本发明涉及污水处理，更具体地，涉及循环排污水处理方法及装置。
背景技术：
我国水资源短缺、水污染严重，水环境面临异常严峻的形势，大力开展水污染治理，特别是强化工业污水治理和处理回用迫在眉睫。循环水在工业系统中的地位举足轻重，一方面关系到生产装置的稳定运行，一方面循环量巨大、损耗流量亦不容小觑，必要的排污是损耗的重要组成部分(约占五分之一以上)，将循环排污水与系统内其它清净下水一起处理回用是工业系统节约用水、减少排放的一个关键。
循环排污水产生的原因主要是：循环水通过冷却塔时会有一定程度的蒸发，蒸发掉的水中不含盐份，长期循环使得循环水中的溶解盐类不断被浓缩，含盐量不断增加会引起结垢和腐蚀，因此必须不断地排掉一部分循环水、补充新鲜水，保持一定的盐度；冷却塔中水与空气直接进行接触交换，带入大量灰尘，致使循环水浊度升高，有的成为污泥沉积在设备、管道、水池底部，故必须排掉一部份、再补充一部分新鲜水，以防止大量的污泥沉积；循环水在运行中会不断加入化学药剂(缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等)，工艺介质也不免泄漏，这些会导致水中污染物、杂质不断的增加而影响水质，故须排掉部分循环水，补充新鲜水，保证污物杂质在允许的指标范围内。这样的产生原因决定了循环排污水的特点：含盐量较高，浊度(或悬浮物含量)高，具有一定量的cod(化学需氧量)。将循环排污水处理回用，要针对性地制定降浊度、除cod和除盐工艺，然而现行的工艺通常是“混凝沉淀、过滤等预处理降浊度，超滤+反渗透双膜除盐”，没有cod去除单元，实践证明这一方面会导致膜污染严重，另一方面会使反渗透浓水cod超出排放标准。因此，针对性地设置cod去除单元是必要的。
循环排污水中的cod不是特别高(通常100mg/l左右)，但多是阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂以及工艺装置泄漏物贡献，可生化性较差，生化法的适用性会大打折扣，化学法的处理效果和稳定性会更好。
臭氧氧化是发展较早的一种化学法水处理技术，基于臭氧(o3)的强氧化性，用于杀菌消毒、降解或去除污染物、除臭和脱色，特别是在复杂难降解有机物的开环断链、提高可生化性方面效果突出。然而，尽管臭氧氧化水处理技术发展多年，但其在实际的工业水系统中较少得到应用或应用效果欠佳。主要问题及原因在于：(1)目前，臭氧制取的主流技术是以空气或纯氧为原料，采用电晕放电方法，该过程能耗高、产率较低，决定了该技术的资源成本和质量；(2)臭氧在水中溶解度较低，传统接触设备或方式(鼓泡曝气)的传质效果不理想，造成气液接触的吸收效率低，限制了参与反应的臭氧浓度，进而限制了污染物处理效果，较低的利用率和处理效率使得臭氧用量大幅增加，进而加剧了该技术的成本劣势；(3)传统臭氧处理过程效率低、所需处理时间长，臭氧发生及接触反应设施占地面积自然庞大，因而不宜应用于已建设得比较紧凑或场地较小的水处理场。
技术实现要素：
本发明针对循环排污水水质特点及处理现状，提供其cod去除技术，以保障处理回用。针对循环排污水处理回用对cod深度处理技术的需求，本发明提出臭氧氧化用于循环排污水处理。
针对臭氧氧化作为循环排污水cod去除工艺存在的问题(主要是臭氧与水接触传质效果不理想及其导致系列问题)，本发明提出将强化气液传质的超重力技术及设备与臭氧氧化结合起来，以提高水对臭氧的吸收水平和效率，进而达到污染物降解效果好、效率高、臭氧用量少(节约成本)、设施占地少的目的，使得所提出的循环排污水cod去除方法高效、实用。
本发明的实施例提供了一种处理循环排污水的方法，包括：将来水输送至超重力反应器；将包含臭氧的气体输送至所述超重力反应器；在所述超重力反应器内形成超重力环境，所述超重力环境具有超重力水平g，从而进行所述来水和所述包含臭氧的气体之间的传质；从所述超重力反应器流出的水排出至出水池；使所述出水池内的部分水回流至所述超重力反应器再次进行处理。
在上述方法中，其中，在将来水输送至超重力反应器之前，所述来水进入来水池。
在上述方法中，其中，所述超重力反应器内的所述包含臭氧的气体和所述来水的气液流量比在1～5之间。
在上述方法中，其中，所述包含臭氧的气体的臭氧浓度在10～120mg/l之间。
在上述方法中，其中，所述包含臭氧的气体的臭氧浓度在10～60mg/l之间。
在上述方法中，其中，所述超重力水平g为20～300g，其中g为地球重力加速度。
在上述方法中，其中，所述来水在所述超重力反应器内的停留时间在1秒以内。
在上述方法中，其中，所述出水池内的出水的回流比在0.2～0.8之间。
本发明的另一实施例提供了一种处理循环排污水的装置，包括：来水池，用于储存来水；臭氧发生系统，用于生成包含臭氧的气体；超重力反应器，用于形成超重力环境，所述超重力环境具有超重力水平g，从而进行所述来水和所述包含臭氧的气体之间的传质；出水池，用于接收从所述超重力反应器排出的出水，并且将部分出水回流至所述超重力反应器进行再次处理。
在上述装置中，还包括：第一泵，设置在所述来水池和所述超重力反应器之间；第二泵，设置在所述出水池和所述超重力反应器之间；第一液体流量计，设置在所述来水池和所述超重力反应器之间；第二液体流量计，设置在所述出水池和所述超重力反应器之间；以及气体流量计，设置在所述臭氧发生系统和所述超重力反应器之间。
本发明提供的方法及装置能够满足循环排污水回用处理过程对cod深度去除技术的需求。超重力臭氧氧化可使循环排污水cod由100mg/l左右降至30mg/l左右，利于后续工艺的稳定运行；该法实施过程中，臭氧与水接触时间短，远低于传统工艺的数十分钟(例如，为了达到类似的效果，传统鼓泡法臭氧工艺需要接触30min)，显著提高了处理效率、减少了臭氧用量、节约了运行成本；本发明的方法过程简单、连续操作，核心设备(超重力反应器)体积小、占地少。
附图说明
图1示出了处理循环排污水的装置的示意图，1为来水池，2为臭氧发生系统，3为进水流量计，4为循环流量计，5为出水池，6为超重力反应器。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
超重力技术(higee)是一种不断发展的过程强化技术，通过使用特定设备(旋转填充床，rotatingpackedbed，rpb，即超重力反应器)使物料处在高于地球重力的离心加速度场中，以强化气液传质或液液混合过程。rpb营造的超重力场中，流体高度分散、界面快速更新、微元激烈碰撞，决定传质效果、效率的分子扩散作用和相间传质作用都被显著强化，传质混合效率因而很高。与传统设备(如填料塔、筛板塔、搅拌釜、曝气池等)相比，rpb的传质效率、分子混合效率均高出1～3个数量级。中国专利91109255.2、91111028.3、200520100685.3、01268009.5、02114174.6、200510032296.6、200410042631.6等公开了包括旋转填充床、折流式、螺旋通道式、旋转碟片式等超重力设备的主要结构形式和特点。
本发明基于循环排污水对cod高效去除技术的需求，基于臭氧氧化工艺和超重力技术的特点，解决其实际应用中存在的关键问题，形成一种高效、实用的循环排污水处理方法。
本发明着眼于臭氧与水接触过程强化这个关键点，提出将在气液传质过程强化方面表现优异的超重力技术应用于臭氧氧化过程，并将其作为去除循环排污水中cod的方法、为后续膜法处理回用创造良好条件。下面结合图1中所示的装置进行描述。
本发明的装置主要包括来水池1、臭氧发生系统2、进水流量计3、循环流量计4、出水池5、超重力反应器6以及泵等。经前端混凝沉淀处理后的循环排污水进入本发明所述的装置，首先到达来水池1。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2(包括气源、臭氧发生器、冷却器及控制器等部分)产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6。控制超重力反应器6内的气液流量比(体积比)在1～5之间；控制进气的臭氧浓度在10～120mg/l之间，优选10～60mg/l。在该浓度范围的臭氧既可以实现臭氧的较高的分散效率，同时也节约臭氧用量。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在20～300g(g为地球重力加速度，9.8m/s2)。在此情况下，水与气体快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间在1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，气体经臭氧破坏装置后排放。由于超重力反应器6内的液体停留时间极短，故出水池5中的部分水经计量后可再次输入超重力反应器6(即回流)，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制在0.2～0.8。出水池5设有溢流口，供出水外排。
下面结合具体的实施例进行说明。
实施例1
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为82mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为28mg/l。
实施例2
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为82mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为5。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为24mg/l。
实施例3
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为82mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为1。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为30mg/l。
实施例4
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为89mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为20mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为30mg/l。
实施例5
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为89mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为29mg/l。
实施例6
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为89mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为90mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为24mg/l。
实施例7
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为96mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在20g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为38mg/l。
实施例8
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为96mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为32mg/l。
实施例9
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为96mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在100g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为31mg/l。
实施例10
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为77mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.2。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为28mg/l。
实施例11
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为77mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.6。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为19mg/l。
实施例12
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为77mg/l。来水池1中的水经泵输送、进水流量计3计量后到达超重力反应器6；含臭氧的气体由臭氧发生系统2产生，经流量计及臭氧浓度计计量后也输送至超重力反应器6，臭氧浓度为40mg/l。控制超重力反应器6内的气液流量比为3。超重力反应器6内的转子转动，形成超重力环境，超重力水平g控制在50g。在此情况下，水与臭氧快速接触，臭氧与污染物快速反应(液体停留时间为1秒以内)，污染物得到降解。而后，水相、气相分别经各自出口排出，水去往出水池5，臭氧气体经臭氧破坏装置后排放。出水池5中的部分水经计量后再次回流至超重力反应器6，回流比(回流流量占排至出水池5的总体进液流量的比值)控制为0.8。出水池5设有溢流口，供出水外排，测得出水的cod为17mg/l。
实施例13
经前端混凝沉淀处理后的循环排污水到达来水池1，测得来水的cod为77mg/l。使用传统的鼓泡法对来水进行臭氧处理，气液比为3，进气臭氧浓度为40mg/l，水停留接触的时间为30min，测得出水的cod为21mg/l。
实施例的主要参数和结果如下表1所示：
表1
由以上实施例可知，本发明提供的方法及装置能够满足循环排污水回用处理过程对cod深度去除技术的需求。超重力臭氧氧化可使循环排污水cod由100mg/l左右降至30mg/l左右，利于后续工艺的稳定运行；该法实施过程中，臭氧与水接触时间短，远低于传统工艺的数十分钟(例如，为了达到类似的效果，传统鼓泡法臭氧工艺需要接触30min)，显著提高了处理效率、减少了臭氧用量、节约了运行成本；本发明的方法过程简单、连续操作，核心设备(超重力反应器)体积小、占地少。
此外，本发明解决了循环排污水处理回用过程中的cod预处理问题，为后续处理单元(膜法)营造良好的进水条件；本发明通过控制一系列重要参数实现了排污水处理的目标，这些参数例如气液比、臭氧浓度、超重力水平、回流比等；本发明还提出了实现排污水处理目标所需的装置。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。