CN108609811A - 一体化富马酸废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一体化富马酸废水处理装置，包括：池体、进水管、出水管、六块隔板，进水管、出水管分别与池体两端连通，隔板垂直设置于池体内、并将池体从左至右分隔为连通的pH调节池、三维电化学池、絮凝沉淀池、厌氧反应池、好氧反应池、曝气生物滤池，进水管与pH调节池上部连通，出水管与曝气生物滤池下部连通。其优点是：1、三维电化学池及其内部三维电化学反应结构的设计，可根据不同污水，选择不同电极材料，也便于电极材料的更换；同时，减小了填料冲洗与填料置换时的难度，便于检修与安装；2、三维电化学反应结构的设计，可使富马酸制药废水中的有机物碳化，以降低污水中的有机物含量，同时，断链生成易生化降解短链有机物。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体地说是一种一体化富马酸废水处理装置。
背景技术
富马酸又名胡索酸或地衣酸，即反丁烯二酸，是一种无色、易燃的晶体，是由丁烯衍生出的羧酸。化学式是C4H4O4。其主要来源是在催化剂存在下将苯(或丁烯)氧化生成顺丁烯二酸(或顺丁烯二酸酐)，再经异构化而得。
随着医药工业的发展，制药废水已逐渐成为重要的污染源之一，化学制药企业在工业生产中产生的废水是我国污染最严重、最难处理的工业废水之一，制药废水的复杂性与常规生化处理工艺的高耗、低效性，是导致当前大量制药废水难以处理和不易达标排放的最直接原因；
而富马酸生产废水属于高浓度有机废水，污染物含量高且分子结构稳定，pH低，不容易被生化降解，且污染物完全溶解于水，溶液颜色为浅黄色，醋酸味，生物降解性差。通过对于相关专利的研究，发现现有的富马酸废水处理专利主要是利用物理方法进行预处理减小富马酸浓度如蒸发，精馏，活性炭吸附等，再进行膜过滤或生化处理如专利号201510021973.4的发明专利：一种富马酸废水处理工艺，该发明将富马酸废水进行沉淀、冷冻回收、pH调节、微滤***、高压RO***、厌氧UABF***、好氧***处理之后可以达标排放，但是其对于高浓度难生化降解富马酸废水处理并不适用。
现有技术存在的问题主要有以下几个方面：
1、装置使用较为耗能，且使用条件苛刻，冷凝、蒸发等与处理方式对于温度、压强、装置强度要求较大；
2、对于高浓度富马酸废水处理效果较差；
3、富马酸废水生化性较弱，没有较好的改进手段。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种处理效果好、且针对高浓度、难生化降解富马酸废水的一体化富马酸废水处理装置。
一体化富马酸废水处理装置，包括：池体、进水管、出水管、六块开设通孔的隔板，进水管、出水管分别与池体两端连通，隔板垂直设置于池体内、并将池体从左至右分隔为连通的pH调节池、三维电化学池、絮凝沉淀池、厌氧反应池、好氧反应池、曝气生物滤池，进水管与pH调节池上部连通，出水管与曝气生物滤池下部连通；隔板上开设有通孔的一端靠近池体顶部，且从左至右六块隔板上的通孔距离池体底部的高度依次递减，使得pH调节池内废水在高度差的作用下依次流经三维电化学池、絮凝沉淀池、厌氧反应池、好氧反应池、曝气生物滤池，经出水管排出；
三维电化学池包括一级电化学池、二级电化学池、以及均拆卸设置于一级电化学池、二级电化学池内的三维电化学反应结构；
其中，pH调节池、三维电化学池、絮凝沉淀池、厌氧反应池、好氧反应池内均竖直设置有与隔板连接的水流管道，水流管道底部与各池底部均有间隙、顶部高度均高于各相连隔板上通孔的高度，使得各池内废水从水流管道底部进入、并运动至水流管道上部，最后从相连隔板的通孔内流出，进入相邻池内；一级电化学池、二级电化学池内均设置有四根横条，两根横条设置于池内前、后内壁上，一根横条设于隔板、一条横条设于右侧水流管道上，且四根横条与池底部有间隙、并距离池底部距离相等，用于支撑三维电化学反应结构，便于空气流通。
一体化富马酸废水处理装置，其优点是：
1、三维电化学池及其内部三维电化学反应结构的设计，可根据不同污水，选择不同电极材料，也便于电极材料的更换；同时，减小了填料冲洗与填料置换时的难度，便于三维电化学反应结构的检修与安装；
2、三维电化学反应结构的设计，可使富马酸制药废水中的有机物碳化，以降低污水中的有机物含量，同时，断链生成易生化降解短链有机物，也可以将污水中的氨氮先氧化为硝酸盐，再通过还原为氮气去除；
3、三维电化学池的结构设计，减小了短路电流，也通过减缓二级电化学池填料污染达到增大有机物去除效率的作用；
4、水流管道及其与其他结构的位置设计，简化了装置之间的水力输送管道，同时也减弱了进水与出水之间的水力损失，通过不同池体间的水管高度的不同，使出水可以自流进入下一级的池体中，从而达到不同池体间废水的自流进出的效果；
5、厌氧反应池内框架与辫带式生物滤料的设计，形成了一种便于放置于清理厌氧污泥附着的载体；同时，曝气生物滤池内上、下层填料等的设计，即将铁刨花与活性炭结合为组合填料，不仅能够利用零价铁富集、强化与硝化菌相关的微生物，并通过微电解反应降解有机物并增强废水可生化性，达到去除有机物与脱氮的作用；
6、本发明通过将三维电化学池、厌氧-好氧工艺，曝气生物滤池结合在一起，通过三维电化学工艺增强可生化性并降低有机物与氨氮含量，在经过厌氧-好氧工艺进一步提高可生化性并降低有机物与氨氮含量，最后通过曝气生物滤池达到对于较低浓度污水的综合处理，并节省了沉淀池使出水达到排放标准。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为在图1基础上未设置进气管、支气管的结构示意图；
图3为图1的俯视图；
图4为三维电化学反应结构的结构示意图；
图5为图4中未设置极板、三维粒子电极的结构示意图；
图6为一级电化学池内设置有水流管道、与横条的部分俯视图；
图7为曝气生物滤池内设置有横条的部分结构示意图；
图8为底板俯视图；
其中，
池体1、进水管2、出水管3；
隔板4、通孔4A；
pH调节池5；
三维电化学池6、一级电化学池6A、二级电化学池6B；
絮凝沉淀池7；
厌氧反应池8、框体8A、第一支杆8B、辫带式生物滤料8C、第二支杆8D；
好氧反应池9；
曝气生物滤池10，第二侧板10A、横向层板10B、活性炭填料层10C、铁刨花填料层10D；
三维电化学反应结构11、过孔11A、底板11B、第一侧板11C、极板11D、三维粒子电极11E、第一凹槽11F、第二凹槽11G；
水流管道12、横条13、曝气管14、进气管15、支气管16、潜水搅拌机17。
具体实施方式
根据图1至图8所示，一体化富马酸废水处理装置，包括：池体1、进水管2、出水管3、六块开设通孔4A的隔板4，进水管2、出水管3分别与池体1两端连通，隔板4垂直设置于池体1内、并将池体1从左至右分隔为连通的pH调节池5、三维电化学池6、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8、好氧反应池9、曝气生物滤池10，进水管2与pH调节池5上部连通，出水管3与曝气生物滤池10下部连通；隔板4上开设有通孔4A的一端靠近池体1顶部，且从左至右六块隔板4上的通孔4A距离池体1底部的高度依次递减，使得pH调节池5内废水在高度差的作用下依次流经三维电化学池6、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8、好氧反应池9、曝气生物滤池10，经出水管3排出；
三维电化学池6包括一级电化学池6A、二级电化学池6B、以及均拆卸设置于一级电化学池6A、二级电化学池6B内的三维电化学反应结构11；
其中，pH调节池5、三维电化学池6、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8、好氧反应池9内均竖直设置有与隔板4连接的水流管道12，水流管道12底部与各池底部均有间隙、顶部高度均高于各相连隔板4上通孔4A的高度，使得各池内废水从水流管道12底部进入、并运动至水流管道12上部，最后从相连隔板4的通孔4A内流出，进入相邻池内；一级电化学池6A、二级电化学池6B内均设置有四根横条13，两根横条13设置于池内前、后内壁上，一根横条13设于隔板4、一条横条13设于右侧水流管道12上，且四根横条13与池底部有间隙、并距离池底部距离相等，用于支撑三维电化学反应结构11，便于空气流通。
优选地，厌氧反应池8、曝气生物滤池10内均设置有四根横条13，且四根横条13在厌氧反应池8内设置方式与在一级电化学池6A内设置方式相同；曝气生物滤池10内，两根横条13分别设于前、后内壁上，一根横条13设于隔板4、一根横条13设于右侧内壁，且四根横条13与池底部均有间隙、并距离池底部距离相等；
进一步地，水流管道12由有机玻璃构成，且水流管道12与隔板4粘贴固定；
横条13由有机玻璃构成，并均与一级电化学池6A、二级电化学池6B内的前内壁、后、隔板4、水流管道12粘贴连接。
优选地，三维电化学反应结构11包括开设过孔11A的底板11B、对称设于底板11B两侧的第一侧板11C、对称设于底板11B两侧的极板11D、三维粒子电极11E，第一侧板11C垂直设于底板11B上部，且第一侧板11C上靠近底板11B中心线的一侧纵向开设有第一凹槽11F，两块极板11D分别配合安装于两块第一侧板11C的第一凹槽11F内；使得三维电化学反应结构11置于横条13上，均与一级电化学池6A、二级电化学池6B构成一个呈方体的空间，在该空间内放置三维粒子电极11E，用于废水经三维电化学反应结构11处理后，通过过孔11A进入与三维电化学反应结构11相连的水流通道；
极板11D材料为石墨、不锈钢或DSA电极材料；粒子电极为活性炭粒子电极；
进一步地，第一侧板11C上靠近底板11B中心线的一侧还纵向开设有一第二凹槽11G，第二凹槽11G位于第一凹槽11F上部，使得第二凹槽11G与极板11D的顶部有间隙，作为受力点，用于控制三维电化学反应结构11在一级电化学池6A、二级电化学池6B内的取出、装入，便于更换极板11D；同时，增加取出时的接触面积，便于有效提升，防止脱落。
曝气生物滤池10内还设置有底板11B、对称设于底板11B两侧的第二侧板10A、开设过孔11A的横向层板10B，第二侧板10A垂直设于底板11B上部，且横向层板10B两端分别连接两块第二侧板10A，用于将底板11B、第二侧板10A构成的空间分为上、下两层，用于放置填料，去除有机物并脱氮；
进一步地，上层为活性炭填料层10C，下层为铁刨花填料层10D，利用零价铁富集、强化与硝化菌相关的微生物，并通过微电解反应降解有机物并增强废水可生化性，达到去除有机物与脱氮的作用；
第二侧板10A上未开设第一凹槽11F；第二侧板10A上开设有第二凹槽11G，第二凹槽11G与活性炭填料层10C之间有间隙，作为受力点，用于底板11B、第二侧板10A、横向层板10B之间构成的结构从曝气生物滤池10中取出、或装入曝气生物滤池10，同时，增加取出时的接触面积，便于取出效果，防止脱落。
厌氧反应池8内设有用于安装在横条13上的框体8A、至少两根横向设置的第一支杆8B，框体8A的横截面为四边形边框，多根第一支杆8B等距设于框体8A顶部，用于辫带式生物滤料8C悬挂于第一支杆8B上，并使得辫带式生物滤料8C与厌氧反应池8底部垂直设置，用于废水处理；
厌氧反应池8内还设有至少两根与第一支杆8B水平垂直的第二支杆8D，使得第一支杆8B、第二支杆8D构成格子型，用于悬挂较多辫带式生物滤料8C，便于废水处理与滤料替换。
进一步地，一级电化学池6A、二级电化学池6B、好氧反应池9、曝气生物滤池10底部均设置有曝气管14，使得曝气管14与池体1连通的进气管15、支气管16连通，曝气管14通过支气管16与进气管15连通，进气管15、支气管16均设置于池体1外部，且每根曝气管14对应一根支气管16，使得被压缩的气体经进气管15进入后，经支气管16、曝气管14进入一级电化学池6A、二级电化学池6B、好氧反应池9、曝气生物滤池10的底部，用于废水处理。
pH调节池5、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8内均设置有潜水搅拌机17，污水搅拌均匀，便于充分反应。
本发明是这样实现的：
1、在pH调节池5、三维电化学池6、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8、好氧反应池9内的隔板4上均粘贴由有机玻璃构成的水流管道12，且各水流管道12的底部与其所在的池底部之间具有间隙、水流管道12顶部距离其所在池底部的距离大于该池内隔板4上通孔4A距离池底部的距离；
2、将三维电化学反应结构11设置于一级电化学池6A、二级电化学池6B内的横条13上，使得三维电化学反应结构11底部与一级电化学池6A、二级电化学池6B的池底有间隙，并将三维粒子电极11E置于两个极板11D与池构成的空间内，通过横条13支撑；同理，将悬挂有辫带式生物滤料8C的框架置于厌氧反应池8内，并将由底板11B、第二侧板10A、横向层板10B等构成的用于放置上、下层填料的结构置于曝气生物滤池10内，通过横条13支撑；
3、将废水通过进水管2通入pH调节池5，同时开启潜水搅拌机17、并将经压缩后的气体经进气管15、支气管16、曝气管14分别运输至一级电化学池6A、二级电化学池6B、好氧反应池9、曝气生物滤池10内；
4、废水在pH调节池5内处理后进入pH调节池5内的水流管道12后，由于池体1内从左至右六块隔板4上的通孔4A距离池体1底部的高度依次递减，使得pH调节池5内废水在高度差的作用下依次流经三维电化学池6、絮凝沉淀池7、厌氧反应池8、好氧反应池9、曝气生物滤池10，经出水管3排出；其中三维电化学池6的设计，通过直接氧化还原与间接氧化还原作用将废水中的COD矿化，同时增强废水可生化性，可避免污水短流、提高传质效率、减小短路电流；再通过厌氧反应池8-好氧反应池9-曝气生物滤池10将其去除，降低有机物与氨氮含量，达到对于较低浓度污水的综合处理，并节省了沉淀池，使出水达到排放标准。
上述中设置有横条的池内，每个池内相对的两根横条大小相等，且池与池之间横条大小相等也可以不相等。
设计富马酸废水水量
Q＝250m3/d
设计三组试验，使得富马酸废水经过本发明装置处理，并记录，得下表1：
表1
| 实验一 | pH | COD(mg/L) | NH3-N(mg/L) |
| pH调节池出水 | 4.55 | 17610 | 228.25 |
| 三维电化学池出水 | 11.62 | 13240 | 128.39 |
| 厌氧反应池出水 | 6.72 | 9331 | 156.92 |
| 好氧反应池出水 | 7.92 | 1204 | 42.79 |
| 曝气生物滤池出水 | 8.40 | 158 | 28.53 |
| 实验二 | |||
| pH调节池出水 | 5.39 | 14000 | 328.11 |
| 三维电化学池出水 | 7.27 | 12790 | 142.66 |
| 厌氧反应池出水 | 6.98 | 11140 | 114.12 |
| 好氧反应池出水 | 7.53 | 1956 | 99.86 |
| 曝气生物滤池出水 | 7.66 | 210.7 | 35.1 |
| 实验三 | |||
| pH调节池出水 | 5.39 | 18000 | 330 |
| 三维电化学池出水 | 7.24 | 8143 | 173 |
| 厌氧反应池出水 | 7.48 | 5944 | 145 |
| 好氧反应池出水 | 7.51 | 2377 | 11.1 |
| 曝气生物滤池出水 | 7.82 | 232.35 | 2.76 |
由于富马酸废水COD浓度在接近20000，远高于一般水污染处理领域的污水浓度，且污染物COD以溶解状态存在，难以用一般絮凝沉淀方法去除。在可生化性方面，由于废水COD：NH3-N＝100:1，远高于生化性较好的COD：NH3-N＝20：1的标准，且pH值<1远低于适宜生化降解的pH值(即pH＝8左右)，所以常规的生化处理方法效果较差。本发明装置，pH调节池将pH调节至电化学反应最佳pH值，并使用三维电化学池提高废水可生化性能，便于后续生化处理，通过厌氧反应池、好氧反应池、曝气生物滤池连续生化处理去除COD与NH3-N。由上表1可知，经本发明装置处理的富马酸废水，富马酸废水经预处理单元与生化处理单元后出水达到《CJ343-2010污水排入城镇下水道水质标准》中A等级排放标准即COD<500mg/L，NH3-N≤50mg/L，这说明本发明装置对于富马酸高浓度废水有较好的处理效果，本发明装置设备简便、成本低、处理方式简单，相对其他富马酸废水处理设备具有较大优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，包括：池体(1)、进水管(2)、出水管(3)、六块开设通孔(4A)的隔板(4)，进水管(2)、出水管(3)分别与池体(1)两端连通，隔板(4)垂直设置于池体(1)内、并将池体(1)从左至右分隔为连通的pH调节池(5)、三维电化学池(6)、絮凝沉淀池(7)、厌氧反应池(8)、好氧反应池(9)、曝气生物滤池(10)，进水管(2)与pH调节池(5)上部连通，出水管(3)与曝气生物滤池(10)下部连通；隔板(4)上开设有通孔(4A)的一端靠近池体(1)顶部，且从左至右六块隔板(4)上的通孔(4A)距离池体(1)底部的高度依次递减，使得pH调节池(5)内废水在高度差的作用下依次流经三维电化学池(6)、絮凝沉淀池(7)、厌氧反应池(8)、好氧反应池(9)、曝气生物滤池(10)，经出水管(3)排出；
三维电化学池(6)包括一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)、以及均拆卸设置于一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)内的三维电化学反应结构(11)；
其中，pH调节池(5)、三维电化学池(6)、絮凝沉淀池(7)、厌氧反应池(8)、好氧反应池(9)内均竖直设置有与隔板(4)连接的水流管道(12)，水流管道(12)底部与各池底部均有间隙、顶部高度均高于各相连隔板(4)上通孔(4A)的高度，使得各池内废水从水流管道(12)底部进入、并运动至水流管道(12)上部，最后从相连隔板(4)的通孔(4A)内流出，进入相邻池内；一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)内均设置有四根横条(13)，两根横条(13)设置于池内前、后内壁上，一根横条(13)设于隔板(4)、一条横条(13)设于右侧水流管道(12)上，且四根横条(13)与池底部有间隙、并距离池底部距离相等，用于支撑三维电化学反应结构(11)。
2.根据权利要求1所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，厌氧反应池(8)、曝气生物滤池(10)内均设置有四根横条(13)，且四根横条(13)在厌氧反应池(8)内设置方式与在一级电化学池(6A)内设置方式相同；曝气生物滤池(10)内，两根横条(13)分别设于前、后内壁上，一根横条(13)设于隔板(4)、一根横条(13)设于右侧内壁，且四根横条(13)与池底部均有间隙、并距离池底部距离相等。
3.根据权利要求1所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，三维电化学反应结构(11)包括开设过孔(11A)的底板(11B)、对称设于底板(11B)两侧的第一侧板(11C)、对称设于底板(11B)两侧的极板(11D)、三维粒子电极(11E)，第一侧板(11C)垂直设于底板(11B)上部，且第一侧板(11C)上靠近底板(11B)中心线的一侧纵向开设有第一凹槽(11F)，两块极板(11D)分别配合安装于两块第一侧板(11C)的第一凹槽(11F)内；使得三维电化学反应结构(11)置于横条(13)上，均与一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)构成一个呈方体的空间，在该空间内放置三维粒子电极(11E)，用于废水经三维电化学反应结构(11)处理后，通过过孔(11A)进入与三维电化学反应结构(11)相连的水流通道。
4.根据权利要求3所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，第一侧板(11C)上靠近底板(11B)中心线的一侧还纵向开设有一第二凹槽(11G)，第二凹槽(11G)位于第一凹槽(11F)上部，使得第二凹槽(11G)与极板(11D)的顶部有间隙。
5.根据权利要求3所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，曝气生物滤池(10)内还设置有底板(11B)、对称设于底板(11B)两侧的第二侧板(10A)、开设过孔(11A)的横向层板(10B)，第二侧板(10A)垂直设于底板(11B)上部，且横向层板(10B)两端分别连接两块第二侧板(10A)，将底板(11B)、第二侧板(10A)构成的空间分为上、下两层，用于放置填料。
6.根据权利要求2所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，厌氧反应池(8)内设有用于安装在横条(13)上的框体(8A)、至少两根横向设置的第一支杆(8B)，框体(8A)的横截面为四边形边框，多根第一支杆(8B)等距设于框体(8A)顶部，用于辫带式生物滤料(8C)悬挂于第一支杆(8B)上，并使得辫带式生物滤料(8C)与厌氧反应池(8)底部垂直设置。
7.根据权利要求1所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)、好氧反应池(9)、曝气生物滤池(10)底部均设置有曝气管(14)，使得曝气管(14)与池体(1)连通的进气管(15)、支气管(16)连通，曝气管(14)通过支气管(16)与进气管(15)连通，进气管(15)、支气管(16)均设置于池体(1)外部，且每根曝气管(14)对应一根支气管(16)，使得被压缩的气体经进气管(15)进入后，经支气管(16)、曝气管(14)进入一级电化学池(6A)、二级电化学池(6B)、好氧反应池(9)、曝气生物滤池(10)的底部，用于废水处理。
8.根据权利要求6所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，厌氧反应池(8)内还设有至少两根与第一支杆(8B)水平垂直的第二支杆(8D)，使得第一支杆(8B)、第二支杆(8D)构成格子型，用于悬挂辫带式生物滤料(8C)。
9.根据权利要求1至8任一所述一体化富马酸废水处理装置，其特征在于，pH调节池(5)、絮凝沉淀池(7)、厌氧反应池(8)内均设置有潜水搅拌机(17)。
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