难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置

摘要

本发明涉及一种难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置，该装置包括：折流板Fenton反应器(6)，沉淀池(12)，折流板厌氧池(15)，接触氧化池(18)，待处理废水依次流经折流板Fenton反应器的各反应池进行反应后，进入沉淀池沉淀，沉淀池中的上清液再依次进入折流板厌氧池的各个隔间进行厌氧消化，经折流板厌氧池厌氧处理后的水进入接触氧化池进行好氧处理，处理后的出水进入斜管沉淀池，经斜管沉淀池二次沉淀的污泥通过污泥回流泵回折流板厌氧池最前端，实现剩余污泥减量化，处理后的水存于中水池。与现有技术相比，本发明具有药剂使用效率高，能耗低，结构简单，污泥消解效率和产气量有显著提高等优点。

说明书

技术领域

本发明属于环境工程及污水处理工程领域，尤其是涉及一种以Fenton氧化作 为预处理，结合厌氧和好氧生物处理法，处理难生物降解废水的新装置和工艺。

背景技术

近年来，随着工业的迅速发展，工业废水的种类和排放量日益增多，成分更加 复杂，农药、印染、医药和化工等工业废水中含有许多毒性和难降解有机污染物， 如酚、多氯联苯、多环芳烃等。废水不仅成份复杂、有机物浓度高、生物降解性差， 处理难度越来越大，对环境的危害尤为严重，有些污染物还具有致癌、致畸、致突 变等作用。另一方面，随着人们环保意识的不断提高，人们对工业废水的排放要求 也越来越高，而传统的物理、化学和生物废水处理方法已难以满足这一要求。一些 废水，如化工厂废水、印染废水、焦化废水等，经处理后，水中残留部分难生物降 解有机物，无法简单的通过絮凝沉淀或气浮等物化方法去除。

难生物降解废水往往同时具有以下特点：(1)废水的COD浓度高：有的高达 几万甚至几十万mg/L，一经排入水体中，就会大量消耗水中溶解氧，造成水体严 重缺氧；(2)生物可降解性能差：废水中含有大量结构复杂的有机物，如染料废水 中的蒽醌、联苯类有机物等，极难生物降解；(3)水质不稳定：受生产影响，水质 成分复杂且变化大，废水中含有大量的生产原料、中间体、副产物。如在漂染厂废 水，不同时段生产不同的产品，不同时段废水的颜色都不一样，废水中可检测出几 十种有机化合物，时而呈强碱性，时而呈中性或酸性。

目前，大部分成分简单、生物降解性好、浓度较低的废水都可以通过现有处理 技术的优化组合达标排放，而许多生物降解性差的废水治理工作在技术上有很大的 困难，有些废水虽然通过多种工艺组合后处理能达到排放标准，但由于工艺过于复 杂，处理成本太高，难于控制，不易被厂家接受。

目前现状而言，采用某种单一技术来解决该类废水的污染问题，在经济和技术 上都是不可能的。必须根据废水的性质、数量、需要去除的物质和排放标准，选用 数种有效的处理方法优化组合，才能达到治理要求。对于难生物降解的废水，生化 前预处理的方法很多，主要有，如絮凝沉淀、气浮、微电解、化学氧化和厌氧水解 酸化等。根据废水中所含污染物的性质可选用合适的技术，如含油较多的炼油废水， 生化前采用隔油工艺；对于悬浮物质较多的废水，可采用混凝沉淀或气浮去除部分 毒性物质或悬浮物等工艺；对含可溶性有机物较多废水，可用化学氧化法，如微电 解、湿式氧化法、超临界水氧化法、臭氧氧化法、氯氧化法、光催化氧化法及Fenton 氧化法等。总体来说，Fenton氧化法作为预处理，是比较可行和比较经济的处理方 式之一。

1894年，英国人H.J.H.Fenton发现采用Fe²⁺/H₂O₂体系能氧化多种有机物。后 人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统 废水处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是Fe²⁺催化分解H₂O₂，生成强氧 化性的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解，将废水中的大分 子有机物分解成小分子物质，可提升废水可生化性。但常规的均相Fenton体系也 具有不足之处，主要表现为，H₂O₂的利用率低和产生大量的含铁污泥，使处理成本 高且造成二次污染。Fenton后续厌氧工艺处理有机废水时，如果废水中含有一定浓 度的硫酸盐，硫酸盐还原菌(SRB)就会不可避免地繁殖起来，进行硫酸盐还原反 应，给正常的厌氧消化带来不利影响，硫酸盐还原菌(SRB)和产甲烷细菌(MPB) 竞争有机底物而降低废水的厌氧消化产甲烷效率，对MPB产生抑制作用而导致厌 氧工艺的恶化，甚至有时会导致厌氧反应系统的崩溃。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的缺陷和不足，提供一种难生物降解废水 的高级氧化-生物法处理装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种难生物降解废水的高级氧化 -生物法处理装置，其特征在于，该装置包括：

折流板Fenton反应器，该折流板Fenton反应器由隔板分隔成5个反应池，分 别为：加酸池、加亚铁池、Fenton主反应池、加碱池和加PAM池，其中加酸池内 设有加酸装置、加亚铁池内设置加亚铁装置、Fenton主反应池内设置加H₂O₂装置、 加碱池内设置加碱装置、加PAM池内设置加絮凝剂PAM装置；所述的Fenton主 反应池、加碱池和加PAM池底部均设有鼓风曝气口，各鼓风曝气口均连接曝气风 机；

沉淀池，该沉淀池连接折流板Fenton反应器；

折流板厌氧池，该折流板厌氧池与沉淀池的出水口连接，折流板厌氧池由隔板 分隔成6个隔间，各隔间顶部设有沼气收集管路，各隔间内装有立体弹性填料；

接触氧化池，与折流板厌氧池的出水口连接，接触氧化池出水进入斜管沉淀池， 经斜管沉淀池二次沉淀的污泥通过污泥回流泵回折流板厌氧池最前端，实现剩余污 泥减量化，处理后的水存于中水池。

所述的折流板Fenton反应器内设有固定于其顶部的5个导流板和固定于其底 部的4个隔板，各导流板与折流板Fenton反应器底部之间设有间隙，各隔板与折 流板Fenton反应器顶部之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成反应池；

所述的折流板厌氧池内设有固定于其顶部的6个导流板和固定于其底部的5 个隔板，各导流板与折流板厌氧池底部之间设有间隙，各隔板与折流板厌氧池顶部 之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成隔间；

各导流板均为夹角为120°的折板。

所述的加酸装置包括酸液储罐，以及连接酸液储罐与加酸池的管道和导流板； 其中酸液储罐中的酸液为硝酸、或硝酸和硫酸的混合酸，通过加酸装置控制酸液的 加入量，使得COD/SO₄^2-添加量控制在3以上，加酸后pH在3-4。

所述的加亚铁装置包括亚铁储罐，以及连接亚铁储罐与加亚铁池的管道和导流 板，其中亚铁储罐中装有硝酸亚铁、或硝酸亚铁和硫酸亚铁的混合物。

所述的Fenton主反应池内添加无机填料，所述的无机填料包括陶粒、废活性 炭或废合成树脂，作为惰性载体。

所述的Fenton主反应池内液面的上升流速控制在10-60m/h以内，主要通过池 体的横截面积和高度来进行参数控制。

所述的曝气风机为罗茨风机，通过曝气风机向Fenton主反应池、加碱池和加 PAM池曝气，利用氧气提高Fenton处理效果和节省药剂投加量，且起到搅拌和提 高填料的流化效果。

待处理废水依次流经折流板Fenton反应器的各反应池进行反应后，进入沉淀 池沉淀，沉淀池含铁污泥部分压滤外运，部分通过回流泵将沉淀池产生的含铁污泥 回流到加酸池，加酸池内低pH溶解铁盐，循环利用铁作为催化剂；沉淀池中的上 清液再依次进入折流板厌氧池的各个隔间进行厌氧消化。

所述的折流板厌氧池最后一隔间底部产生的剩余污泥通过污泥泵回流进第一 隔间，再次进行厌氧消化，折流板厌氧池的各个隔间产生的沼气通过顶部沼气收集 管路收集作为清洁能源使用。

所述的接触氧化池内有弹性填料，通过罗茨风机向接触氧化池下部的软管送风 曝气。

本发明是针对现有Fenton反应器和工艺的不足，使用一种新型一体化非均相 折流板Fenton连续反应器，同时少硫酸盐工艺有利于提高Fenton氧化后，后续厌 氧消化效果及整个生物处理难生物降解废水的处理效果，斜管沉淀池的污泥用污泥 回流泵泵回厌氧池最前端，实现剩余污泥减量化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点。

(1)本发明的折流板Fenton反应器可以连续投加药剂，便于与其它单元联合 使用；

(2)多点分别投加药剂可以提高处理效果和药剂使用效率，惰性载体的引入 可以减少亚铁盐的投加量和含铁污泥的产生量；

(3)折流板构型的Fenton反应器和厌氧反应器可以减少能量的消耗，通过 水力高程差实现物料的流动和均匀分布；

(4)少硫酸根使用的该工艺，可以在保证Fenton氧化效果的基础上，提高 厌氧消化的效果；

(5)Fenton反应器三个池体内曝气可以起到搅拌、减少H₂O₂药剂消耗和提 高氧化效果的目的；

(6)各单元后端污泥回流到前端，可以提高处理效率，并实现污泥减量化。

附图说明

图1为剩余污泥Fenton氧化耦合厌氧消化的装置示意图。

图中：1、加酸装置，2、加亚铁装置，3、加H₂O₂装置，4、加碱装置，5、 加絮凝剂PAM装置，6、折流板Fenton反应器，7、加酸池，8、加亚铁池，9、Fenton 主反应池，10、加碱池，11、加PAM池，12、沉淀池，13、风机，14、回流泵， 15、折流板厌氧消化池，16、沼气收集管路，17、污泥泵，18：接触氧化池，19： 斜管沉淀池，20：中水池，21：罗茨风机，22：污泥回流泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例以本发明方案为前 提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。

如图1所示，一种难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置，该装置主要 包括三大单元构成：第一单元氧化反应器即折流板Fenton反应器6，第二单元折流 板厌氧池15，第三单元接触氧化池18，其中：

折流板Fenton反应器6，所述的折流板Fenton反应器6内设有固定于其顶部 的5个导流板和固定于其底部的4个隔板将折流板Fenton反应器6分隔成5个反 应池，各导流板与折流板Fenton反应器6底部之间设有间隙，各隔板与折流板 Fenton反应器6顶部之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成反应池，各导流 板均为夹角为120°的折板；5个反应池，分别为：加酸池7、加亚铁池8、Fenton 主反应池9、加碱池10和加PAM池11，其中加酸池7内设有加酸装置1、加亚铁 池8内设置加亚铁装置2、Fenton主反应池9内设置加H₂O₂装置3、加碱池10内 设置加碱装置4、加PAM池11内设置加絮凝剂PAM装置5；所述的Fenton主反 应池9、加碱池10和加PAM池11底部均设有鼓风曝气口，各鼓风曝气口均连接 曝气风机13；

沉淀池12，该沉淀池12连接折流板Fenton反应器6；

折流板厌氧池15，折流板厌氧池15与沉淀池12的出水口连接，所述的折流 板厌氧池15内设有固定于其顶部的6个导流板和固定于其底部的5个隔板将折流 板厌氧池15分隔成6个隔间，各导流板与折流板厌氧池15底部之间设有间隙，各 隔板与折流板厌氧池15顶部之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成隔间； 各导流板均为夹角为120°的折板。各隔间顶部设有沼气收集管路16，各隔间内装 有立体弹性填料；所述的折流板厌氧池15最后一隔间底部产生的剩余污泥通过污 泥泵17回流进第一隔间，再次进行厌氧消化，折流板厌氧池15的各个隔间产生 的沼气通过顶部沼气收集管路16收集作为清洁能源使用。

接触氧化池18，接触氧化池18内有弹性填料，通过罗茨风机21向接触氧化 池18下部的软管送风曝气。接触氧化池18与折流板厌氧池15的出水口连接，接 触氧化池18出水进入斜管沉淀池19，经斜管沉淀池19二次沉淀的污泥通过污泥 回流泵22回折流板厌氧池15最前端，实现剩余污泥减量化，处理后的水存于中水 池20。

所述的加酸装置1包括酸液储罐，以及连接酸液储罐与加酸池7的管道和导流 板；其中酸液储罐中的酸液为硝酸、或硝酸和硫酸的混合酸，通过加酸装置1控制 酸液的加入量，使得COD/SO₄^2-添加量控制在3以上，加酸后pH在3-4。

所述的加亚铁装置2包括亚铁储罐，以及连接亚铁储罐与加亚铁池8的管道和 导流板，其中亚铁储罐中装有硝酸亚铁、或硝酸亚铁和硫酸亚铁的混合物。

所述的Fenton主反应池9内添加无机填料，所述的无机填料包括陶粒、废活 性炭或废合成树脂，作为惰性载体。

所述的Fenton主反应池9内液面的上升流速控制在10-60m/h以内，主要通过 池体的横截面积和高度来进行参数控制。

所述的曝气风机13为罗茨风机，通过曝气风机13向Fenton主反应池9、加碱 池10和加PAM池11曝气，利用氧气提高Fenton处理效果和节省药剂投加量，且 起到搅拌和提高填料的流化效果。

待处理废水依次流经折流板Fenton反应器6的各反应池进行反应后，进入沉 淀池12沉淀，沉淀池12含铁污泥部分压滤外运，部分通过回流泵14将沉淀池产 生的含铁污泥回流到加酸池7，加酸池7内低pH溶解铁盐，循环利用铁作为催化 剂；沉淀池12中的上清液再依次进入折流板厌氧池15的各个隔间进行厌氧消化， 经折流板厌氧池15厌氧处理后的水进入接触氧化池18进行好氧处理，处理后的出 水进入斜管沉淀池19，经斜管沉淀池19二次沉淀的污泥通过污泥回流泵22回折 流板厌氧池15最前端，实现剩余污泥减量化，处理后的水存于中水池20。

实施例1

该难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置，处理COD浓度为850mg/L 某印染厂废水，该装置包括以下工艺步骤：

(1)需处理的废水从集水井泵进折流板Fenton反应器6。首先废水进入加酸 池7。开启加酸装置1，将硝酸/硫酸(1∶1)混合酸加在加酸池前端，调节pH控制 在3.0左右，用加亚铁装置2向加亚铁池8加入硝酸亚铁50mg/L，在Fenton主反 应池9进口端，通过H₂O₂投加装置3加入350mg/L H₂O₂，Fenton主反应池9内反 应30min。反应完全后，进入加碱池10，用加碱装置4投加NaOH调节pH至9.0， 后在加PAM池11前端用加PAM装置5投加加2mg/L阴离子PAM絮凝后，流入 沉淀池12。沉淀池12底部的含铁积泥用回流泵14将部分排入加酸池7，以循环利 用。同时曝气风机13连续向Fenton主反应池9、加碱池10和加PAM池11池中 曝气。

(2)Fenton反应器出水进入折流板厌氧反应器15，其有6隔间，最后一隔间 底部产生的剩余污泥用污泥泵17泵回进第一隔间，补充厌氧污泥。其水力停留时 间为12h。沼气通过各隔间顶部收集管路16收集后可做清洁能源使用；

(3)厌氧出水进入到接触氧化池18，其内有弹性填料，通过罗茨风机21向 池下部的软管曝气，出水进入斜管沉淀池19，保证出水水质。沉淀池19污泥泵回 厌氧池15最前端，实现剩余污泥减量化；

(4)折流板Fenton反应器6的水力停留时间约50min，折流板厌氧反应器15 水力停留时间为12h，接触氧化池18水力停留时间为18h。出水COD降至90mg/L 以下，色度小于50。

实施例2

该难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置，处理COD浓度为1980mg/L 某化工废水，该装置包括以下工艺步骤：

(1)需处理的污水从集水井泵进折流板Fenton反应器6。首先废水进入加酸 池7。开启加酸装置1，将硝酸/硫酸(1∶1)混合酸加在加酸池前端，调节pH控制 在3.5左右，用加亚铁装置2向加亚铁池8加入硝酸亚铁160mg/L，在Fenton主反 应池9进口端，通过H₂O₂投加装置3加入1000mg/L H₂O₂，Fenton主反应池9内 反应50min。反应完全后，进入加碱池10，用加碱装置4投加NaOH调节pH至 9.5，后在加PAM池11前端用加PAM装置5投加3mg/L阴离子PAM絮凝后，流 入沉淀池12。沉淀池12底部的含铁积泥用回流泵14将部分排入加酸池7，以循环 利用。同时曝气风机13连续向Fenton主反应池9、加碱池10和加PAM池11池 中曝气。

(2)Fenton反应器出水进入折流板厌氧反应器15，其有6隔间，最后一隔间 底部产生的剩余污泥用污泥泵17泵回进第一隔间，补充厌氧污泥。其水力停留时 间为18h。沼气通过各隔间顶部收集管路16收集后可做清洁能源使用；

(3)厌氧出水进入到接触氧化池18，其内有弹性填料，通过罗茨风机21向 池下部的软管曝气，出水进入斜管沉淀池19，保证出水水质。沉淀池19污泥泵回 厌氧池15最前端，实现剩余污泥减量化；

(4)折流板Fenton反应器6的水力停留时间约70min，折流板厌氧反应器15 水力停留时间为18h，接触氧化池18水力停留时间为24h。出水COD降至120mg/L 以下。

实施例3

该难生物降解废水的高级氧化-生物法处理装置，处理COD浓度为4572mg/L 某制药厂废水，该装置包括以下工艺步骤：

(1)需处理的污水从集水井泵进折流板Fenton反应器6。首先废水进入加酸 池7。开启加酸装置1，将硝酸/硫酸(1∶1)混合酸加在加酸池前端，调节pH控制 在3.5左右，用加亚铁装置2向加亚铁池8加入硝酸亚铁500mg/L，在Fenton主反 应池9进口端，通过H₂O₂投加装置3加入3000mg/L H₂O₂，Fenton主反应池9内 反应80min。反应完全后，进入加碱池10，用加碱装置4投加NaOH调节pH至 8.5，后在加PAM池11前端用加PAM装置5投加4mg/L阴离子PAM絮凝后，流 入沉淀池12。沉淀池12底部的含铁积泥用回流泵14将部分排入加酸池7，以循环 利用。同时曝气风机13连续向Fenton主反应池9、加碱池10和加PAM池11池 中曝气。

(2)Fenton反应器出水进入折流板厌氧反应器15，其有6隔间，最后一隔间 底部产生的剩余污泥用污泥泵17泵回进第一隔间，补充厌氧污泥。其水力停留时 间为24h。沼气通过各隔间顶部收集管路16收集后可做清洁能源使用；

(3)厌氧出水进入到接触氧化池18，其内有弹性填料，通过罗茨风机21向 池下部的软管曝气，出水进入斜管沉淀池19，保证出水水质。斜管沉淀池19污泥 泵回厌氧池15最前端，实现剩余污泥减量化；

(4)折流板Fenton反应器6的水力停留时间约120min，折流板厌氧反应器 15水力停留时间为24h，接触氧化池18水力停留时间为36h。出水COD降至 150mg/L以下。