申請日2013.12.18

　　公開(公告)日2014.04.23

　　IPC分類號C02F9/06

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種高濃度難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理系統(tǒng)和預(yù)處理方法，所述預(yù)處理系統(tǒng)包括沿水流方向依次連接的碳粒投加池、鐵碳微電解池、pH調(diào)節(jié)池、沉淀池和光催化池，所述鐵碳微電解池包括相互連通的第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池內(nèi)均安裝有鐵銅合金材質(zhì)的折流板，且均設(shè)有pH控制模塊與碳粒濃度控制模塊。所述預(yù)處理方法即是在所述預(yù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行的。在鐵碳微電解池中安裝鐵銅合金材質(zhì)的折流板，不必額外投加鐵屑，銅以銅屑的形式混入鐵碳混合物中，有效防止鐵碳結(jié)痂;將鐵碳微電解池分成相互連通的第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，并分別設(shè)置pH控制模塊和碳粒濃度控制模塊，提高了對有機(jī)物的降解效率。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括沿水 流方向依次連接的碳粒投加池、鐵碳微電解池、pH調(diào)節(jié)池、沉淀池和光 催化池，所述鐵碳微電解池包括相互連通的第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，第 一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池內(nèi)均安裝有鐵銅合金材質(zhì)的折流板，且均設(shè)有pH 控制模塊與碳粒濃度控制模塊。

　　2.如權(quán)利要求1所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征 在于，在第一反應(yīng)池內(nèi)，相鄰兩塊折流板之間的距離為3～5cm，在第二反 應(yīng)池內(nèi)，相鄰兩塊折流板之間的距離為5～10cm。

　　3.如權(quán)利要求1所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述pH控制模塊包括伸入廢水中的第一探頭和酸堿投加器，以及 接收第一探頭的輸出信號從而控制酸堿投加器工作的第一控制器，所述酸 堿投加器的開口位于第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的進(jìn)水口處。

　　4.如權(quán)利要求1所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述碳粒濃度控制模塊包括伸入廢水中的第二探頭和碳粒投加器， 以及接收第二探頭的輸出信號從而控制碳粒投加器工作的第二控制器，所 述碳粒投加器的開口位于第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的進(jìn)水口處。

　　5.如權(quán)利要求4所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征 在于，所述第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的后端設(shè)有碳�；厥毡�，該碳�；厥� 泵與碳粒投加器相連。

　　6.一種高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，其特征在于，在如權(quán)利 要求1～5任一所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行，包括以下 步驟：

　　(1)將待處理廢水引入碳粒投加池中，調(diào)節(jié)待處理廢水的pH值至 3～4，同時(shí)投加碳粒并混勻;

　　(2)將碳粒投加池出水引入鐵碳微電解池，依次在第一反應(yīng)池、第 二反應(yīng)池中對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行鐵碳微電解;

　　(3)將第二反應(yīng)池出水引入pH調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)pH值至大于6.5后引 入沉淀池，使廢水中因鐵碳微電解產(chǎn)生的鐵離子沉淀;

　　(4)將沉淀池出水引入投加有納米TiO2的光催化池中，對廢水中的 有機(jī)物進(jìn)行光催化降解，待光催化池出水達(dá)標(biāo)后排放。

　　7.如權(quán)利要求6所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，其特征 在于，碳粒投加池中碳粒濃度為30～50g/L。

　　8.如權(quán)利要求6所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，其特征 在于，控制第一反應(yīng)池中pH值為3～4，碳粒濃度為30～50g/L，碳粒投加 池出水在第一反應(yīng)池中的水力停留時(shí)間為2～4h;控制第二反應(yīng)池中pH值 為4～6，碳粒濃度為50～100g/L，第一反應(yīng)池出水在第二反應(yīng)池中的水力 停留時(shí)間為2～4h。

　　9.如權(quán)利要求6所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，其特征 在于，pH調(diào)節(jié)池出水在沉淀池中的水力停留時(shí)間為1～4h。

　　10.如權(quán)利要求6所述的高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，其特征 在于，光催化池中納米TiO2的濃度為50～500g/L。

　　說明書

　　高濃度難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理系統(tǒng)和預(yù)處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于高濃度難降解有機(jī)廢水的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理系統(tǒng)和預(yù)處理方法。

　　背景技術(shù)

　　高濃度難降解有機(jī)廢水的處理，是目前國內(nèi)外污水處理界公認(rèn)的難題。高濃度難降解有機(jī)廢水包括：焦化廢水、石化/油類廢水、紡織/印染廢水、化工廢水等等。所謂“高濃度”，是指這類廢水中有機(jī)物濃度(以COD計(jì))較高，一般均在2000mg/L以上;所謂“難降解”是指這類廢水的可生化性較低，BOD5/COD值一般均在0.3以下，難以直接進(jìn)行生物降解。所以，業(yè)內(nèi)普遍將COD濃度大于2000mg/L、BOD5/COD值小于0.3的有機(jī)廢水統(tǒng)一稱為高濃度難降解有機(jī)廢水。

　　高濃度難降解有機(jī)廢水因其所含的有機(jī)物很難被微生物直接利用，在生化處理前需采取預(yù)處理措施。鐵碳微電解法因其成本低、效率高，成為了廢水處理工程中普遍采用的物化預(yù)處理措施。鐵碳微電解法利用Fe2+/Fe0和H+/H2兩個(gè)電極的電勢差0.447v，產(chǎn)生的[H]具有強(qiáng)還原性對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行破壞，使大分子難降解有機(jī)物被分解為易生化降解的小分子有機(jī)物。

　　傳統(tǒng)的鐵碳微電解法是在廢水中直接投加鐵屑和活性碳顆粒，如公開號為CN102464422B的中國專利文獻(xiàn)公開了一種工業(yè)廢水的預(yù)處理方法和裝置，該裝置包括：微電解池、平流沉淀池(1)、臭氧氧化池、脫硫池、平流沉淀池(2)、輻流沉淀池、砂濾池、氣浮池、氨吹脫塔、一級氨循環(huán)吸收塔、二級氨循環(huán)吸收塔組成，依次通過：鐵碳微電解-臭氧氧化-氧化鈣、氯化鈣化學(xué)沉淀-氨吹脫-酸吸收這5個(gè)步驟對廢水進(jìn)行預(yù)處理。

　　該方法的步不足之處在于，由于鐵碳反應(yīng)時(shí)鐵的析出易導(dǎo)致鐵碳結(jié)痂，微電解長期運(yùn)行后，鐵屑容易板結(jié)，導(dǎo)致處理效果大幅度下降，甚至無法運(yùn)行。并且通過增加后續(xù)處理步驟來彌補(bǔ)鐵碳微電解對有機(jī)物降解的 不足，使得預(yù)處理步驟非常繁瑣。

　　公布號為CN102992527A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種預(yù)處理高濃度難降解有機(jī)廢水的方法，首先將高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行Ⅰ級鐵碳微電解和Ⅰ級芬頓氧化處理，然后在Ⅰ級鐵碳微電解和Ⅰ級芬頓氧化出水中加入零價(jià)鐵進(jìn)行Ⅱ級微電解處理，Ⅰ級鐵碳微電解和Ⅰ級芬頓氧化出水中的Fe3+與零價(jià)鐵組成Fe3+/Fe2+和Fe2+/Fe0原電池的兩個(gè)新電極。新原電池的電動勢為1.218v，是原來的近3倍，得失電子能力更大，氧化還原反應(yīng)更為劇烈，一些在Ⅰ級鐵碳微電解和Ⅰ級芬頓氧化過程中未被徹底分解的有機(jī)物能在Ⅱ級微電解過程中得到徹底分解。

　　該方法在鐵碳反應(yīng)時(shí)不直接投加鐵屑，而是投加納米材料零價(jià)鐵，但零價(jià)鐵制備過程復(fù)雜，且易于消耗，增加了處理成本。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明提供了一種用于高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，對鐵碳微電解池進(jìn)行改造，有效提高鐵碳微電解對有機(jī)物的降解效率。

　　一種高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)，包括沿水流方向依次連接的碳粒投加池、鐵碳微電解池、pH調(diào)節(jié)池、沉淀池和光催化池，所述鐵碳微電解池包括相互連通的第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池內(nèi)均安裝有鐵銅合金材質(zhì)的折流板，且均設(shè)有pH控制模塊與碳粒濃度控制模塊。

　　鐵碳微電解池內(nèi)為酸性環(huán)境，折流板采用鐵銅合金材質(zhì)制成，在酸性條件下，亞鐵離子逐漸從折流板上溶出，與碳粒發(fā)生微電解反應(yīng)，對廢水中的大分子有機(jī)物進(jìn)行降解。由于不必額外投加鐵屑，因此不會出現(xiàn)大面積的鐵碳結(jié)痂現(xiàn)象。而銅由于惰性較大，鐵碳微電解池的酸性環(huán)境還無法使銅離子溶出，在亞鐵離子不斷溶出的過程中，銅以銅屑的形式混入鐵碳混合物中，有效防止鐵碳結(jié)痂。作為優(yōu)選，所述折流板分為沿水流方向交錯(cuò)分布的左右兩排。左右交錯(cuò)分布的兩排折流板使折流板與水體的接觸時(shí)間更長，進(jìn)一步提高處理效率。并且，折流板是以可拆卸方式安裝的，當(dāng)折流板被消耗后，便于更換新的折流板。

　　本發(fā)明還將鐵碳微電解池分成相互連通的兩個(gè)部分，根據(jù)有機(jī)物 被降解的程度，將有機(jī)物的降解過程分成兩個(gè)階段，分別在第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池中進(jìn)行。由于第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池內(nèi)設(shè)定的pH參數(shù)、碳粒濃度參數(shù)均不相同，因此在第一反應(yīng)池及第二反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置pH控制模塊和碳粒濃度控制模塊，對池內(nèi)的pH變化、碳粒濃度變化分別進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高了對廢水的預(yù)處理效果。

　　作為優(yōu)選，所述pH控制模塊包括伸入廢水中的第一探頭和酸堿投加器，以及接收第一探頭的輸出信號從而控制酸堿投加器工作的第一控制器，所述酸堿投加器的開口位于第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的進(jìn)水口處。第一探頭實(shí)時(shí)檢測池內(nèi)的水體pH值并輸出信號給第一控制器，第一控制器根據(jù)接收的信號控制酸堿投加器向池中加酸或者加堿，將池中水體pH值控制在設(shè)定范圍內(nèi)。酸堿投加器布置在第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的進(jìn)水口處，有利于投加的酸或者堿迅速稀釋。

　　同樣地，作為優(yōu)選，所述碳粒濃度控制模塊包括伸入廢水中的第二探頭和碳粒投加器，以及接收第二探頭的輸出信號從而控制碳粒投加器工作的第二控制器，所述碳粒投加器的開口位于第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的進(jìn)水口處。

　　作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一反應(yīng)池或第二反應(yīng)池的后端設(shè)有碳粒回收泵，該碳�；厥毡门c碳粒投加器相連。所述碳�；厥毡迷诘谝环磻�(yīng)池或第二反應(yīng)池的后端回收碳粒，并將其輸送至碳粒投加器中，實(shí)現(xiàn)碳粒的循環(huán)利用。

　　本發(fā)明還提供了一種高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理方法，該預(yù)處理方法在本發(fā)明所述高濃度難降解有機(jī)廢水預(yù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行，包括以下步驟：

　　(1)將待處理廢水引入碳粒投加池中，調(diào)節(jié)待處理廢水的pH值至3～4，同時(shí)投加碳粒并混勻;

　　在鐵碳微電解池上游設(shè)置碳粒投加池，使碳粒充分混合于廢水中后再與折流板充分接觸，提高處理效率;作為優(yōu)選，所述碳粒投加池中設(shè)有攪拌裝置，使得碳粒在待處理廢水中混合均勻，也便于準(zhǔn)確調(diào)節(jié)待處理廢水的pH值。

　　作為優(yōu)選，碳粒投加池中碳粒的濃度為30～50g/L，并將待處理廢水 的pH值調(diào)節(jié)至3～4，便于第一反應(yīng)池中的鐵碳微電解反應(yīng)及時(shí)順利地進(jìn)行。

　　(2)將碳粒投加池出水引入鐵碳微電解池，依次在第一反應(yīng)池、第二反應(yīng)池中對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行鐵碳微電解;

　　碳粒投加池出水首先進(jìn)入第一反應(yīng)池，此時(shí)廢水中有機(jī)物含量較高，為提高有機(jī)物的降解效率，在第一反應(yīng)池中，相鄰兩塊折流板之間的距離優(yōu)選為3～5cm，在第二反應(yīng)池內(nèi)，相鄰兩塊折流板之間的距離優(yōu)選為5～10cm;并分別通過pH控制模塊和碳粒濃度控制模塊控制第一反應(yīng)池中pH值為3～4，碳粒濃度為30～50g/L，碳粒投加池出水在第一反應(yīng)池中的水力停留時(shí)間為2～4h;控制第二反應(yīng)池中pH值為4～6，碳粒濃度為50～100g/L，第一反應(yīng)池出水在第二反應(yīng)池中的水力停留時(shí)間為2～4h。

　　更優(yōu)選地，控制第一反應(yīng)池中pH值為3，碳粒濃度為50g/L，碳粒投加池出水在第一反應(yīng)池中的水力停留時(shí)間為4h;控制第二反應(yīng)池中pH值為5，碳粒濃度為100g/L，第一反應(yīng)池出水在第二反應(yīng)池中的水力停留時(shí)間為4h。在該反應(yīng)條件下，廢水中COD的被降解率最高，最高可得達(dá)72.4%，色度從200倍下降至20倍，B/C比從0提高至0.41。

　　第一反應(yīng)池內(nèi)相鄰兩塊折流板之間的距離較近，既有利于延長廢水在第一反應(yīng)池內(nèi)的停留時(shí)間，其中折流板的密度也較大，在較為酸性的環(huán)境下(pH值為3～4)溶入水體中的亞鐵離子也越多，使得鐵碳微電解反應(yīng)更為充分。

　　經(jīng)第一反應(yīng)池處理后的廢水中有機(jī)物含量已經(jīng)降低，因此第二反應(yīng)池中相鄰兩塊折流板之間的距離拉大，pH值也有所升高，減少酸堿投加量，在保證處理效果的同時(shí)節(jié)約成本。同時(shí)由于鐵碳微電解反應(yīng)會產(chǎn)生大量的三價(jià)鐵離子，而三價(jià)鐵離子的存在不利于后續(xù)光催化反應(yīng)的進(jìn)行，因此第二反應(yīng)池內(nèi)碳粒濃度升高，便于去除三價(jià)鐵離子。

　　(3)將第二反應(yīng)池出水引入pH調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)pH值至大于6.5后引入沉淀池，使廢水中因鐵碳微電解產(chǎn)生的鐵離子沉淀;

　　實(shí)際操作中，三價(jià)鐵離子在酸性條件下難以沉淀完全，廢水仍舊呈紅色。因此本發(fā)明中將pH調(diào)節(jié)池中的廢水調(diào)節(jié)至中性，優(yōu)選為6.5～7.5，保證三價(jià)鐵離子沉淀完全。

　　作為優(yōu)選，pH調(diào)節(jié)池出水在沉淀池中的水力停留時(shí)間為1～4h;更優(yōu)選為4h，保證三價(jià)鐵離子和少量的亞鐵離子完全沉淀，使廢水澄清，便于進(jìn)行后續(xù)的光催化處理。

　　(4)將沉淀池出水引入投加有納米TiO2的光催化池中，對廢水中的有機(jī)物進(jìn)行光催化降解，待光催化池出水達(dá)標(biāo)后排放。

　　經(jīng)鐵碳微電解后，廢水中還有較多的難降解有機(jī)物，因此將沉淀池出水(上清液)引入光催化池進(jìn)行光催化降解，以進(jìn)一步提高廢水的可生化性。作為優(yōu)選，光催化池中納米TiO2的濃度為50～500g/L;所述光催化池內(nèi)安裝有若干紫外燈，所有紫外燈均勻布置在光催化池的內(nèi)壁上。

　　通過鐵碳微電解池-光催化池的協(xié)同作用，高濃度難降解有機(jī)廢水的可生化性得到大大改善，廢水中COD的被降解率最高達(dá)80.6%，色度從200倍降至10倍，B/C比從0提高至0.43。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

　　(1)本發(fā)明在鐵碳微電解池中安裝鐵銅合金材質(zhì)的折流板，在酸性條件下，亞鐵離子逐漸從折流板上溶出，與碳粒發(fā)生微電解反應(yīng)，對廢水中的大分子有機(jī)物進(jìn)行降解。由于不必額外投加鐵屑，因此不會出現(xiàn)大面積的鐵碳結(jié)痂現(xiàn)象;鐵銅合金板使用周期為3個(gè)月，與投加鐵屑相比，成本較低;而銅由于惰性較大，鐵碳微電解池的酸性環(huán)境還無法使銅離子溶出，在亞鐵離子不斷溶出的過程中，銅以銅屑的形式混入鐵碳混合物中，有效防止鐵碳結(jié)痂;

　　(2)本發(fā)明根據(jù)廢水中有機(jī)物的被降解程度，將鐵碳微電解池分成相互連通的第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，將鐵碳微電解反應(yīng)分成兩個(gè)階段進(jìn)行，并分別在第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置pH控制模塊和碳粒濃度控制模塊，對池內(nèi)的pH變化、碳粒濃度變化分別進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，提高了對有機(jī)物的降解效率;

　　(3)本發(fā)明利用鐵碳微電解池-光催化池協(xié)同作用，進(jìn)一步提高高濃度難降解有機(jī)廢水的可生化性。