用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统以及方法与流程

本发明涉及废水处理
技术领域：
，具体涉及一种用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统以及方法。
背景技术：
：目前国内外处理有机废水的方法主要包括化学法、生物法和物理法三种方式。其中，物理法多作为预处理使用，往往需要跟随多个其他处理工艺组合，难以发挥主要处理作用，化学法容易造成二次污染，且设备造价高，反应条件苛刻。因此，在有机废水处理上，多数使用生物降解法。由于工业废水多是人工合成的大分子物质，多数不易被生物降解，具有高浓度、难生物降解的特点，且多具有生物毒性，这些大分子物质不易被目前常用的生物处理工艺所去除，排放到自然环境中也不易通过天然的自净作用而逐渐减少其含量，它们会在水体、土壤等自然介质中不断累积，打破生态系统原有的平衡，给人类赖以生存的环境造成巨大威胁，它们还可以通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体危害健康。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统以及方法，旨在解决现有的有机废水处理方法对高浓度难生物降解有机废水处理效果差的问题。为实现上述目的，本发明提出的一种用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统，所述用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统包括沿所述有机废水的流动方向依次连通的第一电解槽和第二电解槽，其中：所述第一电解槽内设有阴极板以及曝气装置，所述阴极板为活性炭纤维电极板；所述第二电解槽内设有阳极板，所述阳极板为活性炭纤维电极板，所述阴极板和所述阳极板均与同一个直流电源连通。可选地，还包括沉淀池，所述沉淀池设有出水口，所述沉淀池与所述第二电解槽连通。可选地，还包括出水回流管以及处理出水管，所述出水口通过所述出水回流管与所述第一电解槽连通，且所述出水口与所述处理出水管连通。可选地，所述沉淀池的底部设有污泥出口；所述用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统还包括污泥回流管和污泥排放管，所述污泥出口通过所述污泥回流管与所述第二电解槽连通，且所述污泥出口与所述污泥排放管连通。可选地，所述阴极板设有多个，多个所述阴极板并排且间隔设置；和/或，所述阳极板设有多个，多个所述阳极板并排且间隔设置；和/或，所述曝气装置包括多个曝气头，所述多个曝气头设于所述阴极板的下方。此外，本发明还提出一种用于高浓度难生物降解有机废水的处理方法，使用如上文所述的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统进行，所述用于高浓度难生物降解有机废水的处理方法包括以下步骤：输送所述有机废水至第一电解槽，在间歇性曝气的条件下，对所述有机废水进行电解和电催化协同处理，以获得第一处理水；输送所述第一处理水至第二电解槽，并投加活性污泥微生物，进行电解和生物降解耦合反应，以获得第二处理水。可选地，在所述输送所述第一处理水至第二电解槽，并投加活性污泥微生物，进行电解和生物降解耦合反应，以获得第二处理水的步骤之后，还包括：对所述第二处理水进行沉降处理以获得沉淀污泥和处理出水；对所述处理出水进行分流，将分流出的部分所述处理出水输送至所述第一电解槽内；对所述沉淀污泥进行分流，将分流出的部分所述沉淀污泥输送至所述第二电解槽内。可选地，在所述输送所述有机废水至第一电解槽，在间歇性曝气的条件下，对所述有机废水进行电解和电催化协同处理，以获得第一处理水的步骤中，所述第一电解槽内的水力停留时间为40～100min；所述间歇性曝气包括至少一个曝气周期，每一所述曝气周期包括曝气阶段和停止曝气阶段，且每一所述曝气周期中，所述曝气阶段的时间为20～40min，且所述曝气阶段中通入的压缩空气的流量与所述有机废水的流量的比例为1～3:1，所述停止曝气阶段的时间为20～40min；所述阴极板的参数为，电流密度5～20ma/cm2，极板间距2～4cm。可选地，在所述输送所述第一处理水至第二电解槽，并投加活性污泥微生物，进行电解和生物降解耦合反应，以获得第二处理水的步骤中，所述第二电解槽内的水力停留时间为6～15h；所述第二电解槽内的污泥负荷为0.15～0.35kgcod/kgmlss·d；所述阳极板的参数为，电流密度5～20ma/cm2，极板间距2～4cm。可选地，所述处理水的回流比为100％～200％；和/或，所述沉淀污泥的回流比为50％～100％。本发明提出的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统包括第一电解槽和第二电解槽，通过在第一电解槽内设有曝气装置和活性炭纤维阴极板，并通过间歇性曝气而交替形成缺氧环境和好氧环境，使得有机废水在第一电解槽内电解和电催化，产生新生态的具有还原能力的[h]以及一系列的强氧化性中间产物如[o22-]、[h2o2]、[·oh]等，实现对有机废水的预处理，提高了第一处理水的可生化性；通过在第二电解槽内设置活性炭纤维阳极板，使得阳极板电解水产生o2，从而在槽内形成好氧环境，促进活性污泥微生物生长，提高生物降解效率，并通过电场对微生物的刺激作用，促进酶的生物活性反应，进一步加强生物降解效果。此外，本发明涉及的处理系统结构简单，易于制造，投资和运行费用较低且无二次污染，适合工业推广。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明提供的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统的一实施例的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100处理系统5沉淀池1进水管6处理出水管2第一电解槽7污泥排放管21阴极板81出水回流管220曝气头82污泥回流管221压缩空气管91污泥回流泵3第二电解槽92出水回流泵31阳极板93阀门4连通管10直流电源本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。目前国内外处理有机废水的方法主要包括化学法、生物法和物理法三种方式。其中，物理法多作为预处理使用，往往需要跟随多个其他处理工艺组合，难以发挥主要处理作用，化学法容易造成二次污染，且设备造价高，反应条件苛刻。因此，在有机废水处理上，多是使用生物降解法。由于工业废水多是人工合成的大分子物质，多数不易被生物降解，具有高浓度、难生物降解的特点，且多具有生物毒性，这些大分子物质不易被目前常用的生物处理工艺所去除，排放到自然环境中也不易通过天然的自净作用而逐渐减少其含量，它们会在水体、土壤等自然介质中不断累积，打破生态系统原有的平衡，给人类赖以生存的环境造成巨大威胁，它们还可以通过食物链进入生物体并逐渐富集，最后进入人体危害健康。鉴于此，本发明提供一种用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100，图1为本发明提供的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100一实施例。请参阅图1，用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100包括沿有机废水流动方向依次连通的第一电解槽2和第二电解槽3，其中，第一电解槽2内设有阴极板21以及曝气装置，阴极板21为活性炭纤维电极板；第二电解槽3内设有阳极板31，阳极板31为活性炭纤维电极板，阴极板21和阳极板31均与同一个电源10连通。活性炭纤维电极板具有多孔、高比表面积的特点，不仅具有导电作用，可以对有机废水进行电解，而且能够将污染物吸附后富集于电极表面，然后进行电催化处理，如此，电解与电催化协同作用，不但提高了电解效果，而且减少了反应能耗。其中，第一电解槽2与进水管1连通，原水，即高浓度难生物降解有机废水通过进水管1进入第一电解槽2。第一电解槽2中设置曝气装置，控制曝气装置间歇性地向第一电解槽2内通入空气，从而使得第一电解槽2中交替形成缺氧环境和好氧环境。当曝气装置向第一电解槽2内停止曝气时，槽内形成缺氧环境，废水中的水合h+在阴极板21上被还原成h2，h2在活性炭纤维的催化作用下会生成新生态的具有还原能力的[h]，使难生物降解有机物中的某些氧化性基团被还原，从而提高了这些难生物降解有机物的可生化性；当进行曝气时，槽内形成好氧环境，由于水中存在溶解氧，水中的o2分子比水合h+更容易在阴极板21被还原，水中的溶解氧在活性炭纤维的催化作用下产生强氧化性中间产物如[o22-]、[h2o2]、[·oh]等，这些中间产物能将水中难生物降解的大分子有机物进行开环、断链，使之变成易生物降解的有机物，从而有利于后续的生物处理。同时这些中间产物还能将废水中的部分有机污染物直接氧化分解成co2和h2o而去除。此外，曝气还起到了搅拌的作用，加速了第一电解槽2内部传质，消除了电解反应中的浓差极化，加速了反应进行速度。其中，第二电解槽3内设置活性炭纤维阳极板31，通电后，阳极板31电解水产生o2，从而在槽内形成好氧环境，促进活性污泥微生物生长，并为活性污泥微生物氧化分解有机污染物提供电子受体，提高了生物降解效率。同时，第二电解槽3内还存在电化学氧化去除有机污染物。此外，由于微生物处于特定电场中，产生电催化作用，激活或增强了酶活性，从而促进了酶的生物活性反应，进一步加强生物降解效果。此外，本发明涉及的处理系统100结构简单，易于制造，投资和运行费用较低且无二次污染，适合工业推广。其中，第一电解槽2中，阴极板21的数量可以是一个，也可以是多个。作为优选实施例，本实施例中，设置多个阴极板21，多个阴极板21间隔设置，且相邻两个阴极板21之间间距为2～4cm；第二电解槽3中，阳极板31的数量可以是一个，也可以是多个。作为优选实施例，本实施例中，设置多个阳极板31，多个阳极板31间隔设置，且相邻两个阳极板31之间间距为2～4cm，。此外，第一电解槽2中，曝气装置包括压缩空气管221和鼓风机(图中未画出)，压缩空气管221的一端与鼓风机连接，另一端伸入第一电解槽2内，并与曝气头220连通，鼓风机输出的空气通过压缩空气管221进入曝气头220，而后喷出，产生曝气效果。优选地，曝气头220设有多个，且多个曝气头220设于阴极板21的下方，如此，可以快速营造好氧环境，并实现废水剧烈翻腾的效果。此外，本实施例中，阴极板21与阳极板31分别与一直流电源10的负极和正极连接。进一步地，参阅图1，本实施例处理系统100还包括沉淀池5，沉淀池5通过连通管4与第二电解槽3连通，沉淀池5设有出水口，经生物降解的第二处理水被输送进入沉淀池5后，在此沉降，实现固液分离，上清液从出水口排出。在本发明的一实施例中，本发明处理系统100还包括处理出水管6和出水回流管81。出水口和第一电解槽2通过出水回流管81连通，使得自出水口排出的处理水可以分流一部分回流至第一电解槽2，从而对第一电解槽2内的有机废水进行酸碱调节，使第一电解槽2内的废水的ph值更有利于缺氧/好氧电解反应，同时也使得处理出水的ph接近中性，满足出水要求。而且，通过出水回流能稀释进水有机污染物的浓度，降低第一电解槽2和第二电解槽3的反应负荷，提高电解及生化反应效率。沉淀池5的底部设有污泥出口，在本发明的另一实施例中，本处理系统100还包括污泥回流管82和污泥排放管7，污泥出口通过污泥回流管82与第二电解槽3连通，同时，污泥出口还与污泥排放管7连通，使得自污泥出口排出的污泥分流，一部分通过污泥回流管82回流至第二电解槽3，用于维持第二电解槽3中活性污泥微生物的数量，剩下的一部分则作为剩余污泥排放另作处理。需要说明的是，为引导出水和污泥流动方向，可以在出水回流管81上设置出水回流泵92，在污泥回流管82上设置污泥回流泵91；为了控制出水回流量以及污泥回流量，还可以在出水回流管81以及污泥回流管82上设置阀门93。进一步地，基于上述实施例，提出本发明用于高浓度难生物降解有机废水的处理方法的实施例，本实施例用于高浓度难生物降解有机废水的处理方法使用上文所述的处理系统100进行。在本实施例中，所述用于高浓度难生物降解有机废水的处理方法包括以下步骤：步骤s10，输送所述有机废水至第一电解槽2，在间歇性曝气的条件下，对所述有机废水进行电解和电催化协同处理，以获得第一处理水。步骤s20，输送所述第一处理水至第二电解槽3，并投加活性污泥微生物，进行电解和生物降解耦合反应，以获得第二处理水。本发明的技术方案中，先对有机废水进行电解和电催化协同预处理，提升第一处理水的可生化性，然后送入第二电解槽3，通过电解和生物降解耦合反应，提升生物降解效率和降解效果。其中，在进行步骤s10时，间歇性曝气可以包括一个或者多个曝气周期，且每一曝气周期包括曝气阶段和停止曝气阶段，这样可以交错实现好氧环境和缺氧环境，从而使氧化反应和还原反应交错进行，提高了废水处理效率。进一步地，本实施例中，每一曝气周期中，曝气阶段的时间为20～40min，停止曝气阶段的时间为20～40min，从而可以平衡反应体系中的氧化反应过程和还原反应过程，提升废水处理效果。此外，为了进一步优化本发明方法处理效果，本实施例中，在进行曝气阶段时，控制气水比(曝气阶段中通入的压缩空气的流量与有机废水的流量的比例)为1～3:1，从而使电解和电催化协同作用与能耗达到均衡，利益最大化。此外，在进行步骤s10时，有机废水在第一电解槽2内的水力停留时间为40～100min，该时间范围内能使一部分难生物降解有机物组分被氧化还原，提高有机废水的可生化性。其中，在进行步骤s20时，第一处理水在第二电解槽3内的水力停留时间为6～15h，该时间范围内能使第一处理水中的有机污染物在电解和微生物的协同作用下被高效降解，提高降解效率和处理水的品质。此外，本实施例中，第二电解槽3内的污泥负荷为0.15～0.35kgcod/kgmlss·d。此外，在电解时，可以对阴极板21和阳极板31的参数进行控制以调控对废水的处理效果，具体地，阴极板21的参数为，电流密度5～20ma/cm2，极板间距2～4cm；阳极板31的参数为，电流密度5～20ma/cm2，极板间距2～4cm。作为本发明的优选实施例，本实施例中，在步骤s20之后，还包括如下步骤：步骤s30，对所述第二处理水进行沉降处理以获得沉淀污泥和处理出水；步骤s40，对所述处理出水进行分流，将分流出的部分所述处理出水输送至所述第一电解槽2内；步骤s50，对所述沉淀污泥进行分流，将分流出的部分所述沉淀污泥输送至所述第二电解槽3内。本实施例对第二处理水进行沉降处理，实现固液分离，以进一步提高处理出水的品质，然后将处理出水分流，将其中的一部分处理出水回流至第一电解槽2，以使第一电解槽2内的废水的ph值更有利于缺氧/好氧电解反应，提高废水处理效果，同时，通过处理出水回流稀释进水有机污染物的浓度，降低第一电解槽2和第二电解槽3的反应负荷，提高电解及生化反应效率。另一部分处理出水排放或进一步处理后再利用。为使回流效果最优化，本实施例处理出水的回流比优选为100％～200％。同时，本实施例对沉淀污泥进行分流，引导其中的一部分回流至第二电解槽3，以维持第二电解槽3中活性污泥微生物的数量，确保第二电解槽3内的降解反应顺利进行，避免了重新投入活性污泥微生物，节约了成本，另一部分作为剩余污泥排放另作处理。进一步地，本实施例中，沉淀污泥的回流比优选为50％～100％，如此，可以维持活性污泥微生物的数量在合理范围内。以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1采用如图1所示的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100以及人工模拟的含酚类难生物降解有机废水进行以下实施例的操作。该有机废水含有苯酚、氯酚、氨酚等难生物降解的有机物，codcr含量为2400mg/l，bod＝620mg/l，bod/codcr为0.26，可生化性较差。设置工艺参数如下：第一电解槽2中：两个阴极板21的间距为3cm；水力停留时间80min；周期性曝气时，曝气阶段通入压缩空气的气水比为1.5:1，且一个周期内，曝气时间与停曝时间均为30min。第二电解槽3中：两个阳极板31的间距为3cm；水力停留时间为10h；污泥负荷为0.22kgcodcr/kgmlss·d。电流密度为12ma/cm2；污泥回流比为60％，出水回流比为150％。在第一电解槽2的出口处取样第一处理水，在处理出水管6处取样处理出水，使用cod分析仪和bod检测仪分别检测第一处理水codcr含量和bod含量以及处理出水的codcr含量，并计算第一处理水的bod/codcr值，在表1中记录结果。实施例2采用如图1所示的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100以及人工模拟的含酚类难生物降解有机废水进行以下实施例的操作。该有机废水含有苯酚、氯酚、氨酚等难生物降解的有机物，codcr含量为2060mg/l，bod＝580mg/l，bod/codcr为0.28，可生化性较差。设置工艺参数如下：第一电解槽2中：两个阴极板21的间距为2.8cm；水力停留时间40min；周期性曝气时，曝气阶段通入压缩空气的气水比为1:1，且一个周期内，曝气时间与停曝时间均为20min。第二电解槽3中：两个阳极板31的间距为2.8cm；水力停留时间为6h；污泥负荷为0.15kgcodcr/kgmlss·d。电流密度为16ma/cm2；污泥回流比为50％，出水回流比为100％。在第一电解槽2的出口处取样第一处理水，在处理出水管6处取样处理出水，使用cod分析仪和bod检测仪分别检测第一处理水的codcr含量和bod含量以及处理出水的codcr含量，并计算第一处理水的bod/codcr值，在表1中记录结果。实施例3采用如图1所示的用于高浓度难生物降解有机废水的处理系统100以及人工模拟的含酚类难生物降解有机废水进行以下实施例的操作。该有机废水含有苯酚、氯酚、氨酚等难生物降解的有机物，codcr含量为3300mg/l，bod＝480mg/l，bod/codcr为0.15，可生化性较差。设置工艺参数如下：第一电解槽2中：两个阴极板21的间距为3.3cm；水力停留时间100min；周期性曝气时，曝气阶段通入压缩空气的气水比为3:1，且一个周期内，曝气时间与停曝时间均为40min。第二电解槽3中：两个阳极板31的间距为3.3cm；水力停留时间为15h；污泥负荷为0.35kgcodcr/kgmlss·d。电流密度为20ma/cm2；污泥回流比为100％，出水回流比为200％。在第一电解槽2的出口处取样第一处理水，在处理出水管6处取样处理出水，使用cod分析仪和bod检测仪分别检测第一处理水的codcr含量和bod含量以及处理出水的codcr含量，并计算第一处理水的bod/codcr值，在表1中记录结果。表1处理前后水质对比从上表可以看出，有机废水经各实施例方法处理后，第一处理水的codcr去除率达到44％以上，且可生化性bod/codcr≥0.31，能满足后续生化处理要求；处理出水的codcr去除率≥92％。说明本发明用于高浓度难生物降解有机废水的处理效果显著。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12