CN115196842B - 臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种臭氧氧化‑曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法。本发明实施例提供的臭氧氧化‑曝气生物滤池水处理系统中空分装置的第一出气管与纯氧曝气生物滤池连接，所述空分装置的第二出气管与臭氧发生器连接，以使所述空分装置产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池和所述臭氧发生器；所述臭氧发生器与所述臭氧反应池通过第三气管连接，以使通入所述臭氧发生器的氧气经所述臭氧发生器后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池。可使臭氧尾气得到充分利用，是臭氧尾气回收循环利用的有效方案。
Description
技术领域
本发明 涉及水处理技术领域，尤其涉及一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法。
背景技术
目前针对难降解工业废水运用较广泛的臭氧氧化法与生物法联用，通过臭氧使难降解有机物断键开环，提高可生化性，然后通过活性污泥法、曝气生物滤池等生化法，彻底地降解水中的有机物。但是该联用技术由于投入的臭氧量大，对生物膜有很大的毒害作用，严重的会引起生物膜失活脱落，且该法中生物膜没有经过驯化，无法适应臭氧存在的环境，往往需要另设调节池，使水中溶解的臭氧分解后才能进入生物法反应器中。
通常臭氧氧化法所采用的臭氧含量10%（wt），其余90%为氧气，是由大型臭氧发生器制备，臭氧氧化后，产生的尾气经过臭氧破坏气候直接排放，尾气中主要含量为氧气，造成资源的浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明 提供了一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法。
本发明第一方面提供了一种臭氧氧化 -曝气生物滤池水处理系统，包括：进水池、臭氧反应池、溶解臭氧分解池、纯氧曝气生物滤池、尾破装置、空分装置和臭氧发生器；
所述进水池的出口与所述臭氧反应池进口通过第一管道连通，所述臭氧反应池与所述溶解臭氧分解池通过底部溢流口连通，所述溶解臭氧分解池的出口与所述纯氧曝气生物滤池的进口通过第二管道连通；
所述尾破装置与所述臭氧反应池通过第一气管连接，所述尾破装置和所述溶解臭氧分解池通过第二气管连接，以使所述尾破装置收集所述臭氧反应池和所述溶解臭氧分解池产生的尾气，并将所述尾气与空气混合后通入所述空分装置；
所述空分装置的第一出气管与所述纯氧曝气生物滤池连接，所述空分装置的第二出气管与所述臭氧发生器连接，以使所述空分装置产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池和所述臭氧发生器；
所述臭氧发生器与所述臭氧反应池通过第三气管连接，以使通入所述臭氧发生器的氧气经所述臭氧发生器后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池。
进一步的，所述臭氧反应池包括第一反应池和第二反应池，所述第一反应池和所述第二反应池通过顶部溢流口连通；
所述第三气管与所述第一反应池连通，并伸入所述第一反应池的底部；
所述第三气管设有第一溶气射流器。
进一步的，所述尾破装置包括依次连接的一级尾破装置和二级尾破装置；
所述第一气管与所述一级尾破装置连通，所述第二气管与所述二级尾破装置连通，所述二级尾破装置的出气端与所述空分装置连通；
所述第一反应池的底部设有搅拌器；
所述第一反应池与催化反应器连接，所述催化反应器用于向所述第一反应池投加药剂。
进一步的，所述一级尾破装置和所述二级尾破装置均为加热-催化混合型尾气臭氧破坏器，所述加热-催化混合型尾气臭氧破坏器包括催化反应槽、加热器、风机、除雾器和控制柜；
进一步的，所述催化反应槽包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板和催化剂；
进一步的，所述加热器包括温控器、不锈钢外壳和加热元件；
进一步的，所述风机为漩涡式风机，所述风机包括铝质涡轮和叶片以及单/三相电机；
进一步的，所述除雾器包括外壳、支撑架、除雾筛网和排水装置等；
进一步的，所述控制柜包括显示调节仪表，显示调节仪表分别与报警器和控制器连接，所述控制器用于根据报警器的信息控制所述显示调节仪表。
进一步的，所述溶解臭氧分解池的底部区域设有曝气盘，所述曝气盘与设置于所述溶解臭氧分解池外的曝气机连接，用于将残余的臭氧吹脱。
进一步的，所述臭氧反应池和所述溶解臭氧分解池的顶部均设有呼吸阀。
进一步的，所述纯氧曝气生物滤池内设有悬浮球组合功能化载体，所述悬浮球组合功能化载体包括多个体积为25～30mm3的聚氨酯基立方块；
所述纯氧曝气生物滤池底部设有排泥阀，所述排泥阀连接有排泥泵；
所述纯氧曝气生物滤池的出口设有排水泵；
所述第一出气管设有第二溶气射流器；
所述第二管道设有进水泵；
所述纯氧曝气生物滤池包括碳源投加系统，所述碳源投加系统包括储罐、加药泵和加药管线，所述加药管线分别与所述储罐和所述纯氧曝气生物滤池连接，所述加药泵设置于所述加药管线。
进一步的，所述空分装置包括冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、干燥净化设备、变压吸附制氧设备和产品氧气缓冲罐；
所述干燥净化设备包括气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器；
所述变压吸附制氧设备包括空气缓冲罐、变压吸附分离设备、粉尘精滤器、控制系统、检测与放空系统；
经臭氧尾破后的气体依次经过所述冷却器、所述第一缓冲罐、所述增压系统、所述第二缓冲罐、所述气液分离器、所述冷冻式干燥机、所述精密过滤器、所述吸附式干燥机和所述粉尘精滤器后进入所述空气缓冲罐，经缓冲后分别进入所述变压吸附制氧设备，所述变压吸附制氧设备生产的氧气经所述粉尘精滤器进入所述产品氧气缓冲罐进行缓冲。
本发明 第二方面提供了一种污水处理方法，使用第一方面所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，包括以下步骤：
S100、通过臭氧发生器向臭氧反应池加入臭氧，溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备混合，将进水池内的部分原水加入臭氧反应池，通过臭氧发生器加入臭氧，通过催化反应器向臭氧反应池加入催化剂，含臭氧的污水在催化剂的催化作用下，激发产生羟基自由基，使大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O；
S200、在溶解臭氧分解池通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧；
S300、废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解；
S400、臭氧发生器和溶解臭氧分解池内产生的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气；
S500、空分制氧后产生的一部分高纯度氧气经臭氧发生器利用产生臭氧，供臭氧反应池使用以氧化处理污废水；空分制氧后产生的另一部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池，供纯氧曝气生物滤池生化使用。
进一步的，步骤S400中，空分制氧的步骤包括：
S401、经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；
S402、第二缓冲罐进行缓冲储气后依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，使出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；
S403、洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；
S404、变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90～93.0%的合格氧气，其输出压力为0.2～0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池的第二溶气射流器，混合后用于生化供氧。
本发明 实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法具有以下优点：
1.本发明 实施例提供的新型臭氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统可使臭氧尾气得到充分利用，是臭氧尾气回收循环利用的有效方案。
2.本发明 实施例可以解决纯氧曝气氧气成本高的问题，使纯氧曝气具有可推广性。
3.本发明 实施例提出的氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统因其适用性高，运营成本低，工艺成熟，可广泛推广于工业难处理废水领域。
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，示出了符合本发明 的实施例，并与说明书一起用于解释本发明 的原理。
为了更清楚地说明本发明 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为本发明 实施例所述臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统的流程图；
图2为本发明 实施例所述臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统的结构示意图。
附图标记：1、进水池；2、臭氧反应池；21、第一反应池；22、第二反应池；3、溶解臭氧分解池；4、纯氧曝气生物滤池；5、一级尾破装置；6、二级尾破装置；7、空分装置；8、臭氧发生器；9、搅拌器；10、催化反应器；11、曝气盘；12、曝气机；13、进水泵；14、排水泵；15、排空阀；16、呼吸阀；17、第一溶气射流器；18、第二溶气射流器；19、载体；101、第一气管；102、第二气管；103、第一管道；104、第二管道；105、第一出气管；106、第二出气管；107、第三气管。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明 的上述目的、特征和优点，下面将对本发明 的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明 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发明 ，但本发明 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发明 的一部分实施例，而不是全部的实施例。
结合图1和图2所示，本发明 实施例提供的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统包括：进水池1、臭氧反应池2、溶解臭氧分解池3、纯氧曝气生物滤池4、尾破装置、空分装置7和臭氧发生器8；进水池1的出口与臭氧反应池2进口通过第一管道103连通，臭氧反应池2与溶解臭氧分解池3通过底部溢流口连通，溶解臭氧分解池3的出口与纯氧曝气生物滤池4的进口通过第二管道104连通；尾破装置与臭氧反应池2通过第一气管101连接，尾破装置和溶解臭氧分解池3通过第二气管102连接，以使尾破装置收集臭氧反应池2和溶解臭氧分解池3产生的尾气，并将尾气与空气混合后通入空分装置7；空分装置7的第一出气管105与纯氧曝气生物滤池4连接，空分装置7的第二出气管106与臭氧发生器8连接，以使空分装置7产生的氧气分别通入纯氧曝气生物滤池4和臭氧发生器8；臭氧发生器8与臭氧反应池2通过第三气管107连接，以使通入臭氧发生器8的氧气经臭氧发生器8后生成臭氧，并将臭氧通入臭氧反应池2。
本发明 实施例提供的是一种新型臭氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理应用的系统及方法。具体的，工业废水经臭氧氧化装置处理后，降解大部分有机物，且使难降解的有机物开环断键，提高其生化性，随后在中间溶解臭氧分解池3通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧，防止臭氧对生物膜的毒害作用，随后废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解。臭氧反应池2内臭氧反应尾气和溶解臭氧分解池3的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分装置7中空分制氧的原料气。空分制氧后产生的部分高纯度氧气又经臭氧发生器8利用产生臭氧，供臭氧反应池2使用以氧化处理污废水，部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池4，供纯氧曝气生物滤池4生化使用。在溶解臭氧分解池3内，可以通过底部曝气方式吹脱残余溶解臭氧，防止其进入生化单元引起生物膜失活脱落，吹脱气进入尾破装置，与臭氧反应池2内的尾气混合供制氧使用，同时补充了系统运行中臭氧氧化及生化损失的氧气。
本发明 实施例由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1.本发明 实施例提供的新型臭氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统可使臭氧尾气得到充分利用，是臭氧尾气回收循环利用的有效方案。2.本发明 实施例可以解决纯氧曝气氧气成本高的问题，使纯氧曝气具有可推广性。3.本发明 实施例提出的氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统因其适用性高，运营成本低，工艺成熟，可广泛推广于工业难处理废水领域。
在一些具体的实施方式中，臭氧反应池2包括第一反应池21和第二反应池22，第一反应池21和第二反应池22通过顶部溢流口连通；第三气管107与第一反应池21连通，并伸入第一反应池21的底部；第三气管107设有第一溶气射流器17。
具体的，臭氧反应池2含臭氧溶气射流器，即第一溶气射流器17，进水泵13，混合搅拌设备即搅拌器9、催化反应器10、排空阀15。这里的进水泵13为臭氧反应池2前进水泵，进水泵13设置于第一管道103或进水泵13进水端与进水池1连接，进水泵13出水端与止回阀连接进而连接臭氧反应池2。臭氧反应池2设有两部分反应区，即第一反应池21和第二反应池22；在第一反应池21主要功能为混合药剂与催化臭氧氧化反应，第二反应池22可以增加反应时间、提高药剂利用率。第一反应池21顶部设有臭氧溶气射流器，即第一溶气射流器17，第一溶气射流器17进气端与臭氧发生器8连接，与抽取的第一反应池21内的部分废水充分混合后进入第一反应池21。臭氧催化药剂通过加药泵进入第一反应池21，第一反应池21底部设有搅拌器9，用于混合药剂。第一反应池21、第二反应池22底部均设有排空阀15，用于反应池排空排泥，顶部设有呼吸阀16，防止反应池内超压或者气压过低。臭氧反应池2顶部设有尾气破坏设备，即尾破装置，第一反应池21通过第一气管101连接尾破装置。第二反应池22处理后废水通过底部溢流方式进入溶解臭氧分解池3。
优选的，臭氧催化药剂为H2O2等，以产生羟基自由基。
在一些具体的实施方式中，尾破装置包括依次连接的一级尾破装置5和二级尾破装置6；第一气管101与一级尾破装置5连通，第二气管102与二级尾破装置6连通，二级尾破装置6的出气端与空分装置7连通；第一反应池21的底部设有搅拌器9；第一反应池21与催化反应器10连接，催化反应器10用于向第一反应池21投加药剂。
工业废水经臭氧氧化装置处理后，从原水取一定比例的水进行循环，在离心泵管道上设置第一溶气射流器17，通过第一溶气射流器17投加臭氧，提高臭氧气体的溶解效率。溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备，即搅拌器9，将含臭氧污水与原污水充分混合。含臭氧的污水在均相催化反应器10投加的离子催化作用下，激发产生羟基自由基，羟基自有基的氧化还原电位为E0=2.8ev，在如此高的氧化电位的作用下大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O，使污水中有机物被充分降解。同时使难降解的有机物开环断键，提高其生化性，随后在中间溶解臭氧分解池3通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧，防止臭氧对生物膜的毒害作用，随后废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解。臭氧反应尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分装置7空分制氧的原料气。空分制氧后产生的部分高纯度氧气又经臭氧发生器8利用产生臭氧，供臭氧反应池2使用以氧化处理污废水，部分高纯氧气通过第二溶气射流器18曝气方式进入纯氧曝气生物滤池4，供纯氧曝气生物滤池4生化使用。在溶解臭氧分解池3内，通过底部曝气方式吹脱残余溶解臭氧，防止其进入生化单元引起生物膜失活脱落，吹脱气进入二级尾破装置6，与臭氧尾气混合供制氧使用，同补充了系统运行中臭氧氧化及生化损失的氧气。
在一些具体的实施方式中，一级尾破装置5和二级尾破装置6均为加热-催化混合型尾气臭氧破坏器，加热-催化混合型尾气臭氧破坏器包括催化反应槽、加热器、风机、除雾器和控制柜。
在一些具体的实施方式中，催化反应槽包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板和催化剂。
在一些具体的实施方式中，加热器包括温控器、不锈钢外壳和加热元件等。
在一些具体的实施方式中，风机为漩涡式风机，风机包括铝质涡轮和叶片以及单/三相电机等。
在一些具体的实施方式中，除雾器包括外壳、支撑架、除雾筛网和排水装置等。
在一些具体的实施方式中，控制柜包括显示调节仪表，显示调节仪表分别与报警器和控制器连接，控制器用于根据报警器的报警信息控制显示调节仪表等。
在一些具体的实施方式中，溶解臭氧分解池3的底部区域设有曝气盘11，曝气盘11与设置于溶解臭氧分解池3外的曝气机12连接，用于将残余的臭氧吹脱。在溶解臭氧分解池3内，可以通过底部曝气方式吹脱残余溶解臭氧，防止其进入生化单元引起生物膜失活脱落，吹脱气进入尾破装置，与臭氧反应池2内的尾气混合供制氧使用，同补充了系统运行中臭氧氧化及生化损失的氧气。
在一些具体的实施方式中，臭氧反应池2和溶解臭氧分解池3的顶部均设有呼吸阀16。溶解臭氧分解池3顶部设有呼吸阀16防止溶解臭氧分解池3内超压，顶部第二气管102连接二级尾破装置6（尾气破坏装置）。臭氧反应池2顶部设有呼吸阀16防止臭氧反应池2内超压，顶部第一气管101连接一级尾破装置5（尾气破坏装置）。
在一些具体的实施方式中，纯氧曝气生物滤池4内设有悬浮球组合功能化载体19，悬浮球组合功能化载体19包括多个体积为25～30mm3的聚氨酯基立方块；优选的悬浮球组合功能化载体19为∅100 PE材质，内含功能化载体19，载体19为25-30mm3聚氨酯基立方块。
纯氧曝气生物滤池4底部设有排泥阀，排泥阀连接有排泥泵；纯氧曝气生物滤池4的出口设有排水泵14；第一出气管105设有第二溶气射流器18；第二管道104设有进水泵13，这里的进水泵13为纯氧曝气生物滤池4前进水泵；纯氧曝气生物滤池4包括碳源投加系统，碳源投加系统包括储罐、加药泵和加药管线，加药管线分别与储罐和纯氧曝气生物滤池4连接，加药泵设置于加药管线。
具体的，纯氧曝气生物滤池4含悬浮球组合功能化载体19、碳源投加系统、纯氧溶气射流器（第二溶气射流器18）。原水取一定比例的水进行循环，在第一出气管105道上设置第二溶气射流器18，通过第二溶气射流器18沿池长分段投加纯氧，提高氧气的溶解效率，改善供氧速率与需氧速率间的矛盾，有利于降低能耗。
在一些具体的实施方式中，空分装置7包括冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、干燥净化设备、变压吸附制氧设备和产品氧气缓冲罐；干燥净化设备包括气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器；变压吸附制氧设备包括空气缓冲罐、变压吸附分离设备、粉尘精滤器、控制系统、检测与放空系统；经臭氧尾破后的气体依次经过冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器后进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入变压吸附制氧设备，变压吸附制氧设备生产的氧气经粉尘精滤器进入产品氧气缓冲罐进行缓冲。变压吸附分离设备可以为变压吸附分离塔。
经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；第二缓冲罐进行缓冲储气依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃或-55℃左右，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压至常压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分主要为氮气，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90～93.0%的合格氧气，其输出压力0.2～0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器8用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池4的射流器，混合后用于生化供氧。
合格氧气一部分进入臭氧发生器8用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池4的射流器，混合后用于生化供氧。
经纯化的干燥氧气进入发生器，经过高压放电环隙，氧气中部分氧分子被激发分解成氧原子，氧原子和氧原子、氧原子和氧分子结合生成O3气体。经臭氧化气气仓，输出管道输出含量为9-10%的臭氧气体，其中输出氧气含量为80-95%。
本发明 实施例提供了一种污水处理方法，使用本发明 实施例提供的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，包括以下步骤：
S100、通过臭氧发生器8向臭氧反应池2加入臭氧，溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备混合，将进水池1内的部分原水加入臭氧反应池2，通过臭氧发生器8向臭氧反应池2加入臭氧，通过催化反应器10向臭氧反应池2加入催化剂，含臭氧的污水在催化剂的催化作用下，激发产生羟基自由基，使大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O；
S200、在溶解臭氧分解池3通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧；
S300、废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解；
S400、臭氧发生器8和溶解臭氧分解池3内产生的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气；
S500、空分制氧后产生的一部分高纯度氧气经臭氧发生器8利用产生臭氧，供臭氧反应池2使用以氧化处理污废水；空分制氧后产生的另一部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池4，供纯氧曝气生物滤池4生化使用。
具体的，工业废水经臭氧氧化装置处理后，降解大部分有机物，且使难降解的有机物开环断键，提高其生化性，随后在中间溶解臭氧分解池3通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧，防止臭氧对纯氧曝气生物滤池4中生物膜的毒害作用，随后废水中有机物在纯氧曝气生物滤池4内彻底生化降解。臭氧反应池2内臭氧反应尾气和溶解臭氧分解池3的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气。空分制氧后产生的部分高纯度氧气又经臭氧发生器8利用产生臭氧，供臭氧反应池2使用以氧化处理污废水，部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池4，供纯氧曝气生物滤池4生化使用。在溶解臭氧分解池3内，可以通过底部曝气方式吹脱残余溶解臭氧，防止其进入纯氧曝气生物滤池4引起生物膜失活脱落，吹脱气进入尾破装置，与臭氧反应池2内的尾气混合供制氧使用，同补充了系统运行中臭氧氧化及生化损失的氧气。
在一些具体的实施方式中，步骤S400中，空分制氧的步骤包括：
S401、经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；
S402、第二缓冲罐进行缓冲储气后依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃左右，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，使出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；
S403、洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；
S404、变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90～93.0%的合格氧气，其输出压力为0.2～0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器8用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池4的第二溶气射流器18，混合后用于生化供氧。
经纯化的干燥氧气进入发生器，经过高压放电环隙，氧气中部分氧分子被激发分解成氧原子，氧原子和氧原子、氧原子和氧分子结合生成O3气体。经臭氧化气气仓，输出管道输出含量为9-10%的臭氧气体，其中输出氧气含量为80-95%。
下面通过具体实施例详细说明采用本发明提供的臭氧尾气回收协同臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统处理某地工业废水回用后降解浓水，浓废水水量为20000吨/天，原水COD为161mg/L，废水排放标准为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）地表四类标准，即30mg/L的COD标准。运行过程臭氧催化氧化O/C为2，臭氧投加量为172mg/L，即3440kg/天、143.3kg/h的臭氧投加量。经长时间运行，该项目采用的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统满足废水达标排放要求。
表1 臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统COD变化及排放标准
| 原水 | 臭氧氧化后 | 曝气生物滤池生化后 | 排放标准 | |
| COD(mg/L) | 141 | 55 | 25-30 | 30 |
| 降解COD(mg/L) | 86 | 25-30 |
表1中，原水COD为141mg/L，臭氧氧化后变为55mg/L，降解COD量为：141mg/L-55mg/L=86 mg/L。
该项目臭氧催化氧化143.3kg/h的臭氧投加量，臭氧发生器8需产生约为100.3Nm3/h的臭氧，臭氧催化氧化所需氧气量为1003Nm3/h。曝气生物滤池停留时间为2h，按照去除1mgCOD需1.5mgO2计算，
每小时氧气需要量为（20000/24）×30×1.5=37500g(37.5kg)，纯氧曝气利用率为80-90%，空分制氧后氧气含量为93%wt，
即需氧气37.5/0.85/0.93=47.4kg/h (33.2Nm3/h)。
空分制氧需产气为1003+33.2=1036.2Nm3/h。
空分制氧产气大部分用于臭氧发生器8制氧，小部分用于生物滤池供氧，臭氧发生器8产生的臭氧气体进入氧化反应池氧化，氧化后尾气进入一级尾破装置5，混合溶解臭氧分解池3曝气的尾气进入二级尾破装置6，尾破后混合气体作为空分制氧的原料气，以此循环。该臭氧尾气回用及循环过程见图1，循环过程气体组分及体积变化见表2。
所述的气体循环过程的计算方法为：
首先确定以下参数：（1）、臭氧反应池需氧量；（2）、生物滤池需氧气量。
（1）臭氧反应池需臭氧量：Qo1=(Co3·q废水)/y03；
式中：q废水—所处理废水流量，m3/h;
Co3—臭氧投加量，mg/L;
y03—臭氧发生器8产气浓度,一般为10%。
此时：Qo1=（（20000/24）×172）/10%=1443kg/h ,折算体积为1003Nm3/h。
（2）生物滤池需氧气量：Qo2=(q废水·△COD·1.5)/w0193%；
式中：△COD—生物滤池去除COD,mg/L;
1.5—按照去除1mgCOD需1.5mgO2计算;
wo1—空分产气氧气组分,一般为93%-95%。
此时：Qo2=（（20000/24）×30×1.5）/93%=47.4kg/h,折算体积为33.2Nm3/h。
然后确定以下参数：（3）空分制氧产气量、（4）一级尾破气量、（5）溶解臭氧分解池曝气量、（6）二级尾破气量。
（3）空分制氧产气量：Q1=Qo1+Qo2；
wo1—空分产气氧气组分,一般为93%-95%。
据此设计调整空分设备产气量，此时：Q1=1003+33.2=1036.2Nm3/h。
（4）一级尾破气量：Q3=Q1（1-yo3）；
一级尾破气氧气组分wo3=(w01-yo3)/Q3；
此时Q3=1003×90%=902.7；
wo2=93%-10%=83%；
（5）溶解臭氧分解池3曝气量：
Q4=（Q1·wo1－Q3·wo3）/21%；
式中：wo1—空分产气氧气组分，wo3—一级尾破尾气氧气组分，21%—空气氧气组分。
溶解臭氧分解池3曝气量即作为溶解臭氧分解池3曝气气体，同时作为系统氧气损失补充。
据此调整溶解臭氧分解池3鼓风机气量；
此时Q4=(1036.2×0.93-902.7×0.92)/0.21=873Nm3/h。
（6）二级尾破气量Q6=Q3+Q4；
此时二级尾破气量Q6=902.7+873=1775.7Nm3/h。
表2臭氧尾气回收协同臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统气体组分及体积变化；
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。
以上所述仅是本发明 的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明 。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发明 的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 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 (5)
1.一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，包括：进水池（1）、臭氧反应池（2）、溶解臭氧分解池（3）、纯氧曝气生物滤池（4）、尾破装置、空分装置（7）和臭氧发生器（8）；
所述进水池（1）的出口与所述臭氧反应池（2）进口通过第一管道（103）连通，所述臭氧反应池（2）与所述溶解臭氧分解池（3）通过底部溢流口连通，所述溶解臭氧分解池（3）的出口与所述纯氧曝气生物滤池（4）的进口通过第二管道（104）连通；
所述尾破装置与所述臭氧反应池（2）通过第一气管（101）连接，所述尾破装置和所述溶解臭氧分解池（3）通过第二气管（102）连接，以使所述尾破装置收集所述臭氧反应池（2）和所述溶解臭氧分解池（3）产生的尾气，并将所述尾气与空气混合后通入所述空分装置（7）；
所述空分装置（7）的第一出气管（105）与所述纯氧曝气生物滤池（4）连接，所述空分装置（7）的第二出气管（106）与所述臭氧发生器（8）连接，以使所述空分装置（7）产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池（4）和所述臭氧发生器（8）；
所述臭氧发生器（8）与所述臭氧反应池（2）通过第三气管（107）连接，以使通入所述臭氧发生器（8）的氧气经所述臭氧发生器（8）后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池（2）；
所述臭氧反应池（2）包括第一反应池（21）和第二反应池（22），所述第一反应池（21）和所述第二反应池（22）通过顶部溢流口连通；
所述第三气管（107）与所述第一反应池（21）连通，并伸入所述第一反应池（21）的底部；
所述第三气管（107）设有第一溶气射流器（17）；
所述尾破装置包括依次连接的一级尾破装置（5）和二级尾破装置（6）；
所述第一气管（101）与所述一级尾破装置（5）连通，所述第二气管（102）与所述二级尾破装置（6）连通，所述二级尾破装置（6）的出气端与所述空分装置（7）连通；
所述第一反应池（21）的底部设有搅拌器（9）；
所述第一反应池（21）与催化反应器（10）连接，所述催化反应器（10）用于向所述第一反应池（21）投加药剂；
所述溶解臭氧分解池（3）的底部区域设有曝气盘（11），所述曝气盘（11）与设置于所述溶解臭氧分解池（3）外的曝气机（12）连接，用于将残余的臭氧吹脱；
所述空分装置（7）包括冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、干燥净化设备、变压吸附制氧设备和产品氧气缓冲罐；
所述干燥净化设备包括气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器；
所述变压吸附制氧设备包括空气缓冲罐、变压吸附分离设备、粉尘精滤器、控制系统、检测与放空系统；
经臭氧尾破后的气体依次经过所述冷却器、所述第一缓冲罐、所述增压系统、所述第二缓冲罐、所述气液分离器、所述冷冻式干燥机、所述精密过滤器、所述吸附式干燥机和所述粉尘精滤器后进入所述空气缓冲罐，经缓冲后分别进入所述变压吸附制氧设备，所述变压吸附制氧设备生产的氧气经所述粉尘精滤器进入所述产品氧气缓冲罐进行缓冲。
2.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述一级尾破装置（5）和所述二级尾破装置（6）均为加热-催化混合型尾气臭氧破坏器，所述加热-催化混合型尾气臭氧破坏器包括催化反应槽、加热器、风机、除雾器和控制柜；
所述催化反应槽包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板和催化剂；
所述加热器包括温控器、不锈钢外壳和加热元件；
所述风机为漩涡式风机，所述风机包括铝质涡轮和叶片以及单/三相电机；
所述除雾器包括外壳、支撑架、除雾筛网和排水装置；
所述控制柜包括显示调节仪表，显示调节仪表分别与报警器和控制器连接，所述控制器用于根据报警器的信息控制所述显示调节仪表。
3.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述臭氧反应池（2）和所述溶解臭氧分解池（3）的顶部均设有呼吸阀（16）。
4.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述纯氧曝气生物滤池（4）内设有悬浮球组合功能化载体（19），所述悬浮球组合功能化载体（19）包括多个体积为25～30mm3的聚氨酯基立方块；
所述纯氧曝气生物滤池（4）底部设有排泥阀，所述排泥阀连接有排泥泵；
所述纯氧曝气生物滤池（4）的出口设有排水泵（14）；
所述第一出气管（105）设有第二溶气射流器（18）；
所述第二管道（104）设有进水泵（13）；
所述纯氧曝气生物滤池（4）包括碳源投加系统，所述碳源投加系统包括储罐、加药泵和加药管线，所述加药管线分别与所述储罐和所述纯氧曝气生物滤池（4）连接，所述加药泵设置于所述加药管线。
5.一种污水处理方法，使用权利要求1至4任一项所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，包括以下步骤：
S100、通过臭氧发生器（8）向臭氧反应池（2）加入臭氧，溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备混合，将进水池（1）内的部分原水加入臭氧反应池（2），通过臭氧发生器（8）加入臭氧，通过催化反应器（10）向臭氧反应池（2）加入催化剂，含臭氧的污水在催化剂的催化作用下，激发产生羟基自由基，使大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O；
S200、在溶解臭氧分解池（3）通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧；
S300、废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解；
S400、臭氧发生器（8）和溶解臭氧分解池（3）内产生的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气；
S500、空分制氧后产生的一部分高纯度氧气经臭氧发生器（8）利用产生臭氧，供臭氧反应池（2）使用以氧化处理污废水；空分制氧后产生的另一部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池（4），供纯氧曝气生物滤池（4）生化使用；
步骤S400中，空分制氧的步骤包括：
S401、经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；
S402、第二缓冲罐进行缓冲储气后依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，使出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；
S403、洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；
S404、变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90～93.0%的合格氧气，其输出压力为0.2～0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器（8）用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池（4）的第二溶气射流器（18），混合后用于生化供氧；
还包括步骤S600，气体循环过程的计算方法；
A、首先确定参数：臭氧反应池需氧量和生物滤池需氧气量；
臭氧反应池需臭氧量：Qo1=(Co3·q废水)/y03；
式中：q废水—所处理废水流量，m3/h；
Co3—臭氧投加量，mg/L；
y03—臭氧发生器产气浓度；
生物滤池需氧气量：Qo2=(q废水·△COD·1.5)/w01；
式中：△COD—生物滤池去除COD,mg/L；
wo1—空分产气氧气组分；
B、然后确定以下参数：空分制氧产气量、一级尾破气量、溶解臭氧分解池曝气量和二级尾破气量；
空分制氧产气量为Q1，Q1=Qo1+Qo2；
一级尾破气量为Q3，Q3=Q1（1-yo3）；
一级尾破气氧气组分wo3=(w01-yo3)/Q3；
溶解臭氧分解池曝气量为Q4，Q4=（Q1·wo1－Q3·wo3）/21%；
式中：wo1—空分产气氧气组分，wo3—一级尾破尾气氧气组分，21%—空气氧气组分；
溶解臭氧分解池曝气量即作为溶解臭氧分解池曝气气体，同时作为系统氧气损失补充，据此调整溶解臭氧分解池鼓风机气量；
二级尾破气量为Q6，Q6=Q3+Q4。
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