CN102936083A - 一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置及方法 - Google Patents

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本发明涉及一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置及方法。所述装置包括臭氧催化氧化塔（3）和后置的缺氧生物滤池（7）。废水首先在臭氧催化氧化塔（3）中进行催化氧化，然后进入缺氧生物滤池（7）中进行反硝化反应后出水。本发明利用臭氧为氧化剂，在催化剂的作用下，将难降解有机污染物氧化为小分子易降解有机物，提高废水可生化性；通过缺氧生物滤池的反硝化反应，利用催化氧化产生的小分子易降解有机物为碳源，去除废水中的硝态氮。本发明可有效去除总氮，保证处理后出水总氮达标排放；本方法采用专用催化剂氧化难降解有机物，去除污染物的同时，解决了总氮脱除反应过程的碳源问题，无需外加碳源，运行成本低。

Description

一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种废水深度处理技术，具体地说是一种用于废水深度处理的同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置及方法。
背景技术
为了防止水体的富营养化，必须脱除排放入水体中的氮元素。以前主要控制废水中的氨氮，脱除废水中氨氮的方法有：物理法，化学法和生化法。物理法有反渗透膜法，氨氮吹脱法，化学法有离子交换法和化学氧化法。由于成本很低，生物脱氮技术应用最为广泛，生物脱氮技术主要有：硝化反硝化工艺(A/O)、同时硝化反硝化工艺(SND)、短程硝化反硝化工艺、厌氧氮氧化工艺等。在脱氮的工程应用中，A/O(缺氧-好氧)系统应用最广，也最为稳定，此方法衍生出的A/O工艺，如A2/O以及A2/O2工艺等都是现在常用的一些方法。随着经济和科学技术的发展，人们的环境意识和水环境标准不断提高，从2008年起，国家规定必须控制废水中的总氮。废水中的总氮包括氨氮、硝酸根、亚硝酸根和有机氮等。传统的生物脱氮技术，即A/O法及其衍生工艺，虽然在脱氮方面起到了一定的作用，可去除90%以上的氨氮和70%以上的总氮，但废水中部分总氮以硝酸根或者亚硝酸根形式存在，得不到有效去除，导致出水难以达标。
针对总氮排放问题，现有技术一般采取二级A/O工艺，第一级A/O为前置反硝化，将氨氮和部分总氮脱除，然后采取后置反硝化进行剩余总氮脱除。如CN 101962248A公开了一种基于两级缺氧的废水总氮脱除方法，给出了相应的工艺流程。由于采用两级传统脱氮技术，需补充额外的碳源，且占地面积大，动力消耗及运行费用高等。现有总氮脱除方法均是基于后置反硝化进行总氮脱除，由于难降解有机废水不能作为反硝化碳源，故需要补充大量有机碳源作为电子供体，同时难降解有机物并未得到去除，所以处理成本较高。工业废水中的含氮难降解有机废水在经传统的生物处理后，存在COD（主要为难降解有机物）和总氮不能满足排放标准的问题。所以需要开发一种适应于难降解有机废水的总氮脱除方法。
CN 102417273A公开了一种动态膜净化反应器和去除再生水中氨氮和有机物的方法。该发明将臭氧氧化与动态膜过滤结合，臭氧氧化破坏难降解污染物并将大分子有机物转化为中小分子量有机物；粉末活性炭通过吸附和表面生长的微生物的生物降解作用进一步去除水中有机物和氨氮等污染物。基质、微生物、胶体颗粒物等在动态膜过滤作用下得以过滤去除。在该发明中，主要是利用动态膜的过滤吸附及表面微生物的降解作用去除有机物和氨氮，适用于再生水处理领域，再生水中的COD和氨氮浓度都较低。含有大量难降解有机物的工业废水中，COD和总氮的浓度很高，利用该发明方法难以达到较好的去除效果。
针对难降解有机废水难以通过后置反硝化脱除总氮的问题，本发明通过臭氧催化氧化将难降解有机物转化为易降解有机物后，再通过后置反硝化滤池进行反硝化脱除，实现同时脱除难降解有机物和总氮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时脱除难降解有机物和总氮的装置及方法，处理对象为经一级或者二级生化处理后同时含难降解有机物和硝态氮的工业废水。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先提供了一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置，所述装置包括臭氧催化氧化塔和后置的缺氧生物滤池。
本发明第一步通过臭氧催化氧化将大分子难降解有机物氧化为小分子有机物，提高了有机废水的可生化性；第二步在后置的缺氧生物滤池中通过反硝化反应同时去除小分子有机物和硝态氮，从而达到去除总氮的目的。本领域技术人员可以从现有技术中获知进水、出水、进气、出气等的具体设计。
本发明所述臭氧催化氧化塔和缺氧生物滤池之间设有中间池。中间池主要对废水的水质水量起调节作用，保证后续处理的均匀稳定，减少对后置缺氧生物滤池的冲击，保证运行稳定。
本发明所述臭氧催化氧化塔中设有催化剂部件。进入的臭氧气体通过催化剂的截流在塔内均匀分布，与催化剂的接触面更大，强化了传质，提高了臭氧利用率。臭氧分子（O3）在催化剂作用下可高效转化为羟基自由基（·OH），羟基自由基由于其极强的氧化性可以将废水中的大分子难降解有机物氧化为小分子有机物，提高了有机废水的可生化性。
所述催化剂部件为封装有催化剂的多孔规整金属网。所述多孔规整金属网形状与臭氧催化氧化塔相配合，以实现整体填装。所述“多孔规整金属网”可根据反应器的形状压制或者裁减为具体的形状和大小，如不同直径和高度的圆柱体、不同大小的矩形、不同形式的三角形等。
优选地，所述催化剂为活性炭固载铁铜催化剂、分子筛固载铁铜催化剂、多孔烧结陶瓷固载二氧化钛或锰砂颗粒中的一种或至少两种的组合。
本发明所述臭氧催化氧化塔中催化剂部件上方设有废水入口，下方设有臭氧入口，废水与臭氧在催化剂部件中逆流接触，催化氧化塔顶连接尾气破坏器。逆流接触的目的是进一步增大废水与臭氧的接触面积，使氧化反应更彻底。
本发明所述臭氧催化氧化塔的废水入口与储水池通过进水泵相连，臭气入口与臭氧发生器相连。
本发明所述缺氧生物滤池中的滤料采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水。
本发明还提供了一种利用如上所述装置同时脱除废水中难降解有机物和总氮的方法，废水首先在臭氧催化氧化塔中进行催化氧化，然后进入缺氧生物滤池中进行反硝化反应。
废水由储水池通过进水泵提升至臭氧催化氧化塔上部的废水入口进入塔内，在催化剂部件中与底部通入的臭氧进行反应，反应后的废水进入中间池，停留1~2h后，进入缺氧生物滤池中进行反硝化反应1~6h后出水。
优选地，所述反硝化反应时间为3h。
本发明利用臭氧为氧化剂，在催化剂的作用下氧化难降解有机污染物为小分子易降解有机物，提高废水可生化性。后置缺氧生物滤池中的反硝化反应，利用催化氧化产生的小分子易降解有机物为碳源，去除废水中的硝态氮。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可有效去除总氮，保证处理后出水总氮达标排放；
2、本发明采用催化剂，氧化难降解有机物，去除污染物的同时，解决了总氮脱除反应过程的碳源问题；
3、本发明采用缺氧生物滤池方法，可解决运行负荷低不利于生物污泥培养及保存的问题。
本发明操作简单，装置占地面积小，能够有效实现总氮脱除，无需外加碳源，运行成本低；采用缺氧生物滤池，可有效培养和保存生物菌种，维持反硝化反应。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中：1-储水池；2-进水泵；3-臭氧催化氧化塔；4-催化剂部件；5-中间池；6-提升泵；7-缺氧生物滤池；8-滤料；9-臭氧发生器；10-尾气破坏器。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
如图1所示，一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置，所述装置依次包括臭氧催化氧化塔3、中间池5和缺氧生物滤池7。
所述臭氧催化氧化塔3中设有催化剂部件4。所述催化剂部件4为封装有催化剂的多孔规整金属网；所述多孔规整金属网的形状与臭氧催化氧化塔3相配合。
所述臭氧催化氧化塔3中催化剂部件4上方设有废水入口，下方设有臭氧入口，废水与臭氧在催化剂部件4中逆流接触，催化氧化塔顶连接尾气破坏器10。所述臭氧催化氧化塔3的废水入口与储水池1通过进水泵2相连，臭氧入口与臭氧发生器7相连。
所述缺氧生物滤池7中的滤料8采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水。
具体实施实例1
废水原水主要含氨氮和难降解有机污染物，经一级和二级生化处理后主要含浓度较低的难降解污染物和硝态氮，COD为150~300mg/L，硝态氮低于100mg/L。废水进入储水池1，经进水泵2进入臭氧催化氧化塔3，臭氧催化氧化塔3中装填臭氧催化剂，下部通入臭氧，臭氧催化剂采用活性炭固载铁铜催化剂，整体封装于多孔规整不锈钢金属网中，金属网形状与臭氧催化氧化塔3配合实现整体装填。在臭氧作用下，大分子难降解有机污染物（长链或者多苯环结构）被氧化为小分子有机物（断链和开环作用）。出水进入中间池5，停留1h后由提升泵6进入缺氧生物滤池7中，缺氧生物滤池7中的滤料8采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水，在反硝化菌作用下，小分子有机物和硝态氮发生反硝化反应1h，总氮和有机物同时得到去除。
采用该方法实现废水中总氮脱除，使处理后出水COD为0-30mg/L，硝态氮为0-10mg/L，可达标排放。
具体实施实例2
废水原水主要含氨氮和难降解有机污染物，经一级和二级生化处理后主要含浓度较低的难降解污染物和硝态氮，COD为200~500mg/L，硝态氮低于100mg/L。废水进入储水池1，经进水泵2进入臭氧催化氧化塔3，臭氧催化氧化塔3中装填臭氧催化剂，下部通入臭氧，臭氧催化剂采用分子筛固载铁铜催化剂，整体封装于多孔规整不锈钢金属网中，金属网形状与臭氧催化氧化塔3配合实现整体装填。在臭氧作用下，大分子难降解有机污染物（长链或者多苯环结构）被选择性氧化为小分子有机物（断链和开环作用）。出水进入中间池5，停留2h后由提升泵6进入缺氧生物滤池7中，缺氧生物滤池7中的滤料8采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水，在反硝化菌作用下，小分子有机物和硝态氮发生反硝化反应6h，总氮和有机物同时得到去除。
采用该方法实现废水中总氮脱除，使处理后出水COD为0-50mg/L，硝态氮为0-10mg/L，可达标排放。
具体实施实例3
废水原水主要含氨氮和难降解有机污染物，经一级和二级生化处理后主要含浓度较低的难降解污染物和硝态氮，COD为200~500mg/L，硝态氮低于100mg/L。废水进入储水池1，经进水泵2进入臭氧催化氧化塔3，臭氧催化氧化塔3中装填臭氧催化剂，下部通入臭氧，臭氧催化剂采用多孔烧结陶瓷固载二氧化钛，整体封装于多孔规整不锈钢金属网中，金属网形状与臭氧催化氧化塔3配合实现整体装填。在臭氧作用下，大分子难降解有机污染物（长链或者多苯环结构）被选择性氧化为小分子有机物（断链和开环作用）。出水进入中间池5，停留1.5h后由提升泵6进入缺氧生物滤池7中，缺氧生物滤池7中的滤料8采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水，在反硝化菌作用下，小分子有机物和硝态氮发生反硝化反应6h，总氮和有机物同时得到去除。
采用该方法实现废水中总氮脱除，使处理后出水COD为0-50mg/L，硝态氮为0-10mg/L，可达标排放。
具体实施实例4
废水原水主要含氨氮和难降解有机污染物，经一级和二级生化处理后主要含浓度较低的难降解污染物和硝态氮，COD为200~500mg/L，硝态氮低于100mg/L。废水进入储水池1，经进水泵2进入臭氧催化氧化塔3，臭氧催化氧化塔3中装填臭氧催化剂，下部通入臭氧，臭氧催化剂采用锰砂颗粒，整体封装于多孔规整不锈钢金属网中，金属网形状与臭氧催化氧化塔3配合实现整体装填。在臭氧作用下，大分子难降解有机污染物（长链或者多苯环结构）被选择性氧化为小分子有机物（断链和开环作用）。出水进入中间池5，停留1h后由提升泵6进入缺氧生物滤池7中，缺氧生物滤池7中的滤料8采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水，在反硝化菌作用下，小分子有机物和硝酸根（亚硝酸根）发生反硝化反应3h，总氮和有机物同时得到去除。
采用该方法实现废水中总氮脱除，使处理后出水COD为0-50mg/L，硝态氮为0-10mg/L，可达标排放。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及脱除方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及脱除方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及脱除方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种同时脱除废水中难降解有机物和总氮的装置，其特征在于，所述装置包括臭氧催化氧化塔（3）和后置的缺氧生物滤池（7）。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述臭氧催化氧化塔（3）和缺氧生物滤池（7）之间设有中间池（5）。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述臭氧催化氧化塔（3）中设有催化剂部件（4）。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述催化剂部件（4）为封装有催化剂的多孔规整金属网；所述多孔规整金属网的形状与臭氧催化氧化塔（3）相配合。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述臭氧催化氧化塔（3）中催化剂部件（4）上方设有废水入口，下方设有臭氧入口，废水与臭氧在催化剂部件（4）中逆流接触，催化氧化塔顶连接尾气破坏器（10）。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述臭氧催化氧化塔（3）的废水入口与储水池（1）通过进水泵（2）相连，臭氧入口与臭氧发生器（9）相连。
7.如权利要求1-6之一所述的装置，其特征在于，所述缺氧生物滤池（5）中的滤料（8）采用粒径为3~5mm的焦炭颗粒，底部采用装有滤帽的滤板进行布水。
8.一种利用如权利要求1-7之一所述装置同时脱除废水中难降解有机物和总氮的方法，其特征在于，废水首先在臭氧催化氧化塔（3）中进行催化氧化，然后进入缺氧生物滤池（5）中进行反硝化反应后出水。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，废水由储水池（1）通过进水泵（2）提升至臭氧催化氧化塔（3）上部的废水入口进入塔内，在催化剂部件（4）中与底部通入的臭氧进行反应，反应后的废水进入中间池（5），停留1~2h后，经提升泵（6）进入缺氧生物滤池（7）中进行反硝化反应1~6h后出水。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反硝化反应时间为3h。
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