公布日：2022.08.09
申请日：2022.06.20
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种焦化废水回用处理系统及方法。处理系统包括降解有机物和氨氮的一体化催化氧化器(1)，包括钛材催化氧化室(11)、环流催化循环氧化室(12)、推流混凝室(13)、沉淀固液分离室(14)，去除悬浮物、金属盐的陶瓷过滤器(2)，去除钙、镁二价盐离子的硬度盐置换器(3)，去除一价盐阴阳离子的聚合树脂交换器(4)，对有机物深度降解和膜水分离的生化膜生物反应器(5)，进一步过滤阴阳离子并产生成品水的一级反渗透装置(6)，进一步去除废水中的盐分并产生成品水的高压反渗透装置(7)，对高压反渗透装置(7)的浓水进行多效催化氧化降解后作为冲渣用水的多效催化氧化器(8)。本发明可广泛应用于焦化废水处理领域。
权利要求书
1.一种焦化废水回用处理系统，其特征在于：包括依次连接的焦化废水收集池(10)、一体化催化氧化器(1)、陶瓷过滤器(2)、硬度盐置换器(3)、聚合树脂交换器(4)、生化膜生物反应器(5)、一级反渗透装置(6)、高压反渗透装置(7)、多效催化氧化器(8)；所述一体化催化氧化器(1)用于降解焦化进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，减少稀释用水，包括钛材催化氧化室(11)、环流催化循环氧化室(12)、推流混凝室(13)、沉淀固液分离室(14)；所述陶瓷过滤器(2)用于去除焦化废水中的悬浮物、金属盐，确保后续生化反应单元的稳定运行，降低生化预处理的复杂配置；所述硬度盐置换器(3)用于去除焦化废水中的钙、镁二价盐离子，降低水的硬度，阻止水垢和沉积物的产生，软化活化水质，降低废水的盐度和电导率；所述聚合树脂交换器(4)用于去除焦化废水中的一价盐阴阳离子，进一步降低废水的盐度和电导率；所述生化膜生物反应器(5)用于对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，集成生化与沉淀固液分离功能，使出水满足排放标准，并满足深度反渗透处理的进水水质要求；所述一级反渗透装置(6)用于进一步过滤Ca2+、Mg2+、Fe2-、SO42-、Cl-、Na+离子，产生成品水，以使成品水电导率≤10uS/cm；所述高压反渗透装置(7)用于进一步去除废水中的盐分，进一步提高水质，以使成品水电导率≤2uS/cm；所述多效催化氧化器(8)用于对所述高压反渗透装置(7)产生的浓水进行多效催化氧化降解后作为冲渣用水，使COD≤150mg/L，满足煤场冲渣和抑制扬灰的冲渣用水水质要求。
2.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述钛材催化氧化室(11)包括底部相连通的两个副室，两个副室的中部均设有钛材催化基材(111)，第一个副室内的钛材催化基材(111)的上方空间分别接入所述焦化废水收集池(10)的出水管路以及输送酸液、碳捕捉辅料的管路，第二个副室内的钛材催化基材(111)的上方空间接入输送双氧水的管路，两个副室的钛材催化基材(111)下方空间设有水下推流器(112)。
3.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述环流催化循环氧化室(12)内设有催化循环桶(121)、立式搅拌器(122)、循环桶支撑固定组件(124)，所述立式搅拌器(122)的主轴贯穿所述催化循环桶(121)，所述立式搅拌器(122)的主轴上于所述催化循环桶(121)内固定设有搅拌桨叶(123)，所述环流催化循环氧化室(12)的两侧分别与所述第二个副室内的钛材催化基材(111)的上方空间、所述推流混凝室(13)的上部进水连通，所述环流催化循环氧化室(12)接入输送碱液、臭氧、亚铁盐的管路；所述推流混凝室(13)内下部设有水下推流器(112)，所述推流混凝室(13)的上部出水与所述沉淀固液分离室(14)连通，所述推流混凝室(13)接入输送碱液、PAC、PAM的管路。
4.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述沉淀固液分离室(14)包括位于上部的斜管填料(141)，所述斜管填料(141)的上方设有若干个U型集水器(144)，若干个U型集水器(144)通过集水管汇集到所述沉淀固液分离室(14)外的第一中间水池(20)，所述斜管填料(141)的下方设有斜管支撑件(142)、斜管冲洗组件(143)，所述沉淀固液分离室(14)的底部设有若干个泥斗(145)。
5.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述陶瓷过滤器(2)内设有陶瓷滤料(21)、外顶部设有第一真空释放器(22)；所述硬度盐置换器(3)内设有盐置换膜组件(31)、外顶部设有第二真空释放器(32)，所述硬度盐置换器(3)还与第一再生药剂清洗装置(23)相连接；所述陶瓷滤料(21)的上方空间接入所述一体化催化氧化器(1)输出的焦化废水，所述陶瓷滤料(21)的下方出水接入到所述盐置换膜组件(31)上方空间，所述盐置换膜组件(31)的下方出水接入到所述聚合树脂交换器(4)内；所述陶瓷过滤器(2)、所述硬度盐置换器(3)还接有反冲洗管路及排空管路，所述陶瓷滤料(21)、所述盐置换膜组件(31)的上方空间产生的反冲洗废水排至集水池；所述聚合树脂交换器(4)内设有聚合交换树脂(41)、聚合树脂支撑件(42)，所述聚合交换树脂(41)的上方均布水螺旋喷头(43)与所述硬度盐置换器(3)的出水管连通，所述聚合交换树脂(41)的下方空间出水接入到所述生化膜生物反应器(5)；所述聚合树脂交换器(4)还与第二再生药剂清洗装置(34)相连接。
6.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述生化膜生物反应器(5)包括若干个生化膜组件(51)，所述生化膜生物反应器(5)的底部设有若干个曝气盘(52)，用于为生化膜生物反应器生化反应供氧，所述生化膜组件(51)接有穿孔气管(53)，用于供膜组内套件气冲洗抖动，所述曝气盘(52)、所述穿孔气管(53)均与鼓风机管路接通；所述生化膜组件(51)还连接生物膜在线清洗装置(54)；所述生化膜组件(51)的出水均通入到第二中间水池(30)；所述生化膜生物反应器(5)还通过排空管路接入至集水池；所述钛材催化氧化室(11)、所述环流催化循环氧化室(12)、所述推流混凝室(13)、所述沉淀固液分离室(14)、所述生化膜生物反应器(5)的底部均通过排泥管(60)汇集到污泥压滤系统。
7.根据权利要求1所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述一级反渗透装置(6)包括一级反渗透膜组件(61)、精密过滤器(62)，所述生化膜生物反应器(5)的出水经所述精密过滤器(62)过滤后通入到所述一级反渗透膜组件(61)，经一级反渗透过滤后，一级反渗透产水通入到回用水池(50)，一级反渗透浓水通入到第三中间水池(40)；所述一级反渗透膜组件(61)还连接第一在线药洗装置(63)；所述高压反渗透装置(7)包括高压反渗透膜组件(71)，所述第三中间水池(40)的浓水通入到所述高压反渗透膜组件(71)，经高压反渗透过滤后，高压反渗透产水通入到所述回用水池(50)，高压反渗透浓水通入到浓盐水池(60)；所述高压反渗透膜组件(71)还连接第二在线药洗装置(72)。
8.根据权利要求7所述的焦化废水回用处理系统，其特征在于：所述多效催化氧化器(8)内中部设有络合型反应基材(81)、底部空间设有水下推流器(112)，所述络合型反应基材(81)的上方接入所述浓盐水池(60)以及接入输送酸液、钛材料触媒催化剂、双氧水的管路，所述多效催化氧化器(8)的出水通入冲渣用水管路，所述多效催化氧化器(8)的底部设有排空管路。
9.一种焦化废水回用处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(S1)将焦化废水在焦化废水收集池(10)中均质均量后，输送到一体化催化氧化器(1)内进行处理，对有机物、苯系物、氰系物破坏与络合去除，对多链、多环物质进行分离降解，提升混合液的反应活性，进行絮凝沉降及固液分离，强效降解焦化进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，并将污泥排放至污泥压滤系统；(S2)将焦化废水在陶瓷过滤器(2)中进行过滤处理，去除焦化废水中的悬浮物、金属盐，确保后续生化反应单元的稳定运行，降低生化预处理的复杂配置；(S3)将焦化废水在硬度盐置换器(3)中进行软化活化处理，去除焦化废水中的钙、镁二价盐离子，降低水的硬度，阻止水垢和沉积物的产生，降低废水的盐度和电导率；(S4)将焦化废水在聚合树脂交换器(4)中进行阴阳离子置换处理，去除焦化废水中的一价盐阴阳离子，进一步降低废水的盐度和电导率；(S5)将焦化废水在生化膜生物反应器(5)中进行生化降解和微生物与废水的固液分离处理，强化对废水中COD和氨氮的去除，同时完成对出水SS的截流过滤，对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，使出水满足排放标准，并满足深度反渗透处理的进水水质要求，并将污泥排放至污泥压滤系统；(S6)将焦化废水在一级反渗透装置(6)中进行一级反渗透处理，进一步过滤Ca2+、Mg2+、Fe2-、SO42-、Cl-、Na+离子，产生成品水，以使成品水电导率≤10uS/cm，一级反渗透产水通入到回用水池(50)供回用，一级反渗透浓水排入到第三中间水池(40)；(S7)将第三中间水池(40)中的一级反渗透浓水通过高压反渗透装置(7)进行高压反渗透处理，进一步去除废水中的盐分，进一步提高水质，以使成品水电导率≤2uS/cm，高压反渗透产水通入到所述回用水池(50)供回用，高压反渗透浓水排入到浓盐水池(60)供提取盐分；(S8)将浓盐水池(60)中的高压反渗透浓水在多效催化氧化器(8)中进行多效催化氧化降解处理，处理后的废水作为煤场冲渣和抑制扬灰的冲渣用水，其COD≤150mg/L。
10.根据权利要求9所述的焦化废水回用处理方法，其特征在于：所述步骤(S1)中在一体化催化氧化器(1)内的处理过程包括以下步骤：(S11)通过钛材催化基材，强化碳捕捉辅材的附着和迭代，强化对有机物、苯系物、氰系物的综合破坏与络合去除，并对废水进行均匀混合、界面接触和快速反应，依次加入酸液、碳捕捉辅材和双氧水，促使氧化性能的高效发挥，并将污泥排放至污泥压滤系统；(S12)推动废水在催化循环桶(121)内外形成循环环流，强化催化混合效果，加入碱液、亚铁盐，利用类芬顿反应条件，强化系统对多链、多环物质的分解，投加臭氧，强化催化分离降解的效果，提升混合液的反应活性，并将污泥排放至污泥压滤系统；(S13)对混合液进行搅拌，使其混合均匀，投加碱液、PAC、PAM进行絮凝沉降，通过平面过流网孔，均匀过水至固液分离室，并将污泥排放至污泥压滤系统；(S14)在固液分离室(14)内进行沉淀固液分离，并将污泥排放至污泥压滤系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种焦化废水回用处理系统，该焦化废水回用处理系统能够有效降低稀释水的用量，减少系统进水流量负荷，有效处理盐分和降解难降解有机物，对废渣进行资源化利用，避免了浓废液委外处理或者蒸发处理，减少占地面积和工程投资及成本和运行费用。
另外，本发明还提供一种焦化废水回用处理方法。
本发明的焦化废水回用处理系统所采用的技术方案是：本发明的焦化废水回用处理系统包括依次连接的焦化废水收集池、一体化催化氧化器、陶瓷过滤器、硬度盐置换器、聚合树脂交换器、生化膜生物反应器、一级反渗透装置、高压反渗透装置、多效催化氧化器；所述一体化催化氧化器用于降解焦化进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，减少稀释用水，包括钛材催化氧化室、环流催化循环氧化室、推流混凝室、沉淀固液分离室；所述陶瓷过滤器用于去除焦化废水中的悬浮物、金属盐，确保后续生化反应单元的稳定运行，降低生化预处理的复杂配置；所述硬度盐置换器用于去除焦化废水中的钙、镁二价盐离子，降低水的硬度，阻止水垢和沉积物的产生，软化活化水质，降低废水的盐度和电导率；所述聚合树脂交换器用于去除焦化废水中的一价盐阴阳离子，进一步降低废水的盐度和电导率；所述生化膜生物反应器用于对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，集成生化与沉淀固液分离功能，使出水满足排放标准，并满足深度反渗透处理的进水水质要求；所述一级反渗透装置用于进一步过滤Ca2+、Mg2+、Fe2-、SO42-、Cl-、Na+离子，产生成品水，以使成品水电导率≤10uS/cm；所述高压反渗透装置用于进一步去除废水中的盐分，进一步提高水质，以使成品水电导率≤2uS/cm；所述多效催化氧化器用于对所述高压反渗透装置产生的浓水进行多效催化氧化降解后作为冲渣用水，使COD≤150mg/L，满足煤场冲渣和抑制扬灰的冲渣用水水质要求。
可选的，所述钛材催化氧化室包括底部相连通的两个副室，两个副室的中部均设有钛材催化基材，第一个副室内的钛材催化基材的上方空间分别接入所述焦化废水收集池的出水管路以及输送酸液、碳捕捉辅料的管路，第二个副室内的钛材催化基材的上方空间接入输送双氧水的管路，两个副室的钛材催化基材下方空间设有水下推流器。
可选的，所述环流催化循环氧化室内设有催化循环桶、立式搅拌器、循环桶支撑固定组件，所述立式搅拌器的主轴贯穿所述催化循环桶，所述立式搅拌器的主轴上于所述催化循环桶内固定设有搅拌桨叶，所述环流催化循环氧化室的两侧分别与所述第二个副室内的钛材催化基材的上方空间、所述推流混凝室的上部进水连通，所述环流催化循环氧化室接入输送碱液、臭氧、亚铁盐的管路。
可选的，所述推流混凝室内下部设有所述水下推流器，所述推流混凝室的上部出水与所述沉淀固液分离室连通，所述推流混凝室接入输送碱液、PAC、PAM的管路。
可选的，所述沉淀固液分离室包括位于上部的斜管填料，所述斜管填料的上方设有若干个U型集水器，若干个U型集水器通过集水管汇集到所述沉淀固液分离室外的第一中间水池，所述斜管填料的下方设有斜管支撑件、斜管冲洗组件，所述沉淀固液分离室的底部设有若干个泥斗。
可选的，所述陶瓷过滤器内设有陶瓷滤料、外顶部设有第一真空释放器，所述陶瓷滤料的上方空间接入所述一体化催化氧化器输出的焦化废水。
可选的，所述硬度盐置换器内设有盐置换膜组件、外顶部设有第二真空释放器，所述硬度盐置换器还与第一再生药剂清洗装置相连接，所述陶瓷滤料的下方出水接入到所述盐置换膜组件上方空间，所述盐置换膜组件的下方出水接入到所述聚合树脂交换器内。
可选的，所述陶瓷过滤器、所述硬度盐置换器还接有反冲洗管路及排空管路，所述陶瓷滤料、所述盐置换膜组件的上方空间产生的反冲洗废水排至集水池。
可选的，所述聚合树脂交换器内设有聚合交换树脂、聚合树脂支撑件，所述聚合交换树脂的上方均布水螺旋喷头与所述硬度盐置换器的出水管连通，所述聚合交换树脂的下方空间出水接入到所述生化膜生物反应器。
可选的，所述聚合树脂交换器还与第二再生药剂清洗装置相连接。
可选的，所述生化膜生物反应器包括若干个生化膜组件，所述生化膜生物反应器的底部设有若干个曝气盘，用于为生化膜生物反应器生化反应供氧，所述生化膜组件接有穿孔气管，用于供膜组内套件气冲洗抖动，所述曝气盘、所述穿孔气管均与鼓风机管路接通；所述生化膜组件还连接生物膜在线清洗装置；所述生化膜组件的出水均通入到第二中间水池；所述生化膜生物反应器还通过排空管路接入至集水池。
可选的，所述钛材催化氧化室、所述环流催化循环氧化室、所述推流混凝室、所述沉淀固液分离室、所述生化膜生物反应器的底部均通过排泥管汇集到污泥压滤系统。
可选的，所述一级反渗透装置包括一级反渗透膜组件、精密过滤器，所述生化膜生物反应器的出水经所述精密过滤器过滤后通入到所述一级反渗透膜组件，经一级反渗透过滤后，一级反渗透产水通入到回用水池，一级反渗透浓水通入到第三中间水池；所述一级反渗透膜组件还连接第一在线药洗装置。
可选的，所述高压反渗透装置包括高压反渗透膜组件，所述第三中间水池的浓水通入到所述高压反渗透膜组件，经高压反渗透过滤后，高压反渗透产水通入到所述回用水池，高压反渗透浓水通入到浓盐水池；所述高压反渗透膜组件还连接第二在线药洗装置。
可选的，所述多效催化氧化器内中部设有络合型反应基材、底部空间设有水下推流器，所述络合型反应基材的上方接入所述浓盐水池以及接入输送酸液、钛材料触媒催化剂、双氧水的管路，所述多效催化氧化器的出水通入冲渣用水管路，所述多效催化氧化器的底部设有排空管路。
本发明的焦化废水回用处理方法所采用的技术方案是：本发明的焦化废水回用处理方法包括以下步骤：
(S1)将焦化废水在焦化废水收集池中均质均量后，输送到一体化催化氧化器内进行处理，对有机物、苯系物、氰系物破坏与络合去除，对多链、多环物质进行分离降解，提升混合液的反应活性，进行絮凝沉降及固液分离，强效降解焦化进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，并将污泥排放至污泥压滤系统；
(S2)将焦化废水在陶瓷过滤器中进行过滤处理，去除焦化废水中的悬浮物、金属盐，确保后续生化反应单元的稳定运行，降低生化预处理的复杂配置；
(S3)将焦化废水在硬度盐置换器中进行软化活化处理，去除焦化废水中的钙、镁二价盐离子，降低水的硬度，阻止水垢和沉积物的产生，降低废水的盐度和电导率；
(S4)将焦化废水在聚合树脂交换器中进行阴阳离子置换处理，去除焦化废水中的一价盐阴阳离子，进一步降低废水的盐度和电导率；
(S5)将焦化废水在生化膜生物反应器中进行生化降解和微生物与废水的固液分离处理，强化对废水中COD和氨氮的去除，同时完成对出水SS的截流过滤，对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，使出水满足排放标准，并满足深度反渗透处理的进水水质要求，并将污泥排放至污泥压滤系统；
(S6)将焦化废水在一级反渗透装置中进行一级反渗透处理，进一步过滤Ca2+、Mg2+、Fe2-、SO42-、Cl-、Na+离子，产生成品水，以使成品水电导率≤10uS/cm，一级反渗透产水通入到回用水池供回用，一级反渗透浓水排入到第三中间水池；
(S7)将第三中间水池中的一级反渗透浓水通过高压反渗透装置进行高压反渗透处理，进一步去除废水中的盐分，进一步提高水质，以使成品水电导率≤2uS/cm，高压反渗透产水通入到所述回用水池供回用，高压反渗透浓水排入到浓盐水池供提取盐分；
(S8)将浓盐水池中的高压反渗透浓水在多效催化氧化器中进行多效催化氧化降解处理，处理后的废水作为煤场冲渣和抑制扬灰的冲渣用水，其COD≤150mg/L。
可选的，所述步骤(S1)中在一体化催化氧化器内的处理过程包括以下步骤：
(S11)通过钛材催化基材，强化碳捕捉辅材的附着和迭代，强化对有机物、苯系物、氰系物的综合破坏与络合去除，并对废水进行均匀混合、界面接触和快速反应，依次加入酸液、碳捕捉辅材和双氧水，促使氧化性能的高效发挥，并将污泥排放至污泥压滤系统；
(S12)推动废水在催化循环桶内外形成循环环流，强化催化混合效果，加入碱液、亚铁盐，利用类芬顿反应条件，强化系统对多链、多环物质的分解，投加臭氧，强化催化分离降解的效果，提升混合液的反应活性，并将污泥排放至污泥压滤系统；
(S13)对混合液进行搅拌，使其混合均匀，投加碱液、PAC、PAM进行絮凝沉降，通过平面过流网孔，均匀过水至固液分离室，并将污泥排放至污泥压滤系统；
(S14)在固液分离室内进行沉淀固液分离，并将污泥排放至污泥压滤系统。
本发明的有益效果是：由于本发明的焦化废水回用处理系统包括依次连接的焦化废水收集池、一体化催化氧化器、陶瓷过滤器、硬度盐置换器、聚合树脂交换器、生化膜生物反应器、一级反渗透装置、高压反渗透装置、多效催化氧化器；所述一体化催化氧化器用于降解焦化进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，减少稀释用水，包括钛材催化氧化室、环流催化循环氧化室、推流混凝室、沉淀固液分离室；所述陶瓷过滤器用于去除焦化废水中的悬浮物、金属盐，确保后续生化反应单元的稳定运行，降低生化预处理的复杂配置；所述硬度盐置换器用于去除焦化废水中的钙、镁二价盐离子，降低水的硬度，阻止水垢和沉积物的产生，软化活化水质，降低废水的盐度和电导率；所述聚合树脂交换器用于去除焦化废水中的一价盐阴阳离子，进一步降低废水的盐度和电导率；所述生化膜生物反应器用于对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，集成生化与沉淀固液分离功能，使出水满足排放标准，并满足深度反渗透处理的进水水质要求；所述一级反渗透装置用于进一步过滤Ca2+、Mg2+、Fe2-、SO42-、Cl-、Na+离子，产生成品水，以使成品水电导率≤10uS/cm；所述高压反渗透装置用于进一步去除废水中的盐分，进一步提高水质，以使成品水电导率≤2uS/cm；所述多效催化氧化器用于对所述高压反渗透装置产生的浓水进行多效催化氧化降解后作为冲渣用水，使COD≤150mg/L，满足煤场冲渣和抑制扬灰的冲渣用水水质要求；本发明克服了现有技术的缺陷和不足，解决了焦化废水在处理过程中面临的进水水质波动大、盐分高反应条件不好、微生物系统不稳定、稀释用水量大、废水出水水质不稳定、废水回用率低等诸多问题，适用于难降解废水的深度处理，特别是焦化行业相关废水的常规排放处理以及深度回用处理，具有以下明显优势：(1)采用集成式的一体化催化氧化器，可以强效降解焦化废水进水有机物和氨氮，扩大系统进水负荷容许范围，减少稀释用水，集成了加药、溶药、催化、降解、固液分离等多功能单元，有效降低系统占地面积和单元建设成本；(2)采用相对智能可控的陶瓷过滤器、硬度盐置换器、聚合树脂交换器，综合对焦化废水中硬度、悬浮物、金属盐等进行强效去除，确保后续生化反应单元的稳定运行，尽可能降低生化预处理的复杂配置，提高系统的智能管理；(3)采用生化膜生物反应器对焦化废水中的有机物进行深度降解和膜水分离，集成生化与沉淀固液分离功能，出水满足排放标准，使得出水也满足深度反渗透处理的进水水质要求，避免了浓废液委外处理或者蒸发处理，减少占地面积和工程投资及成本和运行费用；(4)系统反渗透产清水完全满足回用要求，产浓盐水进行多效催化氧化，处理之后的水可用于冲渣；因此本发明的焦化废水回用处理系统能够有效降低稀释水的用量，减少系统进水流量负荷，有效处理盐分和降解难降解有机物，对废渣进行资源化利用；
同理，采用本发明的焦化废水回用处理方法对焦化废水回用处理也具有上述有益效果。
（发明人：董晨阳;叶翔龙;叶纯）