高浓度难降解有机废水的处理装置及方法与流程

本发明涉及环境工程和废水处理工程技术领域，特别地，涉及一种高浓度难降解有机废水的处理装置及方法。

背景技术：

高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水，目前国内外研究较多的有焦化废水、制药废水(包括中药废水)、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等行业性废水。所谓高浓度，是指这类废水的有机物浓度(以COD计)较高,一般均在2000mg/L以上，有的甚至高达每升几万至十几万毫克；所谓难降解，是指这类废水的可生化性较低(BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低)，难以生物降解。所以，业内普遍将COD浓度大于2000mg/L、BOD5/COD值低于0.3的有机废水统一称为高浓度难降解有机废水。由于高浓度难降解有机废水产生及其本身的特点属性，有以下主要危害：

一是需氧性危害：由于生物降解作用，高浓度有机废水会使受纳水体缺氧甚至厌氧，多数水生物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境；二是感观性污染：高浓度有机废水不但使水体失去使用价值，更严重影响水体附近人民的正常生活；三是致毒性危害：超高浓度有机废水中含有大量有毒有机物，会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存，最后进入人体，危害人体健康。

高浓度难降解有机废水处理技术可分为三类：物化处理技术、化学处理技术以及生物处理技术。

1、物化处理技术

物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理，预处理的目的是通过回收废水中的有用成分，或对一些难生物降解物进行处理，从而达到去除有机物，提高生化性，降低生化处理负荷，提高处理效率。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、浓缩法、超声波降解法。

2、化学处理技术

化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质,使废水得到净化的方法。化学氧化法分为两大类，一类是在常温常压下利用强氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸盐、臭氧等)将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水；另一类是在高温高压下分解废水中有机物，包括超临界水氧化和湿空气氧化工艺，所用的氧化剂通常为氧气或过氧化氢，一般采用催化剂降低反应条件，加快反应速率。化学氧化法反应速度快、控制简单，但成本较高，通常难以将难降解的有机物一步氧化到无机物质，而且目前对中间产物的控制的研究较少。该技术也常常作为生化处理的预处理方法使用。其主要的方法有焚烧法、臭氧氧化法、电化学氧化法等。

3、生物处理技术

生物处理是废水净化的主要工艺，主要用于处理农药、印染、制药等行业的有机废水。生物处理法是利用微生物的代谢作用来分解、转化水体中的有毒有害化学物质和其它各种超标组分的生物技术，降解作用的场所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相应的反应器,由此诞生了各类生物处理方法和技术。微生物法不仅经济、安全，而且处理的污染物阈值低、残留少、无二次污染，有较好的应用前景。根据反应条件的不同，微生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。

目前，较为普遍采用的处理方法基本上为生物处理技术，而物化处理和化学处理作为基础预处理或深度处理的补充，以求达到理想的处理程度。但高浓度难降解废水的处理，因废水的特殊性而成为公认的难题，除了高处理成本和高维护管理费用的条件下，很难通过上述方法满足各行业相关排放标准。

技术实现要素：

本发明提供了一种高浓度难降解有机废水的处理装置及方法,解决了现有技术高浓度难降解有机废水处理效果不佳，成本高、达标率低的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种高浓度难降解有机废水的处理装置，其特征在于，包括：

气水混合部，设置在处理装置的底部，包括气水混合腔，设置有输入废水的进水口和输入气体的进气口，设置在气水混合腔内的布水盘，以及放空管；

核心处理部，设置在气水混合部上方，包括反应罐，气水混合腔内的布水盘通入到反应罐内，设置在反应罐内下方的下电极，设置在反应罐内上方的上电极，设置在反应罐上并与之连通的取样管，设置在反应罐内的搅拌桨叶，布满反应罐内的导电球；

排放部，设置在核心处理部上方，包括排水腔，反应罐内处理后的产物进入到排水腔内，设置在排水腔外周的集水槽，集水槽上设置有排水管，排水腔上方设置有排气管。

优选的，所述桨叶分层设置在中心杆上，均匀布设在反应罐内，中心杆立于反应罐中心，向处理装置上方延伸连接搅拌电机。

优选的，还包括自动控制系统，包括数据采集部和控制部，用于使处理装置进行自动化运行、分析及自适应调节；所述自动控制系统联入互联网以实现远程访问、控制及诊断分析。

优选的，所述排水腔侧壁设置有出水管，将排水腔内的水排入到集水槽内。

优选的，所述排水腔侧壁边缘设置溢流板，排水腔内的水通过溢流板排入到集水槽内。

优选的，所述气水混合腔占处理装置的1/5～1/4。

优选的，所述气水混合腔为圆柱形或方形。

优选的，所述核心处理部和排放部内还设置有水质仪表。

本发明还提出了一种高浓度难降解有机废水的处理方法，包括如下步骤：

(1)将废水和高压气体输送到气水混合腔内，通过布水盘布均匀布水并上流运送至反应罐内；

(2)气水混合液通过布水盘进入到反应罐内，在电极加压搅拌下，经反应罐中的导电球之间产生的微电压、臭氧机紫外线分解为小分子的可降解有机酸、水、二氧化碳和氮气；

(3)反应罐内处理后的废水产物上升进入到排放腔，经集水槽排出到指定区域。

优选的，废水经酸碱调节预处理后输入到气水混合腔内。

有益效果：

本发明提供的高浓度难降解有机废水的处理装置及处理方法，改进了相关技术的缺陷，完善了主要处理参数，攻克了高浓度难降解有机废水无法通过低占地面积、低投入、低运行和维护成本的方式进行达标处理的难题。本发明处理方法适用范围广，尤其对高浓度难降解有机废水有良好的处理能力，焦化废水、生物制药、印染、化工、食品饮料和填埋等行业产生的高浓度废水具有良好的适用性。本发明处理装置可实现模块化设计，占地面积小，一次性投资，安装维护方便。处理流程短，操作简单，避免因长流程出现的多故障问题。解决现有废水处理方法的高耗能高运维费用问题，本发明处理方法过程能源消耗小，药品添加量少甚至不需要。本发明方法通过机械搅拌配合气提运动对废水进行处理，为导电球在反应罐内的混合运动提供充分的能量，保证横向运动兼具垂直运动，为导电球增加20-35％的接触面积，缩短水力停留时间。

本发明处理装置，由于其短流程高效率的运行方式，可节约传统处理工艺投资和运行费用的50-70％；运行灵活，可采用连续或脉冲的方式运行，亦可以根据需要以一二级串联方式运行，处理效果佳。

本发明处理方法，可处理COD浓度在2000～100000mg/L甚至更高浓度的难降解废水。处理效率为95％～98％及以上；高浓度难降解有机废水经处理后，可排入市政排水管网，或进一步处理后直接排入水体。

附图说明

图1是本发明实施例1处理装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2处理装置的结构示意图。

图中：1-气水混合部；101-气水混合腔；102-进水口；103-进气口；104布水盘；105-放空管；2-核心处理部；201-反应罐；202-下电极；203-上电极；204-取样管；205-搅拌桨叶；206-中心杆；207-导电球；3-排放部；301-排水腔；302-集水槽；303-出水管；304-溢流板；305-排气管；306-排水管；4-搅拌电机；5-罐壁；6-电源。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1所示，本实施例提供一种高浓度难降解有机废水的处理装置，包括：气水混合部1、核心处理部2和排放部3，其中，气水混合部1设置在处理装置的底部，包括气水混合腔101，设置有输入废水的进水口102和输入气体的进气口103，设置在气水混合腔101内的布水盘104，以及放空管105；核心处理部2设置在气水混合部1上方，包括反应罐201，气水混合腔101内的布水盘104通入到反应罐201内，设置在反应罐201内下方的下电极202，设置在反应罐201内上方的上电极203，设置在反应罐201并与之连通的取样管204，设置在反应罐201内的搅拌桨叶205，布满反应罐201内的导电球207；排放部3，设置在核心处理部2上方，包括排水腔301，反应罐201内处理后的产物进入到排水腔301内，设置在排水腔301外周的集水槽302，集水槽302上设置有排水管306，用于将集水槽302内的液体排出，排水腔301上方还设置有排气管305，将废水处理后产物中的气体排出。

待处理的高浓度难降解有机废水通过进水泵泵入处理装置的气水混合腔101内，高压空气或其他气体通过高压风机或鼓风机通入到气水混合腔101内，废水和高压气体一同进入到气水混合腔101内的布水盘104中，优选环形布水盘。气水混合液通过布水盘104均匀布水并上流进入到核心处理部2的反应罐201内，对核心处理部2内设置的上电极203和下电极202加压，通过电源6加压5-25V，并开启搅拌，通过电极电压，导电球207之间产生的微电压、臭氧及紫外线等，将废水瞬间分解为小分子的可降解有机酸、H₂O、CO₂和N₂等以满足城市污水厂的进水标准，并实现杀菌消毒率99.999％以上。废水经处理后上升到废水排放部3，液体通过集水槽302上的排水管306排到储水池或厂区出水口，气体通过排气管305排出。

本实施例的处理装置，采用模块化设计，立体式的以下进水上出水的处理装置完成废水处理，占地面积小，一次性投资低，安装维护方便。处理流程短，操作简单，避免因长流程出现的多故障问题。由于其短流程高效率的运行方式，可节约传统处理工艺投资和运行费用的50-70％；运行灵活，可采用连续或脉冲的方式运行，亦可以根据需要以一二级串联方式运行，处理效果佳。

本实施例中，通过布水盘104提高布气混水的效果，并减少对废水和反应罐罐壁的冲击。

可选的，所述搅拌桨叶205可设置为若干个，根据反应罐201大小设置，以满足搅拌效果。所述桨叶205分层设置在中心杆206上，均匀布设在反应罐201内，中心杆206立于反应罐201中心，向处理装置上方延伸连接搅拌电机4。所述桨叶205可以选择3叶式螺旋桨叶或垂直桨叶等，主要目的是使导电球207有良好的运动状态，防止导电球207集聚，以扩大接触面积。机械搅拌的动力可通过但不限于直流无刷电机、变频电机等来提供。电机转速需在需要范围内可调，本实施例中设置为10-300rpm。

进一步，本实施例还包括自动控制系统，包括数据采集部和控制部，用于使处理装置进行自动化运行、分析及自适应调节；所述自动控制系统联入互联网以实现远程访问、控制及诊断分析。从而满足废水处理装置的自动化运行和分析，可根据在线监测仪表提供的数据对相关参数进行自适应调节。

本实施例中，所述排水腔301侧壁设置有出水管303，将排水腔301内的液体从排水腔301内排入到集水槽302内。

本实施例中，所述气水混合腔占处理装置的1/5，其设计不限于圆柱形或方形。所述核心处理部2和排放部3内还可根据实际需要设置水质仪表，包括对PH值和电导率等指标的检测。

实施例2

参看图2所示，本实施例提供一种高浓度难降解有机废水的处理装置，其中，所述排水腔301侧壁边缘设置溢流板304，排水腔301内的水通过溢流板304排入到集水槽302内。其他均与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供一种高浓度难降解有机废水的处理方法，包括如下步骤：

(1)将废水和高压气体输送到气水混合腔内，通过布水盘布均匀布水并上流运送至反应罐内；

(2)废水在反应罐内进行降解处理，在电极加压搅拌下，反应罐中的导电球之间产生的微电压、臭氧及紫外线将废水分解为小分子可降解有机酸、水、二氧化碳和氮气等；

(3)反应罐内处理后的废水产物上升进入到排放腔，经集水槽排出到指定区域。

其中，由于待处理的废水水质性质复杂，在输送入气水混合腔101内先经必要的酸碱调节或其他调节措施，之后再输入到气水混合腔101内进行处理。

本实施例处理方法，过程能源消耗小，药品添加量少甚至不需要。通过机械搅拌配合气提运动对废水进行处理，为导电球在反应罐内的混合运动提供充分的能量，保证横向运动兼具垂直运动，为导电球增加20-35％的接触面积，缩短水力停留时间。

本实施例处理方法可处理COD浓度在2000～100000mg/L甚至更高浓度的难降解废水。处理效率为95％～98％及以上；高浓度难降解有机废水经处理后，可排入市政排水管网，或进一步处理后直接排入水体。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。