CN109534620B - 臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，包括：气液混合系统、布水系统、曝气系统和反冲洗系统，其中，气液混合系统由进水泵、进水管、臭氧发生器、臭氧发生器出气管与气液强力混合腔组成；布水系统通过射流器布水，射流器与进水管和回流管连接，且回流管与集水管连接；曝气系统由风机、进气管、布气管组成；反冲洗系统由储水池、反冲洗泵、反冲洗进水管、反冲洗布水管、反冲洗水排水管组成，以实现一体式设置。该装置可以提高臭氧催化氧化效果、减少臭氧投加量、增强传质效率减少停留时间、提高对难降解有机物的去除率并进一步脱氮、同时减小滤池反冲洗频率。

Description

臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置

技术领域

本发明涉及工业废水深度处理技术领域，特别涉及一种臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置。

背景技术

随着人们对环保要求以及污染排放标准的不断提高，污水处理负荷不断加重。而城市生活污水以及工业废水在经生化处理后，往往残留有难降解污染物和总氮，如果直接排入天然水体，容易造成有机物富集，会对环境与生物造成危害，因此需要对此类污水进行深度处理。臭氧催化氧化法利用臭氧分解产生的羟基自由基(·OH)来氧化分解有机物，因具有氧化能力强、选择性弱、不产生二次污染等优势，成为废水深度处理的重点关注对象。

然而，目前的污水处理装置以及污水处理方法仍有待改进。发明人发现，单独的臭氧催化氧化工艺臭氧投加量大、所需费用高、经济性差，且只能对污水中的有机物、氨氮等还原性物质进行脱除。生物滤池作为一种处理低浓度废水工艺，由于其对难生物降解性有机物去除能力有限，出水难以达到排放标准。于是，臭氧催化氧化与生物滤池联合工艺逐步得到关注，但是已有的联合工艺普遍存在臭氧投加量大、尾气中的臭氧不能有效利用、臭氧催化氧化不充分导致出水难降解有机物含量较高等问题。现有工艺运行中的滤池以固定床为主，气水比较低，气液固的相对流速较低，传质速率受到一定限制，且反冲洗频率高。由于从底部曝气，且无液相循环，整体脱氮效果不够理想。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，该装置可以提高臭氧催化氧化效果、减少臭氧投加量、增强传质效率减少停留时间、提高对难降解有机物的去除率并进一步脱氮、同时减小滤池反冲洗频率。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，所述处理装置从前到后依次设有：前段底部臭氧催化氧化区、中间过渡区与上部好氧生物活性炭滤池、后段底部缺氧生物活性炭滤池与上部好氧生物活性炭滤池，其中，所述装置包括：气液混合系统，所述气液混合系统由进水泵、进水管、臭氧发生器、臭氧发生器出气管与气液强力混合腔组成；布水系统，所述布水系统通过射流器布水，所述射流器与所述进水管和回流管连接，且所述回流管与集水管连接，以利用射流作用产生的负压提供回流动力，使得所述后段好氧生物活性炭滤池的出水回流至所述臭氧催化氧化区的底部；曝气系统，曝气系统由风机、进气管、布气管组成；反冲洗系统，所述反冲洗系统由储水池、反冲洗泵、反冲洗进水管、反冲洗布水管、反冲洗水排水管组成，以实现一体式设置。

本发明实施例的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，结合了臭氧催化氧化与生物活性炭滤池，通过合理设置，有效利用所投加的臭氧，并对臭氧分解的氧气以及臭氧化空气中的氧充分利用，并采用前后分隔并设缺氧区脱氮，同时利用射流布水产生的负压作用提供回流动力，强化传质速率，减少停留时间，提高脱氮效果，并利用臭氧抑制作用控制生物膜厚度减少反冲洗频率。解决了现有臭氧催化氧化与生物滤池联合工艺中臭氧投加量大，尾气中的臭氧不能有效利用，臭氧催化氧化不充分出水难降解有机物含量较高，传质速率低，整体脱氮效果不理想，反冲洗频率高等问题。

另外，根据本发明上述实施例的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述气液混合物的密度低于回流水的密度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述前段底部臭氧催化氧化区、所述中间过渡区、所述上部好氧生物活性炭滤池的填料均为活性炭。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述前段底部臭氧催化氧化区与所述上部好氧生物活性炭滤池的高度之比1:1～3:1，所述中间过渡区的高度为0.1m～0.5m。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述前段底部臭氧催化氧化区为臭氧与活性炭协同处理区，以对来水中有机物进行断链开环。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述中间过渡区为臭氧、活性炭与微生物协同处理区，以利用活性炭表面吸附的微生物对预设浓度臭氧的耐受性，且对断链开环后的有机物进行降解转化，同时在活性炭的催化作用下加快对剩余臭氧的分解。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述好氧生物活性炭滤池为活性炭与微生物协同处理区，以对有机物的进一步降解转化，并保证溢出气体及其出水没有残余臭氧。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述后段底部为缺氧生物活性炭滤池用于反硝化脱氮，其上部为所述好氧生物活性炭滤池，所述缺氧生物活性炭滤池的高度与所述上部好氧生物活性炭滤池的高度之比1:2～1:3，且在之间设隔层滤板，布气管在所述隔层滤板的下方，所述缺氧生物活性炭滤池填料层顶部距滤板0.1m～0.3m。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述臭氧发生器的出气管分别与所述后段缺氧生物活性炭滤池底部布气管和所述好氧生物活性炭滤池底部布气管连接，且中间设阀门开关，以预设时长开启，以控制后段生物活性炭滤池生物膜厚度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述前段上部生物活性炭滤池出水通过锯齿溢流堰流出，经中间降流区至所述后段缺氧生物活性炭滤池底部，其中，前段宽度与后段宽度之比1:1～1:3。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的射流器布水装置的结构示意图。

附图标记：

臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置100、进水泵1、进水管2、气液强力混合腔3、臭氧发生器4、臭氧发生器出气管5、射流器6、前段底部臭氧催化氧化区7、中间过渡区8、上部好氧生物活性炭滤池9、锯齿溢流堰10、降流区11、配水区12、后段底部缺氧生物活性炭滤池13、布气管14、后段上部好氧生物活性炭滤池15、出水管16、集水管17、回流管18、储水池19、反冲洗泵20、反冲洗进水管21、反冲洗布水管22、布气管23、风机24、进气管25、排水管26、反冲洗水排水管27、射流器支管喷嘴28和射流器喷嘴外罩29。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置。

图1是本发明一个实施例的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置的结构示意图。

如图1所示，该臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置100，处理装置100从前到后依次设有：前段底部臭氧催化氧化区、中间过渡区与上部好氧生物活性炭滤池、后段底部缺氧生物活性炭滤池与上部好氧生物活性炭滤池，其中，装置100包括：气液混合系统110、布水系统120、曝气系统130和反冲洗系统140。

其中，气液混合系统110由进水泵、进水管、臭氧发生器、臭氧发生器出气管与气液强力混合腔组成。布水系统120通过射流器布水，射流器与进水管和回流管连接，且回流管与集水管连接，以利用射流作用产生的负压提供回流动力，使得后段好氧生物活性炭滤池的出水回流至臭氧催化氧化区的底部。曝气系统130由风机、进气管、布气管组成。反冲洗系统140由储水池、反冲洗泵、反冲洗进水管、反冲洗布水管、反冲洗水排水管组成，以实现一体式设置。本发明实施例的处理装置100可以有效提高臭氧催化氧化效果、减少臭氧投加量、增强传质效率减少停留时间、提高对难降解有机物的去除率并进一步脱氮、同时减小滤池反冲洗频率。需要说明的是，气液混合系统110、布水系统120、曝气系统130和反冲洗系统140在图中均未具体标识。

具体而言，如图1所示，气液混合系统110由进水泵1、进水管2、臭氧发生器4、臭氧发生器出气管5与气液强力混合腔3组成；布水系统120通过射流器6布水，射流器6与进水管2和回流管18连接；装置100内从前到后依次设有：前段底部臭氧催化氧化区7、中间过渡区8与上部好氧生物活性炭滤池9、后段底部缺氧生物活性炭滤池13与上部好氧生物活性炭滤池15。曝气系统130由风机24、进气管25、布气管14组成；反冲洗系统140由储水池19、反冲洗泵20、反冲洗进水管21、反冲洗布水管22、反冲洗水排水管27组成。本发明实施例的处理装置100为一体式臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置。

下面将结合附图对臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置100的结构进行进一步阐述。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，射流器6与进水管2和回流管18连接，其中回流管18与集水管17连接，利用射流作用产生的负压提供回流动力，使得后段好氧生物活性炭滤池15出水回流至臭氧催化氧化区7底部。射流器6出水为气液混合物，其密度低于回流水，密度差的存在增加了回流水的循环动力。内回流循环增加固液相对流速，提高传质速率。

进一步地，前段臭氧催化氧化区7、中间过渡区8、好氧生物活性炭滤池9，填料统一为活性炭。臭氧催化氧化区7与生物活性炭滤池9高度之比1:1～3:1，中间过渡区8高度为0.1m～0.5m。臭氧催化氧化区8为臭氧、活性炭协同处理区，其作用是对来水中的难降解有机物进行断链开环；中间过渡区8为臭氧、活性炭、微生物协同处理区，其作用是利用活性炭表面吸附的微生物对低浓度臭氧的耐受性对断链开环后的有机物进行降解转化，同时在活性炭的催化作用下加快对剩余臭氧的分解；好氧生物活性炭滤池9为活性炭、微生物协同处理区，其作用除了对有机物的进一步降解转化之外还保证溢出气体及其出水没有残余臭氧。

后段底部为缺氧生物活性炭滤池13，作用为反硝化脱氮，其上部为好氧生物活性炭滤池15。缺氧生物活性炭滤池13高度与上部好氧生物活性炭滤池15高度之比1:2～1:3，之间设隔层滤板，布气管14在滤板下方，缺氧生物活性炭滤池填料层顶部距滤板0.1m～0.3m。

本发明实施例臭氧发生器出气管5还分别与后段缺氧生物活性炭滤池底部布气管23和好氧生物活性炭滤池底部布气管14连接，中间设阀门开关，定期短时开启，以控制后段生物活性炭滤池生物膜厚度，减少反冲洗频率。

本发明实施例的前段上部生物活性炭滤池9出水通过锯齿溢流堰10流出，经中间降流区11至后段缺氧生物活性炭滤池13底部。其中前段宽度与后段宽度之比1:1～1:3。

本发明实施例的臭氧投加量与进水COD之比为0.05:1～0.2:1。

上述实施例为臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置100的结构的介绍，下面对臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置100的工作原理进行详细阐述。

原水与臭氧分别通过进水泵1、进水管2和臭氧发生器4、臭氧发生器出气管5至气液强力混合腔3混合，混合液通过前段底部的射流器6布水布气。含臭氧污水以及未完全溶解的臭氧化空气往上通过臭氧催化氧化区7，在活性炭的催化作用下，臭氧产生的羟基自由基(·OH)对污水中难降解有机物进行断链开环，提高其可生化性。经臭氧催化氧化后的污水向上经过中间过渡区8，该区域中臭氧浓度较低，活性炭表面附着的部分微生物对断链开环后的有机物进一步分解转化，同时在活性炭的催化作用下加快对剩余臭氧的分解。污水经中间过渡区8往上进入好氧生物活性炭滤池9，其氧气源为臭氧分解产生的氧气以及臭氧化空气中含有的氧气，生物活性炭滤池9主要作用是保证溢出气体及其出水不含臭氧，同时对水中有机物进行部分转化分解。生物活性炭滤池9通过锯齿溢流堰10出水，随后经降流区11进入后段缺氧生物活性炭滤池13底部的配水区12，缺氧生物活性炭滤池13利用前段臭氧催化氧化以及生物活性炭滤池分解产生的小分子有机物进行缺氧反硝化脱氮。缺氧生物活性炭滤池出水往上经过隔层滤板进入后段好氧生物活性炭滤池15，隔层滤板底部设布气管14，后段好氧生物活性炭滤池15对水中剩余有机物的做进一步分解转化去除，其最终出水通过锯齿溢流堰10经出水管16、储水池19和排水管26排出。反冲洗过程通过反冲洗泵20，利用储水池19中储存的出水经反冲洗管21、反冲洗布水管22进行滤池反冲洗。

如图2所示，本发明实施例的处理装置100与现有技术相比的不同之处还在于：后段好氧生物活性炭滤池15出水经过集水管17通过回流管18与射流器6连接，进水由射流器支管喷嘴28射出，在射流器喷嘴外罩29内腔中形成负压，在射流负压作用下后段好氧生物活性炭滤池15出水经回流管18各支管进入射流器喷嘴外罩内腔回流至前段臭氧催化氧化区7，以进一步减少出水中难降解有机物的含量。该回流过程是在不增加能耗的情况下达到内循环效果，提高了固液相对流速及传质速率，降低停留时间。内回流循环形成多级AO效果，可以进一步提高总氮去除率。

进一步地，本发明实施例的处理装置100与现有技术相比的不同之处还在于：后段缺氧生物活性炭滤池底部设布气管23，其进口连接臭氧发生器出气管5；同时，布气管14也与臭氧发生器出气管5连接，中间均设有阀门，定期短时开启。通过投加少量臭氧的方式控制生物膜厚度以减少反冲洗频率。

综上，由于采用了上述技术方案，根据本发明实施例提出的臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，解决了现有臭氧催化氧化与生物滤池联合工艺中臭氧投加量大、尾气中的臭氧不能有效利用、臭氧催化氧化不充分出水难降解有机物含量较高、传质速率低、整体脱氮效果不理想、反冲洗频率高等问题。本发明公开的技术结合了臭氧催化氧化与生物活性炭滤池，通过合理设置，有效利用所投加的臭氧，并对臭氧分解的氧气以及臭氧化空气中的氧充分利用。采用前后分隔并设缺氧区脱氮，同时利用射流布水产生的射流作用提供回流动力，强化传质速率，减少停留时间，提高脱氮效果。利用臭氧抑制作用控制生物膜厚度减少反冲洗频率。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种臭氧催化氧化与曝气生物活性炭滤池污水深度处理装置，其特征在于，所述处理装置从前到后依次设有：前段底部臭氧催化氧化区、中间过渡区与上部好氧生物活性炭滤池、后段底部缺氧生物活性炭滤池与上部好氧生物活性炭滤池，其中，所述装置包括：

气液混合系统，所述气液混合系统由进水泵、进水管、臭氧发生器、臭氧发生器出气管与气液强力混合腔组成；

布水系统，所述布水系统通过射流器布水，所述射流器与所述进水管和回流管连接，且所述回流管与集水管连接，以利用射流作用产生的负压提供回流动力，使得所述后段好氧生物活性炭滤池的出水回流至所述臭氧催化氧化区的底部；

曝气系统，曝气系统由风机、进气管、布气管组成；

反冲洗系统，所述反冲洗系统由储水池、反冲洗泵、反冲洗进水管、反冲洗布水管、反冲洗水排水管组成，以实现一体式设置；

所述前段底部臭氧催化氧化区、所述中间过渡区、所述上部好氧生物活性炭滤池的填料均为活性炭；

所述中间过渡区为臭氧、活性炭与微生物协同处理区，利用活性炭表面吸附的微生物对预设浓度臭氧的耐受性，对断链开环后的有机物进行降解转化，同时在活性炭的催化作用下加快对剩余臭氧的分解；

前段好氧生物活性炭滤池为活性炭与微生物协同处理区，以对有机物的进一步降解转化，并保证溢出气体及其出水没有残余臭氧；

所述臭氧发生器的出气管分别与后段缺氧生物活性炭滤池底部布气管和所述后段好氧生物活性炭滤池底部布气管连接，且中间设阀门开关，以预设时长开启，以控制后段生物活性炭滤池生物膜厚度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射流器的出水为气液混合物，所述气液混合物的密度低于回流水的密度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前段底部臭氧催化氧化区与所述上部好氧生物活性炭滤池的高度之比1:1~3:1，所述中间过渡区的高度为0.1m~0.5m。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前段底部臭氧催化氧化区为臭氧与活性炭协同处理区，以对来水中有机物进行断链开环。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述后段底部为缺氧生物活性炭滤池用于反硝化脱氮，其上部为所述好氧生物活性炭滤池，所述缺氧生物活性炭滤池的高度与其上部好氧生物活性炭滤池的高度之比1:2~1:3，且在之间设隔层滤板，布气管在所述隔层滤板的下方，所述缺氧生物活性炭滤池填料层顶部距滤板0.1m~0.3m。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前段上部生物活性炭滤池出水通过锯齿溢流堰流出，经中间降流区至所述后段缺氧生物活性炭滤池底部，其中，前段宽度与后段宽度之比1:1~1:3。

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