公布日：2024.12.17
申请日：2024.10.30
分类号：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
本发明提供了一种造纸制浆有机高浓废水的处理方法，主要通过对有机高浓废水进行预处理，通过添加红土乳液，使得污水中的颗粒物质、纤维聚团被吸附形成大颗粒或大聚团，从而促进絮凝效果和效率，在斜管混凝澄清区实现高效的泥水分离；旨在降低浆渣废水进入污水处理系统的COD和SS浓度，有助于维持足够的微生物量以有效去除废水中的有机物质，同时避免因污泥浓度过高导致的氧气供应不足和冲击微生物的问题；提高活性污泥法的处理效率，确保微生物有足够的生长空间和营养物质，从而提高污水处理效率，同时保障了微生物的稳定性。同时，对污泥进行深度脱水，使其达到送生物质锅炉的白掺烧的要求，实现污泥无害化、资源化、清洁化处理。
权利要求书
1.一种造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于包括：预处理段：有机高浓废水与污泥脱水滤液混合稀释后，加入按重量比0.1％～0.5％的红土乳液并搅拌混合均匀，添加预制的絮凝剂并搅拌混合均匀，进入斜管混凝澄清区进行第一次絮凝沉降实现泥水分离，沉降的污泥进入污泥槽，澄清的污水从顶部流入中和池；综合处理段：混合后的废水进行冷却和均质处理后送入微生物处理段采用活性污泥法，通过射流曝气提供足够的溶解氧来支持微生物的生长；污泥浓度可控制在3500-5000mg/L；经过微生物处理后的污水进入澄清池，污泥沉降后被循环回曝气池继续使用，多余的污泥则被转移到污泥槽；澄清的污水进行二次絮凝沉降后，进入气浮池泥水分离，污水达到排放标准并排放；污泥进行脱水处理后作为可掺烧的燃料，污泥脱水后的滤液，与有机高浓废水混合后进入预处理段循环。
2.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述红土乳液的制备过程包括：选取红土壤，选用铁、铝氧化物的总含量占比达5％～10％之间，且砂石、有机质低于5％占比的红土壤类型，打碎或研磨后加入水混合搅拌，制备成浓度130～150g\l的红土乳液。
3.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述有机高浓废水的COD浓度≤40000mg/l，SS浓度≤20000mg/l；所述预处理段中第一次絮凝沉降实现泥水分离后，污水COD去除率≥65％，SS去除率≥75％。
4.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述絮凝剂由聚合氯化铝、氯化铁和\或硫酸铝与聚丙烯酰胺搭配组成；其中：聚合氯化铝的氧化铝含量为9％、氯化铁的氧化铁含量为9.5％；硫酸铝的氧化铝含量为18％；聚丙酰胺按0.20％浓度配液；所述絮凝剂按体积比为聚丙稀酰胺:氯化铁：聚合氯化铝＝4:3:1。
5.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述斜管混凝澄清区包含两套串联的斜管沉降器，在絮凝剂的阳离子电荷和聚丙烯酰胺架桥吸附的双重作用下，污水中的颗粒物质、纤维聚团被吸附，形成大颗粒或大聚团，向下沉降，而小颗粒、悬浮聚团、悬浮颗粒则随水流向上升至斜管，受到斜管管面的阻力后附着在管壁上，累积形成矾花层，这些被吸附的细小颗粒、悬浮聚团和悬浮颗粒达到一定重量时成团下落到池底；更小的颗粒和悬浮团则在第二套斜管沉降器进一步吸附和累积后再次沉淀；沉淀后的污泥进入污泥槽。
6.根据权利要求5所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述斜管混凝澄清区包括混合区、第一澄清区和第二澄清区，混合区设置搅拌机，污水在搅拌机高速作用下，絮凝剂与污水中有机大分子物质混合反应，形成颗粒或聚团，第一澄清区和第二澄清区为串联的两套斜管澄清区，以45度角设置PVC斜管，污水进入两个澄清区，两次通过阳离子电荷和架桥吸附在斜管及下部区域形成“矾花”层，然后上升的污水中有机物经过“矾花”层时，大分子有机物颗粒和悬浮物被吸附，当达到一定重量时沉入池底，被泵抽走；通过两个澄清区，污水COD浓度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水从顶部进入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％。
7.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，所述微生物处理段溶解氧控制在1.5-2.5mg/l之间，污泥浓度控制在3500-5000mg/l；污泥通过微生物处理系统后进入澄清池，在澄清池中污泥在重力作用下沉到底部，循环送回到曝气池，多余污泥送到污泥储槽；澄清的污水用污水泵送到气浮池，在气浮池前加装管道混合器，在管道混合器前加入絮凝剂，使化学药品与水在充分混合反应，然后污水进入气浮池，在气浮池中污水中COD大分子物质与化学品反应形成细小固形物颗料，最终形成污泥层实现泥水分离，气浮后的污泥送入污泥槽，污水达标排放。
8.根据权利要求1所述的造纸制浆有机高浓废水的处理方法，其特征在于，污水在进入微生物处理前，进行降温和水质调节，使温度≤35℃，并在均质池中混合均匀。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，发明人经过研发改进，现提供了一种造纸制浆有机高浓废水的处理方法，对污水进行预处理；考滤到浆渣磨浆洗涤处理废水的有机物浓度高，旨在为降低后续生物处理环节的符合、提高效率的同时做到节省成本；通过回收现有污水处理污泥压榨滤液中的固体悬浮物，使污泥不重复回到污水处理系统中，拟将污泥处理系统中的污泥压榨滤液与浆渣废水混合后并加入红土乳液混合均匀，送到预处理池进行絮凝处理，通过预制的絮凝剂、斜管沉降设备，显著提升了絮凝沉降效果，能高效沉降泥水分离，通过预处理后，COD去除率≥65％，SS去除率≥75％，污水进入生物处理段后，最大化利用生物处理效率、并满足溶解氧需求，系统稳定并具备经济性，不仅有利于提高污水处理效率，还能确保整个系统的长期稳定运行。具体的，本发明是这样实现的：
一种造纸制浆有机高浓废水的处理方法，包括：预处理段：有机高浓废水与污泥脱水滤液混合稀释后，加入按重量比0.1％～0.5％的红土乳液并搅拌混合均匀，添加预制的絮凝剂并搅拌混合均匀，进入斜管混凝澄清区进行第一次絮凝沉降实现泥水分离，沉降的污泥进入污泥槽，澄清的污水从顶部流入中和池；综合处理段：混合后的废水进行冷却和均质处理后送入微生物处理段采用活性污泥法，通过射流曝气提供足够的溶解氧来支持微生物的生长；污泥浓度可控制在3500-5000mg/L；经过微生物处理后的污水进入澄清池，污泥沉降后被循环回曝气池继续使用，多余的污泥则被转移到污泥槽；澄清的污水进行二次絮凝沉降后，进入气浮池泥水分离，污水达到排放标准并排放；污泥进行脱水处理后作为可掺烧的燃料，污泥脱水后的滤液，与有机高浓废水混合后进入预处理段循环。
所述红土乳液的制备过程包括：选取红土壤，选用铁、铝氧化物的总含量占比达5％～10％之间，且砂石、有机质低于5％占比的红土壤类型，打碎或研磨后加入水混合搅拌，制备成浓度130～150g\l的红土乳液；
所述有机高浓废水的COD浓度≤40000mg/l，SS浓度≤20000mg/l；所述预处理段中第一次絮凝沉降实现泥水分离后，污水COD去除率≥65％，SS去除率≥75％；
所述絮凝剂由聚合氯化铝、氯化铁和\或硫酸铝与聚丙烯酰胺搭配组成；其中：聚合氯化铝的氧化铝含量为9％、氯化铁的氧化铁含量为9.5％；硫酸铝的氧化铝含量为18％；聚丙酰胺按0.20％浓度配液；所述絮凝剂按体积比为聚丙稀酰胺:氯化铁：聚合氯化铝＝4:3:1。
所述斜管混凝澄清区包含两套串联的斜管沉降器，在絮凝剂的阳离子电荷和聚丙烯酰胺架桥吸附的双重作用下，污水中的颗粒物质、纤维聚团被吸附，形成大颗粒或大聚团，向下沉降，而小颗粒、悬浮聚团、悬浮颗粒则随水流向上升至斜管，受到斜管管面的阻力后附着在管壁上，累积形成矾花层，这些被吸附的细小颗粒、悬浮聚团和悬浮颗粒达到一定重量时成团下落到池底；更小的颗粒和悬浮团则在第二套斜管沉降器进一步吸附和累积后再次沉淀；沉淀后的污泥进入污泥槽。
所述斜管混凝澄清区包括混合区、第一澄清区和第二澄清区，混合区设置搅拌机，污水在搅拌机高速作用下，絮凝剂与污水中有机大分子物质混合反应，形成颗粒或聚团，第一澄清区和第二澄清区为串联的两套斜管澄清区，以45度角设置PVC斜管，污水进入两个澄清区，两次通过阳离子电荷和架桥吸附在斜管及下部区域形成“矾花”层，然后上升的污水中有机物经过“矾花”层时，大分子有机物颗粒和悬浮物被吸附，当达到一定重量时沉入池底，被泵抽走；通过两个澄清区，污水COD浓度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水从顶部进入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％。
所述微生物处理段溶解氧控制在1.5-2.5mg/l之间，污泥浓度控制在3500-5000mg/l；污泥通过微生物处理系统后进入澄清池，在澄清池中污泥在重力作用下沉到底部，循环送回到曝气池，多余污泥送到污泥储槽；澄清的污水用污水泵送到气浮池，在气浮池前加装管道混合器，在管道混合器前加入絮凝剂，使化学药品与水在充分混合反应，然后污水进入气浮池，在气浮池中污水中COD大分子物质与化学品反应形成细小固形物颗料，最终形成污泥层实现泥水分离，气浮后的污泥送入污泥槽，污水达标排放。
污水在进入微生物处理前，进行降温和水质调节，使温度≤35℃，并在均质池中混合均匀。
本发明的工作原理：本发明的一种造纸制浆有机高浓废水的处理方法，主要分为预处理段和综合处理段，在预处理段中，包括一个关键的前置步骤，就是将红土壤研磨成细粉后制成乳液，并将其加入到含有大量植物纤维的泥浆水中充分搅拌混合，红土壤中的二氧化硅(SiO2)、三氧化二铁(Fe2O3)和三氧化二铝(Al2O3)和颗粒物，附着在植物纤维上，形成更大的复合结构，由于红土壤颗粒具有一定的表面活性，它们可以与植物纤维在搅拌混合后相结合吸附，导致纤维间出现聚集现象，这些聚集后的颗粒或聚团具有较大的比表面积和表面电荷，能够在水中形成稳定的悬浮体系；由于红土乳液中含有黏土物质，这些黏土物质具有层状结构，会吸附水分子，并形成胶体状物质；通过搅拌，能够带动整个污水中的物质形成较为均匀的悬浮态，这个过程对于后续添加絮凝剂具有很好的辅助意义。上述的颗粒或聚团，在污水添加絮凝剂后，能够更有利于进一步在聚合氯化铝PAC、聚丙烯酰胺PAM的作用下继续聚集，形成更大的絮体结构，即红土壤中含的粘土矿物和其他细小颗粒，与植物纤维附和、吸附后的颗粒和聚团，能够形成更大、更稳定的絮体；且能够均匀的在搅拌混合过程中充分与整个污水体系形成吸附和聚团，泥沙和更大的颗粒则处于污水底部，中部层和上部层能够充分悬浮并与絮凝体形成充分吸附聚团作用，从而提高了絮凝效率和吸附率，红土乳液中的颗粒物还可以作为额外的絮凝核，帮助细小的悬浮颗粒聚集在一起形成较大的絮体，即增强了与絮凝体之间的吸附效率，从而提高沉降速度和效率；将絮凝剂的絮凝反应效率进一步提升，并能充分、均匀作用于污水水体中，提高絮凝反应的吸附率，从而无需过多的絮凝剂，即可达到可观的沉降效果(促进絮凝剂的作用效果)；因此，使得更多的有机物质和颗粒物在斜管沉降区中不断聚集形成污泥，而沉降到污水底部，被污泥泵抽走，而这样的快速沉降，能够使得澄清后的有机污水中化学需氧量COD显著降低、固体悬浮物SS浓度显著降低。
通过上述预处理后的污水，能有效提升生物处理段中的处理效率，适宜的污泥浓度有助于维持足够的微生物量以有效去除废水中的有机物质；如果浓度过低，可能不足以提供充足的微生物来降解污染物；而过高则可能导致氧气供应不足或过度拥挤影响处理效果；而经过本发明的预处理后，污水中的COD浓度≤1050mg/l,SS≤140mg/l,澄清后的污水从顶部进入到出水槽，且污水BOD5/COD比率提高了至少5.77％；这使得污泥浓度可以控制在3500-5000mg/L，也能获得稳定的微生物处理效果，活性污泥法是一种常见的生物处理方法，通过微生物降解废水中的有机物。射流曝气可以提供充足的溶解氧，促进好氧微生物的生长和代谢；适当的污泥浓度还有助于平衡运行成本和处理效果之间的关系。较高的COD值意味着污水中有机物含量较高，这会导致微生物在处理过程中消耗更多的氧气，如果COD过高，可能会导致污泥负荷过重，影响处理效果，降低处理效率还会破坏微生物稳定性，增加成本。因此，适当的污泥浓度可以确保微生物有足够的生长空间和营养物质，从而提高污水处理效率。如果COD过高，可能会导致溶解氧不足，影响微生物的活性；如果污泥浓度过低，则可能导致处理能力不足而降低效率，基于本发明的预处理后，BOD5/COD比率的提高意味着污水中可生物降解的有机物比例增加，从而提高处理效率，COD和SS的控制有助于维持适宜的微生物生长环境，促进有机物的生物降解；可见，基于本发明的预处理，使得后续微生物处理环节提高效率的同时保持微生物系统的稳定性，使得成本可控。
经过本发明的预处理，由于絮体结构大、吸附污泥颗粒和其他杂质的效率高，使得在絮凝沉降环节获得的污泥颗粒之间形成更大、更稳定的絮体，因此有助于提高污泥的过滤性和压缩性，在污泥送至污泥脱水机进行深度脱水时，能很快速的使污泥干度达到≥36％；经风干至40％送到生物质锅炉作为燃料掺烧，实现无害化、资源化处理，提高了节能环保水平。污泥脱水后滤液与浆渣纤维高浓废水循环混合后进入预处理。
本发明的有益技术效果：
(1)高效的COD和SS的降低：在预处理段通过添加红土乳液和絮凝剂，使得污水中的颗粒物质、纤维聚团被吸附形成大颗粒或大聚团，从而促进絮凝效果，在斜管混凝澄清区实现高效的泥水分离。经过预处理后，污水的COD浓度可降至≤1050mg/L，SS浓度可降至≤140mg/L。
(2)提高微生物处理效率：通过预处理，污水的BOD5/COD比率提高了至少5.77％，COD和SS浓度显著降低，使得污泥浓度可以控制在3500-5000mg/L之间。这种适宜的污泥浓度有助于维持足够的微生物量以有效去除废水中的有机物质，同时避免因污泥浓度过高导致的氧气供应不足或过度拥挤问题；有助于提高活性污泥法的处理效率，确保微生物有足够的生长空间和营养物质，从而提高污水处理效率，同时保障了微生物的稳定性。
(3)节能环保：通过高效的预处理和综合处理，提高了絮凝剂的使用效率和反应率，节省处理成本；同时，通过高效的絮凝沉降和微生物处理，生成的污泥具有良好的过滤性和压缩性，脱水后的污泥干度可达≥36％，可用于生物质锅炉作为燃料掺烧，实现无害化、资源化处理，提高了节能环保水平。
（发明人：杜建阳;李学芬;徐丕元;李银标;李发英;邹继）
