一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法，該系統包括調節池(1)、進水泵(2)、電催化氧化系統(3)、電源控制系統(4)、穩定過濾池(5)、混合反應池(6)、流程泵(7)、生物降解體系(8)和風機(9)；該方法包括：含聚廢水首先進入調節池進行水質水量調節，而后依次進入電催化氧化系統、穩定過濾池、混合反應池和生物降解體系進行處理并最終達標排放；電源控制系統為電催化氧化系統提供直流電源，風機為生物降解體系提供曝氣；同時將穩定過濾池產生尾氣由其頂部排出。本發明通過電催化氧化系統、穩定過濾池和生物降解體系的有機組合，提高了系統運行效率和穩定性。
【專利說明】
一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法
技術領域
[0001]本發明屬于環境工程廢水處理領域，涉及一種廢水處理技術，特別是一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法。
【背景技術】
[0002]聚合物驅采油技術作為原油增產的主要技術之一。近年來，隨著我國油田開發的深入，聚合物驅油技術必將在油田得到更大面積推廣和應用，但其產生的含聚污水對采油造成了極大的困擾，尤其對陸地終端污水處理工藝帶來了巨大壓力。一般情況下，含聚廢水具有以下特點:①原水屬稠油污水，乳化嚴重，增加了整個污水處理系統的處理負荷;②廢水鹽度高，含鹽量約11000mg/L，氯離子含量約4000?4500mg/L，普通生物處理難以滿足要求;③廢水可生化性差，且一般氮磷比例失調，難以滿足微生物生長需求;④廢水水質波動大，容易對后續工藝造成負荷沖擊;⑤廢水中含有大量苯系、環烷烴、多環芳烴等難降解物質，且廢水中常含有破乳劑、消泡劑、緩蝕劑、阻垢劑等，難以被普通微生物降解。因此，解決含聚污水處理難題是聚合物驅采油技術在油田深度開發推廣應用的關鍵。
[0003]電催化氧化技術作為一種高級氧化處理技術，尤其高鹽難降解污水，它通過在電極表面產生強氧化基團，如.0H、.C10、.ClO2等，可使水相中難降解污染物徹底礦化，實現污染物的快速有效去除。因此，將電催化氧化技術用于高鹽難降解廢水處理具有很大技術優勢，但同時存在一些問題，主要表現在以下幾個方面:①污染物氧化去除不徹底，尤其對于一些大分子難降解有機物，通過開環、斷鏈后，變為結構更為穩定的小分子物質，但難以將其徹底礦化為二氧化碳和水;②隨著廢水中有機污染物濃度降低，電解效率顯著下降，能耗增大，處理成本大大增加;③含聚廢水中常含有大量氯代有機物，經高級氧化處理后，結構更加穩定，并且部分有機物具有一定毒性，不利于生物降解作用;④當污水中氮、磷超標時，單純電催化氧化工藝難以滿足處理技術要求。因此，迫切解決上述技術問題，是實現含聚污水深度處理的關鍵。
【發明內容】
[0004]為了克服上述技術不足，本發明的目的是提供一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法，采用電催化氧化技術對含聚廢水進行高級氧化，而后經過零價鐵床層催化還原作用，降低廢水毒性，改善廢水生物親和性，再由高效生物降解菌實現含聚廢水最終處理，該含聚廢水處理系統及方法既能顯著提高系統運行效率和穩定性，又能降低運行成本。
[0005]本發明為一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統，該系統包括調節池、進水栗、電催化氧化系統、電源控制系統、穩定過濾池、混合反應池、流程栗、生物降解體系和風機;所述的電催化氧化系統上部設置有進水口，末端設置有折流混合區，其中，折流混合區由兩個折流板構成，兩個折流板間距在0.05m?0.30m之間，電催化氧化系統出水由折流混合區流入穩定過濾池;穩定過濾池通過上部出水口與混合反應池相連;混合反應池經流程栗與生物降解體系入口相連，使得混合反應池出水由流程栗提升至生物降解體系；生物降解體系底部設置有曝氣盤，穩定過濾池上部設置有進氣口，兩者統一通過風管與風機相連；
[0006]所述的電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統中，所述的電催化氧化系統由陽極組、陰極組和電催化助劑構成，陽極組和陰極組均由數組高效改性電極交替串聯而成，高效改性電極間距為0.4cm?1.0cm，具體數量和間距根據水質、水量進行設計，電催化氧化系統由電源控制系統控制電流、電壓輸出；所述的電催化助劑優選以T-Al2O3為載體，表面負載二氧化鈦、二氧化錳、硫化鎘中的一種或多種物質，具有蜂窩多孔結構，并具備開環、斷鏈功能;所述的高效改性電極優選以金屬鈦為基材，將釕、鈷、銥、銻、鈀中一種或多種物質組成的修飾液，通過浸漬、涂抹、焙燒工藝制得；
[0007]所述的穩定過濾池中裝填有數組零價鐵床層，數組零價鐵床層的總裝填高度為穩定過濾池高度的0.4-0.8，每組之間由鈦絲網隔開，底部由承托層支撐。
[0008]本發明所述的一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統中，所述的零價鐵床層優選由零價鐵顆粒、鐵片或鐵肩通過堿化、酸洗填裝而成，具有催化還原活性，粒徑大小約為I?2cm。
[0009]本發明所述的電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統中，所述的生物降解體系包括但不限于SBR池、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池、MBR池中的一種或幾種進行組入口 ο
[0010]本發明還提供了一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的方法，其特征在于:采用本發明所述的含聚廢水處理系統處理含聚廢水，廢水首先進入調節池進行水質水量調節，而后由進水栗提升至電催化氧化系統，由電源控制系統為電催化氧化系統提供直流電源，含聚廢水在高效改性電極催化氧化作用下，通過開環、斷鏈，使大分子難降解物質降解為小分子物質；電催化氧化系統出水由折流混合區流入穩定過濾池，在零價鐵床層催化還原作用下，顯著降低廢水毒性和氧化還原電位;穩定過濾池出水由出水口進入混合反應池，混合反應池出水由流程栗提升至生物降解體系實現含聚廢水深度處理并最終達標排放;風機提供壓縮空氣，一部分通過曝氣盤為生物降解體系提供曝氣，另一部分由進氣口進入穩定過濾池并將其產生尾氣由頂部排出。
[0011]本發明所述的方法，其中含聚廢水依次經過電催化氧化系統、穩定過濾池和生物降解體系進行處理，三者缺一不可，且順序不可顛倒，其水力停留時間分別為20?30min、5?15min和8?12h，具體根據廢水水質狀況而定;所述的電催化氧化系統由電源控制系統提供直流電源，輸出電流為O?150A，電壓為O?40V，具體根據廢水水質、水量可調。
[0012]本發明所述的方法，其中含聚廢水COD在300?450mg/L之間，NH4+-N彡80mg/L，電導率在5000?15000us/cm之間，氯根含量在2000?5000mg/L之間，經本方法處理后，出水⑶D
60mg/L，NH4+-N< 5mg/L。
[0013]與現有技術相比，本發明有如下技術特點:
[0014]1、本發明通過電催化氧化系統外加直流電源，使極板表面催化產生大量強氧化基團，如.0H、.C10、.ClO2等，通過開環、斷鏈作用可實現如下過程:I)使一部分易降解物質徹底礦化為二氧化碳和水;2)使含聚廢水中難降解物質轉變為可生化小分子物質，提高廢水可生化性;3)通過強氧化作用，使廢水中含氮、含磷類物質充分釋放，便于后續生化工藝處理。
[0015]2、含聚廢水中含有大量有毒有害物質，通過電催化氧化系統強氧化作用，可實現部分物質如苯類、酚類毒性降低，但廢水中大量多氯有機物結構相對穩定，并具有很強的生物抑制性，此外，電催化氧化系統出水中含有過量強氧化基團，氧化還原電位較高。通過零價鐵床層催化還原作用，可顯著進一步降低廢水毒性和氧化還原電位，為生物降解體系提供良好的水環境，并且顯著提高了系統抗沖擊能力，保證系統穩定運行。
[0016]3、通過生物降解體系高效生物降解菌深度降解，廢水中小分子物質得到進一步去除，提高了出水水質，并且通過生物脫氮除磷過程，進一步提高出水指標。
[0017]4、電催化氧化系統去除有機物的同時，通過高級氧化過程，顯著提高了廢水的可生化性，充分釋放廢水中其它污染物，為生物降解體系提供條件;通過穩定過濾池零價鐵床層催化還原作用，降低了廢水毒性，提高了廢水生物親和性，為生物降解體系提供良好水質環境;通過強化生物降解過程，進一步提高了系統污染物去除能力和出水水質，同時有助于降低系統能耗和運行處理成本。通過電催化氧化系統、穩定過濾池和生物降解體系的有機結合，實現了含聚廢水污染物的協同處理，提高了系統運行效率和穩定性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法的工藝流程圖。
[0019]其中，1、調節池;2、進水栗;3、電催化氧化系統;4、電源控制系統；5、穩定過濾池；6、混合反應池;7、流程栗;8、生物降解體系；9、風機;301、進水口； 302、折流混合區；303、折流板、304陽極組;305、陰極組;306、電催化助劑;307、高效改性電極;501、零價鐵床層;502、鈦絲網；503、承托層;504、出水口；505、進氣口；曝氣盤801。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例及附圖對本發明一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統及方法作進一步描述。
[0021]如附圖1所示，含聚廢水處理系統包括調節池1、進水栗2、電催化氧化系統3、電源控制系統4、穩定過濾池5、混合反應池6、流程栗7、生物降解體系8和風機9;電催化氧化系統
3上部設置有進水口 301，末端設置有折流混合區302，其中，折流混合區302由折流板303構成，折流板303間距在0.05m?0.30m之間，電催化氧化系統3出水由折流混合區302流入穩定過濾池5;穩定過濾池5上部通過出水口 504與混合反應池6相連;混合反應池6出水通過流程栗7提升至生物降解體系8。
[0022]電催化氧化系統3由陽極組304、陰極組305和電催化助劑306構成，陽極組304和陰極組305均由數組高效改性電極307交替串聯而成，高效改性電極307間距為0.4cm?1.0cm，具體數量和間距根據水質水量進行設計，電催化氧化系統3由電源控制系統4控制電流、電壓輸出；電催化助劑306以Y-Al2O3為載體，表面負載二氧化鈦、二氧化錳、硫化鎘中的一種或多種物質，具有蜂窩多孔結構，并具備開環、斷鏈功能；高效改性電極307以金屬鈦為基材，將釕、鈷、銥、銻、鈀中一種或多種物質組成的修飾液，通過浸漬、涂抹、焙燒工藝制得。
[0023]穩定過濾池5中裝填有數組零價鐵床層501，零價鐵床層501單組裝填高度約為20cm，總裝填高度約為穩定過濾池5高度的1/2，每組之間由鈦絲網502隔開，底部由承托層503支撐;零價鐵床層501由零價鐵顆粒、鐵片或鐵肩通過堿化、酸洗填裝而成，具有催化還原活性，粒徑大小約為I?2cm;穩定過濾池5上部設置有進氣口 505，風機9通過風管與進氣口 505相連，將穩定過濾池產生尾氣由頂部排出。
[0024]生物降解體系8包括但不限于SBR池、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池、MBR池中的一種或幾種進行組合，具體形式可根據含聚廢水處理工藝要求而定;生物降解體系8底部設置有曝氣盤801，風機9通過風管與曝氣盤801相連。
[0025]如附圖1所示，含聚污水首先進入調節池I進行水質水量調節，而后由進水栗2提升至電催化氧化系統3，由電源控制系統4為電催化氧化系統3提供直流電源，電源控制系統4輸出電流為O?150A，電壓為O?40V，具體根據廢水水質、水量可調，在高效改性電極307催化氧化作用下，通過開環、斷鏈，使大分子難降解物質降解為小分子物質，含聚廢水在電催化氧化系統3內水力停留20?30min，而后其出水由折流混合區302流入穩定過濾池5，在零價鐵床層501催化還原作用下，顯著降低廢水毒性和氧化還原電位，含聚廢水在穩定過濾池5中水力停留5?15min，穩定過濾池5出水由出水口 504進入混合反應池6，混合反應池6出水由流程栗7提升至生物降解體系8并水力停留8?12h，通過高效生物降解菌生物降解作用，實現含聚廢水深度處理并達標排放;風機9提供壓縮空氣，一部分通過曝氣盤801為生化降解體系8提供曝氣;另一部分由進氣口 505進入穩定過濾池5并將其產生尾氣由頂部排出；
[0026]含聚廢水COD在300?450mg/L之間，NH/-N彡80mg/L，電導率在5000?15000us/cm之間，氯根含量在2000?5000mg/L之間，經本方法處理后，出水COD彡60mg/L，NH4+_N彡5mg/L，運行電耗約為6?8kw.h/噸水，比傳統單獨電催化氧化技術節省能耗2?4kw.h/噸水。
[0027]實施例一:
[0028]遼寧省某采油陸地終端采用傳統工藝處理含聚廢水，隨著采油量提升，含聚廢水和聚合物含量越來越高，廢水中鹽度較高，并含有大量難降解物質，如多環芳烴、苯酚類物質，現有處理工藝處理負荷和出水指標均面臨較大壓力。
[0029]采用本發明電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統對該含聚廢水進行了24m3/d的中試試驗，含聚廢水COD在324?418mg/L之間，平均為353mg/L，NH4+_N在60?80mg/L之間，電導率在8700us/cm左右，氯根含量在2310?2852mg/L之間，含聚廢水在電催化氧化系統裝置內水力停留時間為25min，直流電源輸出電流為100A，電壓為32?34V;在穩定過濾池水力停留15min后，進入SBR生化系統，SBR生化系統水力停留時間為8h，經上述電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水系統處理后，出水COD在47?58mg/L之間，平均為53mg/L，C0D平均去除率達到85%，NH4+-N彡5mg/L，出水水質滿足廠方排放標準，系統運行電耗7.5kw.h/噸水左右，與單純傳統電催化氧化技術相比，不僅進一步提高了氨氮和COD出水指標，而且節省能耗2?3kw.h/噸水。
[0030]實施例二:
[0031]黑龍江省某采油終端采用隔油+氣浮+傳統生化工藝處理含聚廢水，隨著油田深度開采，注聚量顯著增加，采油廢水中聚合物含量越來越高，如大量聚丙烯酰胺、破乳劑和阻垢劑，且廢水中鹽度較高，并含有聯苯類、苯酚類等毒性物質，現有處理工藝處理經常受到負荷沖洗，系統運行不穩定，出水水質指標面臨較大環保壓力。
[0032]采用本發明電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水系統對該采油含聚廢水進行了的小試試驗，含聚廢水⑶D在314?342mg/L之間，平均為321mg/L，NH4+_N在50?75mg/L之間，電導率在10720us/cm左右，氯根含量在3240?3510mg/L之間，含聚廢水在電催化氧化系統裝置內水力停留時間為30min，直流電源輸出電流為125A，電壓為34?36V;在穩定過濾池水力停留1min后，進入SBR+曝氣生物濾池生物降解體系，生物降解體系水力停留時間為9.5h，經本發明裝置處理后，出水⑶D在31?53mg/L之間，平均為51mg/L，COD平均去除率達到84%，NH4+-N彡5mg/L，出水水質滿足廠方排放標準，系統運行電耗為6?7kw.h/噸水左右，與單純傳統電催化氧化技術相比，不僅保證了氨氮和COD出水指標，而且節省能耗1.5?
2.0kw.h/噸水。
【主權項】
1.一種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的系統，其特征在于，所述的含聚廢水處理系統包括調節池(I)、進水栗(2)、電催化氧化系統(3)、電源控制系統(4)、穩定過濾池(5)、混合反應池(6)、流程栗(7)、生物降解體系(8)和風機(9);所述的電催化氧化系統(3)上部設置有進水口(301)，末端設置有折流混合區(302)，其中，折流混合區(302)由兩個折流板(303)構成，兩個折流板(303)間距在0.05m?0.30m之間，電催化氧化系統(3)出水由折流混合區(302)流入穩定過濾池(5);穩定過濾池(5)上部通過出水口(504)與混合反應池(6)相連;混合反應池(6)經流程栗(7)與生物降解體系(8)入口相連，使得混合反應池(6)出水由流程栗(7)提升至生物降解體系(8);生物降解體系(8)底部設置有曝氣盤(801)，穩定過濾池(5)上部設置有進氣口(505)，兩者統一通過風管與風機(9)相連； 所述的電催化氧化系統(3)由陽極組(304)、陰極組(305)和電催化助劑(306)構成，陽極組(304)和陰極組(305)均由數組高效改性電極(307)交替串聯而成，高效改性電極(307)間距為0.4cm?1.0cm，具體數量和間距根據水質、水量進行設計，電催化氧化系統(3)由電源控制系統(4)控制電流、電壓輸出； 所述的穩定過濾池(5)中裝填有數組零價鐵床層(501)，數組零價鐵床層的總填裝高度為穩定過濾池(5)高度的0.4-0.8，每組之間由鈦絲網(502)隔開，底部由承托層(503)支撐。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:所述的電催化助劑(306)以Y-Al2O3為載體，表面負載二氧化鈦、二氧化錳、硫化鎘中的一種或多種物質，具有蜂窩多孔結構，并具備開環、斷鏈功能;所述的高效改性電極(307)以金屬鈦為基材，將釕、鈷、銥、銻、鈀中一種或多種物質組成的修飾液，通過浸漬、涂抹、焙燒工藝制得。3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:所述的零價鐵床層(501)由零價鐵顆粒、鐵片或鐵肩通過堿化、酸洗填裝而成，粒徑為I?2cm。4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:所述的生物降解體系(8)選自SBR池、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池、MBR池中的一種或幾種組合。5.—種電催化氧化耦合生物體系處理含聚廢水的方法，其特征在于:采用權利要求1所述的含聚廢水處理系統處理含聚廢水，含聚廢水首先進入調節池(I)進行水質水量調節，而后由進水栗(2)提升至電催化氧化系統(3)，由電源控制系統(4)為電催化氧化系統(3)提供直流電源，含聚廢水在高效改性電極(307)催化作用下，通過開環、斷鏈，使大分子難降解物質降解為小分子物質；電催化氧化系統(3)出水由折流混合區(302)流入穩定過濾池(5)，在零價鐵床層(501)催化還原作用下，顯著降低廢水毒性和氧化還原電位;穩定過濾池(5)出水由出水口(504)進入混合反應池(6)，混合反應池(6)出水由流程栗(7)提升至生物降解體系(8)實現含聚廢水深度處理并最終達標排放;風機(9)提供壓縮空氣，一部分通過曝氣盤(801)為生化降解體系(8)提供曝氣，另一部分由進氣口(505)進入穩定過濾池(5)并將其產生尾氣由頂部排出。6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:含聚廢水經過所述的電催化氧化系統(3)、穩定過濾池(5)和生物降解體系(8)的順序不可顛倒，水力停留時間分別為20?30min、5?15min和8?12h，具體根據廢水水質狀況而定。7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述的電催化氧化系統(3)由電源控制系統(4)提供直流電源，輸出電流為O?150A，電壓為O?40V，具體根據廢水水質、水量可調。8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述的含聚廢水COD在300?450mg/L之間，NH4+-N彡80mg/L，電導率在5000?15000us/cm之間，氯根含量在2000?5000mg/L之間，經本方法處理后，出水COD彡60mg/L，NH4+_N彡5mg/L。
【文檔編號】C02F9/14GK106045198SQ201610451576
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】錢光磊, 謝陳鑫, 滕厚開, 趙慧, 秦微, 李肖琳, 張艷芳, 王震, 李旗
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設計院有限公司, 中海油能源發展股份有限公司