公布日：2024.12.17
申請日：2024.10.30
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/56(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/66(2023.01)N;C02F3/34(2023.01)N;C02F3/12(2023.01)N;C02F1
/24(2023.01)N;C02F11/121(2019.01)N;C02F103/28(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明提供了一種造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，主要通過對有機高濃廢水進行預處理，通過添加紅土乳液，使得污水中的顆粒物質、纖維聚團被吸附形成大顆粒或大聚團，從而促進絮凝效果和效率，在斜管混凝澄清區實現高效的泥水分離；旨在降低漿渣廢水進入污水處理系統的COD和SS濃度，有助于維持足夠的微生物量以有效去除廢水中的有機物質，同時避免因污泥濃度過高導致的氧氣供應不足和沖擊微生物的問題；提高活性污泥法的處理效率，確保微生物有足夠的生長空間和營養物質，從而提高污水處理效率，同時保障了微生物的穩定性。同時，對污泥進行深度脫水，使其達到送生物質鍋爐的白摻燒的要求，實現污泥無害化、資源化、清潔化處理。
權利要求書
1.一種造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于包括：預處理段：有機高濃廢水與污泥脫水濾液混合稀釋后，加入按重量比0.1％～0.5％的紅土乳液并攪拌混合均勻，添加預制的絮凝劑并攪拌混合均勻，進入斜管混凝澄清區進行第一次絮凝沉降實現泥水分離，沉降的污泥進入污泥槽，澄清的污水從頂部流入中和池；綜合處理段：混合后的廢水進行冷卻和均質處理后送入微生物處理段采用活性污泥法，通過射流曝氣提供足夠的溶解氧來支持微生物的生長；污泥濃度可控制在3500-5000mg/L；經過微生物處理后的污水進入澄清池，污泥沉降后被循環回曝氣池繼續使用，多余的污泥則被轉移到污泥槽；澄清的污水進行二次絮凝沉降后，進入氣浮池泥水分離，污水達到排放標準并排放；污泥進行脫水處理后作為可摻燒的燃料，污泥脫水后的濾液，與有機高濃廢水混合后進入預處理段循環。
2.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述紅土乳液的制備過程包括：選取紅土壤，選用鐵、鋁氧化物的總含量占比達5％～10％之間，且砂石、有機質低于5％占比的紅土壤類型，打碎或研磨后加入水混合攪拌，制備成濃度130～150g\l的紅土乳液。
3.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述有機高濃廢水的COD濃度≤40000mg/l，SS濃度≤20000mg/l；所述預處理段中第一次絮凝沉降實現泥水分離后，污水COD去除率≥65％，SS去除率≥75％。
4.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述絮凝劑由聚合氯化鋁、氯化鐵和\或硫酸鋁與聚丙烯酰胺搭配組成；其中：聚合氯化鋁的氧化鋁含量為9％、氯化鐵的氧化鐵含量為9.5％；硫酸鋁的氧化鋁含量為18％；聚丙酰胺按0.20％濃度配液；所述絮凝劑按體積比為聚丙稀酰胺:氯化鐵：聚合氯化鋁＝4:3:1。
5.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述斜管混凝澄清區包含兩套串聯的斜管沉降器，在絮凝劑的陽離子電荷和聚丙烯酰胺架橋吸附的雙重作用下，污水中的顆粒物質、纖維聚團被吸附，形成大顆粒或大聚團，向下沉降，而小顆粒、懸浮聚團、懸浮顆粒則隨水流向上升至斜管，受到斜管管面的阻力后附著在管壁上，累積形成礬花層，這些被吸附的細小顆粒、懸浮聚團和懸浮顆粒達到一定重量時成團下落到池底；更小的顆粒和懸浮團則在第二套斜管沉降器進一步吸附和累積后再次沉淀；沉淀后的污泥進入污泥槽。
6.根據權利要求5所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述斜管混凝澄清區包括混合區、第一澄清區和第二澄清區，混合區設置攪拌機，污水在攪拌機高速作用下，絮凝劑與污水中有機大分子物質混合反應，形成顆粒或聚團，第一澄清區和第二澄清區為串聯的兩套斜管澄清區，以45度角設置PVC斜管，污水進入兩個澄清區，兩次通過陽離子電荷和架橋吸附在斜管及下部區域形成“礬花”層，然后上升的污水中有機物經過“礬花”層時，大分子有機物顆粒和懸浮物被吸附，當達到一定重量時沉入池底，被泵抽走；通過兩個澄清區，污水COD濃度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水從頂部進入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％。
7.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，所述微生物處理段溶解氧控制在1.5-2.5mg/l之間，污泥濃度控制在3500-5000mg/l；污泥通過微生物處理系統后進入澄清池，在澄清池中污泥在重力作用下沉到底部，循環送回到曝氣池，多余污泥送到污泥儲槽；澄清的污水用污水泵送到氣浮池，在氣浮池前加裝管道混合器，在管道混合器前加入絮凝劑，使化學藥品與水在充分混合反應，然后污水進入氣浮池，在氣浮池中污水中COD大分子物質與化學品反應形成細小固形物顆料，最終形成污泥層實現泥水分離，氣浮后的污泥送入污泥槽，污水達標排放。
8.根據權利要求1所述的造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，其特征在于，污水在進入微生物處理前，進行降溫和水質調節，使溫度≤35℃，并在均質池中混合均勻。
發明內容
為解決上述現有技術存在的不足和缺陷，發明人經過研發改進，現提供了一種造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，對污水進行預處理；考濾到漿渣磨漿洗滌處理廢水的有機物濃度高，旨在為降低后續生物處理環節的符合、提高效率的同時做到節省成本；通過回收現有污水處理污泥壓榨濾液中的固體懸浮物，使污泥不重復回到污水處理系統中，擬將污泥處理系統中的污泥壓榨濾液與漿渣廢水混合后并加入紅土乳液混合均勻，送到預處理池進行絮凝處理，通過預制的絮凝劑、斜管沉降設備，顯著提升了絮凝沉降效果，能高效沉降泥水分離，通過預處理后，COD去除率≥65％，SS去除率≥75％，污水進入生物處理段后，最大化利用生物處理效率、并滿足溶解氧需求，系統穩定并具備經濟性，不僅有利于提高污水處理效率，還能確保整個系統的長期穩定運行。具體的，本發明是這樣實現的：
一種造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，包括：預處理段：有機高濃廢水與污泥脫水濾液混合稀釋后，加入按重量比0.1％～0.5％的紅土乳液并攪拌混合均勻，添加預制的絮凝劑并攪拌混合均勻，進入斜管混凝澄清區進行第一次絮凝沉降實現泥水分離，沉降的污泥進入污泥槽，澄清的污水從頂部流入中和池；綜合處理段：混合后的廢水進行冷卻和均質處理后送入微生物處理段采用活性污泥法，通過射流曝氣提供足夠的溶解氧來支持微生物的生長；污泥濃度可控制在3500-5000mg/L；經過微生物處理后的污水進入澄清池，污泥沉降后被循環回曝氣池繼續使用，多余的污泥則被轉移到污泥槽；澄清的污水進行二次絮凝沉降后，進入氣浮池泥水分離，污水達到排放標準并排放；污泥進行脫水處理后作為可摻燒的燃料，污泥脫水后的濾液，與有機高濃廢水混合后進入預處理段循環。
所述紅土乳液的制備過程包括：選取紅土壤，選用鐵、鋁氧化物的總含量占比達5％～10％之間，且砂石、有機質低于5％占比的紅土壤類型，打碎或研磨后加入水混合攪拌，制備成濃度130～150g\l的紅土乳液；
所述有機高濃廢水的COD濃度≤40000mg/l，SS濃度≤20000mg/l；所述預處理段中第一次絮凝沉降實現泥水分離后，污水COD去除率≥65％，SS去除率≥75％；
所述絮凝劑由聚合氯化鋁、氯化鐵和\或硫酸鋁與聚丙烯酰胺搭配組成；其中：聚合氯化鋁的氧化鋁含量為9％、氯化鐵的氧化鐵含量為9.5％；硫酸鋁的氧化鋁含量為18％；聚丙酰胺按0.20％濃度配液；所述絮凝劑按體積比為聚丙稀酰胺:氯化鐵：聚合氯化鋁＝4:3:1。
所述斜管混凝澄清區包含兩套串聯的斜管沉降器，在絮凝劑的陽離子電荷和聚丙烯酰胺架橋吸附的雙重作用下，污水中的顆粒物質、纖維聚團被吸附，形成大顆粒或大聚團，向下沉降，而小顆粒、懸浮聚團、懸浮顆粒則隨水流向上升至斜管，受到斜管管面的阻力后附著在管壁上，累積形成礬花層，這些被吸附的細小顆粒、懸浮聚團和懸浮顆粒達到一定重量時成團下落到池底；更小的顆粒和懸浮團則在第二套斜管沉降器進一步吸附和累積后再次沉淀；沉淀后的污泥進入污泥槽。
所述斜管混凝澄清區包括混合區、第一澄清區和第二澄清區，混合區設置攪拌機，污水在攪拌機高速作用下，絮凝劑與污水中有機大分子物質混合反應，形成顆粒或聚團，第一澄清區和第二澄清區為串聯的兩套斜管澄清區，以45度角設置PVC斜管，污水進入兩個澄清區，兩次通過陽離子電荷和架橋吸附在斜管及下部區域形成“礬花”層，然后上升的污水中有機物經過“礬花”層時，大分子有機物顆粒和懸浮物被吸附，當達到一定重量時沉入池底，被泵抽走；通過兩個澄清區，污水COD濃度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水從頂部進入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％。
所述微生物處理段溶解氧控制在1.5-2.5mg/l之間，污泥濃度控制在3500-5000mg/l；污泥通過微生物處理系統后進入澄清池，在澄清池中污泥在重力作用下沉到底部，循環送回到曝氣池，多余污泥送到污泥儲槽；澄清的污水用污水泵送到氣浮池，在氣浮池前加裝管道混合器，在管道混合器前加入絮凝劑，使化學藥品與水在充分混合反應，然后污水進入氣浮池，在氣浮池中污水中COD大分子物質與化學品反應形成細小固形物顆料，最終形成污泥層實現泥水分離，氣浮后的污泥送入污泥槽，污水達標排放。
污水在進入微生物處理前，進行降溫和水質調節，使溫度≤35℃，并在均質池中混合均勻。
本發明的工作原理：本發明的一種造紙制漿有機高濃廢水的處理方法，主要分為預處理段和綜合處理段，在預處理段中，包括一個關鍵的前置步驟，就是將紅土壤研磨成細粉后制成乳液，并將其加入到含有大量植物纖維的泥漿水中充分攪拌混合，紅土壤中的二氧化硅(SiO2)、三氧化二鐵(Fe2O3)和三氧化二鋁(Al2O3)和顆粒物，附著在植物纖維上，形成更大的復合結構，由于紅土壤顆粒具有一定的表面活性，它們可以與植物纖維在攪拌混合后相結合吸附，導致纖維間出現聚集現象，這些聚集后的顆粒或聚團具有較大的比表面積和表面電荷，能夠在水中形成穩定的懸浮體系；由于紅土乳液中含有黏土物質，這些黏土物質具有層狀結構，會吸附水分子，并形成膠體狀物質；通過攪拌，能夠帶動整個污水中的物質形成較為均勻的懸浮態，這個過程對于后續添加絮凝劑具有很好的輔助意義。上述的顆粒或聚團，在污水添加絮凝劑后，能夠更有利于進一步在聚合氯化鋁PAC、聚丙烯酰胺PAM的作用下繼續聚集，形成更大的絮體結構，即紅土壤中含的粘土礦物和其他細小顆粒，與植物纖維附和、吸附后的顆粒和聚團，能夠形成更大、更穩定的絮體；且能夠均勻的在攪拌混合過程中充分與整個污水體系形成吸附和聚團，泥沙和更大的顆粒則處于污水底部，中部層和上部層能夠充分懸浮并與絮凝體形成充分吸附聚團作用，從而提高了絮凝效率和吸附率，紅土乳液中的顆粒物還可以作為額外的絮凝核，幫助細小的懸浮顆粒聚集在一起形成較大的絮體，即增強了與絮凝體之間的吸附效率，從而提高沉降速度和效率；將絮凝劑的絮凝反應效率進一步提升，并能充分、均勻作用于污水水體中，提高絮凝反應的吸附率，從而無需過多的絮凝劑，即可達到可觀的沉降效果(促進絮凝劑的作用效果)；因此，使得更多的有機物質和顆粒物在斜管沉降區中不斷聚集形成污泥，而沉降到污水底部，被污泥泵抽走，而這樣的快速沉降，能夠使得澄清后的有機污水中化學需氧量COD顯著降低、固體懸浮物SS濃度顯著降低。
通過上述預處理后的污水，能有效提升生物處理段中的處理效率，適宜的污泥濃度有助于維持足夠的微生物量以有效去除廢水中的有機物質；如果濃度過低，可能不足以提供充足的微生物來降解污染物；而過高則可能導致氧氣供應不足或過度擁擠影響處理效果；而經過本發明的預處理后，污水中的COD濃度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水從頂部進入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％；這使得污泥濃度可以控制在3500-5000mg/L，也能獲得穩定的微生物處理效果，活性污泥法是一種常見的生物處理方法，通過微生物降解廢水中的有機物。射流曝氣可以提供充足的溶解氧，促進好氧微生物的生長和代謝；適當的污泥濃度還有助于平衡運行成本和處理效果之間的關系。較高的COD值意味著污水中有機物含量較高，這會導致微生物在處理過程中消耗更多的氧氣，如果COD過高，可能會導致污泥負荷過重，影響處理效果，降低處理效率還會破壞微生物穩定性，增加成本。因此，適當的污泥濃度可以確保微生物有足夠的生長空間和營養物質，從而提高污水處理效率。如果COD過高，可能會導致溶解氧不足，影響微生物的活性；如果污泥濃度過低，則可能導致處理能力不足而降低效率，基于本發明的預處理后，BOD5/COD比率的提高意味著污水中可生物降解的有機物比例增加，從而提高處理效率，COD和SS的控制有助于維持適宜的微生物生長環境，促進有機物的生物降解；可見，基于本發明的預處理，使得后續微生物處理環節提高效率的同時保持微生物系統的穩定性，使得成本可控。
經過本發明的預處理，由于絮體結構大、吸附污泥顆粒和其他雜質的效率高，使得在絮凝沉降環節獲得的污泥顆粒之間形成更大、更穩定的絮體，因此有助于提高污泥的過濾性和壓縮性，在污泥送至污泥脫水機進行深度脫水時，能很快速的使污泥干度達到≥36％；經風干至40％送到生物質鍋爐作為燃料摻燒，實現無害化、資源化處理，提高了節能環保水平。污泥脫水后濾液與漿渣纖維高濃廢水循環混合后進入預處理。
本發明的有益技術效果：
(1)高效的COD和SS的降低：在預處理段通過添加紅土乳液和絮凝劑，使得污水中的顆粒物質、纖維聚團被吸附形成大顆粒或大聚團，從而促進絮凝效果，在斜管混凝澄清區實現高效的泥水分離。經過預處理后，污水的COD濃度可降至≤1050mg/L，SS濃度可降至≤140mg/L。
(2)提高微生物處理效率：通過預處理，污水的BOD5/COD比率提高了至少5.77％，COD和SS濃度顯著降低，使得污泥濃度可以控制在3500-5000mg/L之間。這種適宜的污泥濃度有助于維持足夠的微生物量以有效去除廢水中的有機物質，同時避免因污泥濃度過高導致的氧氣供應不足或過度擁擠問題；有助于提高活性污泥法的處理效率，確保微生物有足夠的生長空間和營養物質，從而提高污水處理效率，同時保障了微生物的穩定性。
(3)節能環保：通過高效的預處理和綜合處理，提高了絮凝劑的使用效率和反應率，節省處理成本；同時，通過高效的絮凝沉降和微生物處理，生成的污泥具有良好的過濾性和壓縮性，脫水后的污泥干度可達≥36％，可用于生物質鍋爐作為燃料摻燒，實現無害化、資源化處理，提高了節能環保水平。
（發明人：杜建陽;李學芬;徐丕元;李銀標;李發英;鄒繼）
