一种废水处理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种废水处理装置及方法。装置包括：臭氧氧化装置和生化处理装置，臭氧氧化装置包括臭氧破坏器和氧化反应器，生化处理装置包括两相膨胀床、溶氧器和循环泵；氧化反应器顶部尾气出口连接臭氧破坏器进气口，臭氧破坏器出气口连接溶氧器下部进气口；溶氧器底部出水管线与氧化反应器下部出水管线合并后连接循环泵，循环泵出口连接两相膨胀床下部进水口，两相膨胀床上部出水口连接溶氧器上部进水口。方法包括：废水首先进入氧化反应器，进行氧化反应，然后进入生化处理系统进行好氧生化反应。本发明可实现反应及传质条件优化；提高生化处理负荷；氧化尾气中氧气组分、尾气余压都得到充分利用，降低处理费用。
【专利说明】一种废水处理系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废水处理领域，更进一步说，涉及一种用于废水深度处理的臭氧氧 化-两相膨胀床的废水处理系统及方法。
【背景技术】
[0002] 废水处理中，好氧生物处理是最常用的工艺，但由于废水排放标准的提高，废水生 化处理的难度相应增加，尤其是生化性较差的工业废水，常规生化处理难以奏效，对于经过 生化处理且未达到排放标准的废水，采用化学氧化+生化处理是一种有效的措施，已在多 种工业废水处理中得到了应用。
[0003] 臭氧是一种强氧化剂，可以通过空气或氧气在高压电场放电产生。臭氧投加到废 水中后，可与废水中有机物分子反应，改变其分子结构，增加有机物的生物降解性，同时臭 氧氧化产生的尾气是氧气，不产生固体沉淀和其他有害物质。由于臭氧的这一特性，经常用 于化学氧化+生化联合处理工艺中，对应的生化处理可采用好氧生物膜处理工艺，经过常 规生化处理后，废水中有机物浓度较低，能够生长的微生物量少，采用挂膜效果良好的陶粒 填料的曝气生物滤池效果较好，因此，臭氧氧化-曝气生物滤池是目前最常用的废水深度 处理工艺。
[0004] 尽管臭氧氧化-曝气生物滤池处理工艺可有效的深度降解废水中有机物，但也存 在投资高、运行费用高、占地大、处理负荷小等不足。首先，曝气生物滤池中填料床为固定床 运行，经过一定时间后，由于布水、布气的不均匀性，会使生物膜的生长不均匀，进而导致通 过填料床时的水流短路，影响整体的处理效率；其次，待处理的废水一次通过填料床，废水 与生物膜的接触时间短，处理效果的稳定性不高；第三，需要在填料床的底部鼓入空气，为 填料上生长的生物膜提供降解有机物所需要的氧气，由于鼓入的空气对生物膜产生强烈 的扰动，阻碍了生物膜的生长；第四，曝气生物滤池的填料床厚度在3m左右，通常情况下需 要很大的床层面积，导致占地和投资增加。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种废水处理系统及方法，可以实 现：（1)生化处理中溶氧过程与生化过程分离，创造良好的生物反应条件，操作控制更易于 实现；（2)填料床以膨胀态运行，避免水流短路，提高有机物去除负荷；（3)采用更细小的 颗粒填料，比表面积更大，附着的生物膜量更多；（4)大大提高填料床厚度，减少好氧处理 单元的占地面积；（5)臭氧氧化尾气用于曝气溶氧，实现氧化尾气的充分利用，降低运行费 用。
[0006] 本发明的目的之一是提供一种废水处理系统。
[0007] 包括：臭氧氧化装置和生化处理装置，臭氧氧化装置包括臭氧破坏器和氧化反应 器，
[0008] 生化处理装置包括两相膨胀床、溶氧器和循环泵；
[0009] 氧化反应器顶部尾气出口连接臭氧破坏器进气口，臭氧破坏器出气口连接溶氧器 下部进气口；溶氧器底部出水管线与氧化反应器下部出水管线合并后连接循环泵，循环泵 出口连接两相膨胀床下部进水口，两相膨胀床上部出水口连接溶氧器上部进水口。
[0010] 所述两相膨胀床为上粗下细的两段立式筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别 为气水分配区、填料区、出水区；
[0011] 气水分配区的上部和下部分别设置配风系统和配水系统，气水分配区的侧壁分别 设置有进风口和进水口，进风口和进水口分别与配风系统和配水系统连通；
[0012] 出水区上粗下细，与填料区通过喇叭口形状的过度段连接，在出水区的中心位置 设置三相分离器，；出水区顶部周边设置集水槽，集水槽侧壁安装出水堰；出水区的侧壁设 置出水口与集水槽连通，出水区的下部侧壁设置排泥口。
[0013] 所述气水分配区内填装级配砾石颗粒，上层颗粒小，底层颗粒大，上层砾石最小粒 径不大于填料颗粒最大粒径的2倍，下层砾石最大粒径不大于50_ ;填料区内填装石英砂 颗粒或陶粒颗粒；
[0014] 两相膨胀床填料区厚度与填料区横截面直径之比不小于2 ;
[0015] 两相膨胀床气水分配区厚度优选为400mm?800mm。
[0016] 所述三相分离器由中心管和喇叭口形状的罩体组成，罩体扩口端向下；
[0017] 优选：
[0018] 三相分离器扩口端直径大于填料区横截面直径200mm以上；
[0019] 三相分离器中心管管顶高于出水区水面500mm及以上。
[0020] 所述配水系统由配水干管、配水支管、水管堵头组成，配水支管横截面两侧斜下方 向设置有孔；配风系统由配风干管、配风支管、风管堵头组成，在配风支管横截面两侧斜下 方向开孔；
[0021] 优选：配水支管横截面两侧斜下45°方向设置有孔；孔径5?6_，沿管长方向均 匀分布；配风支管横截面两侧斜下45°方向设置有孔；孔径3?5mm，沿管长方向均匀分 布。
[0022] 所述溶氧器为筒形，横截面为圆形，自下而上分别为出水/沉泥区和溶氧区，出水 /沉淀区和溶氧区分界处设置曝气器，溶氧器上部设置进水口，进水口下边设置溢流排水 口，溶氧器侧壁设置进气口与曝气器连通，出水/沉泥区下部的溶氧器侧壁设置循环出水 口，溶氧器底部设置排泥口。
[0023] 优选：溶氧器内曝气器高于溶氧器底800mm?1200mm。
[0024] 本发明的目的之二是提供一种废水处理方法。
[0025] 包括：废水首先进入氧化反应器，进行氧化反应，然后进入生化处理系统进行好氧 生化反应。
[0026] 其中，
[0027] 进行废水处理时，两相膨胀床的进风口和排泥口关闭；
[0028] 进行反洗脱膜时，溶氧器的进气口关闭，氧化反应器下部出水管线上的阀门关闭， 反洗脱膜前期打开两相膨胀床的进风口，反洗脱膜后期打开两相膨胀床的排泥口。
[0029] 本发明具体可采用以下技术方案：
[0030] 所述系统包括两相膨胀床a、溶氧器b、循环泵c、氧化反应器d、臭氧破坏器e及附 属的管线；
[0031] 所述两相膨胀床a为两段立式筒形结构，横截面为圆形，上段截面大，下段截面 小，自下而上分别为气水分配区101、填料区102、出水区103,气水分配区的上部和下部分 别设置配风系统105和配水系统104,气水分配区101内填装级配砾石颗粒；填料区内填装 小粒径(一般为粒径2. 5mm以下）石英砂颗粒或陶粒颗填料；出水区103上粗下细，与填料 区102通过喇叭口形状的过度段连接，在出水区103的中心位置设置三相分离器108,三相 分离器由中心管和喇叭口形状的罩体组成，罩体扩口端向下；出水区103顶部周边设置集 水槽106,集水槽106侧壁安装出水堰107 ;在出水区上部侧壁设置与集水槽106联通的出 水口，在出水区下部侧壁设置排泥口，气水分配区上部设置与配风系统105联通的进风口， 气水分配区101下部设置与配水系统104联通的进水口；
[0032] 配水系统104由配水干管104-1、配水支管104-2、水管堵头104-3组成，在配水支 管104-2横截面两侧斜下45°方向开孔；配风系统105由配风干管105-1、配风支管105-2、 风管堵头105-3组成，在配风支管105-2横截面两侧斜下45°方向开孔；三相分离器108由 中心管108-1、喇叭口形状的上部罩体108-2、下部罩体108-3、连接件108-4组成，上部罩体 及下部罩体扩口端向下，上部罩体缩口端与中心管下端口连接，上部罩体与下部罩体由连 接件连接，并构成过流通道；
[0033] 所述溶氧器b为筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别为出水/沉泥区202和溶 氧区201，出水/沉淀区202和溶氧区201分界处设置曝气器203,溶氧器b顶部设置进水 口，进水口下部设置溢流排水口，溶氧器b侧壁设置与曝气器203连通的进气口，出水/沉 泥区下部设置循环出水口，出水/沉淀区底部设置排泥口；
[0034] 所述氧化反应器d为密闭压力式，正压条件下运行，设置臭氧混合气进口、尾气出 口、进水口、出水口；
[0035] 所述臭氧破坏器e为密闭压力式，正压条件下运行，内部装填活性炭，设置进气口 和出气口；
[0036] 所述管线设置如下：氧化反应器臭氧混合气进口通过臭氧进气管9与外设的臭氧 发生器连通；氧化反应器尾气出口与臭氧破坏器进气口通过氧化尾气管10连通；臭氧破坏 器出气口与充氧器的进气口通过氧气管11连通；膨胀床出水口与溶氧器进水口通过膨胀 床出水管5连通；溶氧器循环出水口与循环泵进口通过循环泵进水管3连通；循环泵出口 与膨胀床进水口通过循环泵出水管4连通；膨胀床进风口通过空气管道12与外设空气源或 鼓风机连通；溶氧器溢流排水口连接溶氧器排水管6 ;氧化反应器进水口通过废水进水管1 与上游废水处理单元连通；氧化反应器出水口通过氧化出水管2与循环泵进水管3连接； [0037] 所述外设的臭氧发生器气源采用氧气。
[0038] 废水处理过程如下：
[0039] 废水从进水管1进入氧化反应器d，以纯氧为气源的臭氧发生器产生臭氧混合气， 其中臭氧浓度5%?10%，其余为氧气，混合气通过管道9进入氧化反应器d，在氧化反应器 内与废水发生化学氧化反应，废水中的大分子有机物被氧化分解，废水的可生化性得到提 高，在此过程中，绝大多数臭氧被还原为氧气，残存的少量臭氧与氧气以尾气形式排出氧化 反应器d，进入臭氧破坏器e，在臭氧破坏器e中，残留的臭氧组分被还原为氧气和二氧化 碳，臭氧破坏器排出的气体组成是占绝大多数的氧气和微量的二氧化碳。
[0040] 臭氧发生器产生的臭氧混合气压力在0. IMPa以上，氧化反应器d、氧化尾气破坏 器e均为密闭压力式，臭氧破坏器排出的尾气压力可维持在〇. IMPa左右，该股气体依靠余 压进入溶氧器b内的曝气器203,分散成微气泡的形式扩散到水流中，微气泡在水流中上升 并传质，氧气溶解在水流中，微气泡上升到水面后，残余气体从溶氧器顶部排出。
[0041] 两相膨胀床a、溶氧器b、循环泵c通过管线组成生化系统，生化系统内建立废水循 环如下：两相膨胀床a出水进入溶氧器b，溶氧器b底部循环出水进入循环泵c，氧化反应 器d的出水也进入循环泵c，使氧化废水进入生化系统，循环泵c的出水则返回到两相膨胀 床a，生化系统的出水从溶氧器b的溢流排水口排出。在向上流动的循环水流的作用下，膨 胀床中填料颗粒随水流浮动，使填料区产生膨胀，控制循环水流流量，使填料区的膨胀率在 10%以下，气水分配区的砾石颗粒由于粒径大，不随水流浮动。由于循环水流中含有溶解氧 和有机物，在接种微生物后便在填料表面生长微生物，从形态看就是在填料表面生长生物 膜，进而完成好氧生化反应。
[0042] 两相膨胀床a经过一定时间的运行后，填料颗粒上生长的生物膜厚度增加，过厚 的生物膜会导致填料颗粒的粘连或结团，进而可能产生局部水流短路，细小填料颗粒生长 过厚生物膜还可能导致填料被水流带出膨胀床，这些因素都不利于膨胀床的正常运行，应 定期将过多的生物膜脱除。
[0043] 生化系统的运行划分为正常运行工况和反洗脱膜工况。
[0044] 正常运行工况的流程如下：
[0045] 正常运行工况下，空气管12、膨胀床排泥管7上的阀门处于关闭状态，其它管道上 的阀门处于开启状态。
[0046] 循环泵c的出水进入两相膨胀床a中，经过配水系统104实现均匀分配，再通过气 水分配区内填装的级配大粒径砾石层进一步提高配水均匀性后，进入填料区102,循环水流 使填料区102内填料处于膨胀状态，由于循环水流中已在溶氧器中充氧，且含有可生化降 解的有机物，填料区的细颗粒填料上会生长大量的微生物膜，水流通过填料区的过程中即 可实现生化反应，完成有机物的生化降解，水流中的有机物得以去除。
[0047] 循环水流通过填料区102后进入出水区103,出水区103的横截面积大于填料区， 水流上升流速降低，填料区内被循环水流带起的细小填料颗粒在水流流速降低后又沉降 回填料区102,防止细小填料被水流带出膨胀床。水流到达出水区顶部后通过出水堰进入 到集水槽106,经集水槽收集后两相膨胀床的出水通过管道5自流进入溶氧器b，在溶氧器 b内，水流自上向下流动，由曝气器203产生的微气泡自下向上运动，在气、水相对运动过程 中，氧气溶解在水流中。溶氧后的水流继续向下流动进入出水/沉泥区202,再经过管道3 进入循环泵c，氧化反应器d的氧化出水也接入管道3进入循环泵c，至此完成生化系统的 水流循环。
[0048] 在生化系统的正常运行过程中，从溶氧器上部的溢流排水口排出与废水进水管1 流量相等的水量，该废水即为生化系统处理后排水，通过溶氧器排水管6排出系统。
[0049] 反洗脱膜工况的流程如下：
[0050] 关闭氧气管11上的阀门停止向溶氧器b充氧，关闭氧化出水管2上的阀门停止向 生化系统进水，氧化反应器d、臭氧破坏器e继续运行，氧化反应器氧化出水和臭氧破坏器 排出氧气切换到其它正常运行的生化系列。
[0051] 循环泵c正常运行，维持生化系统的水流循环，开启供风管12上的阀门向膨胀床 鼓入空气，经过配风系统105在膨胀床横截面上均匀分散成小气泡，并与上升的循环水流 一并通过填料床，在气泡的作用下，填料颗粒之间的碰撞、摩擦加剧，附着的厚生物膜被擦 洗下来，进入到循环水流中，持续一段时间后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除，关闭空气 管12上的阀门停止向膨胀床供风，停循环泵c，生化系统的水流停止流动，膨胀的填料床随 之下落，随水流存留在膨胀床、溶氧器中的脱落生物膜开始沉降，一段时间后，膨胀床中的 脱落生物膜以污泥的形态沉降到填料床之上的出水区103底部，开启膨胀床排泥管7上的 阀门将污泥排出；溶氧器中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到出水/沉淀区202底部，开启 溶氧器排泥管8上的阀门将污泥排出。
[0052] 至此，反洗脱膜过程结束，生化系统进入下一个正常运行工况。
[0053] 本发明的相关条件及参数如下：
[0054] (1)臭氧氧化尾气中氧提供量大于生化过程需氧量
[0055] G〇 > R〇 (1)
[0056] G〇 = QSO3(l/C〇3+0. 333) (2)
[0057] G〇--臭氧氧化尾气中氧提供气量，g/h ;
[0058] R0--生化过程需氧量，g/h ;
[0059] S03--废水投加的臭氧浓度，mg/1 ;
[0060] Q--进水流量，m3/h ;
[0061] C03-臭氧混合气中臭氧含量（w/w);
[0062] (2)溶氧量不小于生化过程需氧量
[0063] D〇 ^ R〇 (3)
[0064] D〇-溶氧器溶氧量，根据气液传质过程计算，g/h ;
[0065] (3)生化系统循环水流使膨胀床中填料区处于膨胀状态
[0066] Qc = A〇u (4)
[0067] Qc-生化系统循环流量，m3/h ;
[0068] A〇-膨胀床填料区横截面积，m2 ;
[0069] u--膨胀床填料区达到膨胀的水流流速，根据实验数据确定，m/h ;
[0070] (4)填料区水头损失 1 . . ..
[0071] hp = - (1 - ￡)(ps - P-JHp ? 5 P]
[0072] hp--填料区水头损失，m ;
[0073] Hp--填料区厚度，m ;
[0074] p s--填料颗粒密度，kg/m3 ;
[0075] Pi--水密度，kg/m3 ;
[0076] ε--填料区床初始孔隙率；
[0077] (5)生化系统循环水流功率消耗
[0078] P = g Ρ 1 (hp+hf) Qc/3. 6 (6)
[0079] Ρ-循环水流功率消耗，kW ;
[0080] hf-水流循环路径中除了填料区水头损失以外的其它水头损失，包括配水系 区、膨胀床出水跌水、溶氧器进水跌水，循环泵进出水管道等，m ;
[0081] 本发明有如下效果：
[0082] (1)可有效利用臭氧反应器尾气中的氧气及尾气余压，降低运行费用；
[0083] (2)生化反应和溶氧分开完成，独立控制，避免了传统生化工艺中溶氧、生化在一 个空间内进行所造成的相互干扰，可以同步实现生化反应过程和溶氧过程的优化；
[0084] (3)填料床采用细颗粒填料，比表面积大，可有效提高单位体积填料内的微生物 量，进而提1?反应器的容积负荷；
[0085] (4)填料床正常运行时处于膨胀状态，避免固定床可能产生的水流短路；固、液两 相的流态有利于微生物与污水的接触和传质，提商生物反应效率；
[0086] (5)在两相膨胀床内设置三相分离器，可避免反洗脱膜过程中细小颗粒填料随水 流流失；
[0087] (6)采用强制水流循环，提高生物反应过程的稳定性和抗冲击性；
[0088] (7)膨胀床、溶氧器可采用较大的设备高度，提高膨胀床的填料床层厚度，进而减 少占地面积，提1?溶氧效率；
[0089] (8)可一套溶氧器、循环泵对应多台两相膨胀床，配置灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0090] 图1是本发明废水处理系统的示意图
[0091] 图2是本发明两相膨胀床配水系统的主视图
[0092] 图3是本发明两相膨胀床配风系统的主视图
[0093] 图4是本发明两相膨胀床三相分离器的侧视图
[0094] 图5是本发明两相膨胀床三相分离器的主视图
[0095] 图6是本发明两相膨胀床三相分离器的工作原理图 [0096] 附图标记说明：
[0097] a、两相膨胀床 b、溶氧器 c、循环泵
[0098] d、氧化反应器 e、臭氧破坏器
[0099] 101、气水分配区 102、填料区 103、出水区
[0100] 104、配水系统 105、配风系统 106、集水槽
[0101] 107、出水堰 108、三相分离器
[0102] 201、溶氧区 202、出水/沉泥区 203、曝气器
[0103] 104-1、配水干管 104-2、配水支管 104-3、水管堵头
[0104] 105-1、配风干管 105-2、配风支管 105-3、风管堵头
[0105] 108-1、中心管 108-2、上部罩体 108-3、下部罩体
[0106] 108-4、连接件
[0107] 1、废水进水管 2、氧化出水管 3、循环泵进水管
[0108] 4、循环泵出水管 5、膨胀床出水管 6、溶氧器排水管
[0109] 7、膨胀床排泥管 8、溶氧器排泥管 9、臭氧进气管
[0110] 10、氧化尾气管 11、氧气管 12、空气管
[0111] 13、氧化出水旁路 14、氧化尾气旁路
【具体实施方式】
[0112] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0113] 实施例：
[0114] 如图1所示，一种废水处理装置，包括：臭氧氧化装置和生化处理装置，臭氧氧化 装置包括臭氧破坏器和氧化反应器，
[0115] 生化处理装置包括两相膨胀床、溶氧器和循环泵；
[0116] 所述两相膨胀床a为两段立式筒形结构，横截面为圆形，上段截面大，下段截面 小，自下而上分别为气水分配区101、填料区102、出水区103,气水分配区的上部和下部分 别设置配风系统105和配水系统104,出水区103上粗下细，与填料区102通过喇叭口形状 的过度段连接，在出水区103的中心位置设置三相分离器108,三相分离器由中心管和喇叭 口形状的罩体组成，罩体扩口端向下；出水区103顶部周边设置集水槽106,集水槽106侧 壁安装出水堰107 ;在出水区上部侧壁设置与集水槽106联通的出水口，在出水区下部侧壁 设置排泥口，气水分配区上部设置与配风系统105联通的进风口，气水分配区101下部设置 与配水系统104联通的进水口；
[0117] 配水系统104由配水干管104-1、配水支管104-2、水管堵头104-3组成，在配水支 管104-2横截面两侧斜下45°方向开孔；配风系统105由配风干管105-1、配风支管105-2、 风管堵头105-3组成，在配风支管105-2横截面两侧斜下45°方向开孔；三相分离器108由 中心管108-1、喇叭口形状的上部罩体108-2、下部罩体108-3、连接件108-4组成，上部罩体 及下部罩体扩口端向下，上部罩体缩口端与中心管下端口连接，上部罩体与下部罩体由连 接件连接，并构成过流通道；
[0118] 所述溶氧器b为筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别为出水/沉泥区202和溶 氧区201，出水/沉淀区202和溶氧区201分界处设置曝气器203,溶氧器b顶部设置进水 口，进水口下部设置溢流排水口，溶氧器b侧壁设置与曝气器203连通的进气口，出水/沉 泥区下部设置循环出水口，出水/沉淀区底部设置排泥口；
[0119] 所述氧化反应器d为密闭压力式，正压条件下运行，设置臭氧混合气进口、尾气出 口、进水口、出水口；
[0120] 所述臭氧破坏器e为密闭压力式，正压条件下运行，内部装填活性炭，设置进气口 和出气口；
[0121] 所述管线设置如下：氧化反应器臭氧混合气进口通过臭氧进气管9与外设的臭 氧发生器连通；氧化反应器尾气出口与臭氧破坏器进气口通过氧化尾气管10连通；臭氧破 坏器出气口与充氧器的进气口通过氧气管11连通；膨胀床出水口与溶氧器进水口通过膨 胀床出水管5连通；溶氧器循环出水口与循环泵进口通过循环泵进水管3连通；循环泵出 口与膨胀床进水口通过循环泵出水管4连通；膨胀床进风口通过空气管道12与外设空气源 或鼓风机连通；溶氧器溢流排水口连接溶氧器排水管6 ;氧化反应器进水口通过废水进水 管1与上游废水处理单元连通；氧化反应器出水口通过氧化出水管2与循环泵进水管3连 接；
[0122] 所述外设的臭氧发生器气源采用氧气。
[0123] 废水处理过程如下：
[0124] 废水从进水管1进入氧化反应器d，以纯氧为气源的臭氧发生器产生臭氧混合气， 其中臭氧浓度5%?10%，其余为氧气，混合气通过管道9进入氧化反应器d，在氧化反应器 内与废水发生化学氧化反应，废水中的大分子有机物被氧化分解，废水的可生化性得到提 高，在此过程中，绝大多数臭氧被还原为氧气，残存的少量臭氧与氧气以尾气形式排出氧化 反应器d，进入臭氧破坏器e，在臭氧破坏器e中，残留的臭氧组分被还原为氧气和二氧化 碳，臭氧破坏器排出的气体组成是占绝大多数的氧气和微量的二氧化碳。
[0125] 臭氧发生器产生的臭氧混合气压力在0. IMPa以上，氧化反应器d、氧化尾气破坏 器e均为密闭压力式，臭氧破坏器排出的尾气压力可维持在〇. IMPa左右，该股气体依靠余 压进入溶氧器b内的曝气器203,分散成微气泡的形式扩散到水流中，微气泡在水流中上升 并传质，氧气溶解在水流中，微气泡上升到水面后，残余气体从溶氧器顶部排出。
[0126] 两相膨胀床a、溶氧器b、循环泵c通过管线组成生化系统，生化系统内建立废水循 环如下：两相膨胀床a出水进入溶氧器b，溶氧器b底部循环出水进入循环泵c，氧化反应器 d的出水也进入循环泵c，使氧化废水进入生化系统，循环泵c的出水则返回到两相膨胀床 a，生化系统的出水从溶氧器b的溢流排水口排出。在向上流动的循环水流的作用下，膨胀 床中填料颗粒随水流浮动，使填料区产生膨胀，控制循环水流流量，使填料区的膨胀率在 10%以下，气水分配区的砾石颗粒由于粒径大，不随水流浮动。由于循环水流中含有溶解氧 和有机物，在接种微生物后便在填料表面生长微生物，从形态看就是在填料表面生长生物 膜，进而完成好氧生化反应。
[0127] 两相膨胀床a经过一定时间的运行后，填料颗粒上生长的生物膜厚度增加，过厚 的生物膜会导致填料颗粒的粘连或结团，进而可能产生局部水流短路，细小填料颗粒生长 过厚生物膜还可能导致填料被水流带出膨胀床，这些因素都不利于膨胀床的正常运行，应 定期将过多的生物膜脱除。
[0128] 生化系统的运行划分为正常运行工况和反洗脱膜工况。
[0129] 正常运行工况的流程如下：
[0130] 正常运行工况下，空气管12、膨胀床排泥管7上的阀门处于关闭状态，其它管道上 的阀门处于开启状态。
[0131] 循环泵c的出水进入两相膨胀床a中，经过配水系统104实现均匀分配，再通过气 水分配区内填装的级配大粒径砾石层进一步提高配水均匀性后，进入填料区102,循环水流 使填料区102内填料处于膨胀状态，由于循环水流中已在溶氧器中充氧，且含有可生化降 解的有机物，填料区的细颗粒填料上会生长大量的微生物膜，水流通过填料区的过程中即 可实现生化反应，完成有机物的生化降解，水流中的有机物得以去除。
[0132] 循环水流通过填料区102后进入出水区103,出水区103的横截面积大于填料区， 水流上升流速降低，填料区内被循环水流带起的细小填料颗粒在水流流速降低后又沉降回 填料区102,防止细小填料被水流带出膨胀床。水流到达出水区顶部后通过出水堰进入到集 水槽106,经集水槽收集后两相膨胀床的出水通过管道5自流进入溶氧器b，在溶氧器b内， 水流自上向下流动，由曝气器203产生的微气泡自下向上运动，在气、水相对运动过程中， 氧气溶解在水流中。溶氧后的水流继续向下流动进入出水/沉泥区202,再经过管道3进入 循环泵c，氧化反应器d的氧化出水也接入管道3进入循环泵c，至此完成生化系统的水流 循环。
[0133] 在生化系统的正常运行过程中，从溶氧器上部的溢流排水口排出与废水进水管1 流量相等的水量，该废水即为生化系统处理后排水，通过溶氧器排水管6排出系统。
[0134] 反洗脱膜工况的流程如下：
[0135] 关闭氧气管11上的阀门停止向溶氧器b充氧，关闭氧化出水管2上的阀门停止向 生化系统进水，氧化反应器d、臭氧破坏器e继续运行，氧化反应器氧化出水和臭氧破坏器 排出氧气切换到其它正常运行的生化系列。
[0136] 循环泵c正常运行，维持生化系统的水流循环，开启供风管12上的阀门向膨胀床 鼓入空气，经过配风系统105在膨胀床横截面上均匀分散成小气泡，并与上升的循环水流 一并通过填料床，在气泡的作用下，填料颗粒之间的碰撞、摩擦加剧，附着的厚生物膜被擦 洗下来，进入到循环水流中，持续一段时间后，填料颗粒上过厚的生物膜被脱除，关闭空气 管12上的阀门停止向膨胀床供风，停循环泵c，生化系统的水流停止流动，膨胀的填料床随 之下落，随水流存留在膨胀床、溶氧器中的脱落生物膜开始沉降，一段时间后，膨胀床中的 脱落生物膜以污泥的形态沉降到填料床之上的出水区103底部，开启膨胀床排泥管7上的 阀门将污泥排出；溶氧器中的脱落生物膜以污泥的形态沉降到出水/沉淀区202底部，开启 溶氧器排泥管8上的阀门将污泥排出。
[0137] 至此，反洗脱膜过程结束，生化系统进入下一个正常运行工况。
[0138] 某石化废水经常规生化处理后，C0D=200mg/L，Q=30m3/h，拟进一步采用本实施例 的废水处理系统，达到C0D=60mg/L ;臭氧投加量15mg/L,臭氧发生器氧源采用纯氧,臭氧混 合气中臭氧浓度l〇%(w/w)，臭氧混合气压力〇· l〇MPa(g)。
[0139] 臭氧氧化臭氧需求量
[0140] 30X15 = 450g/h
[0141] 臭氧氧化后尾气中氧气量
[0142] G〇 = 30 X 15 (1/0. 1+0. 333) = 4350g/h
[0143] 污泥产量按下式计算：
[0144] ffa = Q(S〇-Se)Y (7)
[0145] ffa-生化过程污泥产量，g/h ;
[0146] S。--进水 COD 浓度，mg/1 ;
[0147] Se--出水 COD 浓度，mg/1 ;
[0148] Y--污泥产率系数，gVSS/kg COD
[0149] 取污泥产率系数0. 3,得污泥产量为：
[0150] ffa = 30X (200-60) X0. 3 = 1260g/h
[0151] 本实例生化过程不考虑硝化，生化需氧量按下式计算
[0152] R0 = Q(S〇-Se)-1.42ffa (8)
[0153] R〇 = 30 X (200-60) -1· 42 X 1260 = 2410g/h
[0154] 由于％，表明臭氧氧化尾气中氧量大于生化过程氧需要量，可以满足用氧需 求。
[0155] 膨胀床填料采用陶粒，粒径2mm，密度1600kg/m3,初始孔隙率0. 56,填料区横截面 直径3m，填料区厚度6m，实验得出膨胀流速为42m/h，则循环流量为：
[0156] Qc = 0 7 8 5 X 32 X 42 = 29 7m3 A
[0157] 填料区体积为：
[0158] Vp = 0 . 78 5 X 32 X 6 = 42m3
[0159] 填料区的COD去除负荷为
[0160] Np = 30X (200-60) X 24/(42 X 1000) = 2. 4kgC0D/m3
[0161] 按1天排泥一次，污泥浓度为2%，每次排放污泥量为：
[0162] ffs = 1260 X 24/ (0. 02 X 1000 X 1000) = 1. 5m3
[0163] 填料区水头损失
[0164]
【权利要求】
1. 一种废水处理系统，包括：臭氧氧化装置和生化处理装置，臭氧氧化装置包括臭氧 破坏器和氧化反应器，其特征在于： 生化处理装置包括两相膨胀床、溶氧器和循环泵； 氧化反应器顶部尾气出口连接臭氧破坏器进气口，臭氧破坏器出气口连接溶氧器下部 进气口；溶氧器底部出水管线与氧化反应器下部出水管线合并后连接循环泵，循环泵出口 连接两相膨胀床下部进水口，两相膨胀床上部出水口连接溶氧器上部进水口。
2. 如权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于： 所述两相膨胀床为上粗下细的两段立式筒形结构，横截面为圆形，自下而上分别为气 水分配区、填料区、出水区； 气水分配区的上部和下部分别设置配风系统和配水系统，气水分配区的侧壁分别设置 有进风口和进水口，进风口和进水口分别与配风系统和配水系统连通； 出水区上粗下细，与填料区通过喇叭口形状的过度段连接，在出水区的中心位置设置 三相分离器；出水区顶部周边设置集水槽，集水槽侧壁安装出水堰；出水区的侧壁设置出 水口与集水槽连通，出水区的下部侧壁设置排泥口。
3. 如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于： 所述气水分配区内填装级配砾石颗粒；填料区内填装石英砂颗粒或陶粒颗粒；两相膨 胀床气水分配区的上层颗粒小，底层颗粒大，上层砾石最小粒径不大于填料颗粒最大粒径 的2倍，下层碌石最大粒径不大于50mm。
4. 如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于： 两相膨胀床填料区厚度与填料区横截面直径之比不小于2。
5. 如权利要求4所述的废水处理系统，其特征在于： 两相膨胀床气水分配区厚度为400mm?800mm。
6. 如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于： 所述三相分离器由中心管和喇叭口形状的罩体组成，罩体扩口端向下。
7. 如权利要求6所述的废水处理系统，其特征在于： 所述三相分离器的扩口端直径大于填料区横截面直径200mm以上； 所述三相分离器的中心管管顶高于出水区水面500mm以上。
8. 如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于： 所述配水系统由配水干管、配水支管、水管堵头组成，配水支管横截面两侧斜下方向设 置有孔；配风系统由配风干管、配风支管、风管堵头组成，在配风支管横截面两侧斜下方向 设置有孔。
9. 如权利要求8所述的废水处理系统，其特征在于： 配水支管横截面两侧斜下45°方向设置有孔；孔径5?6_，沿管长方向均勻分布； 配风支管横截面两侧斜下45°方向设置有孔；孔径3?5_，沿管长方向均匀分布。
10. 如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于： 所述溶氧器为筒形，横截面为圆形，自下而上分别为出水/沉泥区和溶氧区，出水/沉 淀区和溶氧区分界处设置曝气器，溶氧器上部设置进水口，进水口下边设置溢流排水口，溶 氧器侧壁设置进气口与曝气器连通，出水/沉泥区下部的溶氧器侧壁设置循环出水口，溶 氧器底部设置排泥口。
11. 如权利要求9所述的废水处理系统，其特征在于 溶氧器内曝气器高于溶氧器底800mm?1200mm。
12. 如权利要求11所述的废水处理系统，其特征在于： 所述气水分配区内填装级配砾石颗粒；填料区内填装石英砂颗粒或陶粒颗粒；两相膨 胀床气水分配区的上层颗粒小，底层颗粒大，上层砾石最小粒径不大于填料颗粒最大粒径 的2倍，下层碌石最大粒径不大于50mm ; 两相膨胀床填料区厚度与填料区横截面直径之比不小于2 ; 两相膨胀床气水分配区厚度为400mm?800mm ; 所述三相分离器由中心管和喇叭口形状的罩体组成，罩体扩口端向下； 三相分离器扩口端直径大于填料区横截面直径200mm以上； 三相分离器中心管管顶高于出水区水面500mm以上； 所述配水系统由配水干管、配水支管、水管堵头组成，配水支管横截面两侧斜下45°方 向开孔，孔径5?6mm，沿管长方向均匀分布；配风系统由配风干管、配风支管、风管堵头组 成，在配风支管横截面两侧斜下45°方向开孔；孔径3?5_，沿管长方向均勻分布。
13. -种采用如权利要求1?12之一所述的废水处理系统的废水处理方法，其特征在 于所述方法包括： 废水首先进入氧化反应器，进行氧化反应，然后进入生化处理系统进行好氧生化反应。
14. 如权利要求13所述的废水处理方法，其特征在于： 进行废水处理时，两相膨胀床的进风口和排泥口关闭； 进行反洗脱膜时，溶氧器的进气口关闭，氧化反应器下部出水管线上的阀门关闭，反洗 脱膜前期打开两相膨胀床的进风口，反洗脱膜后期打开两相膨胀床的排泥口。
【文档编号】C02F9/14GK104140179SQ201310163635
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】安景辉, 郑蕾, 王小红, 张玉国 申请人:中国石化工程建设有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司