一种实验室有机废液的处理方法及其装置与流程

本发明涉及实验室有机废液的处理技术领域。

背景技术：

膨胀颗粒污泥床反应器（egsb）作为厌氧生物反应器的第三代，在处理高浓度有机废水上展现出巨大的潜在优势，是在uasb的基础上采用较大的高径比和出水循环，提高上升流速，引起颗粒污泥床膨胀，使颗粒污泥处于循环状态，传质效果更好，可以消除死区，是近十年发展起来的新型高效厌氧反应器。目前已广泛应用于链霉素有机废水工业性试验研究以及棕榈油废水的处理等。

芬顿氧化反应原理是以二价铁离子为催化剂用过氧化氢进行化学氧化的废水处理方法。由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿（fenton）试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。氛顿氧化技术处理有机污染物的实质是•oh与有机污染物作用。

实验室有机废液一直以来都是各高校实验室、研究机构及相关企业不容忽视的问题。实验室有机废液不仅包括实验过程中产生的废液，还包括过期的有机废液等，其成分复杂，浓度不一，处理过程较为复杂，部分有机物如甲醇、乙酸等易被细菌分解，处理较为容易，部分烃类及其含氧衍生物的处理需要进一步探究。目前，有机污染物最有效、最广泛的处理方法是生物降解法、活性污泥法等。

近年来，实验室有机废液对环境的污染问题越发突出，亟需解决。目前国外通常采用的处理方法是焚烧法，该法具有去除彻底、能耗低、热量可以回收利用等优点，但由于在焚烧过程中会产生有毒有害气体，危害大气环境，存在结焦结渣、炉体腐蚀、投资费用较高等问题，在国内应用具有一定的局限性。催化氧化法等部分高级氧化法处理有机废液也是一种行之有效的处理方法，但其成本较高，大范围内推广具有一定的难度；因此，寻求一种经济合理、高效的处理方法是目前处理高浓度实验室有机废液的根本。

技术实现要素：

针对目前实验室有机废液对环境的污染问题，本发明提出一种实验室有机废液的处理方法。

本发明包括以下步骤：

1）将实验室有机废液先置于芬顿氧化反应器内，调整实验室有机废液的ph值至3～4后加入二价铁和双氧水，进行芬顿氧化反应；

2）将芬顿氧化反应取得的废液与混凝剂和絮凝剂混合絮凝；

3）将混合絮凝取得的上清液以碱、酸和碳酸氢钠调质后进入egsb反应器；

4）将egsb反应器内取得的有机水经接触氧化反应后再分离，排出净水；

5）将芬顿氧化反应取得的沉淀、混合絮凝取得的絮凝物、egsb反应取得的沉淀、接触氧化反应取得的沉淀及分离取得的沉淀物集中进行污泥浓缩处理。

本发明借助egsb反应器，采用物理处理结合生化处理的方式处理实验室有机废液，取得较好的降解效果。此处的实验室有机废液包括醛类、酮类、醇类、烃类、酯类、有机酸类等有机废液及其混合废液。可处理的试验废液中cod浓度高达5万mg/l。

本发明具有如下优点：

（1）针对高浓度实验室有机废液的处理，一般采用焚烧处理工艺，或者采用单独的氧化处理工艺，在达到环保要求的同时处理成本较高。本发明采用不同装置的组合在实现废液处理达标排放的同时降低处理成本，占地面积小，操作管理方便。

（2）本发明处理高浓度实验室有机废液效果显著，cod平均去除率达95%以上。

（3）工艺组合简单，易于实现自动化处理。根据废液水质的特点，投加不同药剂，从而切实保证出水的达标排放。

进一步地，本发明所述步骤3）中，将上清液调质至cod小于6500mg/l，碱度（以caco3计）含量为2000～3000mg/l。水质调质至6500mg/l以确保反应器的冲击负荷在微生物的适应范围内，使微生物能正常生长，活性不受抑制。试验表明，该反应器处理此类有机废水的最大处理范围为6500mg/l，因此，将上清液调质至小于6500mg/l。碱度（以caco3计）为2000～3000mg/l以使反应器内碱度维持在平稳水平，缓冲微生物消耗有机物形成的有机酸类并给微生物生长提供良好的适宜条件。

所述步骤3）中所述egsb反应器采用中部回流的方式，液体上升流速为5m/h；所述egsb反应器反应时反应温度为32～38℃。液体上升流速不同反应器内微生物与污水的接触面积也不同，从而造成水质的处理效果也不同；经小试试验表明，该反应器在上升流速为5m/h时的降解效果最好。温度对微生物的活性造成很大的影响，温度过高或过低均会抑制微生物的活性，造成降解效率的降低。温度在32～38℃时反应器的降解效果最好，从经济节能的角度考虑较为经济。

另外，本发明所述混凝剂为聚氯化铝，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺。工业废水处理中基本上都采用pac与pam的“梦幻组合”，pac为无机型混凝剂，通过破坏污水中颗粒的双电层，形成矾花，起混凝作用；pam为有机高分子聚电解质，其具有官能团多、分子量高、稳定性好、吸附架桥能力强、絮凝效果好、投加量少、适用范围广、产生的污泥少等优点。

本发明另一目的是提出以上实验室有机废液的处理装置。

处理装置包括：有机废液存储罐、芬顿氧化反应器、反应沉淀器、混合池、egsb反应器、接触氧化反应器、二沉池、fe²⁺溶液储箱、h2o2储箱、酸液储箱、碱液储箱、碳酸氢钠储箱、聚氯化铝（pac）储箱、聚丙烯酰胺（pam）储箱和污泥浓缩池。

有机废液存储罐通过加液泵与芬顿氧化反应器连接，fe²⁺溶液储箱、h2o2储箱、酸液储箱和碱液储箱分别通过加料泵与芬顿氧化反应器连接，芬顿氧化反应器设有出液口和排渣口。

反应沉淀器设置相互连通的搅拌腔和分离腔，芬顿氧化反应器的出液口与反应沉淀器的搅拌腔连接，聚氯化铝（pac）储箱和聚丙烯酰胺（pam）储箱分别通过加料泵与反应沉淀器的搅拌腔连接，反应沉淀器的分离腔设有上清液出口和絮凝沉淀出口。

反应沉淀器的分离腔的上清液出口与混合池连接，酸液储箱、碱液储箱和碳酸氢钠储箱分别通过加料泵与混合池连接，混合池内设有搅拌器，混合池设有出液口和沉淀排放口。

混合池的出液口与egsb反应器连接，egsb反应器设有排液口和沉淀排放口。

egsb反应器的排液口与接触氧化反应器连接，接触氧化反应器设有出液口和沉淀排放口。

接触氧化反应器的出液口与二沉池连接，二沉池设有清水排放口和沉淀排放口。

芬顿氧化反应器的排渣口、反应沉淀器的分离腔的絮凝沉淀出口、混合池的沉淀排放口、egsb反应器的沉淀排放口、接触氧化反应器的沉淀排放口和二沉池的沉淀排放口通过管道与污泥浓缩池连接。

本发明设备布置合理，方便自行组装、使用，可以达到以上处理工艺的要求。

另外，为了进一步对污泥浓缩池处理的上清液进行进一步处理，所述污泥浓缩池设有上清液排出口，上清液排出口通过管道连接混合池。通过混合池再处理，也利于通过该上清液对混合池内混合体进行调质，至使cod小于6500mg/l，碱度（以caco3计）为2000～3000mg/l，还利于调质时的节水。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明污泥池及相关的结构示意图。

图3为egsb反应器运行效果图。

具体实施方式

一、装置结构说明：

如图1所示，装置包括有机废液存储罐1、芬顿氧化反应器2、反应沉淀器3、混合池4、egsb反应器5、接触氧化反应器6、二沉池7、fe²⁺溶液储箱8、h2o2储箱9、酸液储箱10、碱液储箱11、碳酸氢钠储箱12、聚氯化铝（pac）储箱13、聚丙烯酰胺（pam）储箱14、fe²⁺溶液加药泵8p、h2o2加药泵9p、酸液加药泵10a、酸液加药泵10b、碱液加药泵11a、碱液加药泵11b、碳酸氢钠加药泵12p、pac加药泵13、pam加药泵14p。

如图2所示，装置还设有污泥浓缩池15、螺杆泵16和厢式压滤机17。

有机废液存储罐1通过加液泵与芬顿氧化反应器2连接，fe²⁺溶液储箱8、h2o2储箱9、酸液储箱10和碱液储箱11分别通过各自的加料泵与芬顿氧化反应器2连接，芬顿氧化反应器2设有出液口和排渣口。

反应沉淀器3设置相互连通的搅拌腔3-1和分离腔3-2。芬顿氧化反应器2的出液口与反应沉淀器的搅拌腔3-1连接，聚氯化铝（pac）储箱13和聚丙烯酰胺（pam）储箱14分别通过相应的加料泵与反应沉淀器的搅拌腔3-1连接，反应沉淀器的分离腔3-2设有上清液出口和絮凝沉淀出口。

反应沉淀器的分离腔3-2的上清液出口通过管道与混合池4连接，酸液储箱10、碱液储箱11和碳酸氢钠储箱12分别通过相应的加料泵与混合池4连接，混合池4内设有搅拌器，混合池4设有出液口和沉淀排放口。

混合池4的出液口通过管道与egsb反应器5连接，egsb反应器5设有排液口和沉淀排放口。

egsb反应器5的排液口通过管道与接触氧化反应器6连接，接触氧化反应器6设有出液口和沉淀排放口。

接触氧化反应器6的出液口与二沉池7连接，二沉池7设有清水排放口和沉淀排放口。

芬顿氧化反应器2的排渣口、反应沉淀器3的分离腔的絮凝沉淀出口、混合池4的沉淀排放口、egsb反应器5的沉淀排放口、接触氧化反应器6的沉淀排放口和二沉池7的沉淀排放口通过管道与污泥浓缩池15连接。

污泥浓缩池15设有上清液排出口，上清液排出口通过管道接入混合池4。污泥浓缩池15内底设有与螺杆泵16连接的吸泥管，螺杆泵16的出泥口和厢式压滤机17连接。

二、工作过程：

1、将集中在有机废液存储罐1中的实验室有机废液泵入芬顿氧化反应器2内，通过酸液加药泵10a、酸液加药泵10b和碱液加药泵11a，将实验室有机废液的ph值调整至3～4，然后通过fe²⁺溶液加药泵8p和h2o2加药泵9p加入二价铁和双氧水，同时启动芬顿氧化反应器2内的搅拌机进行芬顿氧化反应1h。反应完成后静沉30min，将氧化后的废液排入反应沉淀器3，废液排空后，将泥渣排至污泥浓缩池15。

2、在反应沉淀器3的搅拌腔3-1内，将芬顿氧化反应取得的废液与混凝剂（pac）和絮凝剂（pam）混合，在搅拌作用下，悬浮颗粒相互架桥形成较大的絮体，经反应沉淀器3的分离腔3-2的分离处理后，絮体与水分离，上清液排入混合池4中，絮体排至污泥浓缩池15。

3、上清液在混合池4内，通过酸液加药泵10b、碱液加药泵11b和碳酸氢钠加药泵12p加入酸、碱和碳酸氢钠，进行调质，使调质的混合体系中cod小于6500mg/l，碱度（以caco3计）含量为2000～3000mg/l，然后将调质后的混合液体泵入egsb反应器5，混合池4内的沉淀物排至污泥浓缩池15。

4、在egsb反应器5内，采用中部回流的方式，控制液体上升流速为5m/h，在反应温度为32～38℃的条件下进行反应12小时。

然后将egsb反应取得的有机水排出至接触氧化反应器6，egsb反应器5底的沉淀物排至污泥浓缩池15。

5、经接触氧化反应器6再次反应后的液体排入二沉池7进一步沉淀分离，分离的上清液即清水达到直接标准，可直接排放，池内的沉淀排至污泥浓缩池15。

6、集中在污泥浓缩池15中的污泥经浓缩处理后由螺杆泵16提取至厢式压滤机17再压滤处理。

另外，以上各反应器顶部分别还可设置废气收集装置，避免反应过程中产生的挥发气体对环境造成污染。

本发明还可设有全自动加药装置，其包括配制和存贮硫酸亚铁溶液、双氧水、酸液、氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液、pac溶液、pam溶液的7个储药箱，每个储药箱设置的进水（溶药及稀释用水为自来水）电磁阀、磁翻板液位计、搅拌机（含搅拌桨）及其9台加药计量泵。根据溶解固体药剂或稀释液体药剂的种类和特点，电磁阀、搅拌机的工作状态由计算机控制。根据芬顿氧化反应器预处理废液类别和反应控制条件，计算机程序控制加药计量泵工作，包括加药种类、加药量以及加药时间和加药次序。

芬顿氧化反应器预处理出水排至混合池，混合池同时起到接纳污泥压滤上清液、处理装置放空液作用。

沉淀反应器由防腐pp材质制成，主要目的是去除前述装置产生的有机悬浮物及絮凝沉淀等，以改善后续生物处理装置的运行条件并降低其负荷。

egsb反应器和接触氧化反应器组成生化处理装置。egsb反应器设置温控系统，温度设定恒温中温。接触氧化反应器与二沉池共用池壁，经过接触氧化反应器处理的废液流入二沉池，二沉池出水直接外排市政污水管网。

污泥脱水是将沉积在芬顿氧化反应器、反应沉淀器、混合池、egsb反应器、接触氧化反应器、二沉池底部的污泥靠重力流排至污泥浓缩池，污泥浓缩池内的浓缩污泥含水率至90%以下，再经螺杆泵泵入厢压式压滤机脱水，脱水后污泥含水率小于65%。

三、应用：

1、例1：将本实验室收集的有机废液通过提升泵打入芬顿氧化反应器，调节水质，氧化反应出水经沉淀器沉淀后在混合池中混合调节水质，输送至egsb反应器、接触氧化反应器、二沉池，经处理后部分出水回流至混合池中以稀释新的废液，用以控制egsb反应器进水codcr小于等于6500mg/l，其余出水经消毒处理后排入市政管网。其中egsb反应器处理的效果对工艺流程有着重要的作用。

从图3中可以看出，egsb反应器在最佳工艺条件下（hrt=12h，vup=5m/h，t=35℃）去除率可达70%以上，egsb反应器处理效果较好并为后续好氧生化处理创造了良好条件。

2、例2：

本发明以下述水质指标为例，进行具体描述。

有机废液主要指标（平均值）为：ph6.4；cod25500mg/l。

废液处理量根据实际收集情况而定。有机废液的处理量为2m³/d，按本发明工艺流程进行处理。有机废液经提升泵从废液存储罐1中泵至芬顿氧化反应器2中，当废液泵至指定液位时，启动酸液储罐或碱液储罐加药，向反应器中加入酸液、碱液，同时启动搅拌机进行搅拌，设定搅拌机转速为120转/min，通过在线ph监测仪判定ph值为3-4时，停止加药，搅拌反应5min，向反应器中加入fe²⁺、h2o2，反应1h后静沉30min，将上清液泵至沉淀池中，根据需要加入酸碱液调节ph值至8，加入pac、pam进行混凝、絮凝沉淀。必要时出水在混合池中用工艺出水稀释，稀释至低于6500mg/lcod为宜，并调节水质中碱度（以caco3计）在2000-3000mg/l，泵入egsb反应器内反应，设定水力停留时间为12h，出水经接触氧化反应及二沉池处理排入市政排水管网。处理过程中产生的泥渣排入污泥浓缩池经压缩后外运填埋处置。

试验表明，该工艺流程中芬顿氧化的效率可达80%，工艺平均出水codcr低于500mg/l，去除率达95%以上。

根据实例运行数据，采用芬顿氧化、沉淀、混合、egsb反应器内微生物反应、接触氧化和二次沉淀组合工艺处理实验室高浓度有机废液，有机物降解率达95%以上，出水满足《污水排入城镇下水道水质指标》（cj343-2010）。