申请日20200323
公开(公告)日20200630
IPC分类号C02F9/14; C02F11/12; F23G7/00; C02F101/16; C02F101/30; C02F103/06; C02F103/34
摘要
一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法和装置，属于高难度废水处理领域。该方法是将高难度废水进行生化处理和LROT处理，达标水排放;得到的有机浓缩废液加入凝聚剂后，浓缩液进行二次浓缩，得到高浓度浓缩液和热风进行喷雾干燥，得到的尾气将生物处理后产生的剩余污泥进行污泥干化，喷雾干燥的干化有机物和污泥处理后的干化污泥进行焚烧处理，得到CO2+H2O。装置包括生化处理单元、LROT处理单元、污泥干化单元、二次浓缩单元、喷雾干燥单元和焚烧单元;该方法在确保所有指标优于行业标准的基础上，减少了设备投资、运行成本，并且不产生浓水排放或浓水结晶，同时可将排污染物进行充分资源化利用，节约大量能源，经济优势明显。
权利要求书
1.一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，将高难度废水依次进行步骤1的生化处理和步骤2的LROT处理，得到达到国家排放标准的达标水排放，LROT处理中产生有机浓缩废液进行后续处理;
其特征在于，还包括以下步骤：
步骤3：二次浓缩
向有机浓缩废液中，投加凝聚剂，搅拌均匀，使得有机浓缩废液中有机物和凝聚剂充分反应，得到浓缩液;
浓缩液进行二次浓缩处理，进行高度浓缩，得到高浓度浓缩液和清液，清液回流再次进行LROT处理;
步骤4：喷雾干燥
将高浓度浓缩液进行喷雾干燥处理，和高温热风进行充分接触后，得到干化有机物，并产生尾气;
步骤5：污泥干化
喷雾干燥处理后排出的尾气，将生物处理后产生的剩余污泥进行污泥干化处理，得到干化污泥;
步骤6：焚烧
干化有机物和干化污泥进行焚烧处理，因其主要成分为腐殖酸类有机物，经过焚烧处理，最终形成CO2+H2O。
2.根据权利要求1所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，其特征在于，所述的高难度废水为垃圾渗滤液、煤化工废水和制药废水中的一种。
3.根据权利要求1所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，其特征在于，所述的步骤3中，凝聚剂为Fe氧化物、Co氧化物、Ni氧化物、Cu氧化物、Zn氧化物中一种或几种、或Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐中一种或几种、或Fe氧化物、Co氧化物、Ni氧化物、Cu氧化物、Zn氧化物中一种或几种和C的混合物;其中，凝聚剂的投加量是根据浓缩液COD含量和凝聚剂种类而定。
4.根据权利要求1所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，其特征在于，所述的步骤4中，喷雾干燥处理中，干燥温度为150-220℃;干化有机物的含水率为5%±1%。
5.根据权利要求1所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，其特征在于，所述的步骤6中，焚烧单元产生的热风经炉排风室，由风机输送外排，送往喷雾干燥单元，充当干燥时所需消耗的热能。
6.一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，其特征在于，该零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，包括生化处理单元、LROT处理单元、污泥干化单元、二次浓缩单元、喷雾干燥单元和焚烧单元;
生化处理单元设置有高难度废水的入水口，生化处理单元的出水口连接LROT处理单元的入水口，LROT处理单元设置有达标水排放口和有机浓缩废液排放口，LROT处理单元的有机浓缩废液排放口连接二次浓缩单元，二次浓缩单元的高浓度浓缩液出口连接喷雾干燥单元，喷雾干燥单元的干化有机物出口连接焚烧单元。
7.根据权利要求6所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，其特征在于，所述的二次浓缩单元设置有清液出口，二次浓缩单元的清液出口通过管路连接LROT处理单元的入水口。
8.根据权利要求6所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，其特征在于，生化处理单元的剩余污泥出口和污泥干化单元连接，污泥干化单元的干化污泥出口和焚烧单元连接。
9.根据权利要求6所述的零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，其特征在于，焚烧单元的热风出口连接喷雾干燥单元，喷雾干燥单元的尾气出口连接污泥干化单元。
说明书
一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法和装置
技术领域
本发明涉及一种水处理领域，特别涉及高难度废水处理领域，具体涉及一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置和方法。
背景技术
随着我国经济的发展和城市数量增加，各行各业的发展均取得了显著的成绩。但随着国家对水资源管理制度的日益严格，垃圾渗滤液、煤化工废水、制药废水等行业废水的管控受到了广泛关注。这些行业废水均属于高难度废水，其中垃圾渗滤液属于高浓度难降解有机废水，具有成分复杂、污染物浓度高、生物营养比例失衡、色度高，臭味大、可生化性差的特点;而煤化工废水是一种典型的高难度工业废水，它来源于煤焦化、煤气化、煤液化等煤化过程，其成分复杂，主要包括酚类、氨氮类和氰化物等有毒有害物质，对人和环境有很大危害。因此，高难度废水的处理一直面临着一些的难以解决的技术难题。
目前，针对高难度废水传统处理工艺的核心都是膜处理技术，其主要工艺流程见图1：
由图1所示流程可知，高难度废水首先经过生化处理后，生化尾水进入管式超滤，然后再经纳滤(NF)分离后进入反渗透(RO)，出水达标排放。
但是由于传统处理过程中采用了膜工艺，则必然产生一定量的浓缩液。浓缩液含有大量难降解的有机物，以及氨氮、总氮、高价盐分等，会对环境和生化处理系统造成很大影响。浓缩液的问题成为使用膜技术的一个瓶颈。
目前，高难度废水的膜处理工艺中，其产生的浓缩液处理方式面临着以下几个问题：
(1)浓缩液直接回生化系统。现有工艺中，浓缩液通常直接返回生化处理系统，而浓缩液中含有大量的腐殖酸在系统中很难生化降解，会逐渐累积，最终影响整个处理系统的处理能力。
(2)在垃圾焚烧发电厂，大量的浓缩液通常进行回喷焚烧。但在回喷焚烧过程中，不仅热能损失大，而且会对焚烧设备造成很大的腐蚀，缩短焚烧设备的寿命，增加炉体检修成本，这种方式会给焚烧厂造成巨大的经济损失。
(3)化学氧化处理浓缩液。有些企业在处理该部分浓缩液时采用化学氧化的方法进行处理，如臭氧氧化法、催化氧化法等。此种方法处理腐殖酸的速度快、效率高，产物(二氧化碳和水)对环境不产生污染，但药剂消耗量大，成本很高。
(4)蒸发-结晶处理浓缩液。蒸发工艺处理彻底，直接可将大部分的污染物形成晶体，并且操作方便，运行也较稳定。但该工艺需要解决蒸发器的腐蚀结垢问题，并且运行费用较高。
(5)湿式催化氧化处理浓缩液。湿式催化氧化技术处理时，运行费用较低，可进行能量回收，处理效率较高，处理后的废液可返回生化系统进行生化，但其投资成本很高，同时处理效果不稳定，有氨氮超标的可能性。
发明内容
本发明针对现有高难度废水处理工艺的不足，提出了一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法和装置。采用该方法是在确保所有指标优于《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)、《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)、《化学合成类制药工业水污染物排放标准》(GB21904-2008)等行业标准的基础上，减少了设备投资、运行成本，并且不产生浓水排放或浓水结晶问题，同时可将常规工艺产生的外排污染物进行充分资源化利用，节约大量能源，与传统膜法工艺相比具有极大的技术经济优势。
本发明的一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理方法，包括以下步骤：
步骤1：生化处理
将高难度废水进行生化处理，经过厌氧、好氧、硝化—反硝化过程，去除高难度废水中的可降解有机物、氨氮和总氮，得到生化处理后的生化尾水;
步骤2：LROT处理
将生化处理后的生化尾水进行LROT处理，得到达到国家排放标准的达标水排放;
LROT处理是对生化处理后的生化尾水进行了过滤、树脂吸附和电催化氧化处理;
对树脂吸附后的饱和树脂进行了树脂再生处理，并对树脂再生处理过程中产生的碱液进行了碱回收处理，产生有机浓缩废液;
步骤3：二次浓缩
向有机浓缩废液中，投加凝聚剂，搅拌均匀，使得有机浓缩废液中有机物和凝聚剂充分反应，得到浓缩液;
浓缩液进行二次浓缩处理，进行高度浓缩，得到高浓度浓缩液和清液，清液回流再次进行LROT处理;
步骤4：喷雾干燥
将高浓度浓缩液进行喷雾干燥处理，和高温热风进行充分接触后，得到干化有机物，并产生尾气;
步骤5：污泥干化
喷雾干燥处理后排出的尾气，可将生物处理后产生的剩余污泥进行污泥干化处理，得到干化污泥;
步骤6：焚烧
干化有机物和干化污泥进行焚烧处理，因其主要成分为腐殖酸类有机物，经过焚烧处理，最终形成CO2+H2O。
所述的步骤1中，所述的高难度废水为垃圾渗滤液、煤化工废水或制药废水中的一种。
所述的步骤2中，所述的过滤为混凝过滤、保安过滤器、管式超滤中的一种。
所述的树脂吸附中，树脂采用的为大孔聚苯乙烯或聚酚醛树脂中的一种，其吸附体积倍率为100～150倍;树脂吸附滤速根据过滤后的生化尾水COD数值设置为2～5BV/h。
所述的电催化氧化中，可根据树脂吸附出水的COD值设定电流密度为50～200mA/cm2，电解后，搅拌反应1～2h。
所述的树脂再生工艺参数为：再生液为2wt.%～4wt.%氢氧化钠水溶液，按体积比，再生液：树脂=(3～5)：1，再生滤速设置为1～3BV/h;
所述的碱回收为纳滤膜碱回收，碱度可回收80%，回收的碱液回流进行树脂再生，得到的有机浓缩废液进行后续处理。
所述的步骤3中，凝聚剂为Fe氧化物、Co氧化物、Ni氧化物、Cu氧化物、Zn氧化物中一种或几种、或Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐中一种或几种、或Fe氧化物、Co氧化物、Ni氧化物、Cu氧化物、Zn氧化物中一种或几种和C的混合物;如Cu(NO3)3、CuO-C(按摩尔比，CuO：C=1:19)、Fe-Co(按摩尔比，Fe：Co=1:2)复合氧化物。其中，凝聚剂的投加量是根据浓缩液COD含量和凝聚剂种类而定。
所述的步骤3中，搅拌均匀的时间优选为10-15min，
所述的步骤3中，高浓度浓缩液中的COD浓度可浓缩至100000mg/L以上。
所述的步骤4中，喷雾干燥处理为：高浓度浓缩液通过供料泵打入喷雾干燥单元内部的雾化器，通过雾化器将高浓度浓缩液喷淋至干燥塔内，干燥塔内的高温热风与雾化后的浓缩液充分接触后，将高浓度浓缩液的水分汽化蒸发，高浓度浓缩液所含有的有机固化物会通过一级收尘器和二级收尘器进行回收，得到干化有机物，产生的热空气通过引风机进入湿式除尘器，进一步过滤掉空气中含有的固体颗粒，由风机输送外排，形成尾气;
所述的步骤4中，干燥塔内温度为150-220℃;
所述的干化有机物的含水率为5%±1%。
所述的步骤6中，焚烧单元产生的热风经炉排风室，由风机输送外排，送往喷雾干燥单元，充当干燥时所需消耗的热能。
为了实现上述零浓缩液和零固废的高难度废水处理，采用了一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置，包括生化处理单元、LROT处理单元、污泥干化单元、二次浓缩单元、喷雾干燥单元和焚烧单元;
生化处理单元设置有高难度废水的入水口，生化处理单元的出水口连接LROT处理单元的入水口，LROT处理单元设置有达标水排放口和有机浓缩废液排放口，LROT处理单元的有机浓缩废液排放口连接二次浓缩单元，二次浓缩单元的高浓度浓缩液出口连接喷雾干燥单元，喷雾干燥单元的干化有机物出口连接焚烧单元。
进一步的，所述的二次浓缩单元设置有清液出口，二次浓缩单元的清液出口通过管路连接LROT处理单元的入水口。
进一步的，生化处理单元的剩余污泥出口和污泥干化单元连接，污泥干化单元的干化污泥出口和焚烧单元连接。
进一步的，焚烧单元的热风出口连接喷雾干燥单元，喷雾干燥单元的尾气出口连接污泥干化单元。
进一步的，LROT处理单元是Low cost Refractory Organics Treatment，中文全文为“低成本难降解有机物处理工艺”，是一种非膜法、低成本的高难度废水处理技术，其包括过滤子单元、树脂吸附子单元、电催化氧化子单元、树脂再生子单元、碱回收子单元，其中，过滤子单元、树脂吸附子单元、电催化氧化子单元依次连接，电催化氧化子单元设置有达标水排放口;树脂吸附子单元设置连接有树脂再生子单元和碱回收子单元旁路，碱回收子单元设置有碱液回收出口和有机浓缩废液排放口，碱回收子单元的碱液回收出口和树脂再生子单元前端连接，有机浓缩废液排放口通过设置有凝聚剂的管路和二次浓缩单元连接。
进一步的，二次浓缩单元采用物料膜。
进一步的，所述的喷雾干燥单元主要包括雾化器、干燥塔、一级收尘器、二级收尘器和湿式除尘器，在干燥塔内设置有雾化器，在干燥塔底部依次连接一级收尘器、二级收尘器，在二级收尘器的气体出口通过引风机连接湿式除尘器。
进一步，所述的焚烧单元，包括焚烧炉和炉排风室，在焚烧炉上部设置有炉排风室。
本发明的一种零浓缩液和零固废的高难度废水处理装置和方法，与现有工艺相比，其优势在于：
(1)本发明的方法，在保证出水水质稳定符合各行业排放标准的前提下，无浓缩液和固废外排，更解决了传统的单纯焚烧、蒸发-结晶等技术稳定性差、耗能高、处理费用高、易腐蚀设备的问题;
(2)与常规喷雾干燥技术相比，本工艺采用凝聚剂，提高了物料膜对浓缩液中有机物继续浓缩的效果，可使二次浓缩液中的COD浓度从50000-60000mg/L提高至100000mg/L。减少了浓缩液体积，使有机物充分富集，降低喷雾干燥的能源消耗和运行费用。
(3)喷雾干燥排出的尾气可用于生化处理中剩余污泥的干化，而干化污泥和干化有机物焚烧时产生的热风可回用于喷雾干燥系统。如此循环做到了能源的充分利用，降低了整体工艺的运行成本，与传统技术相比具有极大的技术经济优势。（发明人王惠丰;王富民）