CN104556578A - 一种废水的深度处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种废水的深度处理方法，所述技术方案包括活性污泥生物反应、共沉淀和污泥回流、Fenton氧化、pH调节和泥水混合物回流、终沉排水等，Fenton反应后pH调节产生的泥水混合物不经沉淀便进行回流至共沉淀中与活性污泥生物反应的出水混合后进行共沉淀，利用该泥水混合物的快速沉降性、胶体絮凝、网捕等作用，与生化污泥形成共沉淀体系。本发明可大幅度提升生化出水污泥的沉降速度，降低沉淀池出水悬浮物浓度，减小共沉池建造体积，减少Fenton铁泥产生量，降低总运行成本。本发明可广泛用于制药废水、化工废水、造纸废水等废水治理领域的深度处理。

Description

一种废水的深度处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种废水的深度处理方法，特别涉及一种提高生化污泥沉降性能和改善出水水质的废水深度处理方法。
背景技术
废水生物处理法具有运行成本低、处理效果高效、稳定等优势，因此成为污水处理的核心工艺。但由于近几年废水排放标准的提升，生化出水难以到达排放标准。Fenton氧化工艺因其强氧化性、对有机物分子的断链、开环作用和提高废水可再生化性等诸多优势，往往被用于处理二级生化出水。生物处理工艺结合Fenton氧化处理是一种有效的废水深度处理组合工艺。生物处理的决定性物质是悬浮在反应池中的活性微生物，在废水处理过程中微生物不断增长繁殖，过多的以及老化、死亡的微生物以剩余污泥的方式排至共沉池沉淀排出。生化污泥的沉降效率直接体现了废水的处理效果，也决定了共沉池的沉淀效率和池体的规模。生物处理***由于水质变化或处理负荷的变化，经常性产生污泥膨胀现象，致使SV(污泥沉降比)快速升高，生化污泥长时间难以沉降，出水悬浮物严重升高。并且当生化污泥SV居高不下时，较高的出水COD和悬浮物浓度，严重影响了后续反应的进行。良好的生化污泥沉降效率可大幅节约废水处理时间、减少沉淀池池体体积、降低废水处理成本和构筑物建造成本。Fenton氧化是一种有效的深度处理工艺，由于Fenton反应需要不断的投加硫酸亚铁药剂，所以Fenton氧化在高效处理废水的同时也会产生大量的铁泥，处理困难，增加运行成本。
专利申请201310139391.0将铁泥活化处理后回流至共沉池，以期提高共沉池沉淀效率，减少共沉池体积。但由于Fenton铁泥长时间静置，絮体间相互沉淀挤压，变的较为密实、细碎，因此沉降性能提升有限；并且活化剂和PAM药剂的投加增加了运行成本，操作较为复杂。
发明内容
为了克服现有废水处理技术的不足，本发明在于提供一种可以提高生化污泥沉降性能和改善出水水质的废水深度处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种废水的深度处理方法，包括活性污泥生物反应、共沉淀和污泥回流、Fenton氧化、pH调节和泥水混合物回流、终沉排水，Fenton反应后pH调节产生的泥水混合物不经沉淀便进行回流至共沉淀中与活性污泥生物反应中的出水混合后进行共沉淀。
优选的是，所述活性污泥生物反应为完全混合活性污泥工艺、A/O工艺、A2/O工艺、AB工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺中的一种。
优选的是，所述泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应中出水量的10％-150％。最优选的是，所述泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应中出水量的50％-100％。
优选的是，所述pH调节所用的试剂为30％(m/v)氢氧化钠溶液。
优选的是，所述pH调节至7.0-8.5。
本发明还公开实施所述废水的深度处理方法的装置由活性污泥生物反应池、共沉池、Fenton氧化池、调碱池、终沉池、污泥浓缩池组成。
优选的是，调碱池末端设有泥水混合物回流管道和出水管道，泥水混合物回流管道上设置有回流泵，通过回流泵的变频控制来调节泥水混合物回流量的大小；泥水混合物回流管道与活性污泥生物反应池排水管道相连接。
优选的是，共沉池底部设有污泥回流管道，污泥回流管道上设置有污泥回流泵，通过污泥回流泵的变频控制来调节污泥回流量的大小；污泥回流管道与活性污泥生物反应池进水管道相连接。
本发明实施所述废水的深度处理方法的工艺流程为：
1)污水在活性污泥生物反应池进行有机物的降解，降解后的污水夹杂上层活性污泥从活性污泥生物反应池排水口排出；
2)步骤1)中的排水进入共沉池进行共沉淀，沉淀后泥水分离，上层出水从共沉池排水口排出；下层污泥一部分回流至活性污泥生物反应池，剩余部分排至污泥浓缩池；
3)步骤2)中的排水进入Fenton氧化反应池进行所述的Fenton氧化处理，处理后的出水从Fenton氧化池排水口排出；
4)步骤3)中排水进入调碱池进行所述的pH值调节至中性，pH值调节产生的泥水混合物不经沉淀按一定比例回流至活性污泥生物反应池出水管道，与活性污泥生物反应池的排水一同排至共沉池进行共沉淀，实现快速泥水分离；pH调节产生的剩余泥水混合物从调减池出水口排出；
5)步骤4)中的排水排入终沉池进行终沉沉降反应产生终沉池污泥和废水，所述终沉池污泥排至污泥浓缩池，所述废水在终沉池完成终沉沉降后达标排放。
步骤1)所述活性污泥生物反应为完全混合活性污泥工艺、A/O工艺、A2/O工艺、AB工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺中的一种。通过活性污泥生物反应的生物降解，分解大部分有机物，改善出水水质。
步骤2)中所述的共沉淀，是指现有污水处理领域中常规的沉淀方式，其所涉及的沉淀池可以是平流沉淀池、幅流沉淀池、斜管沉淀池中的一种，其作用在于对来自活性污泥生物反应池的泥水体系进行重力沉降，实现泥水分离；所述污泥回流是指，沉淀后的部分污泥回流至活性污泥生物反应***中以补充其活性污泥的流出损耗，剩余部分排放至污泥浓缩池；污泥回流通过以下方式实现：共沉池底部设有污泥回流管道，污泥回流管道上设置有污泥回流泵，通过污泥回流泵的变频控制来调节污泥回流量的大小；污泥回流管道与活性污泥生物反应池进水管道相连接。
步骤3)中所述的Fenton氧化反应，具体操作如下：在Fenton氧化池中对共沉池出水先投加硫酸调节废水pH值至3-5，然后投加Fenton试剂进行Fenton氧化深度处理，进一步降解废水中难氧化、难降解物质。
步骤4)中所述的pH值调节是指，在调碱池中投加30％(m/v)氢氧化钠溶液调节废水pH值为7.0-8.5，废水中的铁离子形成胶体物质，废水呈现泥水混合物状态；所述泥水回流是指，将上述泥水混合物不经过沉淀便回流至活性污泥生物反应池出水管道，与生化出水一同排至共沉池进行共沉淀，快速实现泥水分离。泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应出水量的10％-150％，优选地，泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应出水量的50％-100％；泥水回流通过以下方式实现：调碱池末端设有泥水混合物回流管道和出水管道，泥水混合物回流管道上设置有回流泵，通过回流泵的变频控制来调节泥水混合物回流量的大小，泥水混合物回流管道与活性污泥生物反应池排水管道相连接。
步骤5)中所述的终沉是指，现有污水处理领域中常规的沉淀方式，其所涉及的终沉池可以是平流沉淀池、幅流沉淀池、斜管沉淀池中的一种，其作用在于对污水进行排出前的最终沉淀，使出水澄清，达标排放。沉淀污泥排入污泥浓缩池。
本发明的处理工艺与常规处理工艺的主要区别在于：
本发明处理工艺为：污水在活性污泥生物反应池得到降解后进入共沉池，共沉池出水进入Fenton氧化反应池，Fenton出水进入调碱池，将Fenton调碱池调节pH值至中性产生的泥水混合物，按一定比例回流至生物反应池排水管道，泥水混合物回流管道置于Fenton氧化池后端调碱池内，接至生化反应出水管道，与生化出水一同排至共沉池进行沉淀；调碱池出水排入终沉池沉降后达标排放。工艺产生的污泥进行浓缩、脱水处理
常规处理工艺为：污水在活性污泥生物反应池得到降解后进入沉淀池，沉淀池出水进入Fenton氧化反应池，Fenton出水进入调碱池，调碱池出水排入终沉池沉降后达标排放，工艺产生的污泥进行浓缩、脱水处理。
本发明技术方案能大幅度提升生化污泥的沉降速度，降低共沉池出水悬浮物浓度，改善出水效果，减少共沉池体积，减少基建费用，减少铁泥产量，降低废水处理成本。本发明操作简单，运行方便，可广泛用于制药废水、化工废水、造纸废水等废水治理领域的深度处理。
本发明技术方案中将Fenton氧化反应后调pH值至中性产生的泥水混合物，不经沉淀便按一定比例至活性污泥生物反应池出水管道，与活性污泥生物反应中的出水一同排至共沉池进行沉淀，，取得了如下预料不到的效果：
1、泥水混合物回流与生化出水混合进行共沉淀，利用Fenton反应后泥水混合物的快速沉降性能、氢氧化铁胶体的絮凝、网捕，及大颗粒絮体的包裹、夹杂等作用，促使生化污泥与该泥水混合物形成共沉淀体系，大幅度提高了生化污泥的沉降速度，沉降时间缩短为常规沉淀时间的1/12.9-1/5，共沉池在单位时间内可处理的水量为常规沉淀池的5倍-12.9倍，因此处理相同水量时共沉池体积将会明显缩小，基建费用降低。
2、泥水混合物回流与生化出水混合进行共沉淀，明显降低了出水COD和悬浮物浓度，改善出水水质，使出水清澈透明。
3、回流的泥水混合物含有大量氢氧化铁胶体，因此与生化出水共沉淀后，生化污泥的密实度提高，沉淀体积减少，并且更有利于污泥脱水，减少了污泥脱水过程中药剂(如石灰和PAM)的使用量，并有效减少了Fenton氧化的铁泥产量，降低运行成本。
4、泥水混合物的回流、共沉，使生化污泥中富含氢氧化铁，这部分污泥以污泥回流的方式回流至活性污泥生物反应池时，可再度提升生物反应池中活性污泥的沉降性能，实现良性循环，并有利于产生废水处理效果较好的高效好氧颗粒污泥。同时由于氢氧化铁的絮凝作用，可以有效防止生物池发生污泥膨胀。
5、本发明的废水深度处理方法，可用于现有使用Fenton氧化作为深度处理的污水处理厂的工艺改进，只需增加回流设施即可提升废水处理能力和处理效果，节约处理成本，无需增加建筑用地和处理规模，因此有着广阔的应用前景。
附图说明
附图1废水常规处理工艺图
附图2泥水回流共沉淀处理工艺图
附图3Fenton氧化***构筑物平面布置图
附图4Fenton氧化***构筑物正视图
具体实施方式：
以下将通过具体实施例进一步说明本发明，但本领域技术人员应该理解，本发明具体实施例并不以任何方式限制本发明，在本发明基础上任何等同替换均落入本发明保护范围之内。
实施例1常规沉淀方法和回流共沉淀方法的对比试验
以山东新时代药业有限公司环保站生物反应池出水与Fenton氧化***产生的泥水混合物为试验研究对象，试验分为两组，分别为对照组和试验组，对照组采用常规沉淀方法，试验组采用本发明的回流共沉淀方法，两组试验均在1000ml量筒中进行。对照组取1000ml生物反应池出水置于1000ml量筒中自然沉降；试验组依照不同回流比取一定量的生物反应池出水和Fenton泥水混合物，混合均匀后置于1000ml量筒中自然沉降；对比两者出水COD、出水SS、沉降速度和沉降30min后污泥体积比(SV30)。其中沉降速度的对比，以对照组沉降30min后的污泥层厚度(H)为参照，对比考察试验组达到相同污泥厚度(H)时所需要的时间。试验数据如表1所示。
表1沉降试验数据对照表
通过表1数据，可以得出结论如下：
1)泥水混合物回流比为10％时，试验组在360s内即可完成对照组30min的沉淀过程，沉淀时间缩短为原来的1/5。试验组沉降30min后，SV30为对照组的90.6％。
2)泥水混合物回流比为50％时，试验组在200s内即可完成对照组30min的沉淀过程，沉淀时间缩短为原来的1/9。试验组沉降30min后，SV30为对照组的71.9％。
3)泥水混合物回流比为100％时，试验组在150s内即可完成对照组30min的沉淀过程，沉淀时间缩短为原来的1/12。试验组沉降30min后，SV30为对照组的57.8％。
4)泥水混合物回流比为150％时，试验组在140s内即可完成对照组30min的沉淀过程，沉淀时间缩短为原来的1/12.9。试验组沉降30min后，SV30为对照组的53.1％。
综合考虑泥水混合物回流流量、回流能耗、共沉降时间、共沉池体积以及废水处理总成本，泥水混合物的最优回流比为50％-100％。
本发明虽然由于泥水混合物的回流增大了废水处理水量，处理水量变为原来处理量的1.5-2.0倍，但由于沉淀时间的快速提升，沉淀时间缩减为原沉淀时间的1/12.9-1/5，所以共沉池单位时间内废水处理量为原处理量的5-12.9倍。可见，处理效率明显提升，处理相同水量时可大幅度减小共沉池体积。
实例2本发明所述方法处理制药废水的中试试验
以山东新时代药业有限公司制药废水经厌氧处理后出水为试验对象，试验分为两组，分别为对照组和试验组，对照组采用“生物反应+沉淀+Fenton氧化+终沉”处理工艺，试验组采用本发明的“生物反应+共沉淀+Fenton氧化+泥水回流+终沉”处理工艺，其中试验组采用100％回流比。对比两种工艺出水COD、出水SS、沉降速度和沉降30min后污泥体积比(SV30)。沉降速度的对比，以对照组沉降30min后的污泥层厚度(H)为参照，对比考察试验组达到相同污泥厚度(H)时所需要的时间。试验数据见表2和表3。
表2沉降试验数据对照表
试验分组 沉降时间 COD(mg/L) SS(mg/L) SV30
对照组 30min 120 46 33.5％
试验组 145s 80 29 19.0％
表3各处理单元出水水质表
通过表2、表3数据，可以得出结论如下：
1)泥水混合物回流比为100％时，试验组在145s内即可完成对照组30min的沉淀过程，达到相同的沉淀污泥层厚度，试验组的沉淀时间为对照组的1/12.4，即处理相同水量的共沉池体积缩减为原来尺寸的1/12.4；而同样尺寸的共沉池单位时间内可处理水量为对照组的12.4倍。沉降30min后，试验组的SV30为对照组的56.7％。
2)出水COD和SS在各处理单元均有明显降低。对照组终沉池出水COD和SS分别为43mg/L和13mg/L；试验组终沉池出水COD和SS分别为32mg/L和8mg/L，处理效率在原对照组基础上分别提升25.6％和38.5％。
实例3本发明所述方法处理化工生产废水的中试试验
以山东某化工企业污水处理站厌氧出水为试验对象，试验分为两组，分别为对照组和试验组，对照组采用“生物反应+沉淀+Fenton氧化+终沉”处理工艺，试验组采用本发明的“生物反应+共沉淀+Fenton氧化+泥水回流+终沉”处理工艺，其中试验组采用80％回流比。对比两种工艺的出水COD、出水SS、沉降速度和沉降30min后污泥体积比SV30。沉降速度的对比，以对照组沉降30min后的污泥层厚度(H)为参照，对比考察试验组达到相同污泥层厚度(H)时所需要的时间。试验数据见表4和表5。
表4共沉池沉降试验数据对照表
试验分组 沉降时间 COD(mg/L) SS(mg/L) SV30
对照组 30min 120 50 33％
试验组 170s 85 30 21％
表5各处理单元出水水质表
通过表4、表5数据，可以得出结论如下：
1)泥水混合物回流比为80％时，试验组在170s内即可完成对照组30min的沉淀过程，达到相同的沉淀污泥层厚度，试验组的沉淀时间为对照组的1/10.6，即处理相同水量的共沉池体积缩减为原来尺寸的1/10.6；而同样尺寸的共沉池单位时间内可处理水量为对照组的10.6倍。沉降30min后，试验组的SV30为对照组的的63.6％。
2)出水COD和SS在各处理单元均有明显降低。对照组终沉池出水COD和SS分别为47mg/L和16mg/L；试验组终沉池出水COD和SS分别为39mg/L和8mg/L，处理效率在原对照组基础上分别提升17.0％和50％。
实例4本发明所述方法处理造纸废水的中试试验
以山东某造纸企业污水处理站厌氧出水为试验对象，试验分为两组，分别为对照组和试验组，对照组采用“生物反应+沉淀+Fenton氧化+终沉”处理工艺，试验组采用本发明的“生物反应+共沉淀+Fenton氧化+泥水回流+终沉”处理工艺，其中试验组采用50％回流比。对比两种工艺的出水COD、出水SS、沉降速度和沉降30min后污泥体积比。沉降速度的对比，以对照组沉降30min后的污泥层厚度(H)为参照，对比考察试验组达到相同污泥层厚度(H)时所需要的时间。试验数据见表6和表7。
表6共沉池沉降试验数据对照表
试验分组 沉降时间 COD(mg/L) SS(mg/L) SV30
对照组 30min 106 44 32.5％
试验组 195s 78 28 22.5％
表7各处理单元出水水质表
通过表6、表7数据，可以得出结论如下：
1)泥水混合物回流比为50％时，试验组在195s内即可完成对照组30min的沉淀过程，达到相同的沉淀污泥层厚度，试验组的沉淀时间为对照组的1/9.2，即处理相同水量的共沉池体积缩减为原来尺寸的1/9.2；而同样尺寸的共沉池单位时间内可处理水量为原来的9.2倍。沉降30min后，试验组的SV30为对照组的的69.2％。
2)出水COD和SS在各处理单元均有明显降低。对照组终沉池出水COD和SS分别为41mg/L和15mg/L；试验组终沉池出水COD和SS分别为28mg/L和9mg/L，处理效率在原对照组基础上分别提升31.7％和40％。

Claims (9)

1.一种废水的深度处理方法，包括活性污泥生物反应、共沉淀和污泥回流、Fenton氧化、pH调节和泥水混合物回流、终沉排水，其特征在于，Fenton反应后pH调节产生的泥水混合物不经沉淀便进行回流至共沉淀中与活性污泥生物反应的出水混合后进行共沉淀。
2.根据权利要求1所述的废水的深度处理方法，其特征在于，所述活性污泥生物反应为完全混合活性污泥工艺、A/O工艺、A2/O工艺、AB工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺中的一种。
3.根据权利要求1所述的废水的深度处理方法，其特征在于，所述泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应中出水量的10％-150％。
4.根据权利要求3所述的废水的深度处理方法，其特征在于，所述泥水混合物的回流量为活性污泥生物反应中出水量的50％-100％。
5.根据权利要求1-4任一所述的废水的深度处理方法，其特征在于，所述pH调节所用的试剂为30％(m/v)氢氧化钠溶液。
6.根据权利要求5所述的废水的深度处理方法，其特征在于，所述pH调节至7.0-8.5。
7.根据权利要求1所述的废水的深度处理方法，其特征在于，实施所述废水的深度处理方法的装置由活性污泥生物反应池、共沉池、Fenton氧化池、调碱池、终沉池、污泥浓缩池组成。
8.根据权利要求7所述的废水的深度处理方法，其特征在于，调碱池末端设有泥水混合物回流管道和出水管道，泥水混合物回流管道上设置有回流泵，通过回流泵的变频控制来调节泥水混合物回流量的大小；泥水混合物回流管道与活性污泥生物反应池排水管道相连接。
9.根据权利要求7所述的废水的深度处理方法，其特征在于，共沉池底部设有污泥回流管道，污泥回流管道上设置有污泥回流泵，通过污泥回流泵的变频控制来调节污泥回流量的大小；污泥回流管道与活性污泥生物反应池进水管道相连接。
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