申请日2018.08.09
公开(公告)日2018.11.06
IPC分类号C02F1/32; C02F1/72
摘要
本发明提供一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理系统及处理工艺，其特征在于，包括缓存装置、UV‑Cu‑Fenton高级氧化装置、加药装置、废水输送装置、回流管道;所述废水输送装置包括第一废水输送泵和第二废水输送泵，所述UV‑Cu‑Fenton高级氧化装置入口处通过第一废水输送泵与缓存装置出口连接，出口处通过第二废水输送泵经回流管道与入口处连接;所述加药装置包括前端加药泵和中途加药泵，前端加药泵通过加药管道与UV‑Cu‑Fenton高级氧化装置的入口连接，中途加药泵通过加药管道与UV‑Cu‑Fenton高级氧化装置的中段连接，特别适用于小型污水处理厂由于制药废水、生活污水、印染废水、造纸废水等产生的富含大量高浓度COD、难降解有机物的废水处理，处理后COD含量可达到一级A排放标准。
权利要求书
1.一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理系统，其特征在于，包括缓存装置、UV-Cu-Fenton高级氧化装置、加药装置、废水输送装置、回流管道;
所述废水输送装置包括第一废水输送泵和第二废水输送泵，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口处通过第一废水输送泵与缓存装置出口连接，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置出口处通过第二废水输送泵经回流管道与入口处连接;
所述加药装置包括前端加药泵和中途加药泵，前端加药泵通过加药管道与UV-Cu-Fenton高级氧化装置的入口连接，中途加药泵通过加药管道与UV-Cu-Fenton高级氧化装置的中段连接。
2.一种如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置为S型结构或连续S型结构，包括直线部分和弯道部分，直线部分内部设有多个并列排布的UV模块，所述UV模块包括支架、底板、紫外灯，所述支架为多层，每层支架上均设有底板，所述底板上开有多个孔眼，每根紫外灯内置于一根石英套管内，所述石英套管的一端为闭口端，另一端设有密封结构，每根石英套管穿过所述孔眼，并通过O型橡胶圈竖直固定在孔眼上。
3.一种如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述UV模块还包括前后两端伸出的搭板，用于搭设在所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置上，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置的弯道部分还设有扇形盖板，扇形盖板铺设在弯道部分上方，用于阻隔废水的气味散发;
所述UV模块还包括报警装置，紫外灯通过电线与报警装置连接，当所述紫外灯的损坏率超过20%时，所述报警装置发出报警信号;
每个UV模块包括多个并列设置的UV单元，每个UV单元包括一列多个紫外灯和位于紫外灯上方与其相连的长方形上盖，上盖上设有把手，用于提起该UV单元。
4.一种如权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述缓存装置内设有第一水质在线检测仪，用于检测水中COD含量;所述处理系统还包括设于所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置内的远传式pH计、超声液位计和温度计，以及设于出口处的第二水质在线检测仪、底部旁通管，所述底部旁通管与UV-Cu-Fenton高级氧化装置连接处设有电动阀门。
5.一种如权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统与第一、第二废水输送泵、前端加药泵、中途加药泵、电动阀门、紫外灯、报警装置、显示装置、温度计、远传式pH计、超声液位计和第一、第二水质在线检测仪连接。
6.一种如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括预处理装置，预处理装置出口与所述缓存装置入口连接;
所述处理系统还包括显示装置，用于显示UV模块上紫外灯的状态、工业废水中COD的含量、废水液位、反应的pH值和反应温度。
7.一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将工业废水输送至缓存装置内，通过第一水质在线检测仪检测废水中COD含量;
步骤二：通过第一废水输送泵将缓存装置中的废水输送至UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口，同时启动前端加药泵，根据步骤二中测得的缓存装置内COD的含量通过前端加药泵将一定量的药剂输送至UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口，所述药剂为FeSO4与H2O2的混合物，或CuO与H2O2的混合物;
步骤三：混合了药剂的废水从UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口输送至出口处，此时关闭第一废水输送泵;
步骤四：通过第二废水输送泵将UV-Cu-Fenton高级氧化装置出口处的废水通过回流管道送回UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口处进行循环;
步骤五：第二水质在线检测仪对水体中COD含量进行实时监测，当检测到出口处水体中COD含量不达标时，打开电动阀门，将水体从底部旁通管排出;当检测到水体中COD含量不符合要求时，不断重复步骤四，直至达标。
8.如权利要求7所述的处理工艺，其特征在于，还包括预处理过程，用于初步降低废水COD和废水SS，预处理后的废水输送至缓存装置;预处理后的废水COD含量小于800mg/L，废水SS小于500mg/L。
9.如权利要求7所述的处理工艺，其特征在于，整个处理过程中通过超声液位计随时检测UV-Cu-Fenton高级氧化装置内的水位，水位应保证略低于UV模块上部，当水位明显低于要求时，启动第一废水输送泵进行水量补给;通过远传式pH计进行pH监测，pH要求为3-4，发现pH不符合要求时，启动中途加药泵补充H2O2。
10.如权利要求7所述的处理工艺，其特征在于，整个处理过程中水温控制在10-30℃，处理1t的废水所需双氧水的量为0.5%-2%，H2O2与Fe2+/Cu2+的摩尔比是35:1-20:1。
说明书
一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理系统及处理工艺
技术领域
本发明涉及工业废水处理和自动控制相结合的技术领域，具体涉及一种处理工业废水中高浓度COD的处理系统及处理工艺，特别适用于小型污水处理厂由于制药废水、生活污水、印染废水、造纸废水等产生的大量高浓度COD、难降解有机物的废水处理，以及实验室的处理高浓度COD、难降解有机物废水的小试装置。
背景技术
在工业的迅猛发展下，我国取得了经济的高速增长，同时环境污染也成为过去遗留下来的问题。经过近几年的努力，我国在城市污水处理技术方面取得了较大的成就，成果丰硕。作为一片尚待开辟的“蓝海”，水处理市场前景非常乐观。据前瞻产业研究院《中国污水处理行业市场前瞻与投资分析报告》显示，我国现有自来水厂4000多家，污水处理厂3500多座，随着污水处理设施的逐步完善，我国污水处理率目前已升至高位。截至2016年末，城市污水处理率已达到93.4%，县城污水处理率也达到了87.4%。随着工业环保呼声日渐升高，工业废水治理需求无处不在，企业工厂中，主要分布在电子、塑胶、电镀、五金、印刷、食品、印染等行业。然而这些工厂产生的大多数污水需要经过一定的处理后才可以排放到江、海、河、湖泊、水库、池塘等养殖水域中。但是，现有技术中，使用传统方法处理后的污水中仍然有很多杂质难以处理，尤其是高浓度COD的废水以及难生物降解的有机物等，处理后的水中仍存在色度较高、腐殖酸、富里酸含量较高等问题。由于污水处理厂的进水组成中，大部分为工业尾水，还有少部分的生活污水。经过传统处理工艺的A/O处理后水体中剩余的有机物大部分为难降解有机物，处理后的水体COD在100～380mg/L之间，远高于一级A排放标准。要使其有机物降解、出水稳定达标，需采用深度处理工艺。
废水的深度处理技术主要包括物化法、生物法、高级氧化技术等。物化法主要包括吸附法、膜分离法、混凝法等;生物法包括氧化塘深度处理技术、曝气生物滤池工艺等;高级氧化技术包括Fenton法和类芬顿技术、光催化氧化法等方法。其中，高级氧化技术最为稳定可靠。
高级氧化技术是通过产生·OH(羟基自由基)来对污水中不能被普遍氧化剂氧化的污染物进行氧化降解的过程。众多研究表明，生物难降解的污染物通常具有相应的化学稳定性，难以被常见氧化剂完全矿化，这就要求所采用的化学药剂具有足够的氧化能力彻底破坏有机物，这一趋势促使了以产生羟基自由基为主要特点的高级氧化技术的迅速发展。同时由于传统Fenton过程产生的羟基自由基受催化剂的形态的影响，产生的羟基自由基数量和氧化效能不能有效发挥作用，而UV光照射可强化羟基自由基的产生量和时间效能，因此目前发展为UV协同高级氧化技术。该技术主要特点是：1)强化羟基自由基的产生量;2)提高羟基自由基对有机物矿化的效能。这一趋势促使了以产生羟基自由基为主要特点的高级氧化技术迅速发展。
中国专利文献CN102849893B公开了一种高浓度难降解有机废水处理方法，该方法经混凝气浮预处理过程，去除水中悬浮物并部分降低废水的COD;经铁碳微电解过程，通过电化学作用、氧化还原作用等，使废水中的有机物得到部分去除，B/C值得到提高，其对COD的一次性去除率可达50%以上;经紫外芬顿氧化过程，在相应功率的紫外灯的照射下，加入H2O2，经紫外芬顿氧化后，调节pH进行混凝沉淀;经A2/O生化过程，将污染物最终分解成二氧化碳和水，产水水质稳定。本发明的效果和益处是微电解后设置紫外Fenton氧化反应器，降低了H2O2的消耗量并进一步提高了废水的可生化性。但该方法最终处理后的废水COD仍然较高，为200mg/L，且其仅提供了初步处理方法，并未提供具体的处理系统和工艺步骤。
发明内容
基于现有工业水处理存在的缺点，本发明的目的是，提供一种能够实现手动与自动控制相结合，并实施动态监管，随机控制药剂投加量，降低工业水处理后出水COD，确保水质安全的处理系统，该系统操作性强，效果佳，并提供一种科学合理，实用性强的降低水体COD的处理工艺。
实现本发明目的之一采用的技术方案是，一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理系统，其特征在于，包括缓存装置、UV-Cu-Fenton高级氧化装置、加药装置、废水输送装置、回流管道;
所述废水输送装置包括第一废水输送泵和第二废水输送泵，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口处通过第一废水输送泵与缓存装置出口连接，出口处通过第二废水输送泵经回流管道与入口处连接;
所述加药装置包括前端加药泵和中途加药泵，前端加药泵通过加药管道与UV-Cu-Fenton高级氧化装置的入口连接，中途加药泵通过加药管道与UV-Cu-Fenton高级氧化装置的中段连接。
优选地，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置为S型结构或连续S型结构，包括直线部分和弯道部分，直线部分内部设有多个并列排布的UV模块，所述UV模块包括支架、底板、紫外灯，所述支架为多层，每层支架上均设有底板，所述底板上开有多个孔眼，每根紫外灯内置于一根石英套管内，所述石英套管的一端为闭口端，另一端设有密封结构，每根石英套管穿过所述孔眼，并通过O型橡胶圈竖直固定在孔眼上。
优选地，所述UV模块还包括前后两端伸出的搭板，用于搭设在所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置上，所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置的弯道部分还设有扇形盖板，扇形盖板铺设在弯道部分上方，用于阻隔废水的气味散发;
所述UV模块还包括报警装置，紫外灯通过电线与报警装置连接，当所述紫外灯的损坏率超过20%时，所述报警装置发出报警信号;
每个UV模块包括多个并列设置的UV单元，每个UV单元包括一列多个紫外灯和位于紫外灯上方与其相连的长方形上盖，上盖上设有把手，用于提起该UV单元。
优选地，所述缓存装置内设有第一水质在线检测仪，用于检测水中COD含量;所述处理系统还包括设于所述UV-Cu-Fenton高级氧化装置内的远传式pH计、超声液位计和温度计，以及设于出口处的第二水质在线检测仪、底部旁通管，所述底部旁通管与UV-Cu-Fenton高级氧化装置连接处设有电动阀门。
优选地，所述处理系统还包括预处理装置，预处理装置出口与所述缓存装置入口连接;
优选地，所述处理系统还包括显示装置，用于显示UV模块上紫外灯的状态、工业废水中COD的含量、废水液位、反应的pH值和反应温度。
优选地，所述处理系统还包括PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统与第一、第二废水输送泵、前端加药泵、中途加药泵、电动阀门、紫外灯、报警装置、显示装置、温度计、远传式pH计、超声液位计和第一、第二水质在线检测仪连接。
另外，本发明还提供一种工业废水中高浓度COD的间歇式处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将工业废水输送至缓存装置内，通过第一水质在线检测仪检测废水中COD含量;
步骤二：通过第一废水输送泵将缓存装置中的废水输送至UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口，同时启动前端加药泵，根据步骤二中测得的缓存装置内COD的含量通过前端加药泵将一定量的药剂输送至UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口，所述药剂为FeSO4与H2O2的混合物，或CuO与H2O2的混合物;
更优选CuO与H2O2的混合物;UV-Cu-Fenton高级氧化装置是对传统Fenton高级氧化的深度改良，其一是通过紫外照射的作用，提高羟基自由基的产生量;其二是通过铜催化剂代替亚铁催化剂，避免产生的固体残渣“铁泥”的同时，通过铜的催化作用提高有机物的氧化效能。该方法能有效氧化去除传统废水中无法去除的难降解有机物，其实质是H2O2在Cu2+的催化作用下生成的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解，由于Cu2+和紫外线对H2O2的催化存在协同效应，降低了催化剂Cu2+用量，提高了H2O2的利用率，对难降解有机物具有较高的分解效能。
步骤三：混合了药剂的废水从UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口输送至出口处，此时关闭第一废水输送泵;
步骤四：通过第二废水输送泵将UV-Cu-Fenton高级氧化装置出口处的废水通过回流管道送回UV-Cu-Fenton高级氧化装置入口处进行循环;
步骤五：第二水质在线检测仪对水体中COD含量进行实时监测，当检测到出口处水体中COD含量不达标时，打开电动阀门，将水体从底部旁通管排出;当检测到水体中COD含量不符合要求时，不断重复步骤四，直至达标。
优选地，还包括预处理过程，用于初步降低废水COD和废水SS，预处理后的废水输送至缓存装置;预处理后的废水COD含量小于800mg/L，废水SS小于500mg/L。
优选地，整个处理过程中通过液位计随时检测UV-Cu-Fenton高级氧化装置内的水位，水位应保证略低于紫外灯管上部，当水位明显低于要求时，启动第一废水输送泵进行水量补给;通过远传式pH计进行pH监测，pH要求为3-4，发现pH不符合要求时，启动中途加药泵补充药剂。
优选地，整个处理过程中水温控制在10-30℃，处理1t的废水所需双氧水的量为0.5%-2%，H2O2与Fe2+/Cu2+的摩尔比是35:1-20:1。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案优点体现在：
1.通过改变传统的工艺系统或者方法来达到处理工业废水中高COD的降解处理，既可以在原有处理工艺系统上稍加改变管路进行升级改造，作为现有处理工艺的后续处理装置;又可以单独独立运行。
2.通过PLC自动控制系统来实时监测废水进出UV-Cu-Fenton高级氧化装置，以及水质、水位情况以及UV灯工作运行状况等。
3.水质检测仪进行间歇性的抽样检测水质，避免连续检验的滞后性，若检测水质与正常水质差别较大时采取相应措施，若水质已经无法达标，pH不符合要求则需要调节双氧水药剂的投加量以确保出水水质。
4.本发明既可以适用于小型污水处理厂由于制药废水、生活污水、印染废水、造纸废水等产生的大量高浓度COD、难降解有机物的废水处理，又可以适用于实验室的处理高浓度COD、难降解有机物废水的小试装置，可根据需要灵活设置UV模块及UV-Cu-Fenton高级氧化装置的大小。
5.本发明将所有数据信号通过PLC控制系统与显示装置相连可以实时动态紫外灯观察，如果自动控制出现问题可以切换到手动状态控制整个系统工作，为了防止因为停电以及故障问题无法启动自动控制时，在电动阀门等开关处均设置了手动控制模式。
6.本发明提供的处理系统采用间歇式污水处理方式，适用于小批量废水的及时处理，处理过程更加方便灵活。
7.本发明通过提供的连续式处理工业废水中高COD的处理系统可以处理高浓度的COD、难降解有机物的工业废水，使得处理后的COD、BOD5、TN、N-NH3、TP、pH、SS达到一级A标准，且其运行管理方便，工艺稳定，投资运行费用低。