申请日2019.08.12
公开(公告)日2019.10.08
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种纳米材料生产废水的处理系统及方法，用以对制造纳米材料所产生的废水进行处理。按照废水处理方向，处理系统包括依次连接的调节池、盐析池、强化池、沉淀池和清水池，调节池开设有废水进水口，盐析池、强化池和沉淀池均开设有加药口;盐析池中投加的药剂为硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，强化池中投加的药剂为双氧水和硫酸亚铁，沉淀池中投加的药剂为氢氧化钡。该纳米材料生产废水的处理系统及方法解决了纳米材料生产废水中纳米材料难以降解、表面活性剂曝气起泡久而不消的问题。
权利要求书
1.一种纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，用以对制造纳米材料所产生的废水进行处理，按照废水处理方向，所述处理系统包括依次连接的调节池(1)、盐析池(2)、强化池(3)、沉淀池(4)和清水池(5)，所述调节池(1)开设有废水进水口，所述盐析池(2)、强化池(3)和沉淀池(4)均开设有加药口;所述盐析池(2)中投加的药剂为硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，所述强化池(3)中投加的药剂为双氧水和硫酸亚铁，所述沉淀池(4)中投加的药剂为氢氧化钡。
2.根据权利要求1所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，还包括污泥浓缩池(6)，其中：
所述调节池(1)内设置有潜水泵(8)，所述潜水泵(8)的排液口通过调节废水管道(9)连接至所述盐析池(2)的进液口;
所述盐析池(2)上开设有若干第一排液/泥口，所述第一排液/泥口距所述盐析池(2)的池底高度不同，所述第一排液/泥口连通第一支管(10)的进液口，所述第一支管(10)的排液口通过三通分别连通第一排液管(11)的进液口和第一排泥管(12)的进泥口，所述第一排液管(11)的排液口连接至所述强化池(3)的进液口，所述第一排泥管(12)的排泥口连接至所述污泥浓缩池(6);所述盐析池(2)还设置有第一搅拌器(21)、第一界面计(22)和第一pH计(23);所述第一支管(10)、第一排液管(11)和第一排泥管(12)上分别对应设置有第一支管电磁阀(101)、第一排液管电磁阀(111)和第一排泥管电磁阀(121);
所述强化池(3)上开设有若干第二排液/泥口，所述第二排液/泥口距所述强化池(3)的池底高度不同，所述第二排液/泥口连通第二支管(13)的进液口，所述第二支管(13)的排液口通过三通分别连通第二排液管(14)的进液口和第二排泥管(15)的进泥口，所述第二排液管(14)的排液口连接至所述沉淀池(4)的进液口，所述第二排泥管(15)的排泥口连接至所述污泥浓缩池(6);所述强化池(3)还设置有第二搅拌器(31)、第二界面计(32)和第二pH计(33);所述第二支管(13)、第二排液管(14)和第二排泥管(15)上分别对应设置有第二支管电磁阀(131)、第二排液管电磁阀(141)和第二排泥管电磁阀(151);
所述沉淀池(4)的顶部与所述强化池(3)的底部平齐，所述沉淀池(4)通过顶部溢流管与所述清水池(5)相通，所述沉淀池(4)的底部通过第三排泥管(16)连接至所述污泥浓缩池(6)，所述沉淀池(4)还设置有第三搅拌器(41)，所述第三排泥管(16)上设置有第三排泥管电磁阀(161)。
3.根据权利要求2所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，还包括控制器(7)，其中：
所述控制器(7)的信号输入端通信连接所述第一界面计(22)、第一pH计(23)、第二界面计(32)和第二pH计(33)，信号输出端通信连接所述第一搅拌器(21)、第一支管电磁阀(101)、第一排液管电磁阀(111)、第一排泥管电磁阀(121)、第二搅拌器(31)、第二支管电磁阀(131)、第二排液管电磁阀(141)、第二排泥管电磁阀(151)、第三搅拌器(41)、第三排泥管电磁阀(161)。
4.根据权利要求3所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，所述控制器(7)的信号输出端还连接加料泵、第一酸泵、第一碱泵、第二酸泵和第二碱泵，其中：所述加料泵包括硫酸钠泵、四硼酸钠泵、聚铁泵、聚丙烯酰胺泵、双氧水泵、硫酸亚铁泵、氢氧化钡泵，所述硫酸钠泵、四硼酸钠泵、聚铁泵、聚丙烯酰胺泵用以连接对应原料药剂和所述盐析池(2)，所述双氧水泵、硫酸亚铁泵用以连接对应原料药剂和所述强化池(3)，所述氢氧化钡泵用以连接原料药剂和沉淀池(4);所述第一酸泵用以连接酸剂和所述盐析池(2)，所述第一碱泵用以连接碱剂和所述盐析池(2)，所述第二酸泵用以连接酸剂和所述强化池(3)，所述第二碱泵用以连接碱剂和所述强化池(3)。
5.根据权利要求2所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，还包括污泥干化机(17)，所述污泥干化机(17)的进泥口连接所述污泥浓缩池(6)的排泥口。
6.根据权利要求1所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，所述盐析池(2)中投加的药剂的各组分的重量份数为：硫酸钠70-85份、四硼酸钠5-10份、聚铁5-10份、聚丙烯酰胺5-10份。
7.根据权利要求1所述的纳米材料生产废水的处理系统，其特征在于，所述强化池(3)中投加的药剂的各组分的重量份数为：双氧水10-30、硫酸亚铁5-10。
8.一种纳米材料生产废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将制造纳米材料所产生的废水引入调节池;
(2)废水由调节池进入盐析池，调节废水的pH至4-9，再投加硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第一废水，得到的底部污泥为第一污泥;
(3)将第一废水排至强化池中，排掉第一污泥，调节强化池中第一废水的pH至3-5，投加双氧水和硫酸亚铁，不断搅拌，充分反应后，再调pH至6-8，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第二废水，得到的底部污泥为第二污泥;
(4)将第二废水排至沉淀池中，排掉第二污泥，投加氢氧化钡，不断搅拌，充分反应后，泥水分离，得到的上清液为第三废水，得到的底部污泥为第三污泥;
(5)将第三废水排至清水池中，排掉第三污泥。
9.根据权利要求8所述的纳米材料生产废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将制造纳米材料所产生的废水引入调节池;
(2)开启调节池内潜水泵，废水经潜水泵提升通过调节废水管道进入盐析池;通过第一界面计检测废水液位，当达到设定液位时，关闭潜水泵;通过第一pH计检测废水pH，调节废水pH至4-9;开启第一搅拌器，投加硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第一废水，得到的底部污泥为第一污泥;通过第一界面计检测泥水界面高度，开启高于泥水界面高度的第一支管电磁阀和第一排液管电磁阀，使第一废水经第一支管进入第一排液管，最终进入强化池;排掉第一废水后，关闭第一排液管电磁阀，开启第一排泥管电磁阀，使第一污泥经第一支管进入第一排泥管，最终进入污泥浓缩池;
(3)关闭第一支管电磁阀和第一排泥管电磁阀;通过第二pH计检测第一废水pH，调节第一废水pH至3-5;开启第二搅拌器，投加双氧水和硫酸亚铁，不断搅拌，充分反应后，再调pH至6-8，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第二废水，得到的底部污泥为第二污泥;通过第二界面计检测泥水界面高度，开启高于泥水界面高度的第二支管电磁阀和第二排液管电磁阀，使第二废水经第二支管进入第二排液管，最终进入沉淀池;排掉第二废水后，关闭第二排液管电磁阀，开启第二排泥管电磁阀，使第二污泥经第二支管进入第二排泥管，最终进入污泥浓缩池;
(4)关闭第二支管电磁阀和第二排泥管电磁阀;开启第三搅拌器，投加氢氧化钡，不断搅拌，充分反应后，泥水分离，得到的上清液为第三废水，得到的底部污泥为第三污泥;
(5)将第三废水通过沉淀池顶部溢流管进入清水池中，开启第三排泥管电磁阀，使第三污泥经第三排泥管进入污泥浓缩池;关闭第三排泥管电磁阀。
10.根据权利要求9所述的纳米材料生产废水的处理方法，其特征在于，pH调节和药剂添加均为开启相应的加料泵、酸泵、碱泵实现。
说明书
一种纳米材料生产废水的处理系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种纳米材料生产废水的处理系统及方法。
背景技术
纳米科技包括三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征，其中纳米材料是纳米科技的基础。纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，其结构单元的尺寸介于1～100nm范围之间。当材料粒子的尺寸缩小到几纳米到几十纳米时，由于材料表面相对活跃的原子数量与内部结构稳定，原子数量的比例大大增加，使得材料性质发生意想不到的变化。例如，纳米陶瓷材料表现出优异的韧性和延展性;碳纳米管由于具有不同的导电性可作为良导体、半导体和绝缘体。
现有技术中鲜有专门针对纳米材料生产废水的处理系统，对于纳米材料生产废水只是采用普通工业废水的处理程序，如降低COD含量，去除废水中悬浮固体等。由于纳米材料溶解度大，从水中分离及其困难，导致现有的处理系统难以降解废水中的纳米成分。除此之外，由于生产纳米材料的过程中往往需要添加大量表面活性剂，因此处理纳米材料生产废水也就意味着需要去除表面活性剂，而大量表面活性剂会产生大量泡沫，久而不消，难以除去。
发明内容
本发明提供了一种纳米材料生产废水的处理系统及方法，以解决纳米材料生产废水中纳米材料难以降解、表面活性剂曝气起泡久而不消的问题。
第一方面，本发明提供的一种纳米材料生产废水的处理系统，用以对制造纳米材料所产生的废水进行处理，按照废水处理方向，处理系统包括依次连接的调节池、盐析池、强化池、沉淀池和清水池，调节池开设有废水进水口，盐析池、强化池和沉淀池均开设有加药口;盐析池中投加的药剂为硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，强化池中投加的药剂为双氧水和硫酸亚铁，沉淀池中投加的药剂为氢氧化钡。
优选地，还包括污泥浓缩池，其中：调节池内设置有潜水泵，潜水泵的排液口通过调节废水管道连接至盐析池的进液口;盐析池上开设有若干第一排液/泥口，第一排液/泥口距盐析池的池底高度不同，第一排液/泥口连通第一支管的进液口，第一支管的排液口通过三通分别连通第一排液管的进液口和第一排泥管的进泥口，第一排液管的排液口连接至强化池的进液口，第一排泥管的排泥口连接至污泥浓缩池;盐析池还设置有第一搅拌器、第一界面计和第一pH计;第一支管、第一排液管和第一排泥管上分别对应设置有第一支管电磁阀、第一排液管电磁阀和第一排泥管电磁阀;
强化池上开设有若干第二排液/泥口，第二排液/泥口距强化池的池底高度不同，第二排液/泥口连通第二支管的进液口，第二支管的排液口通过三通分别连通第二排液管的进液口和第二排泥管的进泥口，第二排液管的排液口连接至沉淀池的进液口，第二排泥管的排泥口连接至污泥浓缩池;强化池还设置有第二搅拌器、第二界面计和第二pH计;第二支管、第二排液管和第二排泥管上分别对应设置有第二支管电磁阀、第二排液管电磁阀和第二排泥管电磁阀;沉淀池的顶部与强化池的底部平齐，沉淀池通过顶部溢流管与清水池相通，沉淀池的底部通过第三排泥管连接至污泥浓缩池，沉淀池还设置有第三搅拌器，第三排泥管上设置有第三排泥管电磁阀。
优选地，还包括控制器，其中：控制器的信号输入端通信连接第一界面计、第一pH计、第二界面计和第二pH计，信号输出端通信连接第一搅拌器、第一支管电磁阀、第一排液管电磁阀、第一排泥管电磁阀、第二搅拌器、第二支管电磁阀、第二排液管电磁阀、第二排泥管电磁阀、第三搅拌器、第三排泥管电磁阀。
优选地，控制器的信号输出端还连接加料泵、第一酸泵、第一碱泵、第二酸泵和第二碱泵，其中：加料泵包括硫酸钠泵、四硼酸钠泵、聚铁泵、聚丙烯酰胺泵、双氧水泵、硫酸亚铁泵、氢氧化钡泵，硫酸钠泵、四硼酸钠泵、聚铁泵、聚丙烯酰胺泵用以连接对应原料药剂和盐析池，双氧水泵、硫酸亚铁泵用以连接对应原料药剂和强化池，氢氧化钡泵用以连接原料药剂和沉淀池;第一酸泵用以连接酸剂和盐析池，第一碱泵用以连接碱剂和盐析池，第二酸泵用以连接酸剂和强化池，第二碱泵用以连接碱剂和强化池。
优选地，还包括污泥干化机，污泥干化机的进泥口连接污泥浓缩池的排泥口。
优选地，盐析池中投加的药剂的各组分的重量份数为：硫酸钠70-85份、四硼酸钠5-10份、聚铁5-10份、聚丙烯酰胺5-10份。
优选地，强化池中投加的药剂的各组分的重量份数为：双氧水10-30、硫酸亚铁5-10。
第二方面，本发明还提供了一种纳米材料生产废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)将制造纳米材料所产生的废水引入调节池。
(2)废水由调节池进入盐析池，调节废水的pH至4-9，再投加硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第一废水，得到的底部污泥为第一污泥。
(3)将第一废水排至强化池中，排掉第一污泥，调节强化池中第一废水的pH至3-5，投加双氧水和硫酸亚铁，不断搅拌，充分反应后，再调pH至6-8，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第二废水，得到的底部污泥为第二污泥。
(4)将第二废水排至沉淀池中，排掉第二污泥，投加氢氧化钡，不断搅拌，充分反应后，泥水分离，得到的上清液为第三废水，得到的底部污泥为第三污泥。
(5)将第三废水排至清水池中，排掉第三污泥。
优选地，纳米材料生产废水的处理方法包括以下步骤：
(1)将制造纳米材料所产生的废水引入调节池。
(2)开启调节池内潜水泵，废水经潜水泵提升通过调节废水管道进入盐析池;通过第一界面计检测废水液位，当达到设定液位时，关闭潜水泵;通过第一pH计检测废水pH，调节废水pH至4-9;开启第一搅拌器，投加硫酸钠、四硼酸钠、聚铁和聚丙烯酰胺，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第一废水，得到的底部污泥为第一污泥;通过第一界面计检测泥水界面高度，开启高于泥水界面高度的第一支管电磁阀和第一排液管电磁阀，使第一废水经第一支管进入第一排液管，最终进入强化池;排掉第一废水后，关闭第一排液管电磁阀，开启第一排泥管电磁阀，使第一污泥经第一支管进入第一排泥管，最终进入污泥浓缩池。
(3)关闭第一支管电磁阀和第一排泥管电磁阀;通过第二pH计检测第一废水pH，调节第一废水pH至3-5;开启第二搅拌器，投加双氧水和硫酸亚铁，不断搅拌，充分反应后，再调pH至6-8，不断搅拌，充分反应后，静置，泥水分离，得到的上清液为第二废水，得到的底部污泥为第二污泥;通过第二界面计检测泥水界面高度，开启高于泥水界面高度的第二支管电磁阀和第二排液管电磁阀，使第二废水经第二支管进入第二排液管，最终进入沉淀池;排掉第二废水后，关闭第二排液管电磁阀，开启第二排泥管电磁阀，使第二污泥经第二支管进入第二排泥管，最终进入污泥浓缩池。
(4)关闭第二支管电磁阀和第二排泥管电磁阀;开启第三搅拌器，投加氢氧化钡，不断搅拌，充分反应后，泥水分离，得到的上清液为第三废水，得到的底部污泥为第三污泥。
(5)将第三废水通过沉淀池顶部溢流管进入清水池中，开启第三排泥管电磁阀，使第三污泥经第三排泥管进入污泥浓缩池;关闭第三排泥管电磁阀。
优选地，上述pH调节和药剂添加均为开启相应的加料泵、酸泵、碱泵实现。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种纳米材料生产废水的处理系统及方法，通过调节池、盐析池、强化池、沉淀池的多级处理，解决了废水中的纳米成分无法有效降解和高表面活性剂曝气起泡久而不消的技术难题，使得最终排入清水池的第三废水中COD含量低于100mg/L、 BOD含量低于30mg/L，达到工业废水排放的二级标准。处理量大、效率高且不引入新的对环境有害的成分,大大减少了纳米级材料废水的排放量和废水对环境的污染,有效地节约了水资源,符合可持续发展的要求，可推广使用。所有化学药剂都被沉淀分离及以二氧化碳的形式释放出去，配方科学、合理，是对传统纳米级材料废水处理方法的一大突破。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。（发明人杨祥玉;刘慧苹;朱传友;国亮）