一种高浓度酸性有机废水处理系统及方法与流程

本发明涉及工业污水处理技术领域，尤其涉及一种高浓度酸性有机废水处理系统及方法，适应于化工、印染、有机材料合成、农药、制药等行业产生的具有生物毒性、难降解、化学性质稳定等特征的高浓度酸性有机废水的处理。

背景技术：

随着工业水平的迅速发展，工业废水的种类和数量也在迅猛增加，成分也越加复杂，尤其是高浓度的有机废水，具有生物毒性强、难降解等特点，此类废水的处理往往比生活污水更加困难。高浓度有机废水难以生物处理主要有以下原因：有机化合物本身的化学组成与结构，在微生物群落中没有针对要处理有机化合物的酶，使其具有抗生物降解性；在废水中含有生物毒强或者能够显著抑制微生物生长的物质，如五氯酚、多氯联苯等有机卤代化合物，使得此类有机物不能快速被降解。此类废水主要有以下特征：一、废水中有机物浓度高、可生化性差。高浓度的有机废水，如焦化、制药、印染等行业排放的废水，其主要工段出水COD_Cr浓度一般在2000～6000mg/L左右，部分工段出水甚至超过10000mg/L；此类废水的可生化性差，大多废水BOD₅/COD_Cr小于0.3。二、废水成分复杂。此类废水中的有机物以芳香族化合物、杂环化合物和卤代化合物居多，部分废水中含有硫化物、氮化物、重金属离子等有毒有害物质，生物毒性强、难以生化处理。三、废水色度高、有异味。部分废水浑浊且散发出刺鼻臭味，给周围环境带来了不良影响。四、废水具有强酸强碱性。工业生产中排放的高浓度有机废水往往具有强酸或强碱性，不利于废水的进一步处理。此类废水对环境的污染日益突出，严重威胁到了人类的健康与安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：

高浓度酸性有机废水中往往含有大量有毒有害化合物，对微生物的活性会产生明显的抑制，以致IC反应器的处理速率显著降低；同时，化合物的生物毒性与电子传递速率缓慢是限制厌氧降解速率的两个关键因素，电子传递速率的限制致使IC反应器处理速率进一步变慢。

本发明的目的在于提供一种高浓度酸性有机废水处理系统与方法，适应于化工、印染、 有机材料合成、农药、制药等行业产生的具有生物毒性、难降解、化学性质稳定等特征的高浓度酸性有机废水的处理。

本发明的突出特点是:把微电解与IC反应器合理地结合在一起，废水经过微电解处理后pH值和有机物的可生化性得到提高，为IC反应器的进一步处理提供条件；调节沉淀池不仅有利于污染物的沉淀，且其顶部设置的加药机通过添加各种试剂可实现IC反应器进水的有效调控；在IC反应器中设置微电解填料，不仅能为反应体系提供足够的电子、降低氧化还原电位，且可以维持反应体系中足够的活性污泥。

本发明装置具有能耗低、工艺简单、系统运行稳定、原料来源广、处理效率高、可重复利用等优点，广泛用于印染废水、制药废水、垃圾渗滤液、化工废水等难处理废水的处理。

本发明提供了一种高浓度酸性有机废水处理系统，包括微电解反应器、调节沉淀池和内置微电解填料的IC反应器；其特征在于，所述微电解反应器包括罐体、微电解填料、位于罐体底部的排泥斗和位于罐体填料区顶部的溢流口，罐体底部设有进水系统和曝气系统；所述调节沉淀池包括罐体、位于罐体底部的排泥斗以及位于罐体顶部的加药机和搅拌器，罐体底部和顶部分别设有进水系统和溢流口；所述内置微电解填料的IC反应器由下到上依次为排泥斗、混合区和进水系统、第1厌氧区、微电解填料、固液分离器、第2厌氧区、微电解填料、沉淀区、固液分离器、溢流口、气液分离器、位于反应器的微电解填料区域的侧壁上的填料更换口；废水依次经过所述的微电解反应器、调节沉淀池和内置微电解填料的IC反应器，由所述内置微电解填料的IC反应器溢流口排放。

微电解反应器是利用铁与碳之间较大的电位差，以电位低的铁作为阳极，电位高的碳作为阴极，形成大量的微原电池并发生铁的电化学腐蚀，在有氧时形成Fe²⁺和Fe³⁺，利用Fe²⁺和Fe³⁺及其反应产物与污染物发生络合、絮凝、吸附、沉淀等物化反应，有效去除PO₄^3-、S^2-、SS等多种污染物；同时，微电解产生的具有强氧化能力的自由基，能够显著提高有机物的可生化性。

微电解反应器用于高浓度酸性有机废水的前处理，不仅可以有效中和废水酸度、提高废水的pH值，还可以显著提高难降解有机物的可生化性、降低水体浊度与色度，有利于废水进一步的生化处理。

IC反应器又称内循环厌氧反应器，由2层UASB反应器串联而成。IC反应器通过内循环自动稀释进水，有效确保了第1厌氧区进水浓度的稳定性；其次，IC反应器具有抗冲击负荷高、容积负荷高、投资省等诸多优点，适合用于处理高浓度的有机废水。在IC反应器的第1厌氧区和第2厌氧区中设置微电解填料，微电解填料中的铁不仅能为反应体系提供充足的电子，显著降低反应体系的氧化还原电位；同时，微电解填料中的碳素纤维具有良好的导电性 和巨大的比表面积，有利于电子在铁与微生物之间的快速传递，并且碳素纤维有利于维持反应体系足够的活性污泥量。

优选的，所述微电解反应器微电解填料的阴极材料为活性碳、碳素纤维、石墨等含碳材料，阳极材料为铁丝、铁块、铁管和含铁合金等含铁材料。

优选的，所述调节沉淀池加药机所加的药剂为pH调节剂、双氧水、有机碳源、絮凝剂、微量元素营养液、氧化还原介体等试剂中的一种或者多种试剂的混合液；所述的氧化还原介体为蒽醌、钴胺素、紫罗碱、吩嗪、萘醌以及此类物质衍生物中的一种或者多种的混合物。

优选的，所述内置微电解填料的IC反应器以碳素纤维和铁丝编制而成的纤维状材料作为微电解填料，所述的微电解填料在内置微电解填料的IC反应器厌氧区中填充体积比介于5％～50％，质量比介于10～1g/L，所述微电解填料铁/碳质量比介于10～2；所述的碳素纤维为粘胶基碳素纤维、沥青基碳素纤维、聚丙烯晴基碳素纤维等碳素纤维材料中的一种。

优选的，所述内置微电解填料的IC反应器气液分离器排放的废气可以用发电或者产热，为整个处理系统提供能量。

本发明提供了采用上述技术方案所述的污水处理系统对高浓度酸性有机废水进行处理的方法。

优选的，所述方法在处理高浓度酸性有机废水尤其是含五氯酚、多氯联苯等毒性强、难降解的卤代有机废水中的应用。

优选的，所述方法中内置微电解填料的IC反应器可独立运行。

优选的，所述方法既可以用于高浓度酸性有机废水的处理，也可用于其他种类含难降解有机物废水的处理。

本发明的有益效果是，本发明提供了一种高浓度酸性有机废水处理系统，包括微电解反应器、调节沉淀池和内置微电解填料的IC反应器。高浓度酸性有机废水经过微电解反应器时，由于进水pH值低，可以有效促进微电解反应，随着铁的不断腐蚀，水体的pH值得到了明显提高，出水pH值接近中性；在此过程中主要发生以下反应：一、微电解反应产生的[H]和零价铁均具有强还原性，可有效还原己内酰胺、甲基橙、偶氮染料等化工、印染、制药、电镀等行业产生的难降解有机物，破坏部分有机物的双键、环状基团，提高此类难降解有机物的可生化性，同时也可以还原部分高价态的有毒金属离子，降低其生物化学毒性；二、电极反应过程中产生的Fe²⁺和Fe³⁺，在水解或者调节pH至碱性后会生成大量的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃，其水解产物是一种良好的絮凝剂，通过物理吸附、化学吸附、絮凝、凝聚、共沉淀等方式可增强废水污染物的去除效果；三、Fe²⁺、Fe³⁺可与CN^-、S₂^-、PO₄^3-等多种无机离子发生络合、沉淀等化学反应，降低多种有害物质的生物毒性，对于发黑发臭的废水，Fe²⁺、Fe³⁺能够明显提 高水体透明度，去除部分异味物质，减轻后续处理工艺的处理负荷。

废水进入调节沉淀池后，由于微电解过程产生的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃是一种良好的絮凝剂，在此工段废水中的颗粒态污染物、部分溶解性污染物得以有效沉淀去除，通过加药机调节废水pH值至生化处理要求；通过加药机添加有机碳源、微量元素营养液等物质调节废水到生化处理要求；对于废水中含有五氯酚、多氯联苯等生物毒性强、难降解的卤待有机物，通过加药机添加适量的氧化还原介体，提高电子在厌氧反应体系中的传递速率，有效促进IC反应器的厌氧降解过程。

调节沉淀池的出水到达内置微电解填料的IC反应器后，高浓度的有机废水经过其废水回流得到有效稀释，从而有利于活性污泥的降解；位于第1厌氧区和第2厌氧区中的微电解填料可以为厌氧反应体系提供足够的电子，显著降低反应体系的氧化还原电位；同时，微电解填料中的碳素纤维具有良好的导电性和巨大的比表面积，有利于电子在铁与微生物之间的快速传递，并且碳素纤维有利于维持反应体系足够的活性污泥量。废水经过内置微电解填料的IC反应器后水质得到有效净化。

本发明所提供的方法各种污染物去除较为彻底，难降解有机物、悬浮物等污染物得以显著去除，以废弃的金属铁为微电解的阴极材料，不需要投加大量的药剂，流程简单，占地面积少，处理成本低且操作方便。

附图说明

图1为高浓度酸性有机废水处理系统的结构示意图。

图2为内置微电解填料的IC反应器微电解填料的结构示意图。

附图标记说明：

图1中，1-微电解反应器；2-调节沉淀池；3-内置微电解填料的IC反应器；4-罐体；5-进水系统；6-排泥斗；7-曝气系统；8-微电解填料；9-溢流口；10-进水系统；11-排泥斗；12-罐体；13-加药机；14-搅拌器；15-溢流口；16-排泥斗；17-混合区；18-第1厌氧区；19-第2厌氧区；20-填料更换口；21-微电解填料；22-罐体；23-固液分离器；24-沉淀区；25-气液分离器；26-溢流口；

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种高浓度酸性有机废水处理系统，包括微电解反应器(1)、 调节沉淀池(2)和内置微电解填料的IC反应器(3)；其特征在于，所述微电解反应器(1)包括罐体(4)、微电解填料(8)、位于罐体底部的排泥斗(6)和位于罐体填料区顶部的溢流口(9)，罐体底部设有进水系统(5)和曝气系统(7)；所述调节沉淀池(2)包括罐体(12)、位于罐体底部的排泥斗(11)以及位于罐体顶部的加药机(13)和搅拌器(14)，罐体底部和顶部分别设有进水系统(10)和溢流口(15)；所述内置微电解填料的IC反应器(3)罐体(22)由下到上依次为混合区(17)、第1厌氧区(18)、第2厌氧区(19)、沉淀区(24)、溢流口(26)和气液分离器(25)，第1厌氧区(18)和第2厌氧区(19)中设有微电解填料(21)，位于罐体侧壁上设有填料更换口(20)，底部设有排泥斗(16)；废水依次经过所述的微电解反应器(1)、调节沉淀池(2)和内置微电解填料的IC反应器(3)，由所述内置微电解填料的IC反应器(11)溢流口(26)排放。

本发明提供了一种高浓度酸性有机废水处理方法；废水首先由进水系统(5)到微电解反应器(1)，曝气系统(7)为其提供充足的空气，废水经过微电解反应器(1)的有效处理，由溢流口(9)到达调节沉淀池(2)；废水中的部分污染物质经过调节沉淀池(2)的有效沉淀得以去除，通过加药机(13)向调节沉淀池(2)中添加各种试剂，调节调节沉淀池(2)中的废水达到生化处理的要求，废水由溢流口(15)到达内置微电解填料的IC反应器(3)；废水在混合区(17)得到有效稀释混合，有利于第1厌氧区(18)中活性污泥的降解，位于第1厌氧区(18)和第2厌氧区(19)中的微电解填料(21)能够为厌氧反应体系提供足够的电子，显著降低反应体系的氧化还原电位；同时，微电解填料(21)中的碳素纤维具有良好的导电性和巨大的比表面积，有利于电子在铁与微生物之间的快速传递，并且碳素纤维有利于维持反应体系足够的活性污泥量；废水经过第1厌氧区(18)和第2厌氧区(19)中的充分降解净化，在固液分离器(23)处经过固液分离，废水由溢流口(26)排出。由此实现了高浓度酸性有机废水的处理。

所述的方法在处理高浓度酸性有机废水尤其是含五氯酚、多氯联苯等毒性强、难降解的卤代有机废水中的应用；所述方法中内置微电解填料的IC反应器可独立运行；所述方法既可以用于高浓度酸性有机废水的处理，也可用于其他种类含难降解有机物废水的处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，仍可以做若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。