CN101538102A - 一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统 - Google Patents

Abstract

一种深度处理难降解有机废水的臭氧－生物滤池系统，涉及一种废水深度处理装置。包括臭氧接触反应器(2)、臭氧发生器(20)、生物滤池(7)、鼓风机(19)和反冲洗水泵(15)，设置布水层(3)、填料层(4)和储水层(5)的臭氧接触反应器(2)与臭氧尾气破坏装置(22)连接；生物滤池(7)由上布水装置(8)、活性炭层(9)、除铁锰滤料层(10)和承托层(11)内下布水装置(12)和布气装置(13)构成并依次与反冲洗阀(14)、反冲洗水泵(15)及其清水阀(17)和清水池(16)连接，并通过进气阀(18)与鼓风机(19)连接。本发明对臭氧的吸收效率达90％以上，且防止残余臭氧的二次污染。广泛用于各类难降解有机废水的深度及回用处理。

Description

一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统

技术领域

一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统，涉及一种废水深度处理装置。具体是用于难降解有机废水深度处理的设备。

背景技术

随着煤化工、造纸、制药和印染等有机化学工业的不断发展，通过废水、废气排放进入环境的化工合成有机物的数量和种类以每年几十种的速度急剧增加。其中有些化合物表现出难于被微生物降解的特性，它们在环境中长期存留、逐步蓄积，威胁和损害了人类的健康。目前，生物处理是最经济实用、应用面最广的有机废水处理技术。但是，常规生物处理难以将含有难降解有机物的废水处理到达标排放或回用水平。

为解决上述问题，包括混凝、沉淀、过滤、吸附、高级氧化、膜处理、强化生物技术等各种废水深度处理技术正得到大量发展和应用。其中，臭氧一生物活性炭技术主要包括臭氧氧化和生物活性炭两部分，是利用臭氧的强氧化能力将难降解有机物分解为易降解的小分子，再通过活性炭吸附和微生物降解的协同作用去除有机物，结合了过滤、吸附、高级氧化和生物处理等多方面技术，其经济性、可靠性得到普遍认可。但是，装置限定了臭氧氧化多采用鼓泡反应的方法，该方法的基本原理是通过减小气泡的大小、分散气相臭氧，以达到臭氧在水中的溶解，其臭氧吸收率一般能达到70％左右；同样，生物活性炭工艺大多采用活性炭滤池的形式，废水进入滤池后，难生物降解的物质可以先吸附富集在活性炭内，然后再被微生物逐渐分解，同时废水中的悬浮物、胶体物质经过滤得到去除。因此，目前的臭氧一生物活性炭技术还存在臭氧吸收率不高(存在尾气污染)、生物滤池出水仍含有新生胶体物质、滤池反冲耗水量大、活性炭易破损及流失等缺点，限制了该技术的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的是设计一种易于工程化、臭氧吸收率高、能高效去除废水中难降解有机物和新生胶体物质，并兼顾除铁、除锰的臭氧-生物滤池系统。

为达到上述目的，本发明改变了现有的在臭氧氧化反应时，通过布气装置将臭氧化气体分散到废水中，而是专门设计了一种臭氧接触氧化反应器，通过臭氧接触氧化反应器内设置的高比表面积的填料，切割和分散液相的废水，并强化液相紊动程度来提高臭氧的吸收率，大幅度缩短接触停留时间，同时实现废水高效充氧。另外，在生物滤池内采用活性炭和除铁除锰双滤料层结构，既能实现有机物的降解，又具有除铁、除锰和除浊功能；同时在生物滤池的底部设置布气和布水装置，实施曝气松动-低强度水洗的气水联合反冲洗方式，既保证冲洗效果，又避免了活性炭破损和流失。

本发明的具体结构包括：臭氧接触反应器、臭氧发生器、生物滤池、鼓风机和反冲洗水泵。臭氧发生器与臭氧接触反应器连接，臭氧接触反应器与生物滤池上部连接，生物滤池底部分别与清水池以及鼓风机连接，其结构要点在于：臭氧接触反应器的顶端通过管道与臭氧尾气破坏装置连接；臭氧接触反应器内自上而下依次设置布水层、填料层和储水层三个功能区，布水层内设有与臭氧接触反应器顶端固定连接的悬架，以及与悬架底端固定连接的布水板；填料层由填料承托板及填料承托板上的填料组成，填料承托板通过支架与臭氧接触反应器底部固定连接；储水层是臭氧接触反应器底部的水位，该水位的高度以进气口进入的臭氧只能通过填料层往上，不能随水流从臭氧接触反应器底部直接往下流走，达到水封作用为准；生物滤池由上而下依次设置上布水装置、活性炭层、除铁除锰滤料层和承托层，承托层内自上而下设有布气装置和下布水装置；下布水装置通过一个三通，一路依次与反冲洗阀、反冲洗水泵连接，以便对生物滤池内的活性炭层和除铁除锰滤料层进行反冲洗；另外一路通过清水阀和清水池连接，以便将处理好的清水收集待用；布气装置通过进气阀与鼓风机连接，当生物滤池需要反冲洗时，先对活性炭层和除铁除锰滤料层气冲，使滤层松动，实现曝气松动-低强度水洗的气水联合反冲洗方式，既保证冲洗效果，又避免活性炭破损和流失。

所述的活性炭层的厚度为1000-2000mm，采用市售的Φ1.0-3.0mm柱状或8～30目不定形煤质或果壳活性炭。

所述的除铁除锰滤料层厚度为500-1000mm，采用粒径为2-4mm除铁除锰滤料。

所述的承托层11采用级配砾石层或滤板。

本发明具有以下优点：

1.由于本发明在臭氧接触反应器内设计了一个过流密度合理的由布水板与三根与臭氧接触反应器顶部固结的悬架组成的布水层，提高了经常规生化处理后的难降解有机废水的液相喷淋密度和均匀度，加快液体流速，减小液膜厚度，大幅度增加了气液两相有效接触面积，从而提高了传质效率。

2.由于本发明在臭氧接触反应器内设置了比表面积大于200m²/m³的填料，有效保证较大的湿接触表面，并加剧液相紊动程度，从而提高气、液两相界面更新速率，加快溶气过程。由此，在高效臭氧接触反应器废水停留时间仅1-3min条件下可实现臭氧的吸收率高达90％以上。同时，在上述溶气、氧化反应过程中，臭氧化气体中的氧也迅速溶解到废水中，为后续的生物滤池中微生物降解有机物供氧。

3.由于本发明设置了臭氧破坏装置，吸附或分解臭氧接触反应器出来的残余的臭氧，防止了二次污染。

4.由于本发明的生物滤池采用活性炭层和除铁除锰双滤料层双滤层结构，难降解有机废水经臭氧接触反应器时被填料切割成水膜并和逆向流动的臭氧化气体接触、溶解、反应，其可生化性和溶解氧含量得到大幅提高，再进入生物滤池，通过活性炭吸附和生物降解的协同作用去除废水中的有机污染物，并进一步经由除铁除锰滤料层去除铁、锰和胶体物质，尤其是除铁除锰双滤料层不但可有效去除活性炭层脱落的微生物的残体形成的悬浮物或胶体、颗粒污染物，降低出水浑浊度，同时可去除废水中的铁锰物质，有利于出水水质，最后可达到排放或回用标准。

5.由于本发明的生物滤池底部设置了布气装置和下布水装置，在生物滤池过水阻力不断增加需要反冲洗时，采用先气冲、再低强度水冲的气水联合反冲洗方式，既保证冲洗效果，又避免了微生物的过分流失和活性炭的破损、流失。适度的气水反冲还有利于活性炭层上微生物的更新和增强微生物活性，从而有利于有机物的去除。另外，水冲强度仅需5-8(L/(m²·s)，水冲持续时间为3-8min，节约了反冲洗耗水量。

6.本发明臭氧吸收率高、吸收反应速率快、处理难降解有机废水的效果好且稳定、可实现除浊和除铁锰、节约反冲洗用水量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为臭氧接触反应器的结构示意图

图3为臭氧接触反应器的俯视图

图4为臭氧接触反应器的布水板示意图

图5为臭氧接触反应器的填料承托板示意图

图6为生物滤池结构示意图

图7为生物滤池A-A剖面图

图8为生物滤池B-B剖面图

图9为生物滤池C-C剖面图

图中，1-有机废水进水阀：2-臭氧接触反应器：3-布水层：4-填料层：5-储水层：6-出水阀：7-生物滤池：8-上布水装置：9-活性炭层：10-除铁锰滤料层：11-承托层：12-下布水装置：13-布气装置：14-反冲洗阀：15-反冲洗水泵：16-清水池：17-清水阀：18-进气阀：19-鼓风机：20-臭氧发生器：21-臭氧调节阀：22-臭氧尾气破坏装置：23-进水口：24-悬架：25-布水板：26-填料：27-填料承托板：28-支架：29-出水口：30-支撑腿：31-进气口：32-尾气出气口：33-液位器：34-人孔：35-填料卸料口：36-进气管：37-布气总管：38-布气穿孔支管：39-下布水总管：40-布水穿孔支管。

具体实施方式

请参阅图1。

本发明由臭氧接触反应器2、臭氧发生器20、臭氧尾气破坏装置22、生物滤池7、鼓风机19、反冲洗水泵15和清水池16组成。臭氧发生器20的气源可采用空气或氧气。当采用空气源臭氧发生器时，在空气进入臭氧发生器20之前需设置净化、除油和冷干等预处理措施。臭氧发生器20与臭氧接触反应器2连接，将臭氧送入臭氧接触反应器2与进入的难降解有机废水反应，臭氧接触反应器2顶端通过管道与臭氧尾气破坏装置22连接，将反应后剩余臭氧吸收。臭氧尾气破坏装置22均采用防臭氧腐蚀材料，可采用活性炭吸附、电催化分解等各种类型的臭氧吸收、破坏装置。臭氧接触反应器2的底端与生物滤池7上部连接，生物滤池7底部与反冲洗水泵15、清水池16以及鼓风机19连接，将清水储存在清水池16待用。当需要反冲洗时依次启动鼓风机19和反冲洗水泵15即可。

请参阅图2、3、4、5。本发明的臭氧接触反应器2由壳体内的布水板25、填料26、填料承托板27和支撑腿30组成，壳体正面设有人孔34和填料卸料口35，壳体一侧下端设有液位器33和臭氧化气体的进气口31。壳体顶端中央设有进水口23，顶端一侧则设有尾气出气口32，壳体底端中央设有出水口29。臭氧接触反应器2可采用不锈钢、玻璃钢、聚氯乙稀板等耐臭氧腐蚀的材料制造、混凝土结构建造或其它内表面设防臭氧腐蚀处理的材料制造。臭氧接触反应器2内自上而下依次设置布水层3、填料层4和储水层5三个功能区。

其中，布水层3的高度为300-600mm，由固定在臭氧接触反应器2顶端的三根悬架24和固定在悬架24底端的布水板25构成，布水板25为孔径2-4mm的穿孔滤板，废水由进水口23进入反应器后一部分通过布水板25反射后向四周辐射分散下落，另一部分废水可直接通过小孔下落，从而提高布水的均匀性。布水板采用耐臭氧腐蚀的不锈钢、聚氯乙稀板、陶瓷及其它表面设有防臭氧腐蚀处理的材料。

填料层4的高度为1000～2000mm，是废水形成液膜并和臭氧化气体接触反应的区域，在该区域内填充高比表面积填料，填料层4依次由填料26、填料承托板27和支架28组成。填料承托板27与三根支架28固定连接，填料承托板27上分布一定数量过水小孔，一方面可承载、支撑填料，另一方面可使水流顺畅通过。支架28底端与臭氧接触反应器2底部固定，顶端与填料承托板27固定。填料26的直径为15～50mm，可采用比表面积大于200m²/m³的各种类型填料。填料26需采用耐臭氧腐蚀的材料，如不锈钢、陶瓷、耐臭氧氧化的塑料及其它表面设防臭氧腐蚀处理的材料。

储水层5的功能是起到水封作用，防止臭氧化气体随水流从臭氧接触反应器2的底部直接流走。高度以其上设有的进气口31进入的臭氧只能往上通过填料层4为准，具体高度为400-600mm。

请参阅图6、7、8、9。本发明的生物滤池7自上而下依次由上布水装置8、活性炭层9、除铁除锰滤料层10和承托层11组成。承托层11内自上而下设有下布水装置12和布气装置13。上布水装置8可以采用槽型，在生物滤池7处于连续过滤状态时，臭氧化后的废水流入上布水装置8的槽内后、由槽的两侧流出，形成堰流，再跌落至活性炭层9上方。在生物滤池7处于反冲状态时，反冲洗水从上布水装置12外侧流入槽内，槽的一端连接反冲排水管和排水阀，反冲洗水通过反冲排水管和排水阀进行反冲洗排水。

下布水装置12由下布水总管39和布水穿孔支管40组成。布水穿孔支管40和下布水总管39固定连接并贯通。布水穿孔支管40与下布水总管39可直接焊接，也可通过法兰、螺栓连接。下布水装置12通过一个三通，一路与反冲洗阀14、反冲洗水泵15连接，以便需要对生物滤池7内的活性炭层9和除铁除锰滤料层10进行反冲洗；另外一路与清水阀17和清水池16连接，以便将处理好的清水收集待用。在生物滤池7处于连续过滤状态时，处理好的清水经布水穿孔支管40收集后流入下布总管39，再经清水阀17流入清水池16。在生物滤池7处于反冲状态时，由反冲洗水泵15打出经反冲洗阀14的反冲洗水进入下布水总管39后，经布水穿孔支管40流出。

布气装置13由进气管36、布气总管37和布气穿孔支管38组成。布气穿孔支管38和布气总管37固定连接并贯通。布气穿孔支管38与布气总管37可直接焊接，也可通过法兰、螺栓连接。布气装置13通过进气阀18与鼓风机19连接，以便当生物滤池7的液位升高到需要反冲洗高度时，对活性炭层9和除铁除锰滤料层10进行持续气冲数分钟，使滤层松动，实现曝气松动-低强度水洗的气水联合反冲洗方式，既保证冲洗效果，又避免了活性炭破损和流失。

生物滤池7内的活性炭层9厚度为1000-2000mm，采用市售的Φ1.0-3.0mm柱状或8～30目不定形煤质或果壳活性炭。活性炭经生物接种并驯化后附有可降解有机物和氨氮的各类微生物。

生物滤池7内的除铁除锰滤料层10厚度为500-1000mm，滤料粒径2-4mm。

生物滤池7内的承托层11采用级配砾石层或滤板。当采用级配砾石层作为承托层时，砾石粒径2-16mm，厚度不小于250mm。当采用滤板作为承托层时，在滤板上安装布水滤头或管帽作为布水装置。

本发明的生物滤池7的滤速为2-6m/h，可采用敞口式滤池或压力式过滤器。所述敞口式滤池可采用不锈钢、玻璃钢、塑料板制造或采用混凝土结构建造、或采用其它内表面设防臭氧腐蚀处理的材料制造。所述压力式过滤器可采用不锈钢、玻璃钢制造或采用其它内表面设防臭氧腐蚀处理的耐压材料制造。

工作原理

将已经经过常规生化、物化处理的焦化废水(COD浓度为100-200mg/L，可生化性极差)作为难降解有机废水的深度处理。该难降解废水经过滤去除大部分悬浮颗粒、有机质胶体后，采用本发明进行深度处理。难降解焦化废水开始运行前各阀门处于关闭状态。先开启臭氧发生器20，再开启有机废水进水阀1，使焦化废水连续的进入臭氧接触反应器2，废水先通过布水层3进入填料层4和逆向流动的臭氧化气体接触、反应，再进入储水层5，通过出水阀6的调节维持储水层5液位，以防止臭氧化气体从臭氧接触反应器2底部出口流出，同时储水层5的废水连续的经出水阀6流至生物滤池7。进入臭氧接触反应器2的布水层3的废水，经布水板25由上而下均匀降落，通过填料被切割成液膜，臭氧化气体自下向上流动，在填料层4和废水接触、溶解和反应。臭氧接触反应器2的过流密度为50-200m³/(m²·h)，停留时间为1～3min，废水的臭氧投加量为3-10mg/L。逐步开启调节出水阀6，使臭氧接触反应器2内维持一定液位，并使液位低于臭氧进气管31。通过调节臭氧调节阀21，控制进入臭氧接触反应器2的臭氧化气体流量，臭氧化气体从臭氧接触反应器2下端进入后竖直向上流动、在填料层4和逆向流动的废水接触、反应，使臭氧化气体内的臭氧被废水吸收，臭氧尾气再经布水层3从臭氧接触反应器2上端流出并进入臭氧尾气破坏装置22彻底分解、消除臭氧后排入大气中。臭氧接触反应器2的出水连续进入生物滤池7。进入生物滤池7的臭氧化后的废水经上布水装置8竖直向下均布的依次通过活性炭层9和除铁除锰滤料层10，分别去除有机物和浊度及铁锰，持续进水一段时间，待生物滤池7液位高过活性炭滤层9后，开启清水阀17，并保持生物滤池7的液位高过活性炭层9，使净化后的清水经下布水装置12收集后经清水阀17流入清水池16。完成上述动作后，臭氧-生物滤池系统开始连续运行。经本发明深度处理后，该难降解焦化废水的COD小于60mg/L、铁小于0.3mg/L、锰小于0.1mg/L，达到了回用标准要求。

当生物滤池7滤料上的水头(液位)升高到一定高度而需反冲洗时，打开进气阀18，开启鼓风机19，压缩空气经生物滤池7内的布气装置13竖直向上分布，采用强度为10-15(L/(m²·s)的气冲，维持气冲时间为3-5min，使滤层松动。再关闭鼓风机19和阀18，关闭清水阀17，开启反冲洗水泵15，开启反冲洗进水阀14，将清水从清水池16泵出经生物滤池7内的下布水装置12向上布水，采用强度为5-8(L/(m²·s)的水冲，维持时间为3-8min。在水冲过程中，滤料膨胀，使截留的悬浮物和脱落的微生物膜随上升的水流经上布水装置8收集后经废水管排出，反冲洗废水经收集后可回流至本处理系统或常规生化处理系统的前端。

上述反冲洗过程完毕后关闭反冲洗阀14、反冲洗水泵15，开启清水阀17，使生物滤池7进入连续过滤状态。生物滤池7按照上述的过滤-反冲-过滤的周期性方式运行。

上述臭氧-生物活性炭系统可通过自控系统实现自动运行和反洗。

本发明既可串联于常规生化处理系统的后端、进一步去除废水有机物、铁锰和降低废水浊度，将废水水质处理到达标排放甚至回用水平，也可直接用于COD浓度低于200mg/L的低浓度难降解有机废水的回用处理。

Claims (4)

1.一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统，由臭氧接触反应器(2)、臭氧发生器(20)、生物滤池(7)、鼓风机(19)和反冲洗水泵(15)组成，臭氧发生器(20)与臭氧接触反应器(2)连接，臭氧接触反应器(2)与生物滤池(7)上部连接，生物滤池(7)底部分别与清水池(16)以及鼓风机(19)连接，其特征在于：臭氧接触反应器(2)的顶端通过管道与臭氧尾气破坏装置(22)连接；臭氧接触反应器(2)内自上而下依次设置布水层(3)、填料层(4)和储水层(5)三个功能区，布水层(3)内设有与臭氧接触反应器(2)顶端固定连接的悬架(24)，以及与悬架(24)底端固定连接的布水板(25)；填料层(4)由填料承托板(27)及填料承托板(27)上的填料(26)组成，填料承托板(27)通过支架(28)与臭氧接触反应器(2)底部固定连接；储水层(5)是臭氧接触反应器(2)底部的水位，该水位的高度以进气口(31)进入的臭氧只能通过填料层(4)往上，不能随水流从臭氧接触反应器(2)的底部直接往下流走达到水封作用为准；生物滤池(7)由上而下依次设置上布水装置(8)、活性炭层(9)、除铁锰滤料层(10)和承托层(11)，承托层(11)内自上而下设有布气装置(13)和下布水装置(12)；下布水装置(12)通过一个三通，一路依次与反冲洗阀(14)、反冲洗水泵(15)连接，另外一路通过清水阀(17)和清水池(16)连接；布气装置(13)通过进气阀(18)与鼓风机(19)连接。

2.根据权利要求1所述的一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统，其特征在于：所述活性炭层(9)的厚度为1000-2000mm，采用市售的Φ1.0-3.0mm柱状或8～30目不定形煤质或果壳活性炭。

3.根据权利要求1所述的一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统，其特征在于：所述除铁锰滤料层(10)厚度为500-1000mm，采用粒径为2-4mm市售除铁除锰滤料。

4.根据权利要求1所述的一种深度处理难降解有机废水的臭氧-生物滤池系统，其特征在于：所述承托层(11)采用级配砾石层或滤板。

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