CN102381812A

CN102381812A - 一种利用o3催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法及装置

Info

Publication number: CN102381812A
Application number: CN2011102930779A
Authority: CN
Inventors: 刘锐; 范举红; 余素林; 李昌湖; 徐子松; 陈吕军
Original assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Current assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-03-21

Abstract

一种利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法及装置，所述废水至少先经过生物处理去除绝大部分可生化有机物，其特征在于所述的生化处理出水再经O₃催化氧化提高可生化性，然后O₃催化氧化出水全部或部分回流至生物处理系统中进一步去除催化氧化后废水中的可生化有机物，降低生化处理出水COD或去除色、嗅、味的深度处理；所述的装置主要由O₃接触反应器（6）、O₃发生器、O₃尾气破坏装置、回流系统组成，所述的O₃接触反应器与O₃尾气破坏装置连接；所述的O₃接触反应器还通过回流系统与生物处理系统连接并形成回路；它利用了O₃催化氧化对难生物降解有机物的氧化分解作用，将生物处理出水中大分子物质分解为小分子物质，不可降解有机物彻底无机化或转化为可降解有机物；O₃催化氧化出水再回流至生物处理单元，进一步去除催化氧化后废水中的可生化性有机物，达到降低生化处理出水COD或去除色、嗅、味的深度处理之目的。

Description

一种利用O3催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种利用O₃（臭氧）催化氧化提高生物处理出水的可生化性，然后把氧化出水回流至生物处理系统中进一步去除有机物或去除色、嗅、味的废水深度处理与无害化的方法及装置，属于水处理技术领域。

背景技术

随着化学制药、石油化工、纺织印染、皮毛加工等有机化学工业的不断发展，通过废水进入环境介质的有机污染物越来越多。很多有机污染物难生物降解，在环境中长期存留并通过食物链在生物体内富集，从而表现出多种急慢性毒性、遗传毒性或内分泌干扰毒性，损害人类健康，威胁生态系统安全。生物处理是最经济、应用最广泛的有机废水处理技术，但常规生物处理对难降解有机物和色度去除效果不佳，在一些废水的达标处理与回用中不能满足要求。

O₃催化氧化利用O₃的强氧化作用将难降解有机物分解为易降解的小分子物质，提高废水的可生化性，如果进一步与生物处理系统联用，可对难降解有机物取得良好的去除效果。中国专利CN101538102A公布了利用臭氧氧化-生物滤池深度处理难降解有机废水的技术；中国专利CN101863589A公布了过滤-臭氧氧化-内循环曝气生物滤池深度处理污水的技术；中国专利CN1931750A公布了多介质过滤—臭氧氧化—曝气生物滤池组合工艺深度处理石油化工废水的技术。上述专利技术都需要在传统生物处理的基础上，继臭氧氧化之后串联增设生物滤池等生物处理系统，存在工艺流程长，占地面积大，初始投资和运行成本高、运行维护管理难等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种在传统生物处理工艺的基础上无需额外增设生物滤池等生物处理系统，工艺流程简洁，便于从传统生物处理系统进行改造，投资运行成本相对较低的利用O₃催化氧化深度处理有机废水的方法及装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法，所述废水至少先经过生物处理去除绝大部分可生化有机物，所述的生化处理出水再经O₃催化氧化提高可生化性，然后O₃催化氧化出水全部或部分回流至生物处理系统中进一步去除催化氧化后废水中的可生化有机物，降低生化处理出水COD或去除色、嗅、味的深度处理。

所述的O₃催化氧化包括通过加压、强化扩散方式强化O₃在废水中的溶解度；或通过载体或扰流手段强化O₃与废水的传质；或通过增加催化剂、氧化剂方法提高氧化能力或促进选择性氧化。

一种用于上述利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法的装置，该装置由O₃接触反应器、O₃发生器、O₃尾气破坏装置、回流系统组成，所述的O₃接触反应器与O₃尾气破坏装置连接；所述的O₃接触反应器还通过回流系统与生物处理系统连接并形成回路。

所述的生物处理系统包括传统活性污泥法、接触氧化法、氧化沟、生物膜、膜生物反应器构成的好氧生物处理系统，以及上述好氧生物处理系统与厌氧或缺氧处理系统的各种组合；其中好氧生物处理系统选择完全混合式、推流式或生物膜式反应器的单一或者组合。

所述的O₃接触反应器由O₃氧化或各种加强型O₃氧化系统组成，其中所述的加强型O₃氧化包括通过加压、强化扩散方式强化O₃在废水中的溶解度；或通过载体或扰流等手段强化O₃与废水的传质；或通过增加催化剂、氧化剂等方法提高氧化能力或促进选择性氧化；其中所述的氧化剂过氧化氢；所述的O₃投加方式根据处理规模的不同分单点或多点投加，O₃微气泡与进水的接触可采用相向流或异向流。

所述的O₃接触反应器前还设置有采用滤池、滤布、膜分离形式的过滤器；所述的O₃接触反应器与一余O₃释放器串联，该余O₃释放器通过回流系统与生物处理系统连接并形成回路。

所述的余O₃释放器分为空气吹脱式、跌水式释放余O₃形式；其中空气吹脱式余O₃释放器是向含有余O₃的废水中压送空气，通过空气携带余O₃进行脱除余O₃；所述的跌水式余O₃释放器是含有余O₃的废水有一跌落失重过程，在跌落失重过程中释放废水中的溶解O₃。

本发名将生物处理出水去除悬浮物后，利用O₃催化氧化提高生物处理出水的可生化性，氧化出水部分回流至臭氧氧化前段的生物处理系统中的适当位置，以进一步提高出水水质，达到深度处理之目的。

本发明的特点是在传统生物处理工艺的基础上不需额外增设生物滤池等生物处理系统，有效缩短了难降解有机废水臭氧氧化深度处理的工艺流程，减少了占地面积，降低基建与运行成本，降低生产管理难度。

本发明的新工艺适用于色度深、臭味大或难生物降解，用常规生物处理工艺处理不能达到排放或回用水质要求的有机废水的深度处理。

附图说明

图1 是本发明所述的O₃催化氧化深度处理废水工艺流程框图。

图2是本发明所述O₃接触反应器的结构示意图。

图3是现有混凝沉淀—水解酸化—氧化沟工艺处理框图。

图4是本发明在图2所示工艺流程技术上改进的废水深度处理工艺流程框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法，所述废水1至少先经过生物处理3去除绝大部分可生化有机物，所述的生化处理3出水再经O₃催化氧化提高可生化性，然后O₃催化氧化出水全部或部分回流10至生物处理3系统中进一步去除氧化或催化氧化后废水中的可生化有机物，降低生化处理出水COD或去除色、嗅、味的深度处理。本发明在废水1进入生物处理3前，还可以先进行预处理2。对于生物处理3后的水，还可以进行出水排放或回用4，这根据生物处理后的水质情况予以综合判断并选择。

上述工艺方法通过以下步骤实现：

一、根据废水水质，对O₃催化氧化工艺单元选型，确定臭氧氧化方式与条件（例如O₃投加量、O₃投加方式、氧化时间、载体或催化剂种类和剂量等）；

二、根据深度处理水质要求，确定O₃催化氧化废水回流进入前段生物处理系统的回流比；

三、废水的生物处理出水，主要通过滤池、滤网、膜滤或混凝沉淀、混凝气浮等方法去除水中的悬浮颗粒物，若废水生物处理出水中SS含量较低，也可省略过滤，选择直接进行O₃催化氧化；

四、微孔曝气器释放O₃与废水接触，发生高级氧化作用，达到去除污水中的有机污染物、色度等，提高出水中难生物降解物质的可生化性；

五、废水脱除O₃，通过延长停留时间、空气吹脱、跌水释放及其它方法去除溶解在废水中的残留O₃；

六、废水回流，根据生物处理工艺进水水质、生物处理工艺的选型，将经O₃催化氧化的污水回流至生物处理工艺的好氧污泥段或其它适宜位置，并满足工艺的正常运行；

七、O₃尾气破坏，设置吸附或分解的臭氧破坏装置，处理臭氧与废水接触反应单元释放出来的残留O₃；八、经O₃催化氧化、回流生物处理循环深度处理后，出水水质感官接近自来水，达标排放或回用。

结合图2所示，一种用于上述利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法的装置，该装置主要由O₃接触反应器6、O₃发生器7、O₃尾气破坏装置8、回流系统10组成，所述的O₃接触反应器6与O₃尾气破坏装置8连接；所述的O₃接触反应器6还通过回流系统10与生物处理系统3连接并形成回路。

所述的生物处理系统3包括传统活性污泥法、接触氧化法、氧化沟、生物膜、膜生物反应器构成的好氧生物处理系统，以及上述好氧生物处理系统与厌氧或缺氧处理系统的各种组合；其中好氧生物处理系统选择完全混合式、推流式或生物膜式反应器的单一或者组合。

所述的O₃接触反应器6由O₃催化氧化或各种加强型O₃氧化系统组成，其中所述的加强型O₃氧化包括通过加压、强化扩散方式强化O₃在废水中的溶解度；或通过载体或扰流等手段强化O₃与废水的传质；或通过增加催化剂、氧化剂等方法提高氧化能力或促进选择性氧化；其中所述的氧化剂过氧化氢；所述的O₃投加方式根据处理规模的不同分单点或多点投加，O₃微气泡与进水的接触可采用相向流或异向流。

所述的O₃接触反应器6前还设置有采用滤池、滤布、膜分离形式的过滤器5；所述的O₃接触反应器6与一余O₃释放器9串联，该余O₃释放器9通过回流系统10与生物处理系统3连接并形成回路。

所述的余O₃释放器9分为空气吹脱式、跌水式释放余O₃形式；其中空气吹脱式余O₃释放器是向含有余O₃的废水中压送空气，通过空气携带余O₃进行脱除余O₃；所述的跌水式余O₃释放器是含有余O₃的废水有一跌落失重过程，在跌落失重过程中释放废水中的溶解O₃。

图2所示为一种 O₃接触反应器，采用活性炭纤维填料——O₃多相催化氧化系统。臭氧发生器采用空气制O₃发生器，O₃接触反应器内置活性炭纤维填料络合固定多种金属及重金属离子的催化剂。O₃通过微孔曝气器释放O₃，分两点投加并与废水接触，发生高级氧化作用，投加量为8 mg/L，接触时间为30min，达到去除污水中的有机污染物、色度等，提高出水中难生物降解物质的可生化性

本发明所述的生物处理系统包括但不局限于以下几种形式：

（1）初沉池+ A²/O (英文：Anaerobic-Anoxic-Oxic)+二沉池 , A²/O为廊道推流式构筑物，经O₃催化氧化的水回流至O段；

（2）水解酸化+氧化沟，经O3催化氧化的水回流至氧化沟末端；

（3）初沉池+AB工艺（两段工艺）+二沉池，经O3催化氧化的水回流至B段；

（4）初沉池+厌氧池+接触氧化池+沉淀池，经O3催化氧化的水回流至接触氧化段；

（5）初沉池+水解酸化池+膜分离池，经O3催化氧化的水回流至膜分离池；

（6）初沉池+多级完全混合式反应池+二沉池，经O3催化氧化的水回流至多级完全混合式反应池的最后一级。

由图1可知，本发明是在有机废水经生物处理后，全部或一部分出水进入过滤器去除悬浮颗粒物再进行O₃催化氧化以提高可生化性；臭氧氧化出水回流至生物处理系统进一步降解有机物，实现出水达标排放或回用的循环处理过程。

实施例

某纺织印染、制革工业园区集中式污水处理厂，处理规模为5000吨/日，目前采用混凝沉淀—水解酸化—氧化沟工艺处理，见图3所示。水解酸化池为HRT 9.0 h，氧化沟为卡鲁塞尔氧化沟，污泥负荷0.10kgBOD₅/(kg MLSS.d)采用，污泥龄16d，二沉池采用中心进水的辐流式二沉池，二沉池HRT 4.0h，污泥回流比100%。

该系统进水COD 500～700 mg/L、氨氮35～50 mg/L、总氮40～65 mg/L、总磷2.0～5.0 mg/L、色度80～200倍。经图2工艺处理后，出水 COD 70～150 mg/L，氨氮≤8 mg/L、TP ≤1.5mg/L、色度40～120 mg/L，出水水质难以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准（COD ≤50 mg/L，氨氮≤8 mg/L、TP ≤0.5mg/L、色度 ≤10倍）。

为提高该污水处理厂出水水质到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级标准A标准，对该污水处理厂原有工艺进行改造，设计如图4所示的废水深度处理工艺（虚线框代表原有构筑物）。

保持前段生物处理工艺不变，二沉池后面增设砂滤——臭氧氧化和回流系统，二沉池污泥回流比调整为50%。砂滤池内装石英砂，粒径2～4mm，流速1.5mm/s。 O₃接触反应器采用活性炭纤维填料——O₃多相催化氧化系统（图4），O₃投加量8 mg/L。O₃氧化部分的回流比率为100%，回流至氧化沟末端，回流水采用空气吹脱释放余O₃后进入CASS池的主反应区，O₃尾气破坏装置采用臭氧毁灭装置；释放后O₃浓度＜0.1 mg/L。经该深度处理工艺处理后出水水质COD ≤50 mg/L，氨氮≤5 mg/L、TP ≤0.5mg/L、色度 ≤10，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级标准A标准，出水水质明显优于该污水处理出水水质，水质感官接近自来水。

Claims

1.一种利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法，所述废水至少先经过生物处理去除绝大部分可生化有机物，其特征在于所述的生化处理出水再经O₃催化氧化提高可生化性，然后O₃催化氧化出水全部或部分回流至生物处理系统中进一步去除催化氧化后废水中的可生化有机物，降低生化处理出水COD或去除色、嗅、味的深度处理。

2.根据权利要求1所述的利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法，其特征在于所述的O₃催化氧化包括通过加压、强化扩散方式强化O₃在废水中的溶解度；或通过载体或扰流手段强化O₃与废水的传质；或通过增加催化剂、氧化剂方法提高氧化能力或促进选择性氧化。

3.一种用于权利要求1或2所述利用O₃催化氧化深度处理难生物降解有机废水的方法的装置，其特征在于该装置由O₃接触反应器（6）、O₃发生器（7）、O₃尾气破坏装置（8）、回流系统（10）组成，所述的O₃接触反应器（6）与O₃尾气破坏装置（8）连接；所述的O₃接触反应器（6）还通过回流系统（10）与生物处理系统（3）连接并形成回路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的生物处理系统（3）包括传统活性污泥法、接触氧化法、氧化沟、生物膜、膜生物反应器构成的好氧生物处理系统，以及上述好氧生物处理系统与厌氧或缺氧处理系统的各种组合；其中好氧生物处理系统选择完全混合式、推流式或生物膜式反应器的单一或者组合。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的O₃接触反应器（6）由O₃氧化或各种加强型O₃氧化系统组成，其中所述的加强型O₃氧化包括通过加压、强化扩散方式强化O₃在废水中的溶解度；或通过载体或扰流等手段强化O₃与废水的传质；或通过增加催化剂、氧化剂等方法提高氧化能力或促进选择性氧化；其中所述的氧化剂过氧化氢；所述的O₃投加方式根据处理规模的不同分单点或多点投加，O₃微气泡与进水的接触可采用相向流或异向流。

6.根据权利要求3或5所述的装置，其特征在于所述的O₃接触反应器（6）前还设置有采用滤池、滤布、膜分离形式的过滤器（5）；所述的O₃接触反应器（6）与一余O₃释放器（9）串联，该余O₃释放器（9）通过回流系统（10）与生物处理系统（3）连接并形成回路。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述的余O₃释放器（9）分为空气吹脱式、跌水式释放余O₃形式；其中空气吹脱式余O₃释放器是向含有余O₃的废水中压送空气，通过空气携带余O₃进行脱除余O₃；所述的跌水式余O₃释放器是含有余O₃的废水有一跌落失重过程，在跌落失重过程中释放废水中的溶解O₃。