CN104003578A - 一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：工业废水首先进入臭氧预氧化单元，根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，将臭氧预氧化单元处理后的废水进入曝气生物滤池单元进行生物降解和过滤截留，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元降解，所述臭氧催化氧化单元中填充负载Al₂O₃的催化剂填料。本发明工艺紧凑，组成合理，处理效率高，可根据所处理废水水质灵活调整各单元的运行，该方法可用于工业废水深度处理领域。

Description

一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法

技术领域

本发明涉及一种工业废水的处理方法，特别是涉及一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法。

背景技术

工业废水是我国水体中有毒有机物的主要来源，我国目前每年排放的工业废水的总量超过2.1×10¹⁰吨，其中多数是经过集中式的综合污水处理厂处理后排放。据报道目前我国集中式工业废水处理厂达标排放率高于95％，但是目前各污水厂执行的标准较旧(GB8978-1996)，COD浓度低于100mg/L即可满足一级排放标准，且标准中只列出了COD和氮磷等少数几个指标。在很多发达国家，如美国、德国、澳大利亚，甚至我国周边的日本和韩国，为了保护自然水体，保障饮用水安全和水生态安全性，污水排放标准中逐渐加入了某些特征有毒有机物，甚至水生态毒性指标。在我国，2006年5月江苏省将其辖区内化工企业具有集中式污水处理厂的一级排放COD标准提高为80mg/L(《江苏省化学工业主要水污染物排放标准》(DB32/9392006))。2008年7月辽宁省颁布了辽宁省综合污水排放标准(DB21/1627-2008)，规定辽宁省内所有直接排入受纳水体的最高COD允许浓度为50mg/L。结合未来的发展趋势来看，我国大部分工业污水处理厂都面临着很大的提标改造压力，迫切需要发展适合含低浓度难降解有机物工业二级出水深度处理的技术。

臭氧是一种氧化能力极强的氧化剂，在水中有较高的氧化还原电位，仅比氟原子和羟基自由基低，高于常见的氧化剂如高锰酸钾和氯气等。在水中，臭氧可以通过直接和间接两种方式与物质反应。直接氧化方式下，臭氧的氧化作用能使不饱和的分子键破裂，使臭氧分子结合在有机分子双键上，生成臭氧化物。在碱性条件或有其他物质催化的情况下，臭氧在水体中分解后产生氧化性更强的羟基自由基等中间产物，然后通过夺氢反应、电子转移或自由基加成等方式能将水中的有机物彻底矿化为二氧化碳和水。

曝气生物滤池是一种常见的生物膜法处理工艺，具有占地面积小、出水水质好、污泥产量少，并且具有模块化结构、自动化程度高、操作性强等特点。曝气生物滤池同时具有污水处理接触氧化法和给水快滤池的特点，在同一个反应器内同时实现生物降解、吸附过滤、固液分离等功能。在滤池中填装的粒状填料(如陶粒、火山岩、石英砂、活性炭等)为载体，使生物膜附着在填料上，在滤池的底部曝入空气或氧气，当污水流过载体时，利用滤料表面高浓度活性微生物群体的氧化分解作用，充分发挥微生物的新陈代谢、絮凝作用，同时利用填料表面生物膜和填料自身的吸附、截留以及反应器内部食物链的捕食作用，实现污水中有机物的高效去除。曝气生物滤池通常只能去除掉废水中可生物降解的有机物，单独应用该工艺对含溶解性难生物降解的有机物废水的处理效果往往不佳。

由于工业废水经生物处理工艺处理后出水中BOD浓度较低，废水的生化性较差，再采用单一的生物处理技术如曝气生物滤池难以进一步有效提高出水水质，而单一采用物化技术如臭氧氧化处理后虽然可以达标排放，但处理成本较高。因此，迫切需要发展经济高效且实用的工业废水深度处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对含低浓度难降解有机物的工业二级出水很难通过单一的生物处理技术进一步提高出水水质，无法满足日益严格的排水标准的现状，提供一种结构经济、高效和科学合理的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法。

一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：工业废水首先进入臭氧预氧化单元，根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，将臭氧预氧化单元处理后的废水进入曝气生物滤池单元进行生物降解和过滤截留，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元降解，所述臭氧催化氧化单元中填充催化剂填料。

本发明所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其中，废水COD在50～100mg/L时，臭氧投加量在5～15mg/L之间，接触时间为10～20min。

本发明所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其中，所述臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元为分体式或一体式。

本发明所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其中，所述臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元为一体式，其中臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元的体积比为1:2～6。

本发明所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其中，所述曝气生物滤池单元气水比为2～4:1，水力停留时间为3h。

本发明所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其中，所述催化剂填料为负载Al₂O₃的固体催化剂填料，其填充比为30％～50％。

有益效果：本发明双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法根据生化性低的难降解工业废水的水质特点，结合物化和生化单元各自的优点，有机的将臭氧氧化、曝气生物滤池和臭氧催化氧化技术结合在一起：前端的臭氧预氧化起到改变废水水质，提高生化性的作用，臭氧投加量不大，且接触时间较短，利于减少反应构筑物的体积和占地面积；中间的曝气生物滤池由此将废水中可生物降解的有机物进一步降解，同时还起到截留过滤的作用；后端的臭氧催化氧化高级氧化技术能根据出水水质的要求进一步高效去除废水中难降解的有机物，对出水水质具有保障作用。本发明特色明显，针对性强，工艺过程有机耦合，具有广泛的推广和应用价值，可用于工业废水深度处理领域。采用一体式在一个组合反应器中同时实现了臭氧氧化和曝气生物滤池生化两个作用，减少了泵与管道，占地面积小，且非均相臭氧催化氧化系统充分利用臭氧氧化了水中的有机物，降低了其在水中的残留浓度，对曝气生物滤池的微生物起了保护作用。经过研究试验证明，采用本发明所述的气水比、停留时间和催化剂填充比，处理后出水水质最好，采用别的参数无法达到本发明的效果。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)前端臭氧预氧化单元以提高废水的可生化性为主，臭氧投加量不大，可节约运行的成本；接触时间短，利于减少反应构筑物的体积和占地面积，节省建设成本。

2)臭氧预氧化单元的臭氧投量较低，利于提高其利用率，降低废水中残留的臭氧量，从而降低其对后续生物处理单元的不利影响。

3)若采用一体式臭氧预氧化和曝气生物滤池结合的方式，在一个组合反应器中同时实现了臭氧氧化和曝气生物滤池生化两个作用，减少了泵与相应的管道，占地面积小，且非均相臭氧氧化系统和较低的臭氧投量能充分利用臭氧氧化水中的有机物，降低其在废水中的残留浓度，对曝气生物滤池的微生物起了保护作用。

4)曝气生物滤池的运行费用较低，而在本组合工艺中是有机物去除比例较大的单元，利于降低整体组合工艺的运行成本。

5)臭氧催化氧化单元是废水水质保障单元，可根据出水水质要求灵活调整臭氧投加量，使得整体工艺更加安全，技术性能得以保障。

6)组合工艺整体上耦合较为合理，出水水质有保障，且能最大程度的降低运行的费用。

本发明的技术原理如下：

双段臭氧-曝气生物滤池组合工艺是将臭氧化学氧化、物理化学吸附、生物氧化降解、臭氧催化氧化四种技术合为一体的工艺。利用臭氧预氧化作用，初步氧化分解水中的有机物及其他还原性物质，以降低滤池的有机负荷，并使水中难以生物降解的有机物断链、开环，使它能够被生物降解，增加水中可生物利用的有机营养基质的含量。另外，臭氧曝气过程还能起到充氧作用，使滤池有充足的溶解氧用于生物氧化作用。滤料能够吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物。滤料表面吸附的大量有机物也为微生物提供了良好的生存环境。有丰富的溶解氧的环境下微生物以有机物为养料生存和繁殖，同时也使滤料表面得以再生，从而具有继续吸附有机物的能力，即大大延长了滤料的再生周期，也提高了微生物对废水中溶解性有机物的降解能力。后置的催化臭氧化工段属于高级氧化技术，可降解废水中那些难以被臭氧单独氧化的有机物，对有机污染物氧化更加彻底，去除率更高。主要的是，后端的臭氧催化氧化单元氧化效率更高，其运行参数可根据出水水质要求灵活调节，从而节约运行的成本。

下面结合附图对本发明的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中一体式双段臭氧-曝气生物滤池组合装置的结构示意图；

图2为本发明中分体式双段臭氧-曝气生物滤池组合装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，工业废水和臭氧在文丘管1处混合，然后进入臭氧预氧化单元2，废水COD在50～100mg/L时，臭氧投加量为5～15mg/L，接触时间为10～20min。将臭氧预氧化单元2处理后的废水进入曝气生物滤池单元3进行生物降解和过滤截留，所述曝气生物滤池单元气水比为2:1，水力停留时间为3h，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元4降解，所述臭氧催化氧化单元4中包括负载Al₂O₃的固体催化剂填料，填料的填充比为30％。

所述臭氧预氧化单元2和曝气生物滤池单元3为一体式，其中臭氧预氧化单元2和曝气生物滤池单元3的体积比为1:6。

实施例2

与实施例1的区别在于：臭氧预氧化单元2和曝气生物滤池单元3的体积比为1:2，所述催化剂为负载Al₂O₃的固体催化剂填料，填料的填充比为50％。所述曝气生物滤池单元气水比为4:1。

实施例3

与实施例1的区别在于：臭氧预氧化单元2和曝气生物滤池单元3的体积比为1:4。

实施例4

如图2所示，一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，工业废水和臭氧在文丘管1处混合，然后进入臭氧预氧化单元2，废水COD在50～100mg/L时，臭氧投加量为5～15mg/L，接触时间为10～20min。将臭氧预氧化单元2处理后的废水进入曝气生物滤池单元3进行生物降解和过滤截留，所述曝气生物滤池单元气水比为2:1，水力停留时间为3h，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元4降解，所述臭氧催化氧化单元4中包括负载Al₂O₃的固体催化剂填料，填料的填充比为30％～50％，优选40％。所述臭氧预氧化单元2和曝气生物滤池单元3为分体式，即为两个独立的单元。

实施例5

某大型石化工业园区综合污水处理厂二级出水，流量约为6500t/h，出水COD在60-120mg/L之间，平均为85.7mg/L，BOD₅在4.5-6.1之间，平均为5.2mg/L，BOD₅/COD低于0.1。为进一步提高出水水质，采用分体式双段臭氧-曝气生物滤池组合工艺进行了处理，预氧化单元臭氧投加量为10mg/L，接触时间为10-20min，曝气生物滤池的水力停留时间为3h，气水比为3:1，臭氧催化氧化单元的臭氧投加量为10mg/L，催化剂为负载Al₂O₃催化剂，填充率为50％，水力停留时间45min，最终出水COD稳定低于45mg/L。单独采用BAF工艺处理，气水比为3:1，水力停留时间为3h，最终出水COD为75mg/L左右，出水不达标；单独采用臭氧催化氧化工艺，负载Al₂O₃催化剂，填充率为50％，若处理至同组合工艺相同的出水水质，臭氧投加量需高于50mg/L，运行成本大大增加。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：所述方法采用双段臭氧-曝气生物滤池组合装置进行，所述装置包括依次相连的臭氧预氧化单元、曝气生物滤池单元和臭氧催化氧化单元；所述方法包括如下步骤：工业废水首先进入臭氧预氧化单元，根据所述工业废水的水质条件确定臭氧的投加量，将臭氧预氧化单元处理后的废水进入曝气生物滤池单元进行生物降解和过滤截留，曝气生物滤池出水进入臭氧催化氧化单元降解，所述臭氧催化氧化单元中填充催化剂填料。

2.根据权利要求1所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：废水COD在50～100mg/L时，臭氧投加量在5～15mg/L之间，接触时间为10～20min。

3.根据权利要求1所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：所述臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元为分体式或一体式。

4.根据权利要求3所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：所述臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元为一体式，其中臭氧预氧化单元和曝气生物滤池单元的体积比为1:2～6。

5.根据权利要求1所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：所述曝气生物滤池单元气水比为2～4:1，水力停留时间为3h。

6.根据权利要求1所述的双段臭氧-曝气生物滤池组合处理工业废水的方法，其特征在于：所述催化剂填料为负载Al₂O₃的固体催化剂填料，其填充比为30％～50％。