CN112125476A - 一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两段式臭氧氧化‑生物接触耦合的污水深度处理方法及其装置。经生化预处理后的污水或RO浓水,依次经过臭氧氧化‑生物接触‑臭氧氧化‑生物接触进行联合处理,将后端生化出水回流至前端臭氧氧化进水,通过回流使污水在臭氧氧化‑生物接触系统内循环处理;由于污水每次经过臭氧氧化阶段生化性都有一定的提高,每次可生物降解的臭氧氧化产物都在生化处理阶段得到及时的降解,臭氧氧化的生物降解性改善和生化的低成本矿化的协同耦合作用通过控制生化出水回流比得到加强。该方法在确定的臭氧投加总量条件下提高处理效率,在确定的去除率条件下减少臭氧消耗量;对于降低污水深度处理的投资成本、运行成本和工程占地具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于污水深度处理技术领域,本发明还属于臭氧氧化应用技术领域,具体涉及一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置。
背景技术
臭氧对有机物的氧化包括直接氧化和间接氧化。臭氧的直接氧化是指分子臭氧O3与有机物直接发生反应,其反应机理主要包括环加成反应、亲电反应和亲核反应。臭氧的间接氧化是指臭氧受诱导后自分解形成二次氧化剂羟基自由基·OH与有机物进行氧化反应,其氧化机理主要包括亲电加成反应、脱氢反应和电子转移反应。通常,·OH与有机物的反应速率较高且选择性较小,因此环境中的难降解有机物可以得到有效降解。总体而言,臭氧氧化有机物速率较高的有机物种类包括不饱和芳香族化合物、不饱和脂肪族化合物和一些特殊的官能团。臭氧氧化用于污水处理,在pH<4的酸性环境下,直接氧化占主导地位;在pH>10的碱性环境下间接氧化占主导地位;在pH≈7的中性环境下,两种反应途径都很重要。
臭氧氧化是目前污水深度处理中应用较为普遍的技术。臭氧氧化速度快、效率高,但臭氧氧化成本较高,很少单独使用。生化法是去除有机污染物最便宜和最有效的方法,但是经过生化预处理的污水站二级出水,其可生化性很低,很难继续生物降解。难生物降解有机物经臭氧氧化后其产物通常是可生物降解的,将臭氧氧化过程与生物降解过程相结合,通常能够减少臭氧投加量,降低运行成本。尽管如此,如何降低臭氧氧化运行成本仍然是臭氧氧化-生化技术在污水深度处理领域进行应用的需要解决的重要技术问题。为降低臭氧氧化成本主要采用的方法包括:
(1)提高臭氧利用效率,例如:①采用压力式臭氧氧化反应器提高臭氧溶质效率和反应速率;②采用臭氧氧化催化剂,提高臭氧氧化反应的选择性和COD去除率;③采用高级氧化技术,例如O3/H2O2技术、O3/UV技术提高臭氧氧化过程中的羟基自由基产率。
(2)提高臭氧氧化与生化处理的协同处理作用,例如:①将臭氧氧化的尾气用于生化处理,减少生化处理的曝气成本;②采用一体化臭氧氧化-生化处理设备,节省系统投资和占地;③合理控制前段臭氧氧化的臭氧投加量和COD去除率,更多的利用后段的生化处理的生物降解作用,使整体运行成本降低。
中国专利申请号201511020280.3公开了一种后臭氧回流二次氧化的污水深度处理方法。该发明方法在传统臭氧与生物滤池组合工艺基础上增加后臭氧氧化池,且后臭氧氧化池出水回流至生物滤池与前臭氧氧化池出水一同进行生化处理。该发明方法有效利用了臭氧氧化的选择性,可以实现高COD去除率;但是该发明需将前臭氧氧化池COD去除率控制在35%,臭氧投加量为2~3kgO3/kg△COD(△COD为臭氧氧化或“臭氧氧化-生化”整体处理前后的COD差值),其臭氧投加量仍然较高,运行成本未能降低,增加的后臭氧氧化池和清水池使得投资和占地均增加。其臭氧投加量较高,运行成本未能降低,增加的后臭氧氧化池和清水池使得投资和占地均增加。
综上所述,臭氧氧化-生化是一个相互关联的整体处理系统,在相同的处理效果条件下,对系统中某个参数的改变虽然能实现部分目标,但可能会导致其它问题出现。因此,开发一种经济高效的臭氧氧化-生化协同处理工艺和臭氧氧化-生化装置,能在降低污水深度处理臭氧投加量和运行费用的基础上,使得投资成本和占地不增加甚至也减少,具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种多段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法;本发明的目的之二是提供一种多段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置。
本发明所要解决的技术问题之一在相同的水量水质条件下,减少臭氧氧化臭氧投加量,降低臭氧氧化成本。
本发明要解决的技术问题之二是在相同的水量水质条件下,不仅要降低臭氧氧化成本,而且要减少污水臭氧氧化深度处理投资成本和占地面积。
本发明要解决的技术问题之一通过以下技术方案实现:
一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法,所述污水经过两段式臭氧氧化-生物接触处理,其废水处理能力为Q(单位:m3/h),进水COD为SCOD(单位:g/m3),相对于废水处理量Q的臭氧总投加浓度为m(单位:g/m3),其中前臭氧段臭氧投加浓度为m1(单位:g/m3),后臭氧氧化段臭氧投加浓度为m2(单位:g/m3);所述污水经两段式臭氧氧化-生物接触处理后,将后生化出水以流量q(单位:g/m3)回流至前臭氧氧化进水端,且0.5≤q/Q≤3,m=m1+m2≤SCOD。m、m1、m2均只与Q有关。
本发明方法进一步改进的技术方案或限定的技术特征为:
(1)本发明方法所述技术方案中控制生化出水回流量q,使得1≤q/Q≤2。
(5)本发明方法改进技术方案(1)-(4),所述一级接触氧化池出水回流量为q1(单位:g/m3),1≤q1/Q≤2。
(6)本发明方法改进技术方案(1)-(5),所述二级接触氧化池出水回流量为q2(单位:g/m3)。
(7)本发明方法上述改进技术方案,所述前臭氧氧化工艺为O3、O3/H2O2或O3/UV中的一种,且臭氧反应时间为10~30min。
(8)本发明方法上述改进技术方案中,所述后臭氧氧化工艺为O3、O3/H2O2或O3/UV中的一种,且臭氧反应时间为30~60min。
(9)本发明方法上述改进技术方案中,所述生物接触工艺为生物接触氧化、MBBR或生物流化床。
(10)本发明方法上述改进技术方案中,前臭氧投加浓度与后臭氧投加浓度的比值1≤m1/m2≤4。
(11)本发明方法上述改进技术方案中,前臭氧投加浓度与后臭氧投加浓度比值1≤m1/m2≤2。
本发明要解决的技术问题之二通过以下技术方案实现:
一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,所述装置由前臭氧氧化装置、前生物接触装置、后臭氧氧化装置和后生物接触装置依次串联组成,且后生物接触装置出水管过回流泵与前臭氧氧化装置进水管相连接。
该发明装置进一步改进的技术方案或限定的技术特征为:
(12)本发明装置技术方案改进:前臭氧氧化装置与前生物接触装置组成一体化装置;后臭氧氧化氧化装置与后生物接触氧化装置为一体化装置;通过臭氧-生物接触装置的一体化降低投资成本和占地面积。
(13)本发明装置改进技术方案(12)进一步优化:所述一体化装置在垂直方向由下至上依次由进水混合区、臭氧接触区、缓冲区、生物接触区和出水区分层布置组成。
(14)本发明装置改进技术方案(13)进一步优化:所述臭氧接触区、缓冲区、生物接触区的高度或体积比为1:2:(3~6)。
(15)本发明装置改进技术方案(14)进一优化:所述缓冲区装填有石英砂、陶粒、火山岩、颗粒活性炭或其它滤料,且缓冲区填料装填高度为0.5~2m、滤料直径为2~8mm。
(16)本发明装置改进技术方案(15)进一步优化:所述缓冲区填料装填高度为0.8~1.2m,滤料直径为2~4mm。
(17)本发明装置改进技术方案(12)进一步改进:所述一体化装置在水平方向由前至后依次由进水区、臭氧接触区、缓冲区和生物接触区和出水区组成,且进水区、臭氧接触区、缓冲区、生物接触区和出水区共壁。
(18)本发明装置改进技术方案(17)进一步优化:所述臭氧接触区、缓冲区与生物接触区的体积比为1:3:(4~8)。
(19)本发明装置改进技术方案(17)进一步优化:所述一体化装置在水平方向由前至后依次由臭氧接触区、生物接触区共壁组成。
(20)本发明装置改进技术方案(19)进一步优化:所述臭氧接触区与生物接触区体积比为1:(3~6)。
(21)本发明装置上述技术方案及改进技术方案:所述臭氧接触区装填有鲍尔环或固体催化剂;所述生物接触区装填有MBBR填料或悬挂式生物绳填料。
(22)本发明装置上述技术方案及改进技术方案:所述装置为前臭氧氧化装置、前生物接触装置、后臭氧氧化装置和后生物接触装置组成的一体化装置。
(23)本发明装置上述技术方案及改进技术方案:所述装置出水区设置气提管回流处理后的污水至所述装置进水区。
本发明的原理:
采用臭氧氧化-生物法耦合处理的污水深度处理系统,臭氧氧化阶段的作用包括有机物的选择性氧化和有机物的非选择性氧化。臭氧的选择性氧化通常是指臭氧或羟基自由基作用于含不饱和键或官能团的有机物,改变其化学结构使其由难生物降解有机物转化为可生化降解有机物;臭氧的非选择性氧化主要是臭氧或羟基自由基直接作用于有机物,将有机物进行彻底的降解或矿化。臭氧的选择性氧化消耗的臭氧量较少,而臭氧的非选择性氧化消耗的臭氧量较多。臭氧的选择性氧化和非选择性氧化同时存在于臭氧氧化系统中,由于臭氧的选择性氧化速率更高且消耗的臭氧量更少,因此在污水臭氧氧化的初始阶段(即臭氧投加量较低的阶段),以臭氧的选择性氧化为主;而在臭氧氧化的中间靠后阶段(即臭氧投加量较高的阶段),以臭氧的非选择性氧化为主。臭氧总投加量不变的条件下,用于选择性氧化的臭氧投加量和用于非选择性氧化的臭氧投加量的比例高低,决定了臭氧氧化-生化系统对污水的深度处理效果。因此,污水深度处理系统中,将臭氧进行分段分批投加,每次投加臭氧氧化后的污水在生化阶段处理后再进入下一阶段的臭氧氧化和生化系统,在臭氧总投加量不变的条件下可以提高处理效果;在处理效果不变的条件下可以节省臭氧投加量。理论上,连续多段式臭氧氧化-生化系统的处理效果一般优于一段式臭氧氧化-生化系统;但是多段式臭氧氧化-生化系统的占地面积和投资成本通常也高于一段式臭氧氧化-生化系统。
对于臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理系统,将后端生化出水回流至前端臭氧氧化进水,可实现污水在臭氧氧化-生物接触系统内的循环处理;每次污水经过臭氧氧化阶段,难降解有机物转化为可生物降解的氧化产物后在生化阶段得到降解或矿化;生化阶段不能完全矿化的有机物在微生物的代谢作用下改变化学结构,通过回流回到臭氧氧化阶段后更容易被臭氧进行选择性氧化形成容易生物降解的氧化产物。因此,通过生化出水回流至臭氧氧化进水端,可以实现多段式臭氧氧化-生物接触系统的处理效果;回流比越高,越能充分发挥污水深度处理中臭氧氧化和接触氧化处理的协同耦合作用,节省臭氧投加量。
基于一段式臭氧氧化-生物接触耦合系统发展而来的两段式臭氧氧化-生物接触耦合系统,可以在臭氧氧化总停留时间、生化总停留时间不变或增加很少的情况下,取得比一段式臭氧氧化-生物接触耦合系统更好的处理效果:①前臭氧氧化与后臭氧氧化可以采用不同的臭氧氧化工艺和臭氧工艺参数,对于较难处理的废水有更大的工艺优化空间;②通过回流比的控制可以实现污水在臭氧氧化-生化耦合系统内的循环处理,当相当于废水在臭氧氧化-生物接触耦合系统内循环处理了四次;当相当于废水在臭氧氧化-生物接触耦合系统内循环处理了六次;相当废水在臭氧氧化-生物接触耦合系统内循环处理了八次。③为达到同样的处理效果,两段式臭氧氧化-生物接触系统循环泵所需能耗和中间提升水泵为克服水头损失的能耗低于一段式臭氧氧化-生物接触系统。④两段式臭氧氧化-生物接触系统能够更大程度上发挥污水深度处理中臭氧氧化和生化处理的协同耦合作用,降低臭氧投加量。
与现有技术相比,本发明方法及装置有益的技术效果为:
(1)通过生化出水回流,可以在两段式臭氧氧化-生物接触系统中实现多段臭氧氧化-生物接触系统的处理效果,臭氧投加量一般可节省20%以上。
(2)通过生化出水回流,臭氧氧化装置进水流量=Q+q,在总臭氧投加量已经减少的情况下,臭氧氧化池中的臭氧浓度低于在这种臭氧浓度条件下,臭氧更多的用于非选择性氧化,进一步强化了臭氧氧化-生化的协同处理作用。
(3)通过生化出水回流,臭氧氧化装置进水流量=Q+q,在总臭氧投加量已经减少的情况下,臭氧氧化池中的臭氧浓度低于低臭氧投加浓度条件下,臭氧的溶解效率和利用效率都能够得到提高,有利于降低臭氧尾气中的臭氧浓度,减少臭氧尾气破坏装置的设计和使用规模;由于臭氧氧化池出水中的臭氧浓度进一步降低,臭氧出水携带臭氧对后端生化处理不利影响也最大程度的减弱。
(4)通过生化出水回流稀释进水,使进水水质更加稳定,提高臭氧氧化-生化系统的抗负荷冲击能力。
(5)现有技术中的臭氧氧化装置,设计中经常会设置臭氧氧化池自身的循环泵提高臭氧的溶解效果;现有技术中臭氧氧化后的生化装置,一般为曝气生物滤池,也经常会设置循环泵,提高曝气生物滤池的布水均匀性。典型的内循环曝气生物滤池即为此类产品。将生化装置出水回流至臭氧氧化装置进水,可以在不增加循环泵投资的情况下,同时满足臭氧氧化装置自身循环处理和生化装置循环处理的需要。对于已建成的臭氧氧化-生化污水深度处理系统,可以在不增加设备和运行成本,仅仅改动管道的情况下实现本发明需要的技术方案和效果。
(6)生化出水回流至臭氧氧化装置进水,无论新建装置还是现有装置进行改造,都容易进行工程化实施,易于推广应用。
(7)本发明装置相比现有技术臭氧氧化-曝气生物滤耦合装置,无反洗设备和反洗水池,设备数量和控制程序简单,投资成本可节省20%以上。
(8)本发明装置相比现有技术臭氧氧化-曝气生物滤池装置耦合装置,可建造成一体化装置,节约占地面积30%以上。
附图说明
图1为本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置示意图一。
图2为本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置示意图二。
图3为本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置示意图三。
图4为现有技术臭氧氧化-曝气生物滤池耦合的污水深度处理工艺流程图。
图5不同臭氧投加量对废水UV254与COD的降解效果。
图6为本发明一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置A。
其中,1为前臭氧氧化池,2为前生物接触池,3为后臭氧氧化池,4为后生物接触池,5为进水管,6为出水管,7为回流管。
图7为本发明一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置B
其中,1为前臭氧氧化区,2为前生物接触区,3为后臭氧氧化区,4为后生物接触区,5为进水管,6为出水管,7为回流管,8为臭氧投加管,9-1为前生物接触池的生物填料区,9-2为后生物接触池的生物填料区;图中箭头表示水流方向。
图8为本发明一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置B
其中,1为前臭氧氧化区,2为前生物接触区,3为后臭氧氧化区,4为后生物接触区,5为进水管,6为出水管,7为回流管,8-1为前臭氧投加管,8-2为后臭氧投加管,9-1为前生物接触池的生物填料区,9-2为后生物接触池的生物填料区,10-1为前缓冲区,10-2为后缓冲区;图中箭头表示水流方向。
图9为本发明两段式一体化臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置C
其中,1为前臭氧氧化区,2为前生物接触区,3为后臭氧氧化区,4为后生物接触区,5为进水管,6为出水管,7为回流管,8-1为前臭氧投加管,8-2为后臭氧投加管,9-1为前生物接触池的生物填料区,9-2为后生物接触池的生物填料区,10-1为前缓冲区,10-2为后缓冲区;11-1为前一体化装置进水区,11-2为后一体化装置进水区,12-1前一体化装置出水区,12-2为后一体化装置出水区,13为前一体化装置出水管,14为后一体化装置进水管。
具体实施方式
以下参照附图,进一步描述本发明的具体技术方案,以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明,而不构成对其权利的限制。
方法A为本发明的两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置:经生化预处理后的污水,依次经过前臭氧氧化-前接触氧化-后臭氧氧化-后接触氧化处理,其废水处理能力为Q(单位:m3/h),进水COD为SCOD(单位:g/m3),相对于废水处理量Q的臭氧总投加浓度为m(单位:g/m3),其中前臭氧段臭氧投加浓度为m1(单位:g/m3),后臭氧氧化段臭氧投加浓度为m2(单位:g/m3);所述污水经两段式臭氧氧化-生物接触处理后,将后接触氧化出水以流量q(单位:g/m3)回流至前臭氧氧化进水端,且m=m1+m2≤SCOD。如不另外说明,以下实施例中的臭氧氧化均为臭氧接触氧化。
方法B为一段式臭氧氧化-生化耦合装置。如不另外特殊说明,以下任一实施例中,方法B的臭氧氧化与方法A的臭氧氧化均为臭氧接触氧化且工艺参数相同。
方法C为前臭氧氧化-前生化-后臭氧氧化-后生化装置。如不另外特殊说明,以下任一实施例中,方法C的臭氧氧化与方法A的臭氧氧化均为臭氧接触氧化且工艺参数相同。
实施例1
一种经过生化处理且B/C低于0.01的生化尾水,COD 120mg/L,SS 10mg/L,分别采用方法A和方法B对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化池停留时间均为2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=0.5~3m3/h,臭氧总投加量m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L。不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表1本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
当总臭氧投加量相同的条件下,采用本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置(方法A)对生化尾水进行深度处理,当回流比q/Q=1,其处理效果与回流比q/Q=3的一段式臭氧氧化-生化耦合装置(方法C)的处理效果基本相当。
实施例2
废水水质同实施例1,分别采用方法A和方法C对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化的反应时间均为60min,每段接触氧化装置停留时间均为3h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h,方法A和方法C臭氧总投加量m=50mg/L(只与Q有关),前臭氧投加浓度为35mg/L、后臭氧投加浓度为15mg/L。不同方法不同条件下废水处理效果如下表所示。
表2本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
当总臭氧投加量相同的条件下,采用本发明的两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置对生化尾水进行深度处理,COD去除率显著高于无回流的两段式臭氧氧化-生化耦合处理装置。
实施例3
一种经过两级生化处理后B/C低于0.01的生化尾水,COD 100mg/L,SS 10mg/L,采用方法A和方法C对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,前臭氧接触氧化池O3反应时间为40min,后臭氧接触氧化O3反应时间为20min,前接触氧化池停留时间2h,后接触氧化池停留时间2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=0~3m3/h,方法A和方法C臭氧总投加量m=50mg/L(只与Q有关),前臭氧投加浓度为35mg/L、后臭氧投加浓度为15mg/L。不同方法不同条件下废水处理效果如下表所示。
表3本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
在臭氧投加量相同的情况下,本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的COD去除率显著高于不加回流的两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置。
实施例4
一种经过两级生化处理后B/C低于0.01的尾水,COD 200mg/L,SS 10mg/L,TDS=12000mg/L,采用方法A和方法C对废水进行处理,整个装置的废水设计处理规模Q=1m3/h。
(1)方法A与方法C的前臭氧氧化池均采用臭氧接触氧化,且臭氧氧化池分为2格,体积大小为1:3,其中臭氧采用射流方式投加在第1格;,前臭氧投加浓度m=150mg/L(只与Q有关);后臭氧氧化池采用O3/H2O2氧化,臭氧氧化池也分为2格,体积比大小为1:3,臭氧采用曝气盘投加;后臭氧投加量50mg/L(只与Q有关),H2O2投加浓度20mg/L。前臭氧反应时间60min,后臭氧反应时间30min。
(2)方法A与方法C的前生化采用生物接触氧化,后生化也采用生物接触氧化,前生化停留时间2h,后生化停留时间2h。
(3)方法A两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=0~3m3/h。
方法A不同回流比条件与方法C的废水处理效果如下表所示。
表4本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例5
废水水质同实施例4,COD 200mg/L,SS 10mg/L,TDS=12000mg/L,采用本发明方法A对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h。
(1)方法A臭氧氧化工艺分别为O3接触氧化、O3/H2O2氧化、O3/UV氧化和臭氧催化氧化,臭氧总投加量m=150mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=100mg/L、后臭氧投加量m2=50mg/L。其中:
①O3接触氧化池内为鲍尔环填料,填充比为30%;
②O3/H2O2氧化的双氧水投加量与臭氧投加量的比值为0.5;
③O3/UV氧化中紫外线选择254nm、UV光照时间15min;
④O3催化氧化选择Al系掺杂Mn、Ti的催化剂,催化剂填充比30%。
前臭氧氧化与后臭氧氧化选择相同的臭氧氧化工艺。前臭氧氧化池与后臭氧氧化池分为2格,体积比为1:3,其中臭氧采用射流方式投加在第1格;整个装置的臭氧反应时间为前臭氧氧化60min,后臭氧氧化30min。
(2)前接触氧化停留时间2h,后接触氧化停留时间2h。
方法A不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表5本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例6
废水水质同实施例4,COD 200mg/L,SS 10mg/L,TDS=12000mg/L,采用本发明方法A对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h。
(1)方法A臭氧氧化工艺分别为O3接触氧化、O3/H2O2氧化、O3/UV氧化和臭氧催化氧化,臭氧总投加量m=150mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=100mg/L、后臭氧投加量m2=50mg/L。其中:
①O3接触氧化池内为鲍尔环填料,填充比为30%;
②O3/H2O2氧化的双氧水投加量与臭氧投加量的比值为0.5;
③O3/UV氧化中紫外线选择254nm、UV光照时间15min;
④O3催化氧化选择Fe基掺杂Mn、Ti的催化剂,催化剂填充比30%。
前臭氧氧化与后臭氧氧化选择相同的臭氧氧化工艺。前臭氧氧化池与后臭氧氧化池分为2格,体积比为1:3,其中臭氧采用射流方式投加在第1格;整个装置的臭氧反应时间为前臭氧氧化60min,后臭氧氧化30min。
(2)前接触氧化停留时间2h,后接触氧化停留时间2h。
方法A不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表6本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例7
一种经过生化处理且B/C低于0.01的生化尾水,COD 120mg/L,SS 10mg/L,分别采用方法A和方法B对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化装置停留时间均为2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h(除二级接触氧化回流至一级臭氧外,还设置从一级接触氧化回流至一级臭氧,回流量q1=1m3/h,工艺流程图见图2),臭氧投加浓度m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表7本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例8
废水水质同实施例7,分别采用方法A和方法C对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化装置停留时间均为2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h(除二级接触氧化回流至一级臭氧外,还设置从一级接触氧化回流至一级臭氧,回流量q1=1m3/h,工艺流程图见图2),臭氧投加浓度m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表8本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例9
废水水质同实施例7,分别采用方法A和方法B对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化装置停留时间均为2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h(除二级接触氧化回流至一级臭氧外,还设置从二级接触氧化回流至二级臭氧,回流量q2=1m3/h,工艺流程图见图3),臭氧投加浓度m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表9本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例10
废水水质同实施例7,分别采用方法A和方法C对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化装置停留时间均为2h;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h(除二级接触氧化回流至一级臭氧外,还设置从二级接触氧化回流至二级臭氧,回流量q2=1m3/h,工艺流程图见图3),臭氧投加浓度m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L,不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表10本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例11
一种经过生化处理且B/C低于0.01的生化尾水,COD 120mg/L,SS 10mg/L,分别采用方法A和方法B对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化池反应时间均为30min,每段接触氧化池停留时间均为2h,每段接触氧化池中投加活性污泥,污泥浓度为3000mg/L;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h,臭氧总投加量m=50mg/L(只与Q有关),且前臭氧投加量m1=35mg/L、后臭氧投加量m2=15mg/L。不同方法不同条件下的废水处理效果如下表所示。
表11本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例12
废水水质同实施例1,分别采用方法A和方法C对废水进行处理,废水处理规模Q=1m3/h,每一段臭氧接触氧化的反应时间均为60min,每段接触氧化装置停留时间均为3h,每段接触氧化池中投加活性污泥,污泥浓度为3000mg/L;两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置回流量q=1~3m3/h,方法A和方法C臭氧总投加量m=50mg/L(只与Q有关),前臭氧投加浓度为35mg/L、后臭氧投加浓度为15mg/L。不同方法不同条件下废水处理效果如下表所示。
表12本发明两段式臭氧氧化-生物接触耦合装置的处理效果
实施例13
一种炼化废水二沉池出水,COD为120~140mg/L,采用紫外可见分光光度计COD=140mg/L、TOC=54.2mg/L、UV254=0.389,色度=60倍。
(1)臭氧氧化试验装置,废水一次性加入臭氧氧化装置。
(2)液氧源臭氧发生器制备的臭氧以投加速率1.5mg/(L.min)加入到臭氧氧化装置。第0、1、2、5、10、20、30、50、80、120、150、180min取样测定UV254和COD值。计算SUVA=UV254*1000/COD
(3)试验结果如下表所示:
表13不同臭氧投加量对废水UV254与COD的处理效果
由图5可以看出,臭氧投加量较小阶段,UV254的去除率大于COD的去除率,此阶段臭氧主要以选择性氧化,提高废水的可生化性为主,且臭氧消耗量较低。
实施例14
一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的装置,在废水处理方向上依次设置前臭氧接触氧化装置、前生物接触装置、后臭氧接触氧化装置、后生物接触装置,各装置间依次设置管道连接,其中后生物接触装置的出水口设置管道、回流泵与前臭氧接触氧化装置的进水管连接。
实施例15
在实施例14的基础上,前生物接触装置的出水口设有管道、回流泵与前臭氧接触氧化装置连接。
实施例16
在实施例14的基础上,后生物接触装置的出水口设有管道、回流泵与后臭氧接触氧化装置连接。
实施例17
一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,前臭氧氧化装置、前生物接触装置、后臭氧氧化装置和后生物接触装置组成的一体化装置。水平方向沿废水处理方向依次设置前臭氧氧化区1、前生物接触区2、后臭氧氧化区3、后生物接触区4。前臭氧氧化区1上部连接进水管5,臭氧投加管8分别与前臭氧氧化区1下部和后臭氧氧化区3底部连通;前臭氧氧化区1与前生物接触区2共壁,在公共壁下部设置水流通道,前生物接触区2与后臭氧氧化区3共壁,在公共壁顶部设置水流通道,后臭氧氧化区3与后生物接触区4共壁,在公共壁下部设置水流通道;后生物接触区4上部设置出水管6,出水管6设有回流泵以及回流管7与进水管5连通。
实施例18
在实施例17的基础上,前生物接触池2中部设有前生物接触区2的生物填料区9-1,后生物接触池4中部设有后生物接触池的生物填料区9-2;设备间的连接关系详见图7。
实施例19
在实施例18的基础上,在前臭氧氧化区1、前生物接触区2之间设置前缓冲区10-1,在后臭氧氧化区3、后生物接触区4之间设置后缓冲区10-2,设备间的连接关系详见图8。
实施例20
一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,前臭氧氧化装置与前生物接触装置组成一体化装置;后臭氧氧化氧化装置与后生物接触氧化装置为一体化装置。前一体化装置在垂直方向由下至上依次由前一体化装置进水区11-1、前臭氧氧化区1,前缓冲区10-1、前生物接触区2,前一体化装置出水区12-1分层布置组成,在前生物接触区2中设有前生物接触池的生物填料区。前一体化装置出水区12-1顶部设有前一体化装置出水管与后一体化装置进水管14连通。前一体化装置进水区11-1底部设有与前臭氧投加管连通的曝气装置;后一体化装置的结构与前一体化装置相同,不同之处在于后一体化装置出水区顶部设有出水口与出水管6连通,出水管6通过回流管7与回流泵与进水管5连通。
以上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 (23)
1.一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法,其特征在于:所述污水依次经过前臭氧氧化单元、前生物接触单元、后臭氧氧化单元和后生物接触单元处理,其废水处理能力为Q(单位:m3/h),进水COD为SCOD(单位:g/m3),相对于废水处理量Q的臭氧总投加浓度为m(只与Q有关,单位:g/m3),其中前臭氧段臭氧投加浓度为m1(只与Q有关,单位:g/m3),后臭氧氧化段臭氧投加浓度为m2(只与Q有关,单位:g/m3);所述污水经两段式臭氧氧化-生物接触处理后,将后生化出水以流量q(单位:g/m3)回流至前臭氧氧化进水端,0.5≤q/Q≤3且m=m1+m2≤SCOD。
6.根据权利要求1所述的污水深度处理方法,其特征在于:所述前臭氧氧化单元采用O3、O3/H2O2、O3/UV或O3催化氧化工艺中的一种,且臭氧反应时间为10~30min。
7.根据权利要求1所述的污水深度处理方法,其特征在于:所述后臭氧氧化单元采用O3、O3/H2O2、O3/UV或O3催化氧化工艺中的一种,且臭氧反应时间为30~60min。
8.根据权利要求1、6或7任一项所述的污水深度处理方法,其特征在于:所述生物接触工艺为生物接触氧化、MBBR或生物流化床。
9.根据权利要求1所述的污水深度处理方法,其特征在于:0.5≤(m1/m2)≤4。
10.根据权利要求9所述的污水深度处理方法,其特征在于:1≤(m1/m2)≤2。
11.采用权利要求1所述方法的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述装置由前臭氧氧化装置、前生物接触装置、后臭氧氧化装置和后生物接触装置依次串联组成,且后生物接触装置出水管通过回流泵与前臭氧氧化装置进水管相连接。
12.根据权利要求11所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述前臭氧氧化装置与前生物接触装置组成一体化装置;所述后臭氧氧化氧化装置与后生物接触氧化装置为一体化装置。
13.根据权利要求12所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述一体化装置在垂直方向由下至上依次由进水混合区、臭氧接触区、缓冲区、生物接触区和出水区分层布置组成。
14.根据权利要求13所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述臭氧接触区、缓冲区、生物接触区的高度或体积比为1:2:(3~6)。
15.根据权利要求14所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度装置,其特征在于:所述缓冲区装填有石英砂、陶粒、火山岩、颗粒活性炭或其它滤料,且缓冲区填料装填高度为0.5~2m、滤料直径为2~8mm。
16.根据权利要求15所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述缓冲区填料装填高度为0.8~1.2m,滤料直径为2~4mm。
17.根据权利要求12所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述一体化装置在水平方向由前至后依次由进水区、臭氧接触区、缓冲区和生物接触区和出水区组成,且进水区、臭氧接触区、缓冲区、生物接触区和出水区共壁。
18.根据权利要求17所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述臭氧接触区、缓冲区与生物接触区的体积比为1:3:(4~8)。
19.根据权利要求12所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述一体化装置在水平方向由前至后依次由臭氧接触区、生物接触区共壁组成。
20.根据权利要求19所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述臭氧接触区与生物接触区体积比为1:(3~6)。
21.根据权利要求12~19中任一项所述的两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述臭氧接触区装填有鲍尔环或固体催化剂;所述生物接触区装填有MBBR填料或悬挂式生物绳填料。
22.根据权利要求12~19中任一项所述的一体化两段式臭氧臭氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述装置为前臭氧氧化装置、前生物接触装置、后臭氧氧化装置和后生物接触装置组成的一体化装置。
23.根据权利要求22所述的一体化两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理装置,其特征在于:所述装置出水区设置气提管回流处理后的污水至所述装置进水区。
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