一种复合式污水处理方法及装置

摘要

本发明涉及一种复合式污水处理方法及装置；首先投加磁种、混凝剂、助凝剂与污水进行混凝反应形成磁性絮体团，磁分离器将磁性絮体团吸附于不锈钢毛绒球表面，净化水从磁分离器底部流出；磁性污泥絮体从磁分离器底部流入到电化学反应器；将磁性污泥絮体作为电解质，对其进行电化学氧化处理；在外加电压的作用下，得到水和二氧化碳；阴阳极周围产生的活性自由基直接或通过一系列氧化链式反应摧毁微生物细胞结构，杀灭硫酸盐还原菌和腐生菌得到含有磁种和无毒无害的泥沙沉渣；磁种经电磁装置回收后循环利用，无毒污泥经脱水即可用于建筑材料或直接填埋。

权利要求

1.一种复合式污水处理方法，其特征在于：

(1)首先投加磁种、混凝剂、助凝剂与污水进行混凝反应形成磁性絮体团，磁分离器通电后内部产生高强度高梯度磁场，磁性絮体团吸附于不锈钢毛绒球表面，净化水从磁分离器底部流出；断电后，冲洗水对不锈钢毛绒球进行反冲洗，分离后的磁性污泥絮体从磁分离器底部流入到电化学反应器；

(2)在电化学反应器中，将磁性污泥絮体作为电解质，对其进行电化学氧化处理；在外加电压的作用下，磁性污泥絮体周围瞬间产生大量的以羟基自由基为主的强氧化剂，使有机污染物不断被氧化降解，得到水和二氧化碳；阴阳极周围产生的活性自由基直接或通过一系列氧化链式反应摧毁微生物细胞结构，杀灭硫酸盐还原菌和腐生菌；

(3)磁性絮体团经电化学处理后只含有磁种和无毒无害的泥沙沉渣，磁种经电磁装置回收后循环利用，无毒污泥经脱水即可。

2.根据权利要求1所述的复合式污水处理方法，其特征在于：磁种是四氧化三铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁中的一种。

3.根据权利要求1所述的复合式污水处理方法，其特征在于：在电化学反应器中添加可回收的催化剂。

4.根据权利要求3所述的复合式污水处理方法，其特征在于：催化剂由陶瓷氧化物、碱土氧化物、锶氧化物、钛氧化物中的一种或几种混合物，在高温条件下烧结而成。

5.一种权利要求1所述的复合式污水处理装置，由自动加药机、混凝反应器、高梯度磁分离器、反冲洗装置、电化学反应器、电磁种回收器、卧螺式离心脱水机、回流泵构成，其特征在于：自动加药机、混凝反应器、高梯度磁分离器、电化学反应器、电磁种回收器、卧螺式离心脱水机依次连接，回流泵连接电磁种回收器和混凝反应器，电磁种回收器和高梯度磁分离器分别与反冲洗装置连接；高梯度磁分离器设有净化水出口，卧螺式离心脱水机设有净化水出口和无毒泥饼出口。

6.根据权利要求5所述的复合式污水处理装置，高梯度磁分离器由壳体、共轭磁体、励磁线圈、不锈钢毛绒球、刚毛盒、电源正极、电源负极构成；其特征在于：励磁线圈缠绕于刚毛盒上，分别与电源正极、电源负极连接，刚毛盒位于共轭磁体中，不锈钢毛绒球填充于刚毛盒中。

7.根据权利要求5所述的复合式污水处理装置，电化学反应器由壳体、阳极、阴极、污泥进口、污泥出口、排气口、电源构成；其特征在于：多组阳极交错层叠位于反应器中；阴极位于壳体内阳极的外围，阳极、阴极分别与电源正负极连接；壳体顶部设有由气动阀控制的排气口；阳极区域间填充催化剂。

说明书

一种复合式污水处理方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种污水处理方法，特别涉及生活污水、有机废水(如采油废水、造纸废水、屠宰废水、印染废水等)和受污染河水的处理方法。

背景技术

[0002] 目前国内的工业废水处理方法主要有化学药剂法和生物处理法。化学药剂法借助混凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等对胶体粒子进行静电中和、吸附架桥等作用使胶体粒子脱稳，用以去除污水中的悬浮物和可溶性有机污染物。由于有机污染物只是被凝聚成大块而从水中脱离，有机物本身没有被有效降解，造成大量污泥絮体，使得运行成本高及产生二次污染；生物处理法利用微生物的生化作用，将复杂的有机物降解、转化，净化效果高于化学药剂法，同时避免二次污染，但是占地面积大，同时对自然条件要求较高；尤其针对某些难降解的有机物污染物，目前还未研发出能成熟有效的微生物菌类。尤其在油田采油废水处理中，上述方法存在投资大、运行成本高、反应时间长、占地面积大、能耗高等问题，使得处理后的水仍不能达到回注水质标准和外排水质标准。

[0003] 磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术，属于物理分离法。主要利用磁----力效应，对废水施加磁场，使废水中的磁性颗粒磁化、凝聚，形成易于分离的絮凝体，直接分离出去；对于非磁性颗粒，通过投加磁种进行化学絮凝，生成磁性絮凝体从而得以分离。磁分离水处理技术具有投资小、处理效果好、占地小等优点，但是在目前的应用中，由于磁种与化学絮体通过各种作用力复杂的交织在一起极难回收，由于加入大量化学药剂造成污泥絮体的高粘度、难降解、难生化。目前磁种回收技术主要有使用大离心力旋流分离器进行磁种回收，效率只有40-60％；还有利用超声装置产生的强剪力是磁种与絮体分离，但运行费用极高；磁种不能有效回收造成了磁种的浪费，增加了水处理运行成本以及后续的污泥处理难度。如何解决磁种的高效分离并回收利用是磁分离技术亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种基于磁分离和电化学的复合式污水处理方法及装置，能够保证污水得到有效净化的前提下，实现磁种的高效回收(回收率达98％以上)，同时使污泥絮体无毒无害。

[0005] 为实现上述目的，本发明首先采用磁分离技术对污水进行处理，并采用电化学氧化技术对磁分离产生的磁性絮体团进行后续处理，技术方案为：首先在污水中(以采油废水为例)投加磁种、混凝剂、助凝剂进行混凝反应，此时水中形成磁性絮体团，再通过磁分离技术将磁性絮体团从水中分离，此时水体已经净化达标，而分离出的磁性絮体团需要进行后续处理，其主要成分是磁种、有机污染物和自然形成的泥沙沉渣。其中有机污染物主要为采油作业时添加的大量表面活性剂、聚丙烯酞胺等聚合物、采出水处理时添加的破乳剂、混凝剂、缓蚀剂、阻垢剂等化学药剂、以及硫酸盐还原菌、腐生菌等各种细菌。通过电化学氧化反应强力降解絮体团中的有机污染物，使其燃烧转化为水和二氧化碳，杀灭细菌。磁性絮体团经电化学处理后只含有磁种和无毒无害的泥沙沉渣，再经电磁装置回收磁种，继续循环利用，而所剩的无毒污泥直接脱水即可。

[0006] 本发明在上述技术方案中采用的磁分离技术原理为：在废水中投加磁种、混凝剂和助凝剂，生成以磁种为核心的磁性网状絮体沉淀物，然后通过磁分离器时，磁性絮体在磁场作用下被捕捉从水中分离，使水得到净化。

[0007] 本发明使用高强度高梯度磁分离器，由共轭铁、电磁线圈和装填不锈钢毛的分离容器组成。通电时，电磁线圈产生电磁场，流过分离器的废水中的磁性絮体团在磁场中受到磁力作用，而被不锈钢毛捕获，高梯度磁分离器的分离能力强于常规磁分离器，且梯度越高，分离能力越强。高梯度磁分离器可设计成单套加定期反冲洗，还可设计成双套设备，分离和反冲洗交替运行。为了降低投资成本、能耗，保证设备运行的稳定可靠性，为本发明优选单套加定期反冲洗设计。

[0008] 本发明所使用的磁种为四氧化三铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁中的一种，或者按照质量比为四氧化三铁∶氢氧化铁∶氢氧化亚铁＝(0-60)∶(0-50)∶(0-60)的混合物。

[0009] 本发明在上述技术方案中所采用的电化学氧化技术原理为：将要处理的磁性絮体团(一般含水率30％-70％)作为电解质，在外加电压(电场)的作用下，磁性絮体团中瞬间产生大量的以羟基自由基[·OH]为主，以及次氯酸、游离氯、双氧水等其他氧化剂构成的一系列强氧化剂，通过不断的链式反应最终将有机污染物燃烧降解成二氧化碳和水；并且通过电解产生的活性自由基能够直接或通过一系列氧化链式反应摧毁微生物细胞结构，从而彻底杀灭各种细菌。此时磁性絮体团中的磁种已失去了原先与有机污染物之间的各种作用力，极易分离回收。剩余的污泥只是一些泥沙沉渣，本身已经无毒无害，再经过强力脱水后所产生的泥饼可以用于肥料、建筑材料等各种方面。

[0010] 本发明电化学反应器主要由阳极、阴极、稳压电源和反应器壳体组成。通电时，阳极与阴极周围产生大量羟基自由基、双氧水等强氧化剂，强力降解磁性絮体团中的污染物。还可在反应器中加入催化剂用于提高电化学反应速率。

[0011] 本发明使用磁分离和电化学复合方法对工业废水进行处理，主要装置为自动加药机、混凝反应器、高梯度磁分离器、电化学反应器、电磁种回收器、离心脱水机。技术步骤为：

[0012] 1.废水进入混凝反应器，将一定浓度的磁种、混凝剂、助凝剂通过自动加药机投加到混凝反应器中与废水充分反应，形成磁性絮体团；

[0013] 2.混凝反应器的出水进入到高梯度磁分离器，通电后分离器内部产生高强度高梯度磁场，磁性絮体团被强磁化，吸附在不锈钢毛绒球上从而与水体分离，从分离器排出的水体已达标。在进行一段时间的处理后，不锈钢毛绒球表面达到饱和，需要断电消磁并使用水对刚毛球进行反冲洗，冲洗后的磁性絮体团与冲洗水一起进入到电化学反应器。

[0014] 3.电化学反应器通电后产生强大电场，在冲洗水中产生大量强氧化剂，以羟基自由基为主，还有次氯酸、游离氯、双氧水等其他氧化剂。与磁性絮体中的有机污染物进行不断的链式降解反应，最终产物为二氧化碳和水。有害细菌被强氧化剂杀死，无机污染物转为沉淀。电化学反应过后，冲洗水中的磁性絮体团只剩磁种、无机沉淀、自然的泥沙沉渣，再进入到电磁种回收器。

[0015] 4.由于磁种已经与无机沉淀、自然泥沙之间没有磁性絮体团中复杂作用力，极易分离，所以电磁种回收器使用一般强度的电磁器即可。

[0016] 5.电磁种回收器定期进行反冲洗，冲洗水和磁种由泵抽至混凝反应器继续反应。自然的污泥则进入强力离心机进行脱水，脱出水为净化水，泥饼无毒无害，可用作肥料、建筑材料等方面。

[0017] 6.一个周期进行完毕，再从步骤1继续下一个周期，循环往复。

[0018] 本发明使用磁分离和电化学复合方法对工业废水进行处理，其技术优势为：

[0019] 1.磁分离法本身具有投资小、处理效果好、占地面积小、运行稳定等优点；

[0020] 2.高强度高梯度磁分离器可实现高效分离，稳定可靠且运行成本低。

[0021] 3.使用电化学氧化技术对磁性絮体团进行电化学燃烧降解反应，有效分解了絮体中的有机污染物、杀灭了有害细菌、转化无机污染物为自然沉淀。一是使得磁种与絮体团失去了各种强作用力，极易分离，实现了磁种的高效回收；二是使得后续的污泥处理只需脱水即可，脱出水本身为净化水，泥饼无毒无害。

[0022] 4.整个系统的自动化程度高，可实现全程一体化的监测与控制，使处理流程变得十分紧凑。

附图说明

[0023] 图1工艺流程示意图

[0024] 图2高梯度磁分离器结构示意图

[0025] 图3电化学反应器结构示意图

[0026] 其中：

[0027] 1、自动加药机 2、混凝反应器 3、高梯度磁分离器 4、反冲洗装置 5、电化学反应器 6、电磁种回收器 7、卧螺式离心脱水机 8、回流泵 9、净化水出口 10、无毒泥饼3-1、共轭磁体 3-2、励磁线圈 3-3、不锈钢毛绒球 3-4、刚毛盒 3-5、电源正极3-6、电源负极 3-7、混凝后的污水 3-8、冲洗水5-1、阳极 5-2、阴极 5-3、污泥进口
5-4、污泥出口 5-5、排气口 5-6、电源 5-7、催化剂

具体实施方式

[0028] 本发明所述的一种污水处理装置，由自动加药机1、混凝反应器2、高梯度磁分离器3、电化学反应器5、电磁种回收器6、卧螺式离心脱水机7依次连接构成，回流泵8连接电磁种回收器6和混凝反应器2，电磁种回收器6和高梯度磁分离器3分别与反冲洗装置4连接；高梯度磁分离器3设有净化水出口9，卧螺式离心脱水机设有净化水出口和无毒泥饼出口10。(见图1)

[0029] 高梯度磁分离器3由壳体、共轭磁体3-1、励磁线圈3-2、不锈钢毛绒球3-3、刚毛盒3-4、电源正极3-5、电源负极3-6构成；励磁线圈3-2缠绕于刚毛盒3-4上，分别与电源正极
3-5、电源负极3-6连接，刚毛盒3-4位于共轭磁体3-1中，不锈钢毛绒球3-3填充于刚毛盒
3-4中；通电后，混凝后的污水3-7进入高梯度磁分离器3的刚毛盒3-4中，磁性絮体团吸附于不锈钢毛绒球3-3表面，净化水从高梯度磁分离器3底部流出；断电后，冲洗水3-8对不锈钢毛绒球3-3进行反冲洗，分离后的污泥从磁分离器底部流入到电化学反应器5。(见图2)

[0030] 电化学反应器5由壳体、阳极5-1、阴极5-2、污泥进口5-3、污泥出口5-4、排气口5-5、电源5-6构成；多组阳极5-1交错层叠位于反应器中；阴极5-2位于壳体内阳极5-1的外围，阳极5-1、阴极5-2分别与电源正负极连接；壳体顶部设有由气动阀控制的排气口
5-5；阳极区域间填充催化剂5-7(见图3)。

[0031] 本发明所述的高梯度磁分离器3，能够有效地处理生活污水、有机废水(如采油废水、造纸废水、屠宰废水、印染废水)和受污染的河水等。有代表性的去除率为：BOD60～90％，COD80～90％，浊度75～95％，色度90％以上，磷酸盐85～97％。

[0032] 本发明所述的电化学反应器5，能够有效地处理磁性絮体污泥，去除率为：粘度60％～85％，残留有机化学药剂95％以上，细菌99％以上，COD80％以上。