一种剧毒废水预处理装置及其使用方法与流程

本发明涉及一种有毒废水处理，特别是一种剧毒废水预处理装置及其使用方法。

背景技术：

随着工业的发展，工业废水的种类和数量不断增加，其所含的成分复杂且大多具有一定毒性，未经处理的含毒工业废水直接排入生物处理单元将造成巨大的冲击，同时其毒性和难降解有机物大幅增加后续的处理难度和成本。预处理作为一种有效的手段，能将工业废水中的毒性成分和难降解有机物等大量去除，能极大程度上减轻后续处理单元的难度。

工业废水的处理工艺一般主要根据其拟去除的目标污染物而设计，包括含有毒性成分的污染物，如针对重金属采用物化预处理、针对氰化物采用氧化预处理等。目前，含毒性工业废水常见的预处理方法有絮凝法、吸附法以及高级氧化法等。絮凝法是利用有机、无机或生物絮凝剂对水中胶体粒子的电性中和、吸附架桥或卷扫作用使得水中胶体粒子发生絮凝沉淀以达到去除的效果。吸附法是利用活性炭、树脂、煤渣等吸附剂进行物理吸附，或利用某些微生物生长过程中释放的蛋白质使溶液中的可溶性重金属离子转化为沉淀物而去除。高级氧化法主要通过臭氧、芬顿（Fenton）试剂等通过羟基自由基,氧化各种有毒和难降解有机物,达到去除毒性污染物的目的。难降解有机物的处理一直是行业的难题，一般预处理采用厌氧生物处理、高级氧化法等。

尽管如此，工业废水的毒性成分较复杂，通常存在大量不明确的毒性污染物，传统的工业废水预处理技术很难有针对性的去除其毒性。同时，即便明确的毒性污染物，特别涉及到多种毒性污染物时，通过传统的预处理工艺仍然很难达到排放标准要求，且通过化学、氧化等方法处理成本极高，以垃圾填埋场渗滤液处理为例，其处理成本是常规工业废水的10-50倍。难降解有机物的由于其难生物降解性质导致其厌氧处理效率较低、处理效果不佳，而高级氧化法成本极高，由于工业废水进水浓度一般较高，很少应用于前端的预处理，而通常应用于末端的深度处理。

目前，针对工业废水中毒性的预处理工艺和技术鲜有报到，特别是针对难降解、毒性废水的预处理，尚缺乏经济、有效的处理预处理技术。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术的不足，本发明公开了一种剧毒废水预处理装置及其使用方法。

技术方案：本发明公开了一种剧毒废水预处理设备，包括包括依次连接的活性污泥吸附单元和混凝吸附单元或依次连接的混凝吸附单元和活性污泥吸附单元；

所述活性污泥吸附单元包括生物吸附池、沉淀池和污泥培养池；

所述生物吸附池包括吸附池，吸附池内设有曝气器，吸附池两端分别设有进水口和出水口，吸附池上设有投泥口；

所述沉淀池包括沉淀池体，沉淀池体设有泥水分离装置，沉淀池体设有进水口、出水口、排泥口和污泥回用出泥口；

污泥培养池包括培养池，培养池内设有曝气器，培养池上设有出泥口、投料口和污泥回用进泥口；

所述生物吸附池的出水口和沉淀池的进水口连通；

沉淀池的出水口和混凝池连通；

生物吸附池的投泥口和污泥培养池的出泥口通过管道连通，管道上设有排泥泵；

沉淀池的污泥回用出泥口和污泥培养池的污泥回用进泥口连通；

所述混凝吸附单元包括依次连接的混凝池、絮凝池和斜板沉淀池；

絮凝池和斜板沉淀池之间还设有活性炭回用管。

所述的一种剧毒废水预处理设备的使用方法，使用时当活性污泥吸附单元和混凝吸附单元依次连接时，包括以下步骤：

1）将有毒废水排入生物吸附池，将污泥培养池中的活性污泥投入生物吸附池，通过40-60分钟曝气反应后，排入沉淀池；所述生物吸附池中活性污泥浓度控制在2500-4000mg/L，所述生物吸附池中的曝气反应溶解氧控制在0.8-1.5mg/L；所述污泥培养池中活性污泥停留时间3-4小时，污泥培养池中污泥浓度通过投加活性污泥或通过沉淀池污泥回用或投加碳源营养剂控制在8000-12000mg/L，污泥培养池中溶解氧控制在>2mg/L；所述活性污泥进入生物吸附池通过菌胶团形成生物絮凝体，比表面积为2000-10000m²/m³，在表面富积着大量的微生物，并在外部覆盖着多糖类的粘性物质，具有很强的吸附能力；

2）反应水进入沉淀池后进行泥水分离，分离水进入混凝池，沉淀污泥一部分通过排泥口排出等待深度处理，一部分通过污泥回用出泥口排入污泥培养池中回用；所述排出的污泥占泥水分离后污泥的50-80%，回用的污泥占泥水分离后污泥的20-50%；

3）分离水排入混凝池后投加混凝剂，快速反应30秒后排入絮凝池；所述混凝剂的投加量为50-200mg/L；

4）污水进入絮凝池后投加粉末活性炭，进行絮凝反应10-15分钟，最后排入斜板沉淀池；所述粉末活性炭的粒径为10—100um；所述粉末活性炭的投加量为50-200mg/L；

5）处理水进入斜板沉淀池进行泥水分离，上清液排出进行深度处理，污泥排出，部分活性炭排至絮凝池回用。

2、当混凝吸附单元和活性污泥吸附单元依次连接时，包括以下步骤：

1）将有毒废水排入排入混凝池后投加混凝剂，快速反应30秒后排入絮凝池；所述混凝剂的投加量为50-200mg/L；

2）污水进入絮凝池后投加粉末活性炭，进行絮凝反应10-15分钟，最后排入斜板沉淀池；所述粉末活性炭的粒径为10—100um；所述粉末活性炭的投加量为50-200mg/L；

3）处理水进入斜板沉淀池进行泥水分离，上清液排至生物吸附池，污泥排出，部分活性炭排至絮凝池回用；

4）将上清液排入生物吸附池，将污泥培养池中的活性污泥投入生物吸附池，通过40-60分钟曝气反应后，排入沉淀池；所述生物吸附池中活性污泥浓度控制在2500-4000mg/L，所述生物吸附池中的曝气反应溶解氧控制在0.8-1.5mg/L；所述污泥培养池中活性污泥停留时间3-4小时，污泥培养池中污泥浓度通过投加活性污泥或通过沉淀池污泥回用或投加碳源营养剂控制在8000-12000mg/L，污泥培养池中溶解氧控制在>2mg/L；所述活性污泥进入生物吸附池通过菌胶团形成生物絮凝体，比表面积为2000-10000m²/m³，在表面富积着大量的微生物，并在外部覆盖着多糖类的粘性物质，具有很强的吸附能力；

5）反应水进入沉淀池后进行泥水分离，分离水排出进行深度处理，沉淀污泥一部分通过排泥口排出等待深度处理，一部分通过污泥回用出泥口排入污泥培养池中回用；所述排出的污泥占泥水分离后污泥的50-80%，回用的污泥占泥水分离后污泥的20-50%。

本发明公开的有毒废水预处理装置，所述活性污泥吸附单元COD的去除率达到40-70%，重金属的去除率达到20%；所述混凝吸附单元重金属去除效果达到70%。

本发明的目的是针对含毒性、难降解工业废水预处理存在的效果不佳、成本高昂，所提出的一种具有普遍适用复杂毒性工业废水的预处理方法，通过活性污泥吸附-混凝吸附法，达到大幅降低废水中多种毒性成分、大幅消减有机物浓度特别是难降解有机物的目的，旨在降低后续的处理单元的负荷，大幅降低处理成本。

为实现上述目的，本发明通过活性污泥吸附、混凝吸附的组合方法以达到效果。所述方法包括两部分：

（1）活性污泥吸附

活性污泥吸附单元由生物吸附池、污泥培养池、沉淀池组成。将工业废水排入活性污泥生物吸附池，活性污泥来自培养池接种驯化的活性污泥，在生物吸附池中活性污泥与废水充分混合和反应。生物吸附池水力停留时间（HRT）40-60min，污泥浓度（MLSS）控制在2500-4000mg/L。生物吸附池底部安装有曝气器，通过鼓风机输送空气曝气充氧，由于活性污泥微生物的呼吸作用大量消耗氧气，反应池中水体的溶解氧（DO）控制在0.8-1.5mg/L。

活性污泥通过菌胶团形成生物絮凝体，具有很大的表面积（2000-10000m²/m³混合液），在表面富积着大量的微生物，并在外部覆盖着多糖类的粘性物质，具有很强的吸附能力。区别与传统的活性污泥法，生物吸附池主要利用和控制活性污泥的吸附阶段，通过对工业废水吸附反应40-60min，完成污染物和毒性物质吸附后，泥水混合液排放至沉淀池完成泥水分离，清水进入后续处理单元继续处理，大部分污泥排出系统外达到去除污染物和毒性物质的目的。同时，部分活性污泥吸附污染物后，在溶解氧的作用下活性污泥微生物继续完成代谢，工业废水中容易利用的有机物被分解，同时合成新的细胞微生物，实现活性污泥的增殖。

活性污泥培养池是吸附池中活性污泥补给的重要途径，培养池污泥一部分来自沉淀池中的回流污泥，污泥回流比控制在20-50%，另一部分来自于培养池污泥通过好氧生物反应增殖污泥，同时，通过外投加活性污泥可直接补充活性污泥量。为了实现污泥代谢和快速繁殖，培养池中一般补充投加碳源等营养物质。活污泥培养池为普通曝气反应池设计，底部设有曝气器，通过鼓风机曝气充氧，实现大量吸附污泥的脱附、解毒、快速增殖的目的。为满足微生物世代增长时间，培养池水力停留时间（HRT）3-4h，污泥浓度控制在8000-12000mg/L，污泥回流比控制在20-50%，培养池溶解氧控制在>2mg/L。

（2）混凝吸附

混凝吸附单元为传统混凝沉淀池设计，包括混凝、絮凝、沉淀三个环节。混凝反应池中投加混凝剂（三氯化铁、氢氧化铝等），快速反应混合30s，再向废水中投加粉末活性炭（PAC）并进入絮凝反应10-15min，最后混合废水排入斜板沉淀池，完成泥水分离，上清液排放。混凝剂、粉末活性炭的投加量一般视水质而定，一般投加量50-200mg/L。

混凝沉淀对重金属类毒性污染物有较好的去除效果，粉末活性炭吸附对于重金属、极性有机物均有较好的吸附去除作用。同时，粉末活性炭在絮凝反应中可起到“凝结核”的作用，有助于提高絮凝的效果，其协同絮凝沉淀通过“网捕”作用，可通过沉淀去除更多的毒性污染物和胶体有机物，其处理效果明显优于一般的混凝沉淀去除和活性炭吸附去除。

一般来说，工业废水先进入活性污泥吸附单元，通过活性污泥的吸附可去除大部分毒性污染物和有机物，其中COD的去除率达到40-70%，重金属的去除率达到20%，同时其出水悬浮物大幅降低，可大幅节省后续混凝吸附单元的药剂投加量。经过活性污泥吸附后，废水进入混凝吸附单元，通过混凝沉淀、吸附协同作用下，进一步去除废水中的重金属和极性有机物，特别是对于重金属类其去除效果达到70%。

通过上述技术方案，本发明将工业废水中的重金属离子，芳香类有机物、酚类有机物、醚类有机物等有机物浓度大大降低，总体COD去除率达60-80%，重金属去除率达80%，为后续工业废水的深度处理提供了有利条件。

有益效果：本发明公开的一种剧毒废水预处理装置及其使用方法与现有技术相比，优势主要体现在：

1、生物吸附对于有机物包括毒性有机物和难降解有机物具有广泛的适应性，并不需要明确特定的毒性污染物，混凝吸附法其对重金属和极性有机物有较好的去除作用，故其组合工艺能够满足大部分工业废水的预处理，特别是对于一些不确定毒性污染物的废水亦有广泛的适用性。传统的工业废水毒性的处理一般很难针对不确定毒性进行处理。

2、由于采用了活性污泥生物吸附为核心，其生物吸附的性价比具有不可比拟的优势，生物吸附法与传统高级氧化法比较，其运行成本仅仅为化学法的10%，单位污染物去除成本远低于传统的高级氧化法。由于活性污泥吸附主要控制在吸附阶段，停留时间仅为40-60min，仅为传统活性污泥生物处理工艺的10%，大幅降低了投资和运行成本。

3、通过粉末活性炭协调混凝沉淀，避免了单独混凝沉淀或活性炭吸附的不足，通过粉末活性炭形成“凝结核”，实现了协同絮凝沉淀，大幅提高絮凝效果和“网捕”去除作用，其去除效果远远优于单一的混凝沉淀法。同时，组合使用的方式大幅降低了土建投资成本。

4、将本发明工艺方案简便，可制作成一体化设备，也可进行工艺组合，特别适用于工业园区混合工业废水的预处理，具有投资省、运行成本低优势。

附图说明

附图1为权利要求2所述剧毒废水预处理方法工艺流程图；

附图2位权利要求3所述剧毒废水预处理方法工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对发明作进一步的解释。

实施例1

将垃圾渗滤液排入生物吸附池，cod指数1715，硝酸根77mg/l，硫酸根287mg/l，铜4.6mg/l，镉6.67mg/l；水力停留时间40min，污泥浓度3000mg/L，溶解氧1.1mg/L。再将废水排入沉淀池，水力停留时间90min，完成泥水分离，上清液排入混凝吸附单元，污泥回流至生物吸附池，回流比为30%，并在污泥回流过程中投加碳源营养剂将污泥培养池中污泥浓度控制在10000mg/L。

将活性污泥吸附单元出水排入混凝池，混凝反应池中投加混凝剂，快速反应混合30s，再向废水中投加粉末活性炭并进入絮凝池反应10min，最后混合废水排入斜板沉淀池，完成泥水分离，上清液接至深度处理，粉末活性炭部分回流至絮凝池。

混凝剂、粉末活性炭的投加量为50mg/L。

总体COD去除率73%，硝酸根去除率38.44%，硫酸根去除率45.64%，铜去除率73.26%，镉去除率为78.11%，为后续垃圾渗滤液的深度处理提供了有利条件。

实施例2

将工业园区废水排入混凝池，废水cod指数1405，硝酸根67mg/l，硫酸根265mg/l，铜7.6mg/l，镉9.67mg/l；混凝反应池中投加混凝剂，快速反应混合30s，再向废水中投加粉末活性炭并进入絮凝池反应15min，最后混合废水排入斜板沉淀池，完成泥水分离，上清液接至生物吸附池，粉末活性炭部分回流至絮凝池。

混凝剂、粉末活性炭的投加量为150mg/L。

上清液排入生物吸附池，水力停留时间30min，污泥浓度2000mg/L，溶解氧1.5mg/L。再将废水排入沉淀池，水力停留时间100min，完成泥水分离，分离液排出进行深度处理，污泥回流至生物吸附池，回流比为50%，并在污泥回流过程中投加碳源营养剂将污泥培养池中污泥浓度控制在12000mg/L。

总体COD去除率63%，硝酸根去除率35.64%，硫酸根去除率35.84%，铜去除率76.26%，镉去除率为80.11%，为后续工业园区废水的深度处理提供了有利条件。

本发明提供了一种剧毒废水预处理装置的思路及使用方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。