活性炭具有较强的吸附普适性和吸附能力，在水处理过程中常用于吸附废水中的低浓度物质。但如吸附饱和的活性炭不能进行回收处理，不仅增加了清洁活性炭的投入成本，也造成了严重的资源浪费，同时有可能造成二次污染。目前对活性炭处理废水的研究主要集中于粉末活性炭，后期炭水分离较为繁琐。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的上述缺陷，本申请提供了一种可减少催化剂污染、绿色环保、处理效果好的高浓度有机废水处理系统及处理方法。
技术方案：本发明所述的一种高浓度有机废水处理系统，包括通过液体管路依次连通的调节池、连续式水热氧化系统、厌氧反应系统、好氧反应系统和活性炭吸附系统;其中，活性炭吸附系统又通过固体管路依次连通好氧反应系统、间歇式湿式氧化系统和活性炭洗涤系统，形成活性炭循环处理回路;所述活性炭吸附系统的出水部分直接排出，部分导入活性炭洗涤系统作为洗涤用水;所述活性炭洗涤系统和间歇式湿式氧化系统产生的液体汇集后通过液体管道直接导入调节池。
进一步的，所述调节池出口与连续式水热氧化系统入口连通，所述连续式水热氧化系统出口与厌氧反应系统入口连接，所述厌氧反应系统出口与好氧反应系统入口连接，所述好氧反应系统液体的出口和活性炭吸附系统连接，所述活性炭吸附系统的液体与出水口连接;所述活性炭吸附系统的固体出口与好氧反应系统的固相入口连接，所述好氧反应系统的固相出口与间歇式湿式氧化系统的固相入口连接，所述间歇式湿式氧化系统的固相出口与活性炭洗涤系统的固相入口连接，所述活性炭洗涤系统的固相出口与活性炭吸附系统的固相入口连接;所述间歇式湿式氧化系统和活性炭洗涤系统产生的液相通过管道直接导入调节池。本系统中产生的气体可全部收集导入焚烧炉进行焚烧处理，例如连续式水热氧化系统、厌氧反应系统以及好氧反应系统均相应设置有相应的排气口。
上述系统运行时，所述活性炭吸附系统产生的饱和活性炭导入至好氧反应系统中，所述好氧反应系统排出的剩余活性炭导入间歇式湿式氧化系统再生处理，经过再生处理后导入活性炭洗涤系统，所述活性炭洗涤系统产生的清洁活性炭再导入活性炭吸附系统达到循环利用。
所述调节池内设有搅拌装置，用于将间歇式湿式氧化系统和活性炭洗涤系统产生的混合污水与未处理废水充分混合均匀，再导入连续式水热氧化系统进行反应。
所述调节池和连续式水热氧化系统之间的管道上串联有加药器和搅拌器，用于投加催化剂和搅拌。
优选的，所述厌氧反应系统的反应区内还设置有一连接至厌氧反应系统进料口的管道，所述管道上串联有水泵，用于将厌氧反应系统稳定反应中的混合物抽出与连续式水热氧化系统的出水混合后再导入厌氧反应系统。
进一步的，所述厌氧反应系统内设有间歇式搅拌器。
进一步的，所述厌氧反应系统为上流式厌氧污泥床;所述好氧反应系统为曝气生物滤池，其中所用的填料为颗粒活性炭。
为了使得系统共运行顺畅，管道上可以按需串联水泵。例如调节池与连续式水热氧化系统之间、厌氧反应系统中稳定反应的污水通过水泵抽取与连续式水热氧化系统出水混合、出水与活性炭洗涤系统、活性炭洗涤系统出水和间歇式湿式氧化系统出水经水泵抽至调节池。
一种利用上述系统处理高浓度有机废水的方法，包括以下步骤：
(1)连续式水热氧化：将待处理废水过滤除渣后导入调节池，搅拌均匀，调节pH为7-9;然后导入连续式水热氧化系统，加入催化剂，以纯氧作为氧化剂，反应1.5～2.5h;
(2)厌氧反应处理：将步骤(1)反应后的液体产物换热降温，然后导入厌氧反应系统，30～35℃反应2～4天;
(3)好氧反应处理：将步骤(2)处理后的出水直接导入好氧反应系统，停留1-3天后，出水直接导入活性炭吸附系统，对剩余有机物和重金属催化剂进行吸附去除后排出;其中，所述好氧反应系统为曝气生物滤池，其中所用的填料为颗粒活性炭;(4)活性炭循环处理：将活性炭吸附系统处理产生的饱和活性炭导入至好氧反应系统中，所述好氧反应系统排出的剩余活性炭导入间歇式湿式氧化系统进行再生处理，经过再生处理后导入活性炭洗涤系统，所述活性炭洗涤系统产生的清洁活性炭再导入活性炭吸附系统循环利用，污泥残渣直接排出;所述活性炭吸附系统的出水部分直接排出，部分调节pH至8～9后导入活性炭洗涤系统用作洗涤用水;所述活性炭洗涤系统和间歇式湿式氧化系统产生的液体汇集后通过液体管道直接导入调节池。
步骤(1)中，连续式水热氧化反应条件为：氧化系数0.9～1.0、温度280～320℃、压力7～9MPa。所述连续式湿式氧化反应系统氧化系数为0.9～1.0，反应处于缺氧状态。
步骤(1)中，所述催化剂选自铜、铁、锰、铑、钌、钯中的一种或者多种，催化剂质量浓度维持在0.1%～0.3%。
步骤(1)中，所述氧气利用空气分离装备现场制备高纯氧气，氧气纯度>90%。
步骤(2)中，所述厌氧反应系统为上流式厌氧污泥床(UASB)，上流式厌氧污泥床内沉淀区占总体积的15%～20%。
步骤(2)中，所述厌氧反映系统内设有间歇式搅拌器，搅拌间隔为半小时，每次搅拌10～15分钟。
步骤(2)中，将厌氧反应系统稳定反应中的混合物抽出与连续式水热氧化系统的出水混合后，调节乙酸浓度为500～1500mg/L、pH为6.5～7.5，再导入厌氧反应系统。该步骤已经稳定运行的厌氧反应系统中的污水混合物，为富含食乙酸产甲烷菌的污水混合物，混合可提高水中的厌氧菌数量。
步骤(3)中，所述颗粒活性炭粒径4～8mm，层高为1.5～2m。
步骤(4)中，所述活性炭吸附系统使用的活性炭为颗粒活性炭，粒径为4～8mm。
步骤(4)中，所述间歇式湿式氧化反应系统采用双氧水和高浓度氧作为联合氧化剂，氧化系数保持在1.5～2，温度为260～300℃，反应时间为1.5～2h，双氧水体积分数在10%～15%，利用芬顿反应和湿式氧化两种高级氧化反应同时对活性炭进行再生处理。
采用上述方法处理高浓度有机废水，经过步骤(1)的连续式水热氧化反应后，高浓度有机废水中的有机物被氧化分解为二氧化碳、水、乙酸和羧酸等小分子有机物，这些小分子有机物若直接进入后续好氧反应系统，将极大地增加好氧反应器的处理压力，且不能实现这些小分子有机酸的回收利用;本发明在步骤(2)将连续式水热氧化处理后的出水导进厌氧反应系统，将水热氧化系统产生的小分子有机酸用于甲烷细菌的营养物质，同时降低了步骤(3)中好氧反应器的处理压力，好氧生物处理经厌氧生物处理后的废水中分子量较小的有机物并将其分解成无机物，再排至活性炭吸附系统，对生物处理出水进行吸附处理，对出水中剩余有机物和重金属催化剂进行吸附去除;最后再经由步骤(4)的活性炭再生循环系统，活性炭吸附系统产生的饱和活性炭先导入好氧反应系统进行好氧处理，并作为好氧生物反应器补充填料，然后再排入间歇式湿式氧化系统进行再生，使得部分催化剂经冲洗后回到调节池得以回收，再次进入上述系统得以循环利用，另外部分催化剂经固化后随残渣排出，防止催化剂对环境的污染。
有益效果：本发明提供的高浓度废水的处理方法产生了以下优势：
(1)采用水热氧化工艺、生物处理工艺和活性炭吸附工艺结合的方法，可有效减少出水中残留的有机污染物、色度和重金属，废水COD去除率≥99.8%;
(2)传统的水热氧化反应鲜有对催化剂的回收利用，本发明通过活性炭吸附实现催化剂的吸附回收和重复利用，重金属催化剂回收率≥90%，在系统运行稳定的情况下，可减少催化剂使用量，节约了药剂成本，同时降低了重金属对收纳水体的污染风险;
(3)传统的水热氧化处理很难实现对有机物的彻底氧化，高浓度有机物经水热氧化处理后通常被分解成小分子羧酸等小分子有机物，这些小分子有机物若直接进入后续好氧反应系统，将极大地增加好氧反应器的处理压力，且不能实现这些小分子有机酸的回收利用;本发明首先将连续式水热氧化处理后的出水导进厌氧反应系统，将水热氧化系统产生的小分子有机酸用于甲烷细菌的营养物质，同时降低了好氧反应器的处理压力;
(4)传统水热氧化处理活性炭工艺主要针对粉末性活性炭，极易出现活性炭难分离，易堵塞等现象，本发明采用间歇式湿式氧化方法用于颗粒活性炭的再生，有效提高了活性炭的分离，防止了再生系统的堵塞;
(5)本发明将吸附饱和的活性炭首先返回至好氧处理系统，将吸附的有机物先进行好氧处理，降低了间歇式湿式氧化反应器的处理压力，同时用于好氧反应器中活性炭的更换;
(6)活性炭洗涤系统用水源于系统出水，先用氢氧化钠调节pH至碱性，增加了清洗能力，同时产生的碱水返回至调节池用于原水的pH调节，节约了药剂的使用量，符合绿色环保的要求;
(7)系统产生的过量污泥经活性炭洗涤系统清洗与活性炭有效分离，由于污泥经过间歇式湿式氧化系统高温处理，污泥高度浓缩，重金属在污泥中固化，实现了对污泥的减量化和无害化处理。