CN102329032B

CN102329032B - 入河口污水回用深度处理工艺

Info

Publication number: CN102329032B
Application number: CN 201110260738
Authority: CN
Inventors: 张文熊; 白文荣; 刘晶冰; 冯惠谦; 朱鸿冰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: CN102329032A

Abstract

入河口二级生化出水的污水回用深度处理工艺属于污水深度处理领域。O₃+UV+纳米晶TiO₂/颗粒活性炭+高速纤维球过滤技术深度处理二级生化出水的工艺，解决了传统工艺投资规模大、针对性差及膜分离技术处理水量小、成本高的问题。本工艺装置由循环氧化催化系统I和过滤存储系统II依次连结而成，系统I中的UV光氧化催化反应器，其内设有固定载体架，可据水质差异装入颗粒活性炭或纳米晶TiO₂等不同催化剂。上述工艺可无选择性地降解二级生化出水中难降解有机污染物，并使出水达到较高标准。本工艺操作简单、处理效率高、且量大，成本较低，对COD、BOD、浊度、表面活性剂、铁、锰、嗅、色度等中水回用指标有显著降解效果，适于入河口污水回用深度处理工艺。

Description

入河口污水回用深度处理工艺

技术领域

本发明属于污水深度处理技术领域，涉及一种简易有效的污水回用深度处理工艺。

背景技术

传统的污水回用深度处理技术一般采用混凝、沉淀、过滤等技术，紧跟城市污水处理厂二级生化出水作为后续，进一步去除水中胶体、有机污染物、重金属离子等，这些方法只有在处理规模较大时，才有操作流程和经济上的优势，但是处理水水质效果不够理想。

目前处理效果好的深度处理技术主要包括膜分离技术、活性炭吸附技术、高级氧化技术等。

膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。微滤技术可以除去细菌、病毒和寄生生物等，还可以降低水中的磷酸盐含量。超滤用于去除大分子，对二级生化出水的COD和BOD去除率大于50％。反渗透技术是用于降低矿化度和去除总溶解固体，对二级出水的脱盐率达到90％以上，COD和BOD的去除率在85％左右，细菌去除率90％以上。纳滤介于反渗透和超滤之间，其操作压力通常为0.5～1.0MPa，纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性，它对二价离子的去除率高达95％以上，一价离子的去除率较低，为40％～80％。

众所周知，目前膜分离技术的成本是比较大的，并且膜的寿命有限、易污染、清洗繁琐、处理效率低，都是制约它普遍应用的主要因素。另外，我国的膜技术与世界先进水平还有较大差距，今后应该重点开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料，解决膜污染、过滤速度慢、浓差极化及清洗等关键问题。因此，膜分离技术更适于高污染废水的净化处理，将它用作二级生化出水污水回用于杂用水的深度处理，处理量小，从成本上考虑是不划算的。

纤维球过滤技术是一种新型的去除水中悬浮物的有效方法。过滤速度快、反冲洗彻底、用水少、滤料使用时间长等优点使其得到了大量应用。高速纤维球过滤的原理为：容器内填装纤维球形成床层，由于纤维球个体疏松使得穿插的纤维球床层形成一个整体。床层中纤维球受到的压力为过滤水流的流体阻力，因纤维球具有一定的弹性，在压力下滤层孔隙率和过滤孔径由大到小渐变分布，滤料的比表面积由小到大渐变分布。这是一种过滤效率由低到高递增的理想过滤方式，直径较大、容易滤除的悬浮物可被上层滤层截留，直径较小、不易滤除的悬浮物可被中层或下层滤层截留。在整个滤层中，机械筛分和接触絮凝作用都得到充分发挥，从而实现较高的滤速、截污容量和较好的出水水质。

采用高速纤维球过滤器对浊度的去除效果虽不如膜过滤彻底，但是过滤速度快，也可将二级出水的较大悬浮颗粒(5μm以上)去除90％以上，浊度也大幅降低，并对大分子有机物、胶体、细菌等也有一定去除效果，是非常有实际意义的过滤技术。

活性炭吸附技术也广泛用于二级处理出水的深度处理。其主要优点是处理程度高，效果稳定，缺点是处理费用较高。在我们的工艺中，将活性炭、臭氧、紫外技术联用，活性炭提高了O₃+UV对有机污染物的降解效果，O₃+UV的降解作用又大大提高活性炭的吸附寿命。

高级氧化技术对废水处理中可生化性差，相对分子质量很大的有机物质有很好的处理效果。高级氧化可以直接将其矿化，克服了生化处理废水的困难。O₃+UV工艺是高级氧化技术的一种，成本较低，处理生化出水效果显著。

发明内容

一种适用于二级生化出水的污水回用的深度处理工艺，灵活性高、针对性强、成本较低。解决了传统工艺的投资规模大、灵活性低、处理效果不理想的问题，解决了膜过滤技术处理量小，成本高而不适用于杂用水回用的问题。

(所采用的技术方案)：

二级生化出水的污水特点是COD值较高，一般在50～100mg/L之间；BOD值一般在20～30mg/L之间；悬浮物SS较高，一般在20～30mg/L之间；浊度较高，一般在20～30NTU之间；阴离子表面活性剂较高，一般在1～2mg/L之间；色度较高，一般在30～40倍；总大肠菌群数较高，一般在5000～10000个/L之间。

本发明主要采用O₃+UV+纳米晶TiO₂/颗粒活性炭GAC高级氧化-高速纤维球过滤联合工艺对水中COD、BOD、SS、浊度、阴离子表面活性剂、色度、总大肠菌群进行去除，以使二级出水达到城市杂用水标准。

入河口污水回用深度处理工艺，其特征在于：所述工艺的装置由循环氧化催化系统I和过滤存储系统II组成；循环氧化催化系统I包括反应容器1、气液混合泵2、臭氧发生器3、UV光氧化催化反应器4；反应容器1的底部出水口通过水管连接气液混合泵2的进水口，臭氧发生器3通过气管连接气液混合泵2的进气口，气液混合泵2的气液混合出口通过水管连接UV光氧化催化反应器4的底部进水口，UV光氧化催化反应器4的顶部出水口通过水管连接反应容器1的顶部回水口，构成循环氧化催化回路；上述的UV光氧化催化反应器4内部中心设有高压汞灯5，石英玻璃管与反应器外壁之间设有用于固定催化剂固定架6；过滤存储系统II由高速纤维球过滤机7和存储罐8构成；反应容器1底部出水口通过水管连接高速纤维球过滤机7，高速纤维球过滤机7的出水口通过水管连接存储罐8；

催化剂为纳米晶TiO₂或者颗粒活性炭；

采用上述装置的工艺，为O₃+UV+纳米晶TiO₂/颗粒活性炭氧化工艺+高速纤维球过滤技术联合应用；

当污水COD值在50～70mg/L时，采用O₃+UV+高速纤维球过滤技术联合工艺；当污水COD值在70～100mg/L时，采用O₃+UV+纳米晶TiO₂+高速纤维球过滤技术联合工艺；当污水COD值在100～150mg/L时，采用O₃+UV+颗粒活性炭+高速纤维过滤技术联合工艺；

通过调节臭氧发生器3的O₃产率和气液混合泵2的混合压，使O₃在水中的溶解浓度达到7～10×10^-5mol/L的范围，UV高压汞灯需求功率为500w/t，UV光与臭氧水接触距离为L＝30～95mm，固定架6上的催化剂的UV辐照度为2～3×10³w/m²的条件下，循环氧化催化时间为30～50min。

O₃+UV高级氧化技术可以有效地去除水中有机污染物。当水中O₃浓度C＝7～10×10^-5mol/L、UV高压汞灯需求功率P＝500w/t、UV与臭氧水接触距离为L＝30～95mm时，可在30～50min内使COD值从50～70mg/L降低至30～40mg/L，与高速纤维球过滤联用，可使COD降低至30mg/L以下。该工艺原理是紫外光UV可以对O₃起到催化作用，使O₃的氧化性和效率得到提高，原因是在UV催化作用下O₃可产生氧化性极强的·OH、且浓度高，对有机物无选择性进行氧化。

当进水COD为70～100mg/L时，需进一步提高氧化效率，应向UV光催化反应器内固定纳米晶TiO₂光催化剂，即为O₃+UV+纳米晶TiO₂工艺。纳米晶TiO₂是用胶粘法固定并刮涂在玻璃纤维布的表面，形成稳定的薄层。将三层涂覆的纤维玻璃布固定于光催化反应器的固定架上，此时催化剂所接受的UV辐照度为2～3×10³w/m²。在同上的条件下，COD值可降低至30mg/L以下。即在上述条件下，纳米晶TiO₂对O₃/UV的协同催化效果明显，使COD值多降低10～20mg/L。

当二级生化出水COD值过高，约为100～150mg/L区间时，只用O₃+UV工艺很难将COD值大幅降低，此时应向光催化反应器中固定颗粒活性炭(GAC)，利用其强吸附性使得O₃+UV+GAC工艺对有机物降解效率大大提高，在同上的条件下，可将COD从100～150mg/L降低至30～40mg/L。另外，O₃+UV对有机物的降解也可以大幅提高GAC的吸附寿命，降低成本。即在上述条件下，颗粒活性炭(GAC)对O₃/UV的协同催化效果明显，使COD值多降低50～70mg/L。

高级氧化过程产生的·OH可以有效地氧化阴离子表面活性剂。在上述同样条件下，O₃+UV+纳米晶TiO₂工艺可将阴离子表面活性剂从1～2mg/L达到0.5mg/L以下；O₃与UV都有非常强力的杀菌效果，O₃灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底，无残留，杀菌广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，实验中O₃+UV组合在30min内将大肠杆菌群从5000～10000个/L降低至0～3个/L。

二级生化出水的脱落生物膜或污泥颗粒等是悬浮物SS的主要成分，也是影响浊度的主要成分。其特点是颗粒粒径不均且稍大，纤维球过滤非常适合处理此类污水。因此，在过滤精度选择上，只要选用5μm悬浮物粒径去除率≥95％的过滤设备，即可满足杂用水回用的标准。

在对二级生化出水的实验中，高速纤维球过滤可将悬浮物SS从20～30mg/L降低至7mg/L以下，将浊度从20～30NTU降低至5NTU以下。而且，我们将O₃与高速纤维球过滤联用，两者对COD和浊度的去除起到了一定的互相促进作用。

本工艺的有益效果

1.本创新工艺灵活性大、针对性强，对不同等级二级生化出水可视情况增减处理工艺。当COD为100～150mg/L时，可在光催化反应器中投加颗粒活性炭(GAC)，以迅速提高处理效果。若有机物浓度在70～100mg/L，或者要求提高处理速率可固定光催化剂纳米晶TiO₂以提高处理效果。

2.本工艺对二级生化出水的深度处理，可使污水的色度、嗅、浊度、BOD、COD、阴离子表面活性剂、总大肠菌群等指标均达到城市杂用水回用国家标准。

3.本工艺的优越之处还在于O₃高级氧化过程与纤维球过滤过程具有相辅相成的处理效果。O₃高级氧化可以提高过滤过程对于矿化了的悬浮物的去除，过滤也会提高高级氧化对有机污染物的去除。

4.本工艺的处理费用较低。O₃和UV分别由臭氧发生器和高压汞灯产生，两者均已是成熟的工业技术，设备消耗成本很低。纳米晶TiO₂催化剂固定效果好且不易中毒，也大大降低了成本。而且，O₃+UV与消毒过程联用使氯消毒剂的投加量比一般节省60％，综合计算，处理费用约为0.6元/吨。

5.本工艺操作简单适应性强、处理效率高、规模大，非常适用于城乡结合部入河口的污水回用工程，也可灵活应用于微污染的生活污水的深度处理的回用工程。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

1-反应容器2-气液混合泵3-臭氧发生器4-UV光氧化催化反应器5-高压汞灯6-固定架7-高速纤维球过滤机8-存储罐9-水流方向箭头标识I-循环氧化催化系统II-过滤存储系统

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明。如图所示，本发明装置包括循环氧化催化系统I和过滤存储系统II两个单元。这两个系统之间是非连续的，循环氧化催化系统I设定的时间完成后，才进入系统II。

在循环氧化催化系统I中，反应容器1与气液混合泵2、UV光氧化催化反应器4构成一个闭合回路。回路循环的动力来源于压力混合泵2，它将臭氧发生器3产生的O₃与反应容器1中的水混合后，泵入UV光氧化催化反应器4，再回流到反应容器1中。根据水质的不同，可选择不同的循环氧化催化时间。在过滤存储系统II中，高速纤维球过滤机7将循环氧化催化完成的水泵入并过滤，进而储于存储罐8内。

循环过程可调节的参数有O₃的产氧速率、气液混合泵的混合压力、高压汞灯的功率、反应时间。其中，O₃产氧速率和混合压力的调节是为了获得最优的O₃溶解浓度，高压汞灯功率和反应时间的调节是根据进出水的有机污染物的量决定。

高速纤维球过滤机可以调节过滤的去除率和速度、反冲洗频率、反冲洗用水量等，由进出水的悬浮物SS和浊度决定。

(昌平区温榆河入口处二级生化出水实际深度处理回用中试中)

结合实施例，本发明工艺的运行操作工序：

中试是在温榆河某入河口进行的。二级生化出水的水质状况：COD60～80mg/L、BOD 20～25mg/L、氨氮8mg/L、悬浮物SS 20～30mg/L、浊度20～30NTU、阴离子表面活性剂1～2mg/L、色度30～40倍、pH 7～8、嗅弱(一般饮用者刚能察觉)、总大肠菌群约6000个/L。该水质为污染物二级排放标准。检测采取的方法均是国家G B标准，在北京市水环境管理中心检测，检测值：COD、BOD、浊度、阴离子表面活性剂、色度、嗅、总大肠菌群均明显高于杂用水回用的标准(GB/T18920-2002)。

深度处理出水目的是满足杂用水洗车项标准，此标准尤其对BOD、阴离子表面活性剂有较高要求，分别为BOD≤10mg/L，阴离子表面活性剂≤0.5mg/L，两个指标既需降低可生化有机物的量，又需降低难降解有机物的量。因此我们没利用较为经济的O₃+UV的氧化组合，而选择了O₃+UV+纳米晶TiO₂的催化氧化工艺。另外联合高速纤维球过滤工艺进行处理，其中高速纤维球过滤器是选用重庆摩尔水处理设备有限公司生产的MOLXW-1600型号，其出水悬浮物SS很低，对5μm以上粒径悬浮物去除率达96％以上。

中试系统如附图，先将二级出水泵满6m³的反应容器1。打开臭氧发生器3使O₃气体进入气液混合泵2，再打开气液混合泵2，使得反应容器1中的水被泵入气液混合泵2并与O₃发生混合。然后，调节混合压，使得气液混合泵2的出水溶解了高浓度的O₃。出水通入UV光氧化催化反应器4内，并打开高压汞灯6，反应器4的出水回流到反应容器1中，实现循环氧化催化。为了获得最佳的O₃溶解效果和有机物降解效果，确定了一组合适的工艺参数：O₃发生速率为40g/h，气液混合压为3atm，此时可测得循环水最高O₃浓度为8×10^-5mol/L，高压汞灯光照功率为3000w，距离纳米晶TiO₂催化剂(纤维布)L＝60mm，此时催化剂接受的UV辐照度为2.653×10³w/m²。在此条件下，将循环氧化时间固定为40min。此时水样COD可至30mg/L以下；BOD降至5～10mg/L；表面活性剂浓度由1～2mg/L降至0.2～0.5mg/L之间；色度由30～40倍降至4～8倍；嗅的强度由明显降至无；细菌、病毒、真菌等均被O₃和UV的强氧化作用杀灭，大肠杆菌群由6000个/L降至0～3个/L。40min后，关闭循环氧化催化系统I，依次为UV高压汞灯5、臭氧发生器3、和气液混合泵2。

打开过滤存储系统II，即高速纤维球过滤器7，过滤并存储。根据水质的浊度情况，我们将过滤器调节至较快的1t/min的过滤速度，并调节反冲洗频率为1次/24h。出水浊度值为2～3NTU，悬浮物SS为3～7mg/L，完全达到杂用水标准。高速纤维球过滤与O₃+UV+纳米晶TiO₂高级氧化技术有互相促进的作用。经多次试验发现：O₃氧化-过滤水样比单独O₃氧化水样COD值低5～10mg/L；O₃氧化水样的过滤效果比不经氧化的水样过滤效果要好，浊度值低约2NTU。

经此中试实验，在日处理回用量为120t的情况下，此工艺效果显著且稳定。用于城乡结合部入河口的污水回用深度处理。

Claims

1.入河口污水回用深度处理工艺，其特征在于：所述工艺的装置由循环氧化催化系统（Ⅰ）和过滤存储系统（Ⅱ）组成；循环氧化催化系统（Ⅰ）包括反应容器（1）、气液混合泵（2）、臭氧发生器（3）、UV光氧化催化反应器（4）；反应容器（1）的底部出水口通过水管连接气液混合泵（2）的进水口，臭氧发生器（3）通过气管连接气液混合泵（2）的进气口，气液混合泵（2）的气液混合出口通过水管连接UV光氧化催化反应器（4）的底部进水口，UV光氧化催化反应器（4）的顶部出水口通过水管连接反应容器（1）的顶部回水口，构成循环氧化催化回路；上述的UV光氧化催化反应器（4）内部中心设有高压汞灯（5），石英玻璃管与反应器外壁之间设有用于固定催化剂固定架（6）；过滤存储系统（Ⅱ）由高速纤维球过滤机（7）和存储罐（8）构成；反应容器（1）底部出水口通过水管连接高速纤维球过滤机（7），高速纤维球过滤机（7）的出水口通过水管连接存储罐（8）；

催化剂为纳米晶TiO₂或者颗粒活性炭；

通过调节臭氧发生器（3）的O₃产率和气液混合泵（2）的混合压，使O₃在水中的溶解浓度达到（7～10）×10^-5mol/L的范围，UV高压汞灯需求功率为500w/t，UV光与臭氧水接触距离为L=30～95mm，固定架（6）上的催化剂的UV辐照度为（2～3）×10³w/m²的条件下，循环氧化催化时间为30～50min。