微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种微气泡臭氧催化氧化?无曝气生化耦合工艺系统，包括臭氧发生器、微气泡发生器、进水泵、臭氧催化氧化反应器和生化反应器，所述臭氧发生器产生臭氧气体进入微气泡发生器产生臭氧微气泡，臭氧微气泡与进水混合后从底部进入臭氧催化氧化反应器，发生非均相臭氧催化氧化反应，臭氧催化氧化反应后的气?水混合物在压力作用下从臭氧催化氧化反应器顶部流出，由底部进入生化反应器，利用生物膜的好氧降解作用去除有机污染物，最后由生化反应器顶部溢流出水，生化处理过程中无曝气。本发明在深度处理难降解工业废水上的应用，臭氧利用率达到99%，有机污染物矿化率比传统技术高30%?50%，生化处理单元无动力运行，运行成本基本为零。
【专利说明】
微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及工业废水深度处理领域，具体是一种微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统及其应用。
【背景技术】
[0002]工业废水(如化工、制药、印染等)中存在大量难降解有机污染物，经过传统生化工艺处理后，难降解有机污染物仍然残留于生化尾水中，造成工业废水生化尾水达不到排放标准，进入城镇污水处理厂后亦难以进一步去除并对城镇污水处理厂运行造成冲击。因此，对工业废水生化尾水进行有效深度处理是目前工业废水处理面临的普遍和关键问题。
[0003]工业废水生化尾水可生化性极差，无法直接采用生化工艺进行处理，物化处理是目前主要采用的深度处理工艺，包括混凝沉淀、吸附、化学氧化等。臭氧氧化技术在工业废水生化尾水深度处理中应用较为普遍，然而，由于臭氧在水中溶解度较低且臭氧自身氧化能力较弱，因此传统气泡臭氧氧化处理技术存在气液传质速率慢、氧化能力弱和臭氧利用效率低等缺点，需要采用催化臭氧化处理技术以提高臭氧处理氧化能力。可见，提高臭氧利用效率和氧化能力是臭氧氧化深度处理工业废水技术的关键问题。
[0004]微气泡通常是指直径为10-50μπι的微小气泡，与传统气泡相比，微气泡可以大幅提高气液传质速率和效率；同时微气泡在液相中具有收缩和破裂特性，并在此过程中产生.0Η，从而具有更强的氧化能力。可见微气泡臭氧氧化技术能够强化臭氧传质，提高臭氧利用率，并促进.0H产生，显著改善臭氧氧化处理效果。此外，通过使用臭氧催化剂可以进一步增强微气泡臭氧氧化能力，缩短处理时间。因此微气泡臭氧催化氧化技术在工业废水深度处理领域中具有良好的应用前景。
[0005]单独采用臭氧催化氧化技术深度处理工业废水往往处理成本较高，为了降低处理成本，通常考虑采用臭氧催化氧化技术和生化工艺联合处理，利用臭氧催化氧化技术去除一部分有机污染物，并将难降解大分子有机物降解为小分子有机物，提高工业废水生化尾水的可生化性，而后利用运行成本较低生化工艺进一步去除小分子可降解有机污染物，从而降低整体处理成本。
[0006]和传统臭氧催化氧化技术和生化处理联合工艺相比，微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺充分利用了微气泡技术的优势，具有更强的氧化能力、更高的处理效率和臭氧利用率以及更低的处理成本，因此在工业废水深度处理中具有显著的应用优势。
[0007]现有的臭氧催化氧化-生化处理工艺，在臭氧氧化处理单元普遍存在臭氧传质速率慢、氧化能力仍显不足、臭氧利用率低、需对臭氧尾气进行处理的问题，在生化处理单元需要曝气提供溶解氧，曝气能耗较高。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统及其应用，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0009]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，包括臭氧发生器、微气泡发生器、进水栗、臭氧催化氧化反应器和生化反应器，所述臭氧发生器与进水栗分别和微气泡发生器连接，微气泡发生器与臭氧催化氧化反应器的底部连接，臭氧催化氧化反应器的上端与生化反应器的底部连接，所述臭氧发生器以纯氧为气源产生臭氧气体，臭氧气体进入微气泡发生器产生臭氧微气泡，臭氧微气泡与进水混合后从底部进入臭氧催化氧化反应器；所述臭氧催化氧化反应器内设置多级催化剂床层，微气泡臭氧、废水和催化剂床层在臭氧催化氧化反应器内发生非均相臭氧催化氧化反应，通过臭氧微气泡收缩破裂效应和催化剂催化臭氧分解作用产生羟基自由基，去除难降解有机污染物，并提高废水可生化性;臭氧催化氧化反应后的气-水混合物在压力作用下从臭氧催化氧化反应器顶部流出，无需动力输送，由底部进入生化反应器，在上流过程中与生化反应器内生物填料表面生物膜接触，利用生物膜的好氧降解作用进一步去除有机污染物，最后由生化反应器顶部溢流出水，生化处理过程中由臭氧分解提供溶解氧，无需曝气。
[0010]作为本发明进一步的方案:所述臭氧发生器包含制氧机，根据处理废水水量和水质确定臭氧产生量和臭氧投加量。
[0011]作为本发明再进一步的方案:所述微气泡发生器采用OHR气液混合管技术，微气泡发生器控制气水体积比为I: 10，管前压力大于0.3MPa，稳定产生直径小于50μηι的微气泡。
[0012]作为本发明再进一步的方案:所述臭氧催化氧化反应器为密闭带压容器，工作压力小于0.05 MPa，臭氧催化氧化反应器内部做防腐处理。
[0013]作为本发明再进一步的方案:所述生化反应器采用生物滤池反应器，设置多级生物填料床层。
[0014]作为本发明再进一步的方案:所述生物填料床层采用活性炭或陶粒作为生物填料，填料床层孔隙率大于0.4。
[0015]作为本发明再进一步的方案:所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统在深度处理难降解工业废水上的应用。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺，采用微气泡技术强化臭氧传质，提高臭氧利用率，并利用微气泡效应增强氧化能力，从而提高难降解污染物去除效率，显著改善可生化性，且臭氧尾气浓度接近于零，无需处理臭氧尾气；同时，臭氧反应后产生的溶解氧，以及剩余的氧气微气泡可随液相一起进入生化处理单元，为生化处理提供充足溶解氧，因此生化处理单元无需曝气，降低了运行成本。在微气泡臭氧催化氧化单元，臭氧利用率可以达到99%，显著高于传统技术，有机污染物矿化率比传统技术高30%-50%，生化处理单元无动力运行，运行成本基本为零。
【附图说明】
[0017]图1为微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]请参阅图1，本发明实施例中，一种微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，包括臭氧发生器1、微气泡发生器2、进水栗3、臭氧催化氧化反应器4和生化反应器5，所述臭氧发生器I与进水栗3分别和微气泡发生器2连接，微气泡发生器2与臭氧催化氧化反应器4的底部连接，臭氧催化氧化反应器4的上端与生化反应器5的底部连接，所述臭氧发生器I以纯氧为气源产生臭氧气体，臭氧气体进入微气泡发生器2产生臭氧微气泡，臭氧微气泡与进水混合后从底部进入臭氧催化氧化反应器4;所述臭氧催化氧化反应器4为密闭带压容器，内设置多级催化剂床层，微气泡臭氧、废水和催化剂床层在臭氧催化氧化反应器4内发生非均相臭氧催化氧化反应，通过微气泡收缩破裂效应和催化剂催化臭氧分解作用产生羟基自由基，去除难降解有机污染物，并提高废水可生化性;反应过程中，由于微气泡臭氧传质速率、分解速率和反应速率极快，因此液相臭氧浓度和尾气臭氧浓度均极低，而液相溶解氧浓度和尾气氧气浓度极高;臭氧催化氧化反应后的气-水混合物在压力作用下从臭氧催化氧化反应器4顶部流出，由底部进入生化反应器5，在上流过程中与生化反应器5内生物填料表面生物膜接触，利用生物膜的好氧降解作用进一步去除有机污染物，最后由生化反应器5顶部溢流出水，生化处理过程中无曝气。
[0020]所述臭氧发生器包含制氧机，为市售产品，可根据处理废水水量和水质确定臭氧产生量和臭氧投加量。
[0021 ]所述微气泡发生器2采用OHR气液混合管技术，该技术具有寿命长、免维护、性能稳定、适宜大规模应用等优点。微气泡发生器2控制气水体积比为1:10，管前压力大于0.3MPa，可以稳定产生直径小于50μπι的微气泡。
[0022]所述臭氧催化氧化反应器4为密闭带压容器，工作压力小于0.05MPa，臭氧催化氧化反应器4内部做防腐处理，臭氧催化氧化反应器4内设置多级催化剂床层，各种颗粒臭氧催化剂均可使用，可根据催化剂使用要求确定催化剂填充量和床层高度，臭氧催化氧化反应器4处理时间根据废水水质确定，一般不高于I小时，处理后废水B0D/C0D值大于0.3，溶解氧浓度大于20mg/L，处理后气-水混合物在压力作用下无动力从底部流入生化反应器5。
[0023]所述生化反应器5采用生物滤池反应器，亦设置多级生物填料床层，可以采用活性炭、陶粒等作为生物填料，填料床层孔隙率大于0.4，生化反应器5无需曝气，处理时间一般不低于3小时，处理后从上部溢流出水。
[0024]本发明的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺技术，及其在工业废水深度处理中的应用。采用基于OHR气液混合管的微气泡臭氧产生装置，密闭带压臭氧催化氧化反应器，臭氧催化氧化反应器与生化反应器的无动力耦合，无曝气生化反应器。
[0025]实施例1
采用微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺技术处理某化工企业生化处理尾水，尾水⑶D浓度约为300mg/L，B0D/C0D约为0.04，可生化性极差。尾水经微气泡臭氧催化氧化处理后，出水⑶D浓度降至200 mg/L左右，去除负荷为1.46 kg/(m3.d)，B0D/C0D提高至
0.30，臭氧利用率在95%以上，出水溶解氧浓度高于23 mg/L，可以满足后续生化处理要求；臭氧催化氧化出水在压力作用下无动力流入生化反应器，生化反应器为生物滤池，无曝气，经过生化处理后，溶解氧浓度保持在10 mg/L以上，最终出水COD浓度稳定低于100 mg/L，满足排放要求，生化处理运行成本为零。
[0026]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0027]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，包括臭氧发生器(I)、微气泡发生器(2)、进水栗(3)、臭氧催化氧化反应器(4)和生化反应器(5)，其特征在于，所述臭氧发生器(I)与进水栗(3)分别和微气泡发生器(2)连接，微气泡发生器(2)与臭氧催化氧化反应器(4)的底部连接，臭氧催化氧化反应器(4)的上端与生化反应器(5)的底部连接，所述臭氧发生器(I)以纯氧为气源产生臭氧气体，臭氧气体进入微气泡发生器(2)产生臭氧微气泡，臭氧微气泡与进水混合后从底部进入臭氧催化氧化反应器(4);所述臭氧催化氧化反应器(4)内设置多级催化剂床层，微气泡臭氧、废水和催化剂床层在臭氧催化氧化反应器(4)内发生非均相臭氧催化氧化反应，通过微臭氧气泡收缩破裂效应和催化剂催化臭氧分解作用产生羟基自由基，去除难降解有机污染物，并提高废水可生化性;臭氧催化氧化反应后的气-水混合物在压力作用下从臭氧催化氧化反应器(4)顶部流出，无需动力输送，由底部进入生化反应器(5)，在上流过程中与生化反应器(5)内生物填料表面生物膜接触，利用生物膜的好氧降解作用进一步去除有机污染物，最后由生化反应器(5)顶部溢流出水，生化处理过程中由臭氧分解提供溶解氧，无曝气。2.根据权利要求1所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，其特征在于，所述臭氧发生器(I)包含制氧机，根据处理废水水量和水质确定臭氧产生量和臭氧投加量。3.根据权利要求1所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，其特征在于，所述微气泡发生器(2)采用OHR气液混合管技术，微气泡发生器(2)控制气水体积比为1:10，管前压力大于0.3MPa，稳定产生直径小于50μηι的微气泡。4.根据权利要求1所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，其特征在于，所述臭氧催化氧化反应器(4)为密闭带压容器，工作压力小于0.05 MPa，臭氧催化氧化反应器(4)内部做防腐处理。5.根据权利要求1所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，其特征在于，所述生化反应器(5)采用生物滤池反应器，设置多级生物填料床层。6.根据权利要求5所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统，其特征在于，所述生物填料床层采用活性炭或陶粒作为生物填料，填料床层孔隙率大于0.4。7.—种如权利要求1-6任一所述的微气泡臭氧催化氧化-无曝气生化耦合工艺系统在深度处理难降解工业废水上的应用。
【文档编号】C02F101/30GK106007256SQ201610609203
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】黄霞, 刘春 , 张静, 周洪政, 陈晓轩, 张磊
【申请人】黄霞