专利名称：一种发制品废水循环利用装置及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种废水的回用处理，特别是涉及一种发制品废水循环利用装置及其处理方法，属于环境工程领域。
背景技术：
假发制品(俗称发制品或档发)是以人体的毛发、动物毛发和化纤为原料，通过酸洗、水洗、脱色、染色和整洗等工艺制成。参照图1，图1是以人体的毛发、动物毛发为原料的假发制品的生产工艺。参照图2，图2是以化纤为原料假发制品生产工艺。假发制品生产过程中产生的废水俗称发制品废水或档发废水，来源主要有蚀酸工序产生的含酸废水，即用硫酸浸泡头发上的油脂、污物，然后用氨中和、冲洗所排放的废水；染色废水，即头发用强碱、高温染色后，从染色槽中倾倒出的高碱带色废水；洗发废水， 头发染色后用清水冲洗头发上的附色，然后再用洗发剂和柔软剂清洗、处理所排放的废水； 车间冲洗废水和生活污水。因此发制品废水含有油脂、强氧化剂、染料、发胶、表面活性剂和柔软剂等，具有有机物浓度高、色度深、成分复杂、可生化性差和水质水量波动大等特点，废水常见水质指标如表1。表1发制品废水原水水质情况
项目指标项目指标CODto500 1500mg/L色度(稀释倍数)300 500倍BOD5130 380mg/LSS100 500mg/L氨氮90 300mg/LPH值4. 0 8. 0
由表1可知，发制品废水原水水质主要表现为
1)氨氮浓度高，因发制品生产过程中加入大量氨水导致废水中含有大量无机氨；
2)色度高，因发制品生产过程中加入大量染料，导致废水中含有大量有色染料；
3)成份复杂，可生化性差，发制品生产过程中会投加大量的NaCIO、H2SO4(浓)、H202、 NaS2O3、焦磷酸钠、氨水、表面活性剂和无机助剂，同时人体毛发在加工过程中会脱落发胶、 油脂、胶蛋白和维生素等。 综上所述，发制品工业用水量多，废水排放量大，污染物种类多、成分复杂，为了减少排放的污染，现有的发制品废水在排放前必须经过处理。目前，国内外对发制品废水的处理主要有物理法、化学法和生化法三大类。物理法主要有吸附(气浮)法、膜分离法、超声波气振法、蒸馏法等处理方法；化学法主要包括化学混凝法、化学氧化法、光化学催化氧化法、 电化学法等处理方法。生化法主要包括厌氧法和好氧法等。目前发制品废水多采用物化与生化组合的处理方法，主要包括曝气调节、毛发过滤、絮凝、沉淀、水解酸化、好氧以及二次沉淀等步骤。但是，由于发制品废水含有油脂、强氧化剂、染料、发胶、表面活性剂和柔软剂等，具有有机物浓度高、色度深、成分复杂、可生化性差和水质水量波动大等特点，现有的处理方法存在处理效果差，排放废水的氨氮、色度、C0D&不达标，处理费用高等缺陷。
发明内容
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本发明的目的是针对现有的发制品废水存在化学药剂消耗多、污泥排放量大、成本高、效能低、处理后废水不能实现再生循环利用、浪费水资源等问题，提供一种高氨氮去除率、高色度去除率和高CODtt去除率、成本较低、效能较高、可再生循环利用的发制品废水处理循环利用装置及其处理方法。本发明的技术方案如下
一种发制品废水循环利用装置，它包括格栅井、集水井、水泵、曝气调节池、毛发过滤器、混凝池、絮凝池、初沉池、电解机、水解酸化池、缺氧池、好氧池、硝化池、二沉池、污泥池、 污泥脱水装置、过滤装置以及脱盐装置；所述的格栅井的进口与发制品废水出口联接，格栅井的出口与集水井入口联接，集水井出口经水泵与曝气调节池联接，曝气调节池出水口与毛发过滤器联接，毛发过滤器出水口经水泵与混凝池进水口联接，混凝池出水口与絮凝池进水口联接，絮凝池出水口与初沉池进水口联接，初沉池出水口与电解机进水口联接，电解机出水口与水解酸化池进水口联接，水解酸化池出水口与缺氧池进水口联接，缺氧池出水口与好氧池进水口联接，好氧池出水口与硝化池进水口联接，硝化池出水口与二沉池进水口联接，二沉池出水口经水泵与过滤装置进水口联接，过滤装置出水口经水泵与脱盐装置连接；初沉池和二沉池的污泥出口与污泥池联接，污泥池和污泥脱水装置之间设有污泥泵。所述曝气调节池、混凝池和絮凝池上还分别设有pH调节剂加药装置、絮凝剂加药装置、混凝剂加药装置。所述电解机的阳极为金属或石墨电极，所述电解机的阴极为铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、镍阴极、钛或锌阴极，且所述阳极表面覆盖有纳米级贵金属氧化物。所述的过滤装置为多介质过滤装置、微滤装置、超滤装置或膜生物反应器(MBR)的一种。所述的超滤装置为浸没式超滤、管式超滤或卷式超滤，截留分子量为1000 100000MWC0，工作条件为20 45°C，浸没式超滤的工作压力为_1 _50kPa，管式超滤和卷式超滤的工作压力为3 50kPa。所述MBR装置膜组件选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种，膜孔径为0. 10 0. 2 μ m，工作压力为-1 _50kPa，工作温度为5 45°C。所述的脱盐装置为反渗透装置(R0)、纳滤装置(NF)、电渗析装置或离子交换装置的一种。所述反渗透装置的膜组件为卷式膜组件，膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合膜，膜材料的截留分子量为50 200MWC0，进压可为6. 0 45. Obar,出压可为4. 5 35 bar。所述纳滤装置中的膜组件为卷式膜组件，纳滤膜的膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合纳滤膜，纳滤膜的截留分子量为200 500MWC0，进压为6. 0 45. Obar,出压为 4. 5 43. 5 bar。所述电渗析装置采用倒极电渗析系统、液膜电渗析系统、填充电渗析系统、双极性电渗析系统或无极水电渗析系统中的一种，电渗析装置的操作压力是0. 5 3. 0kg/cm2，操作电压50 250V，电流强度1 3A。所述的离子交换装置为阳离子交换柱(阳床)或阴离子交换柱(阴床)，阳离子交换柱的滤料为732阳离子交换树脂，阴离子交换柱的滤料为717阴离子交换树脂、731阴离子交换树脂D201阴离子交换树脂、D301阴离子交换树脂或4200C1阴离子交换树脂的一种。本发明所述的一种发制品废水循环利用处理方法通过采用如上所述的发制品废水循环利用装置，并经过如下步骤实现的
a、絮凝沉淀
发制品废水进入格栅井过滤，除去毛发、大颗粒固体物后流入集水井，接着再泵入曝气调节池，在曝气调节池中加入PH调节剂调节pH为6-8，并经曝气充分混合，然后通过毛发过滤器过滤后泵入混凝池，每吨废水加入絮凝剂600 1200g，待反应完全后进入絮凝池，在絮凝池中按每吨废水加入5 9g助凝剂进行絮凝反应，然后进入初沉池，初沉池中的沉淀送入污泥池中，最后在污泥脱水装置中进行过滤分离，初沉池中的废水则进入电解机；
b、电解
将絮凝沉淀处理后的废水泵入电解机电解，电解的工作电压为2 1000V，相邻两电极间的电压为2 24 V，电流密度为1 300mA/cm2，废水在电解机中的停留时间为2 25s ；
C、厌氧处理
电解处理后的废水依次进入水解酸化池和缺氧池中，在水解酸化池内废水中的大分子有机物在产酸菌的作用下水解酸化成小分子有机物，再经过缺氧池中厌氧菌、兼氧菌的吸附、发酵、产甲烷等共同作用下分解成甲烷和二氧化碳，提高B/C值，改善可生化性；同时通过缺氧池中反硝化细菌的反硝化作用脱除废水中的氨氮；
d、好氧处理
厌氧处理后的废水依次进入好氧池和硝化池内，利用好氧池内的好氧微生物进一步氧化分解废水中的有机物，深度去除废水中的C0D&和BOD5 ；利用硝化池内的硝化细菌的硝化作用和亚硝化细菌的亚硝化作用使氨态氮转化为硝态氮或亚硝态氮；
e、沉淀
好氧处理后的废水流入二沉池进行沉淀分离，进一步去除废水中的C0D&、BOD5, SS等； 二沉池底部的污泥一部分经泵回流至缺氧池中，另一部分通过管道流入污泥池中，再经污泥脱水装置过滤分离成滤液和泥饼，滤液经管道回流至集水井中，而泥饼则外运；
f、过滤
二沉池的出水泵入过滤装置进行过滤分离，得净化废水；
g、脱盐
将经过过滤装置处理所得的净化废水经过泵送入脱盐装置，得再生水和浓缩水，浓缩水一部分回流入电解机，一部分直接排放。在步骤a中，所述的絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁中的一种或多种的组合；所述的助凝剂为聚丙烯酰胺；所述PH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、石灰中的一种。在步骤b中，所述的纳米催化电解机的结构见中国专利CN102010038A，阳极为以钛为基板，在基板表面覆盖有晶粒为15 32nm的纳米贵金属氧气物涂层的惰性电极。所述纳米催化电解机的阴极为铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、镍阴极、钛或锌阴极等。所述纳米催化电解机的工作电压为2 500V，两电极间的电压为2 8 V，电解密度为10 300mA/ cm2，保持废水在纳米催化电解机中的停留时间为2 5s。
纳米催化电解发制品废水时，产生的游离基氯[Cl]、游离基氧
和羟基
等杀灭废水中微生物、氧化分解废水中的有机物、铵离子，使废水中的有机物质大环开环，长链断链，既消除了废水的色度，也去除了臭味，还提高废水的可生化性，并使废水在电场作用下脱稳，废水中的悬浮物、胶体、带电微粒，形成较大颗粒。此外，废水中的阳离子、阴离子分别向阴极和阳极移动，在阴极和阳极发生双电层作用和多电层作用，形成沉淀诱发絮凝作用，加速杂质沉降；电解产生的氢气小气泡还具有气浮效果。所述絮凝沉淀处理后的废水泵入电解机电解，电解处理后，废水中的氨氮应小于或等于100mg/L，使得后续的生化效果达到最佳。采用纳米催化具有如下突出效果
首先，通过电解使废水中的大环化合物开环，长链断链，提高了废水的可生化性，产生的游离基氧化分解有机物，快速降低CODtt，从而为后续的厌氧工序创造了更好的生化条件；
其次，通过电解产生的多种游离基(强氧化性物质)杀灭废水中的微生物，使后续的厌氧处理中能培育出更大的优势菌群，发挥更好的生化效果，使厌氧处理的出水水质更好；
第三，氧化分解废水中的无机铵，使铵离子转化为氮气和水，氨氮的脱除率可达80 90%，使进入生化前废水的氨氮小于100mg/L，同时消除水中臭味；
第四，大幅度降低废水的色度，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基
和初生态的氧
等强氧化性自由基可以氧化分解残留于废水中发色基团、助色基团，降低废水色度，达到脱色的目的；
第五，除臭，电解产生的多种游离基(强氧化性物质)氧化分解废水中的发臭基团，使废水脱臭；
第六，电解时废水中的阳离子和阴离子分别向电解机电解槽的阴极和阳极移动，发生双电层作用，在阴极和阳极附近形成沉淀，从而降低废水中的重金属离子含量，从而减轻重金属离子对后续工序中厌氧、好氧微生物的抑制、毒害作用。在步骤d中，所述好氧池内的混合液部分回流至缺氧池中，回流比为3 1或2:1， 有利于缺氧池中反硝化细菌的反硝化作用脱除废水的氨氮。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于 (1)废水经过处理，70%以上可以再生作为工业用水循环利用，既减少废水排放，避免废水对环境污染，又减少水资源浪费，还可以使再生的循环水成本低于自来水价格，经济合理，产生较好的经济效益。(2)污泥的排放量减少1/2 3/5，大幅度减少污泥处理成本。(3)纳米催化电解机采用表面覆盖有具有良好催化效果晶粒为15 32nm的纳米催化涂层的惰性电极作阳极，阳极不消耗，成本低，电效率高，吨废水处理消耗的电能大幅度减少，对废水C0D&、氨氮、悬浮物、色度去除率更高。(4)絮凝剂的用量减少1/2 3/5，减少单位产品化学药剂的消耗和节约药剂成本。(5)大幅度降低发制品废水C0D&的总排放量，使深度处理后废水的C0D&总排放量与二沉池直接排放比较下降25% 40%。
图1为以毛发为原料的假发制品的工艺流程图。图2为以化纤为原料的假发制品的工艺流程图。图3为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式下面参照
本发明的具体实施方式
。参照图3，一种发制品废水循环利用装置，它包括格栅井1、集水井2、水泵3、曝气调节池4、毛发过滤器5、水泵6、混凝池7、絮凝池8、初沉池9、电解机10、水解酸化池11、缺氧池12、好氧池13、硝化池14、二沉池15、水泵16、过滤装置17、水泵18、脱盐装置19、污泥池20、水泵21、污泥脱水装置22。电解机10的阳极为金属或石墨电极，电解机10的阴极为铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、镍阴极、钛或锌阴极，且所述阳极表面覆盖有纳米级贵金属氧化物。过滤装置17为多介质过滤装置、微滤装置、超滤装置或膜生物反应器的一种。本实施例的过滤装置为浸没式超滤，截留分子量为1000 100000MWC0，工作条件为20 45°C，浸没式超滤的工作压力为-1 -50kPa。脱盐装置19为反渗透装置、纳滤装置、电渗析装置或离子交换装置的一种。本实施例的脱盐装置为反渗透装置，其膜组件为卷式膜组件，膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合膜中的一种，膜材料的截留分子量为50 200MWC0，进压为6. 0 45. Obar,出压为 4. 5 35 bar。格栅井1的进口与发制品废水出口联接，格栅井1的出口与集水井2入口联接，集水井2出口经过水泵3与曝气调节池4联接，曝气调节池4出水口与毛发过滤器5联接，毛发过滤器5出水口经过水泵6与混凝池7进水口联接，混凝池7出水口与絮凝池8进水口联接，絮凝池8出水口与初沉池9进水口联接，初沉池9出水口与电解机10进水口联接，电解机10出水口与水解酸化池11进水口联接，水解酸化池11出水口与缺氧池12进水口联接，缺氧池12出水口与好氧池13进水口联接，好氧池13出水口与硝化池14进水口联接， 硝化池14出水口与二沉池15进水口联接，二沉池15出水口经过水泵16与过滤装置17联接，过滤装置17处理后的水经水泵18泵入脱盐装置19内，得再生水和浓缩水，浓缩水一部分回流至电解机中，一部分排放；初沉池9出口与污泥池20联接；二沉池15的污泥一部分经污泥泵M回流至缺氧池13，另一部分与污泥池20联接；污泥池20和污泥脱水装置22之间设有污泥泵21，污泥池20内的污泥可通过污泥泵21泵入污泥脱水装置22中过滤分离， 滤液回流至集水井2中，泥饼外运；缺氧池12和好氧池13之间还设有使好氧池13的混合液回流至缺氧池12的混合液回流泵23，其回流比为3 :1或2:1。曝气调节池4、混凝池7和絮凝池8上还分别设有PH调节剂加药装置、絮凝剂加药装置、混凝剂加药装置，通过加药装置可分别向曝气调节池、混凝池和絮凝池内加入适量的 PH调节剂、絮凝剂以及混凝剂。600吨/日的发制品废水处理工程。所述的发制品废水原水经测定指标如表2所
7J\ ο表2发制品废水原水的水质情况
权利要求
1.一种发制品废水循环利用装置，其特征在于它包括格栅井、集水井、水泵、曝气调节池、毛发过滤器、混凝池、絮凝池、初沉池、电解机、水解酸化池、缺氧池、好氧池、硝化池、 二沉池、污泥池、污泥脱水装置、过滤装置以及脱盐装置；所述的格栅井的进口与发制品废水出口联接，格栅井的出口与集水井入口联接，集水井出口经水泵与曝气调节池联接，曝气调节池出水口与毛发过滤器联接，毛发过滤器出水口经水泵与混凝池进水口联接，混凝池出水口与絮凝池进水口联接，絮凝池出水口与初沉池进水口联接，初沉池出水口与电解机进水口联接，电解机出水口与水解酸化池进水口联接，水解酸化池出水口与缺氧池进水口联接，缺氧池出水口与好氧池进水口联接，好氧池出水口与硝化池进水口联接，硝化池出水口与二沉池进水口联接，二沉池出水口经水泵与过滤装置进水口联接，过滤装置出水口经水泵与脱盐装置连接；初沉池和二沉池的污泥出口与污泥池联接，污泥池和污泥脱水装置之间设有污泥泵。
2.如权利要求1所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述曝气调节池、 混凝池和絮凝池上还分别设有PH调节剂加药装置、絮凝剂加药装置、混凝剂加药装置。
3.如权利要求1所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述电解机的阳极为金属或石墨电极，所述电解机的阴极为铁阴极、铝阴极、不锈钢阴极、镍阴极、钛或锌阴极，且所述阳极表面覆盖有纳米级贵金属氧化物。
4.如权利要求1所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述的过滤装置为多介质过滤装置、微滤装置、超滤装置或膜生物反应器的一种。
5.如权利要求4所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述的超滤装置为浸没式超滤、管式超滤或卷式超滤中的一种，截留分子量为1000 100000MWC0，工作条件为20 45°C，浸没式超滤的工作压力为-1 _50kPa，管式超滤和卷式超滤的工作压力为 3 50kPa。
6.如权利要求4所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述膜生物反应器的膜组件选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜、聚丙烯腈和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种，膜孔径为0. 10 0.2 μ m，工作压力为-1 -50kPa，工作温度为5 45°C。
7.如权利要求1所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述的脱盐装置为反渗透装置、纳滤装置、电渗析装置或离子交换装置的一种。
8.如权利要求7所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述反渗透装置的膜组件为卷式膜组件，膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合膜中的一种，膜材料的截留分子量为50 200MWC0，进压为6. 0 45. Obar,出压为4. 5 35 bar。
9.如权利要求7所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述纳滤装置中的膜组件为卷式膜组件，纳滤膜的膜材料为有机膜中醋酸纤维膜或复合纳滤膜中的一种， 纳滤膜的截留分子量为200 500MWC0，进压为6. 0 45. Obar,出压为4. 5 43. 5 bar。
10.如权利要求7所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述电渗析装置采用倒极电渗析系统、液膜电渗析系统、填充电渗析系统、双极性电渗析系统或无极水电渗析系统中的一种，电渗析装置的操作压力是0. 5 3. 0kg/cm2，操作电压50 250V，电流强度1 3A。
11.如权利要求7所述的一种发制品废水循环利用装置，其特征在于所述的离子交换装置为阳离子交换柱或阴离子交换柱，阳离子交换柱的滤料为732阳离子交换树脂，阴离子交换柱的滤料为717阴离子交换树脂、731阴离子交换树脂、D201阴离子交换树脂、D301 阴离子交换树脂或4200C1阴离子交换树脂的一种。
12.—种发制品废水循环利用处理方法，其特征在于它采用权利要求1所述的一种发制品废水循环利用装置，所述处理方法包括以下步骤a、絮凝沉淀发制品废水进入格栅井过滤，除去毛发、大颗粒固体物后流入集水井，接着再泵入曝气调节池，在曝气调节池中加入PH调节剂调节pH值为6-8，并经曝气充分混合，然后通过毛发过滤器过滤后泵入混凝池，每吨废水加入絮凝剂600 1200g，待反应完全后进入絮凝池， 在絮凝池中按每吨废水加入5 9g助凝剂进行絮凝反应，然后进入初沉池，初沉池中的沉淀送入污泥池中，最后在污泥脱水装置中进行过滤分离，初沉池中的废水则进入电解机；b、电解将絮凝沉淀处理后的废水泵入电解机电解，电解的工作电压为2 1000V，相邻两电极间的电压为2 24 V，电流密度为1 300mA/cm2，废水在电解机中的停留时间为2 25s ；C、厌氧处理电解处理后的废水依次进入水解酸化池和缺氧池中，在水解酸化池内废水中的大分子有机物在产酸菌的作用下水解酸化成小分子有机物，再经过缺氧池中厌氧菌、兼氧菌的吸附、发酵、产甲烷等共同作用下分解成甲烷和二氧化碳，提高B/C值，改善可生化性；同时通过缺氧池中反硝化细菌的反硝化作用脱除废水中的氨氮；d、好氧处理厌氧处理后的废水依次进入好氧池和硝化池内，利用好氧池内的好氧微生物进一步氧化分解废水中的有机物，深度去除废水中的C0D&和BOD5 ；利用硝化池内的硝化细菌的硝化作用和亚硝化细菌的亚硝化作用使氨态氮转化为硝态氮或亚硝态氮；e、沉淀好氧处理后的废水流入二沉池进行沉淀分离，进一步去除废水中的C0D&、BOD5, SS等； 二沉池底部的污泥一部分经泵回流至缺氧池中，另一部分通过管道流入污泥池中，再经污泥脱水装置过滤分离成滤液和泥饼，滤液经管道回流至集水井中，而泥饼则外运；f、过滤二沉池的出水泵入过滤装置进行过滤分离，得净化废水；g、脱盐将经过过滤装置处理所得的净化废水经过泵送入脱盐装置，得再生水和浓缩水，浓缩水一部分回流入电解机，一部分直接排放。
13.如权利要求12所述的一种发制品废水循环利用处理方法，其特征在于步骤a中所述的絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁中的一种或多种的组合；所述的助凝剂为聚丙烯酰胺；所述PH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、石灰中的一种。
14.如权利要求12所述的一种发制品废水循环利用处理方法，其特征在于步骤b中电解为纳米级催化电解，其工作电压为2 500V，相邻两电极间的电压为2 8 V，电流密度为10 300mA/cm2，废水在电解机中的停留时间为2 5s。
全文摘要
一种发制品废水循环利用装置及其处理方法，涉及一种废水的再生循环利用。装置设有格栅井、集水井、水泵、曝气调节池、毛发过滤器、混凝池、絮凝池、初沉池、电解机、水解酸化池、缺氧池、好氧池、硝化池、二沉池、污泥池、污泥脱水装置、过滤装置以及脱盐装置。通过上述各装置的相互配合能使废水达到工业用水标准。处理方法包括以下步骤絮凝沉淀、电解、厌氧处理、好氧处理、沉淀、过滤和脱盐。通过上述处理方法可使再生水达到工业生产的工业用水要求，减少废水排放，化学药剂消耗量低，运行成本低，废水利用率高。
文档编号C02F9/14GK102344227SQ20111022331
公开日2012年2月8日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者张世文, 王峰 申请人:波鹰(厦门)科技有限公司