CN111646562A - 废水深度处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及污废水深度处理工艺技术领域，提供了一种废水深度处理系统及处理方法。该处理系统包括臭氧制备系统、氧化系统和尾气回收系统，臭氧制备系统包括空分制氧设备和臭氧发生器；氧化系统包括臭氧氧化反应器和臭氧破坏器；尾气回收系统用于净化尾气混合气体并与空分制氧设备共同朝向臭氧发生器提供氧气。该处理方法包括以下步骤：通过空分制氧设备将空气制成富氧气体，富氧气体进入到臭氧发生器内产生臭氧混合气体；臭氧混合气体进入到臭氧氧化反应器降解污水，氧化后的臭氧混合气体进入到臭氧破坏器产生尾气混合气体；尾气混合气体进入到尾气回收系统进行净化提纯得到富氧气体，富氧气体与空分制氧设备产生的氧气补充给臭氧发生器。
Description
技术领域
本公开涉及污废水深度处理工艺技术领域，尤其涉及一种废水深度处理系统及处理方法。
背景技术
目前污废水处理传统的方法主要有生物处理法、物化法和高级氧化技术。生物处理法虽然运行费用低，处理效果好，但是对可生化性差的物质难以获得满意的处理效果。而物化法通过氧化、吸附、膜过滤等方法去除污染物，但是其处理费用高，会产生副产物或新的污染物质。高级氧化技术常用于污废水的深度处理或生物预处理中，尤其是难生物降解的污废水处理中比较常用。
高级氧化技术主要包括：光催化氧化法、超声法、Fenton法、臭氧氧化法等。其中，臭氧与其它处理方法联用有多种组合工艺，如臭氧-活性污泥、臭氧-生物活性炭、臭氧-膜处理等，以臭氧为代表的高级氧化法可以得到较好的处理效果。但是现有技术中，臭氧氧化方法通常需要通过液氧罐制备臭氧，并通过汽化器提供氧源，原料气成本较高，且回收系统中的氧气回收浓度较低，系统运行稳定性较差，需要额外增加设备为系统引入氧气，浪费设备成本。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种废水深度处理系统及处理方法。
本公开提供的一种废水深度处理系统包括：
臭氧制备系统，包括用于将空气制备成富氧气体的空分制氧设备，以及用于将富氧气体制成臭氧混合气体的臭氧发生器，所述空分制氧设备与所述臭氧发生器通过第一管道连通；
氧化系统，包括利用所述臭氧混合气体降解污水的臭氧氧化反应器，以及用于破坏氧化后的臭氧混合气体的臭氧破坏器；
尾气回收系统，用于净化经所述臭氧破坏器产生的尾气混合气体，经所述尾气回收系统净化产生的富氧气体进入到补氧管道，所述补氧管道与所述臭氧发生器连通，所述空分制氧设备上设有用于与所述补氧管道连通的第二管道。
可选的，所述空分制氧设备包括依次连接的空气压缩机、第一冷干机、第一除油器、第一吸附器和第一氧气缓冲罐，空气经所述空气压缩机、第一冷干机、第一除油器和所述第一吸附器形成富氧气体后进入到所述第一氧气缓冲罐内，所述第一氧气缓冲罐与所述第一管道连通。
可选的，所述尾气回收系统包括依次连接的氧气压缩机、第二冷干机、第二除油器、第二吸附器和第二氧气缓冲罐，所述尾气混合气体经所述氧气压缩机、第二冷干机、第二除油器和所述第二吸附器形成富氧气体后进入到所述第二氧气缓冲罐内，所述第二氧气缓冲罐与所述补氧管道连通。
可选的，所述臭氧氧化反应器采用氧化塔、接触氧化池或氧化反应釜。
本公开提供的一种废水深度处理方法包括以下步骤：
步骤一，通过空分制氧设备将空气制成富氧气体，富氧气体进入到臭氧发生器内产生臭氧混合气体；
步骤二，臭氧混合气体进入到臭氧氧化反应器降解污水，氧化后的臭氧混合气体进入到臭氧破坏器产生尾气混合气体；
步骤三，尾气混合气体进入到尾气回收系统进行净化提纯得到富氧气体，富氧气体通过补氧管道进入到臭氧发生器内部；
步骤四，待废水深度处理系统运行稳定后，空分制氧设备产生的富氧气体通过补氧管道朝向臭氧发生器补充废水深度处理系统损失的氧气。
可选的，废水深度处理系统初次启动时，所述空分制氧设备分级启动，逐步提高供氧量，进而逐步调高所述臭氧发生器内的臭氧发生量，以满足废水深度处理系统的需求。
可选的，废水深度处理系统稳定运行后，空分制氧设备的氧气发生量调低至废水深度处理系统初始运行值的10～15％。
可选的，所述臭氧混合气体中的O3、O2和N2的体积比为8～13％：80～85％：5～8％。
可选的，所述尾气混合气体中的O2和N2的体积比为85～90％：5～10％，余下的气体为CO2和水蒸气的混合气。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
(1)采用空气源作为气源，利用空分制氧设备制得高浓度富氧气体作为臭氧制备的原料气，可以节约臭氧制备的原料气成本；
(2)在整个系统运行过程中，空分制氧设备可以实现逐级启动制氧模式，分级提高制氧量，从而灵活调整系统臭氧发生量，并维持废水系统连续稳定运行；
(3)通过尾气回收系统处理氧化系统排出的尾气混合气体，带有氧气的尾气混合气体经处理后得到纯度更高的富氧气体，并作为原料气制备臭氧，高纯度的富氧气体可以节约系统补充氧气的量，从而降低制氧费用；
(4)在整个系统中可回收利用近80～90％的尾气混合气体，并进行分离纯化作为原料气制备臭氧，大大降低了臭氧原料气的用量，同时降低了空分制氧设备的使用能耗；
(5)通过空分制氧设备补充系统损失的氧气，无需借助其他设备，可有效果降低设备成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例所述废水深度处理系统的框架图；
图2为本公开实施例所述废水深度处理系统的工艺流程图。
其中，1、空分制氧设备；2、臭氧发生器；3、臭氧氧化反应器；4、臭氧破坏器；5、尾气回收系统；51、氧气压缩机；52、第二冷干机；53、第二除油器；54、第二吸附器；55、第二氧气缓冲罐。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本申请实施例提供的废水深度处理系统包括臭氧制备系统、氧化系统和尾气回收系统5。
臭氧制备系统包括用于将空气制备成富氧气体的空分制氧设备1，以及用于将富氧气体制成臭氧混合气体的臭氧发生器2，空分制氧设备1与臭氧发生器2通过第一管道连通。即空分制氧设备1产生的富氧气体通过第一管道进入到臭氧发生器2内，为臭氧发生器2的臭氧制备提供原料气。其中，臭氧发生器2利用高压电离(或化学、光化学反应)，使原料气中的部分氧气分解聚合为臭氧，是氧的同素异形转变过程，亦可利用电解水法获得。该技术在现有技术中已经较为成熟，因此，在本公开中并未做过多的介绍。
氧化系统包括利用臭氧混合气体降解污水的臭氧氧化反应器3，以及用于破坏氧化后的臭氧混合气体的臭氧破坏器4。其中，臭氧氧化反应器3采用连续操作或者间歇操作均可，且臭氧氧化反应器3的臭氧氧化设备可采用氧化塔、接触氧化池或氧化反应釜，其具体设备不受限制，只要能够在该设备内进行氧化反省即可。并且，由于臭氧氧化设备的结构和反应原理在现有技术中均较为常见，因此，在本公开中并未做过多的描述。当臭氧氧化降解污废水后，会产生臭氧尾气，此时可通过臭氧破坏器4将臭氧尾气转化成尾气混合气体，便于尾气的回收。
尾气回收系统5用于净化和提纯经臭氧破坏器4产生的尾气混合气体，经尾气回收系统5净化、提纯产生的富氧气体进入到补氧管道，补氧管道与臭氧发生器2连通，空分制氧设备1上设有用于与补氧管道连通的第二管道。即尾气回收系统5净化产生的富氧系统与空分制氧设备1产生的富氧气体在补氧管道内混合后进入到臭氧发生器2，为臭氧发生器2提供反应气。
在一些实施例中，空分制氧设备1包括依次连接的空气压缩机、第一冷干机、第一除油器、第一吸附器和第一氧气缓冲罐，空气经空气压缩机、第一冷干机、第一除油器和第一吸附器形成富氧气体后进入到第一氧气缓冲罐内，第一氧气缓冲罐与第一管道连通。
具体地，空气压缩机将空气增压后供给第一冷干机，第一冷干机对气体进行冷却、干燥、除杂后得到低温高压的压缩空气，通过第一除油器将气体中的油雾去除并送去第一吸附器，通过第一吸附器完成氮气、二氧化碳和水蒸气等成分的吸附分离，得到的富氧气体送入第一氧气缓冲罐。第一氧气缓冲罐用于储存富氧气体，并可控制进入到臭氧发生器2内的富氧气体的量。
在另一实施例中，空分制氧设备1包括鼓风机、真空泵、冷却器、吸附系统和第三氧气缓冲罐进行制氧。
本公开采用空气源作为原料气，利用变压吸附技术或低压吸附真空解析技术制备富氧气体，得到的氧气浓度大于或等于93％，富氧气体作为臭氧发生器2的原料气，满足系统需求。且采用该种方式制备臭氧可有效节省成本。
在一些实施例中，如图2所示，尾气回收系统5包括依次连接的氧气压缩机51、第二冷干机52、第二除油器53、第二吸附器54和第二氧气缓冲罐55，尾气混合气体经氧气压缩机51、第二冷干机52、第二除油器53和第二吸附器54形成富氧气体后进入到第二氧气缓冲罐55内，第二氧气缓冲罐55与补氧管道连通。
具体地，氧气压缩机51将臭氧破坏器4产生的尾气混合气体增压后供给第二冷干机52，第二冷干机52对气体进行冷却、干燥、除杂后得到低温高压的压缩气体，通过第二除油器53将气体中的油雾去除并送去第二吸附器54，通过第二吸附器54完成氮气、二氧化碳和水蒸气等成分的吸附分离，得到的富氧气体送入第二氧气缓冲罐55。第二氧气缓冲罐55用于储存富氧气体，并可控制进入到补氧管道内的富氧气体的量。
同理，在另一些实施例中，尾气回收系统5也可包括鼓风机、真空泵、冷却器、吸附系统和第四氧气缓冲罐。
本公开的废水深度处理系统具有以下优点：
(1)采用空气源作为气源，利用空分制氧设备1制得高浓度富氧气体作为臭氧制备的原料气，可以节约臭氧制备的原料气成本；
(2)通过尾气回收系统5处理氧化系统排出的尾气混合气体，带有氧气的尾气混合气体经处理后得到纯度更高的富氧气体，并作为原料气制备臭氧，高纯度的富氧气体可以节约系统补充氧气的量，从而降低制氧费用；
(3)在整个系统中可回收利用近80～90％的尾气混合气体，并进行分离纯化作为原料气制备臭氧，大大降低了臭氧原料气的用量，同时降低了空分制氧设备1的使用能耗；
(4)通过空分制氧设备1补充系统损失的氧气，无需借助其他设备，可有效果降低设备成本；
(5)尾气回收系统5净化产生的富氧系统与空分制氧设备1产生的富氧气体在补氧管道内混合后进入到臭氧发生器2，确保反应器的浓度，同时，通过设置补氧管道可有效减少空间占用。
结合图1和图2所示，本公开还提供了一种废水深度处理方法，包括以下步骤：
步骤一，通过空分制氧设备1将空气制成富氧气体，富氧气体进入到臭氧发生器2内产生臭氧混合气体。其中，臭氧混合气体中的O3、O2和N2的体积比为8～13％：80～85％：5～8％。
该处的空分制氧设备1和臭氧发生器2与上述废水深度处理中的空分制氧设备1和臭氧发生器2的原理和功能均相同，且空分制氧设备1与臭氧发生器2之间通过第一管道连通，因此，该处就空分制氧设备1与臭氧发生器2的原理和工作方式不做进一步介绍。
步骤二，臭氧混合气体进入到臭氧氧化反应器3降解污水，氧化后的臭氧混合气体进入到臭氧破坏器4产生尾气混合气体。其中，尾气混合气体中的O2和N2的体积比为85～90％：5～10％，余下的气体为CO2和水蒸气的混合气。
该处的臭氧氧化反应器3和臭氧破坏器4与上述废水深度处理中的臭氧氧化反应器3和臭氧破坏器4的原理和功能均相同，因此，在此处并未做过多的介绍。
步骤三，尾气混合气体进入到尾气回收系统5进行净化提纯得到富氧气体，富氧气体通过补氧管道进入到臭氧发生器2内部。
该处的尾气回收系统5与上述废水深度处理中的尾气回收系统5的功能和原理均相同，因此，在此处并未做过多的介绍。且尾气回收系统5的第二氧气缓冲罐55与补氧管道之间通过管道连接，使得第二氧气缓冲罐55内的富氧气体进入到补氧管道内，进而为臭氧发生器2提供反应气。
步骤四，待废水深度处理系统运行稳定后，空分制氧设备1产生的富氧气体通过补氧管道朝向臭氧发生器2补充废水深度处理系统损失的氧气。
具体地，该处的废水深度处理系统运行稳定是指臭氧发生器2朝向臭氧氧化反应器3充入的臭氧量与臭氧氧化反应器3内的污废水量相互适应。即空分制氧设备1制得的富氧气体刚好满足臭氧发生器2的氧气消耗需求。此时，关闭空分制氧设备1与臭氧发生器2之间的第一管道，臭氧氧化反应器3产生的臭氧混合气体经过臭氧破坏器4破坏后进入到尾气回收系统5，尾气回收系统5净化产生的富氧气体通过补氧管道进入到臭氧发生器2。此时，由于在臭氧氧化反应器3内反应掉部分臭氧，即消耗掉部分臭氧的反应气，因此，空分制氧设备1通过第二管道朝向补氧管道补充富养气体，进而使得系统平稳进行。
进一步优化地，废水深度处理系统初次启动时，空分制氧设备1分级启动，逐步提高供氧量，进而逐步调高臭氧发生器2内的臭氧发生量，以满足废水深度处理系统的需求。待整个废水深度处理系统稳定运行后，空分制氧设备1产生的高纯富氧气体仅用于补充废水深度处理系统运行损失掉的13％的O2，以维持整个废水深度处理系统的稳定运行。同时，空分制氧设备1的氧气发生量调低至废水深度处理系统初始运行值的10～15％，减小空分制氧设备1的能耗。
本公开的废水深度处理系统与臭氧接触的部分选择304，316，316L等不锈钢材质，密封材料采用耐臭氧材料，如ABS、CPVC和氟硅橡胶等。
某工业园区污水处理厂，深度处理总规模14万m3/d，采用高效沉淀+V砂滤池+二氧化氯消毒+臭氧接触氧化+纯氧曝气池工艺处理废水中的有机物，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。
进入臭氧接触氧化池之前，水质的COD为60mg/L，臭氧投加量：40mg/L，臭氧消耗量：14万m3/d×40mg/L＝5600kg/d；臭氧浓度按10％计；需氧量：5600kg/d÷10％＝56000kg/h。采用本公开的废水深度处理方法可回收循环80％的氧气，氧气量：56000kg/h×80％＝kg/h；同采用液氧罐利用汽化器制备氧气作为气源制臭氧工艺相比，本发明可节省大量的液氧费用。
本公开提供的废水深度处理方法在保证相同氧化降解的效果前提下，大大节约了臭氧制备所需液氧的成本，实现了臭氧尾气中氧气的循环利用，便于臭氧深度氧化技术的工业化应用，可以节约企业的运行成本。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种废水深度处理系统，其特征在于，包括：
臭氧制备系统，包括用于将空气制备成富氧气体的空分制氧设备(1)，以及用于将富氧气体制成臭氧混合气体的臭氧发生器(2)，所述空分制氧设备(1)与所述臭氧发生器(2)通过第一管道连通；
氧化系统，包括利用所述臭氧混合气体降解污水的臭氧氧化反应器(3)，以及用于破坏氧化后的臭氧混合气体的臭氧破坏器(4)；
尾气回收系统(5)，用于净化经所述臭氧破坏器(4)产生的尾气混合气体，经所述尾气回收系统(5)净化产生的富氧气体进入到补氧管道，所述补氧管道与所述臭氧发生器(2)连通，所述空分制氧设备(1)上设有用于与所述补氧管道连通的第二管道。
2.根据权利要求1所述的废水深度处理系统，其特征在于，所述空分制氧设备(1)包括依次连接的空气压缩机、第一冷干机、第一除油器、第一吸附器和第一氧气缓冲罐，空气经所述空气压缩机、第一冷干机、第一除油器和所述第一吸附器形成富氧气体后进入到所述第一氧气缓冲罐内，所述第一氧气缓冲罐与所述第一管道连通。
3.根据权利要求1所述的废水深度处理系统，其特征在于，所述尾气回收系统(5)包括依次连接的氧气压缩机(51)、第二冷干机(52)、第二除油器(53)、第二吸附器(54)和第二氧气缓冲罐(55)，所述尾气混合气体经所述氧气压缩机(51)、第二冷干机(52)、第二除油器(53)和所述第二吸附器(54)形成富氧气体后进入到所述第二氧气缓冲罐(55)内，所述第二氧气缓冲罐(55)与所述补氧管道连通。
4.根据权利要求1所述的废水深度处理系统，其特征在于，所述臭氧氧化反应器(3)采用氧化塔、接触氧化池或氧化反应釜。
5.一种废水深度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过空分制氧设备(1)将空气制成富氧气体，富氧气体进入到臭氧发生器(2)内产生臭氧混合气体；
步骤二，臭氧混合气体进入到臭氧氧化反应器(3)降解污水，氧化后的臭氧混合气体进入到臭氧破坏器(4)产生尾气混合气体；
步骤三，尾气混合气体进入到尾气回收系统(5)进行净化提纯得到富氧气体，富氧气体通过补氧管道进入到臭氧发生器(2)内部；
步骤四，待废水深度处理系统运行稳定后，空分制氧设备(1)产生的富氧气体通过补氧管道朝向臭氧发生器(2)补充废水深度处理系统损失的氧气。
6.根据权利要求5所述的废水深度处理方法，其特征在于，废水深度处理系统初次启动时，所述空分制氧设备(1)分级启动，逐步提高供氧量，进而逐步调高所述臭氧发生器(2)内的臭氧发生量，以满足废水深度处理系统的需求。
7.根据权利要求5所述的废水深度处理方法，其特征在于，废水深度处理系统稳定运行后，空分制氧设备(1)的氧气发生量调低至废水深度处理系统初始运行值的10～15％。
8.根据权利要求5所述的废水深度处理方法，其特征在于，所述臭氧混合气体中的O3、O2和N2的体积比为8～13％：80～85％：5～8％。
9.根据权利要求5所述的废水深度处理方法，其特征在于，所述尾气混合气体中的O2和N2的体积比为85～90％：5～10％，余下的气体为CO2和水蒸气的混合气。
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