專利名稱：表面處理廢水中氨氮和cod的處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面處理廢水氨氮和COD的處理設(shè)備，尤其適用于表面處理廢水低濃度氨氮和COD的處理。
背景技術(shù)：
在電子、電鍍、表面處理以及印刷線路板等行業(yè)，廢水中有機(jī)物的主要來源為鍍件的前處理廢水。廢水中含有表面活性劑、預(yù)膜劑、緩蝕劑等有機(jī)物質(zhì)，工藝中也經(jīng)常會(huì)使用氨水、氯化銨等化學(xué)藥品。這些有機(jī)物和氨類藥品的使用勢必會(huì)引起所排放的廢水中氨氮和COD (化學(xué)需氧量)超標(biāo)。目前，《表面處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21900-2008)中對于氨氮和COD的排放做了更加嚴(yán)格的限制，規(guī)定新建企業(yè)氨氮彡15mg · COD ( 80mg · L—1。因此必須研究經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法解決表面處理廢水氨氮和COD的達(dá)標(biāo)問題。常規(guī)的處理氨氮的方法有折點(diǎn)加氯法和沸石吸附法等。折點(diǎn)加氯法加藥量難以控制，而且對于水量大的情況，處理成本高。沸石吸附法中，沸石吸附廢水中的氨氮后需要再生，再生過程較繁瑣，而且沸石吸附的效果有限。常規(guī)處理廢水COD的方法有高級氧化法、活性碳吸附法等，這兩種方法處理成本均很高。高級氧化法需要配備投資大的高級氧化裝置，而且對于臭氧等高級氧化物的利用率不高，經(jīng)濟(jì)性較差?；钚蕴嘉椒m然可一定程度降低COD的含量，但是需要頻繁更換活性碳，成本高、操作復(fù)雜。對于同時(shí)含有氨氮和COD的廢水的處理，目前多采用生化法，但是在表面處理領(lǐng)域由于表面處理廢水中金屬離子含量高，毒性強(qiáng)，阻礙了生化法在表面處理廢水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于表面處理廢水的氨氮和COD的處
理設(shè)備。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是一種表面處理廢水中氨氮和COD 的處理設(shè)備，包括鐵碳微電解反應(yīng)池、加藥泵、沉淀池、水解酸化池和膜生物反應(yīng)器。鐵碳微電解反應(yīng)池通入表面處理廢水，在PH值為2-4的環(huán)境下進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)。反應(yīng)完成后，加藥泵向鐵碳微電解反應(yīng)池中注入堿液，以調(diào)節(jié)PH值大于等于9，使金屬離子產(chǎn)生沉淀。沉淀池連接鐵碳微電解反應(yīng)池的輸出，廢水通入沉淀池，進(jìn)行固液分離，沉淀通過排泥口排出。水解酸化池連接沉淀池，輸入沉淀池的上清液，并進(jìn)行水解酸化。膜生物反應(yīng)器連接水解酸化池，輸入水解酸化后的廢水，通過膜生物法去除廢水中的氨氮和COD。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該鐵碳微電解反應(yīng)池的原料為鐵刨花。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該鐵碳微電解反應(yīng)池的原料為鐵和碳的組合。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的設(shè)備還包括曝氣頭，用以在進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)的同時(shí)，往鐵碳微電解反應(yīng)池中通入空氣或氧氣。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的設(shè)備還包括曝氣裝置，用以在膜生物法去除廢水中的氨氮和COD的同時(shí)，向膜生物反應(yīng)器中注入空氣或氧氣。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用鐵碳混凝去除廢水中的金屬離子，降低表面處理廢水中殘存重金屬對微生物的毒性，然后再采用生化法進(jìn)行氨氮和COD的去除，可使出水氨氮彡15mg · COD彡80mg · 達(dá)到國家對表面處理廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的處理設(shè)備圖。圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的處理流程圖。圖3示出本發(fā)明另一實(shí)施例的處理流程圖。圖4示出本發(fā)明又一實(shí)施例的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，表面處理廢水中通常含有Cr6+、Cu2+、Ni+等金屬離子，當(dāng)廢水中的金屬離子含量高時(shí)，因其較強(qiáng)的毒性，使得生化法無法順利應(yīng)用。因此，去除廢水中的金屬離子將成為應(yīng)用生化法的前提。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的構(gòu)思，采用鐵碳微電解、水解酸化、膜生物法工藝結(jié)合的方式來去除表面處理廢水中的氨氮和COD。鐵碳微電解是當(dāng)將鐵屑和碳顆粒浸沒在酸性廢水中時(shí)，廢水中會(huì)形成無數(shù)個(gè)微原電池。這些微電池是以鐵作為陽極，碳作為陰極，在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的。反應(yīng)的結(jié)果是鐵氧化為三價(jià)的鐵離子進(jìn)入溶液。由于調(diào)節(jié)PH值至堿性后三價(jià)鐵離子發(fā)生水解而產(chǎn)生混凝作用，形成比較穩(wěn)定的絮凝物而去除。結(jié)合PH值的調(diào)節(jié)，鐵碳微電解可以混凝沉淀去除水中的金屬離子。鐵碳微電解的額外好處是提高了廢水的可生化性，這將在后文中予以描述，這對于后續(xù)工藝是十分有利的。水解酸化可進(jìn)一步提高廢水的可生化性。大分子有機(jī)物想要被微生物所利用，必須先水解為小分子有機(jī)物，這樣才能進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)一步降解。水解是指有機(jī)物進(jìn)入微生物細(xì)胞前、在胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，微生物通過釋放胞外自由酶或連接在細(xì)胞外壁上的固定酶來完成生物催化反應(yīng)；酸化階段是有機(jī)物降解的提速過程，因?yàn)樗鼘⑺夂蟮男》肿佑袡C(jī)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外，酸化是一類典型的發(fā)酵過程，微生物的代謝產(chǎn)物主要是各種有機(jī)酸。從機(jī)理上講，水解和酸化是厭氧消化過程的兩個(gè)階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。水解酸化-好氧生物處理工藝中的水解目的主要是將原有廢水中的非溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，特別是工業(yè)廢水，主要將其中難于生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谏锝到獾挠袡C(jī)物，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧處理?？紤]到后續(xù)好氧處理的能耗問題，水解主要用于低濃度難降解廢水的預(yù)處理。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的處理設(shè)備圖。在該設(shè)備中，包含鐵碳微電解反應(yīng)池1、曝氣泵2、曝氣頭4、沉淀池5、水解酸化池7、膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor, MBR)9、膜組件10和曝氣裝置11。按照工藝順序，鐵碳微電解反應(yīng)池1、沉淀池5、水解反應(yīng)器7、MBR反應(yīng)器9通過管路和必要的泵依次連接。鐵碳微電解反應(yīng)池1內(nèi)裝有鐵刨花，或者鐵粉和活性炭組合成的原料3。鐵碳微電解反應(yīng)池1內(nèi)放置曝氣頭4，外部的曝氣泵2通過曝氣頭4向鐵碳微電解反應(yīng)池1注入空氣或氧氣。加藥泵12可向反應(yīng)池1中注入堿液，如NaOH，以調(diào)節(jié)pH值。沉淀池5為斜板沉淀池，其底部是排泥口 6。水解酸化池7內(nèi)包含填料8。水解酸化池借鑒化學(xué)工程中填充塔內(nèi)的惰性固體物料，用來增大廢水和污泥的接觸面，提高水中被降解有機(jī)物的傳質(zhì)速率。填料分為軟性、半軟性、彈性等類型，在水解酸化池中適合采用半軟性填料，填料中的軟性部分用來均勻附著活性污泥，避免發(fā)生短流現(xiàn)象，硬性部分作為支撐，使活性污泥在反應(yīng)器的豎直方向均勻分布，提高去除效率。在MBR反應(yīng)器9中，設(shè)置膜組件10，以及曝氣裝置11。曝氣裝置11連接到曝氣泵 2，曝氣裝置11用于向MBR反應(yīng)器9中注入空氣或氧氣。圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的廢水處理流程。現(xiàn)在參照圖1和圖2所示，描述一實(shí)施例的廢水處理流程。在這一實(shí)施例中，表面處理廢水中含有鉻離子、銅離子、鎳離子等金屬離子，氨類有機(jī)物以及其他有機(jī)物，這些其他有機(jī)物可以用COD指標(biāo)來衡量。下面描述廢水處理的流程。在步驟S12，將廢水通入鐵碳微電解反應(yīng)池1中，進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)。表面處理廢水中通常含有Cr6+、Cu2+、Ni+等金屬離子，可使用鐵碳微電解法處理，利用鐵刨花或者鐵粉+活性炭為鐵碳反應(yīng)的原材料，在PH = 3-4的環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)。通過鐵屑形成無數(shù)個(gè)i^e-C微電池，鐵為陽極，碳為陰極，不斷產(chǎn)生的狗2+可將Cr6+還原為Cr3+。不斷生成的1 2+可與重金屬離子在氧化條件下發(fā)生鐵氧體配合反應(yīng)，重金屬與鐵氧體形成共結(jié)晶或吸附于其表面。在一實(shí)施例中，通過曝氣頭4的曝氣，使表面處理廢水在反應(yīng)池1內(nèi)與鐵刨花充分接觸，提高傳質(zhì)速度。在步驟S14，將鐵碳微電解反應(yīng)池中廢水的pH值調(diào)節(jié)到9-10之間。將與鐵碳充分接觸的表面處理廢水出水的PH值調(diào)節(jié)至9-10左右，可使廢水中的各種金屬離子產(chǎn)生沉淀。 同時(shí)，鐵碳微電解過程中產(chǎn)生的狗3+離子發(fā)生水解，產(chǎn)生一系列含有羥基的簡單單核配離子，它們進(jìn)一步發(fā)生高分子縮聚反應(yīng)形成以羥基架橋聯(lián)結(jié)的帶有高點(diǎn)和的多核離子，并向膠體型轉(zhuǎn)化，最終形成大顆粒的大量的狗(OH) 3沉淀，在這一過程中，多核配離子不僅對膠粒產(chǎn)生電性中和作用，降低了 ξ電位，發(fā)生聚集，而且它的鏈狀線性結(jié)構(gòu)可以在已經(jīng)中和的膠粒之間起粘接架橋作用，使它們很快凝成較大的絮體，加速沉淀，網(wǎng)捕卷掃了 Cr(OH)3 等微小沉淀顆粒，提高了去除率。鐵碳微電解的另一個(gè)作用就是破壞絡(luò)合物，表面處理廢水中經(jīng)常含有檸檬酸、草酸等物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)與金屬離子形成絡(luò)合物，僅用簡單的化學(xué)沉淀無法將金屬離子去除。 但在酸性條件下，一些檸檬酸、草酸等產(chǎn)生的絡(luò)合物最不穩(wěn)定，在此情況下，F(xiàn)e2+的存在可以將絡(luò)合狀態(tài)的Cu2+、Ni+等金屬離子置換出來，再通過調(diào)高pH值沉淀，易于將Cu2+、Ni+等離子處理到達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。通過鐵碳微電解還可以提高廢水的可生化性鐵刨花由鐵屑、純鐵和碳及一些雜質(zhì)組成，當(dāng)鐵刨花浸入廢水時(shí)，以水為電解質(zhì)構(gòu)成了成千上萬個(gè)微小的原電池，金屬鐵作為反應(yīng)的陽極，碳及雜質(zhì)作為反應(yīng)的陰極。當(dāng)反應(yīng)體系中有焦炭等宏觀陰極材料存在時(shí)，又可以組成宏觀原電池。由電極反應(yīng)的電極電位可知，在廢水呈弱酸性且曝氣情況下反應(yīng)速率最快，鐵碳在酸性條件下產(chǎn)生大量的新生態(tài)狗2+，鐵是活潑元素，具有較高的化學(xué)還原活性， 還原有機(jī)污染物中的氧化性基團(tuán)，酸性溶液中，電極反應(yīng)所產(chǎn)生的新生態(tài)[H]，能與溶液中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在微電解的過程中還會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)，期間所生成的羥基自由基OH ·具有極強(qiáng)的氧化性，可使有機(jī)物部分或完全氧化，從而提高B/C比。Fe2++02+H+ — Fe3++H20Fe2++H20 — Fe3++H202Fe2++H202 — Fe3++0『+0H ·Fe2++0r — Fe3++0H ·在步驟S16，將廢水從鐵碳微電解反應(yīng)池1通入斜板沉淀池5，在沉淀池中停留一段時(shí)間，使固液分離，沉淀的污泥最終通過排泥口 6排出。在步驟S18，通過沉淀池5沉淀后的上清液以上流式進(jìn)入水解酸化池7，進(jìn)行水解酸化。表面處理廢水中有機(jī)物的主要來源為鍍件的前處理廢水。廢水中含有表面活性齊U、預(yù)膜劑、緩蝕劑等有機(jī)物質(zhì)，分子量較高，分子較大，不易通過微生物的細(xì)胞膜，因此較難為細(xì)菌直接利用。通過水解過程，細(xì)菌胞外酶可將這些大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，使其能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用，從而提高廢水的可生化性。在步驟S20，經(jīng)過水解酸化的廢水從水解酸化池7頂部流出，進(jìn)入MBR反應(yīng)器9，通過生化法去除廢水中的氨氮和COD。具體地說，通過MBR反應(yīng)器9中的活性污泥對有機(jī)物的降解作用實(shí)現(xiàn)COD的去除。 同時(shí)，膜組件10完成固液分離，節(jié)省了二沉池，使出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零。 膜分離也使微生物完全被截留在MBR反應(yīng)器10內(nèi)，使活性污泥系統(tǒng)內(nèi)微生物的濃度保持在較高水平，且反應(yīng)器對進(jìn)水負(fù)荷的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)；由于微生物被完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的生長，系統(tǒng)硝化效率進(jìn)一步得以提高，同時(shí)，可增加難降解有機(jī)物在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)的水力停留時(shí)間，提高了難降解有機(jī)物的去除效率。圖3示出本發(fā)明另一實(shí)施例的處理流程圖。參照圖3所示，與圖2所示流程不同的是，增加了步驟S10。具體地說，如果表面處理廢水中含有氰(CN_)離子，需要首先進(jìn)行破氰處理，可將廢水的PH值調(diào)節(jié)至9左右，加入次氯酸鈉(NaClO)溶液。當(dāng)廢水中CN^離子已經(jīng)破除后， 再對該廢水進(jìn)行沉淀過濾，濾液進(jìn)行鐵碳及后續(xù)處理S12-S20。判定廢水中CN_離子已經(jīng)破除的方法可以是當(dāng)PH值升高至11. 5左右，且淀粉碘化鉀試紙有紫色出現(xiàn)。同時(shí)在鐵碳微電解反應(yīng)中，曝氣中的氧氣可將部分殘余CN—氧化為CN0—或完全氧化為N2。在以上的兩個(gè)實(shí)施例中，表面處理廢水經(jīng)過鐵碳微電解和化學(xué)沉淀預(yù)處理后，金屬離子絕大部分已經(jīng)去除，剩余的金屬離子濃度較低。在廢水生物處理中應(yīng)嚴(yán)格控制有毒物質(zhì)允許濃度，但有毒物質(zhì)濃度的允許范圍尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，建議參考表1中的數(shù)值。有了鐵碳微電解和化學(xué)沉淀預(yù)處理作保障后，出水才可以進(jìn)入后續(xù)的生化系統(tǒng)中。表1.廢水生物處理有毒物質(zhì)允許濃度
權(quán)利要求
1.一種表面處理廢水中氨氮和COD的處理設(shè)備，包括鐵碳微電解反應(yīng)池，通入表面處理廢水，在PH值為2-4的環(huán)境下進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)；加藥泵，向鐵碳微電解反應(yīng)池中注入堿液，以調(diào)節(jié)PH值大于等于9，使金屬離子產(chǎn)生沉淀；沉淀池，連接鐵碳微電解反應(yīng)池的輸出，廢水通入沉淀池后，進(jìn)行固液分離，污泥通過排泥口排出；水解酸化池，連接沉淀池，輸入沉淀池的上清液，并進(jìn)行水解酸化；以及膜生物反應(yīng)器，連接水解酸化池，輸入水解酸化后的廢水，通過膜生物法去除廢水中的氨氮和COD。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該鐵碳微電解反應(yīng)池的原料為鐵刨花。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該鐵碳微電解反應(yīng)池的原料為鐵和碳的組I=I O
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括曝氣頭，用以在進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)的同時(shí)，往鐵碳微電解反應(yīng)池中通入空氣或氧氣。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括曝氣裝置，用以在膜生物法去除廢水中的氨氮和COD的同時(shí)，向膜生物反應(yīng)器中注入空氣或氧氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面處理廢水中氨氮和COD的處理設(shè)備，包括鐵碳微電解反應(yīng)池、加藥泵、沉淀池、水解酸化池和膜生物反應(yīng)器。鐵碳微電解反應(yīng)池通入表面處理廢水，在pH值為2-4的環(huán)境下進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)。反應(yīng)完成后，加藥泵向鐵碳微電解反應(yīng)池中注入堿液，以調(diào)節(jié)pH值大于等于9，使金屬離子產(chǎn)生沉淀。通過鐵碳微電解的處理，可去除對生化法有負(fù)面影響的金屬離子，同時(shí)提高廢水的可生化性。沉淀池連接鐵碳微電解反應(yīng)池的輸出，廢水通入沉淀池，進(jìn)行固液分離，沉淀通過排泥口排出。水解酸化池連接沉淀池，輸入沉淀池的上清液，進(jìn)行水解酸化，以提高廢水的可生化性。膜生物反應(yīng)器連接水解酸化池，輸入水解酸化后的廢水，通過膜生物法去除廢水中的氨氮和COD。
文檔編號C02F9/14GK102531273SQ20101061846
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者付丹, 李冰璟 申請人:上海輕工業(yè)研究所有限公司