本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法。
背景技术：
我国富煤缺油少气的能源结构决定了利用我国煤炭资源相对丰富的优势发展煤化工成为一种可行的解决能源问题的手段，其中合成气的制备是发展煤化工的重中之重。碎煤加压气化工艺(以鲁奇炉为代表)工艺成熟、投资和运行费用相对较低，被广泛用于煤气化特别是煤制天然气。但是碎煤加压气化废水处理时制约该技术应用的主要问题，很多煤气化项目由于环保问题而被叫停，已投产项目也由于废水处理不达标造成环境问题而受到诟病。这是因为该气化工艺产生的废水含有大量的酚类、芳香烃类、杂环化合物等难降解有机化合物；并且含高浓度的油、氨氮、盐；可生化性很差，因此采用常规的“预处理+生化处理”很难达标排放或进一步进行回用，因此开发高效、实用的深度处理工艺显得尤为重要。
目前常见的煤气化废水深度处理工艺包括生化法和物化法两大类。生化法主要是曝气生物滤池和膜生物反应器。物化法包括混凝、吸附、膜分离、微波处理、内电解、高级氧化等技术。水处理的高级氧化技术是一类在常温常压下产生羟基自由基(HO·)，来对水中污染物进行氧化降解的技术。应用在废水深度处理中的高级氧化技术包括臭氧相关氧化技术、芬顿试剂氧化、电化学、光催化、超声等。由于煤气化废水经“预处理+生化处理”工艺处理后出水中绝大部分为小分子难降解有机物，而高级氧化产生的HO·可无选择的氧化绝大多数有机污染物，因此高级氧化技术成为煤气化废水处理研究和应用热点。但是大多数高级氧化技术还处于实验室研究阶段、投资和运行费用高、可实用性不强。臭氧是一种强氧化剂，被广泛应用于水处理领域。臭氧在水中的反应可以分为直接反应和间接反应，直接反应是指臭氧分子直接和其它物质反应，间接反应是指利用臭氧分解产生的HO·与其它物质的反应。臭氧直接反应对于与臭氧具有较高反应速率常数的物质(如苯酚)效率较高；但对于难臭氧化的物质(如硝基苯、烷烃、小分子酸等)效率不高。近年来，以臭氧为基础开发出多种高级氧化工艺，通过促进HO·产生，更高效的分解水中难降解有机物，成为水处理领域研究的热点之一。由于煤气化废水经生化处理后出水中既含有酚类等易臭氧化的有机物，又含有苯系和长链烷烃等难臭氧化的有机物，所以在其深度处理中，很适合应用臭氧相关氧化技术。再加上近年来臭氧发生器的大规模国产化大大降低了其投资费用，因此臭氧相关的氧化技术在深度处理中具有很好的应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的是针对常规的“预处理+生化处理”不能有效去除碎煤加压气化废水中的难降解有机物，出水无法达标排放或进一步回用问题，提出一种两段式臭氧高级氧化结合生化处理的碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，包括：
一级过滤提升泵、一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池提升泵、一级曝气生物滤池系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池提升泵、二级曝气生物滤池系统和产品水罐；其中，
所述一级过滤提升泵设有进水管，所述一级过滤提升泵的出水端与一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级BAF提升泵、一级BAF系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级BAF提升泵、二级BAF系统、产品水罐顺次连接；
所述产品水罐设有排出处理后出水的出水管。
本发明实施例还提供一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，采用本发明的深度处理系统，包括以下步骤：
待处理的碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后进入所述深度处理系统，依次进入该深度处理系统的一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级曝气生物滤池系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级曝气生物滤池系统进行处理；其中，分别向所述臭氧催化氧化反应装置和紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体进行氧化反应；分别向所述一级曝气生物滤池系统和二级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应；处理后达标出水外排。
本发明的有益效果为：通过将一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级BAF系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级BAF系统有机连接，形成一种能对碎煤加压气化废水生化混凝出水一次进行一级过滤、一级臭氧催化氧化、一级生化处理、二级过滤、二级紫外/臭氧氧化、二级生化处理的深度处理系统。由于碎煤加压气化废水经预处理、生化处理后，可生物降解的污染物绝大多数已经被去除，出水中大多数为难降解有机物、可生化性极差，生化出水经混凝处理去除水中大多数悬浮物后进入所述深度处理系统的一级过滤装置，可将混凝出水中剩余的少量悬浮物去除，减少悬浮物对臭氧催化氧化体系臭氧的消耗及其臭氧催化剂的堵塞，提高臭氧催化氧化效率。臭氧催化氧化装置内填充的催化剂可以催化臭氧产生羟基自由基，氧化水中难降解有机物，提高废水的可生化性。由于臭氧催化氧化作用提高了废水的可生化性，该出水进入一级曝气生物滤池后，附着在填料上的微生物可将废水中可生化降解的污染物进一步降解。一级生化处理后废水的可生化性又降低，此时再进入二级紫外/臭氧体系进行化学氧化，废水可生化性再次提高，此时再通过二级曝气生物滤池的处理，将臭氧氧化后可降解有机物进一步降解，从而使出水污染物浓度进一步降低。由于经过一级臭氧催化氧化和一级生化处理后废水中污染物浓度已经比较低，且色度很低，因此二级化学氧化选用紫外/臭氧氧化，紫外光穿透性强，紫外光与臭氧及水中有机物反应加强，自由基的产生量增加，更有利于低浓度有机物的去除。由于臭氧催化氧化和紫外/臭氧氧化目的是去除难降解有机物的同时提高可生化性，因此臭氧投加量相对仅以去除污染物为目的的情况大大减少；而且臭氧催化氧化和紫外/臭氧氧化本身相对于单独臭氧氧化体系产生的羟基自由基量增加、对难降解有机物的去除速率加快，因此对该类废水更具优势。通过臭氧氧化提高可生化性，在通过生化处理降低废水中污染物浓度；而且臭氧氧化后水中富含氧气，后续生化处理的曝气量也降低；通过两级臭氧氧化和生化处理的有机结合使臭氧投加量和曝气量降低、整体能耗降低、对难降解有机物的去除能力增加。综上所述，采用两级不同的臭氧氧化和两级生化处理的结合，是根据碎煤加压气化生化混凝出水的性质确定的优选工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明所述碎煤加压气化废水深度处理系统的示意图；
图中各标号对应的部件为：1-一级过滤提升泵、2-一级过滤装置、3-臭氧催化氧化反应装置、4-1#缓冲水罐、5-一级曝气生物滤池提升泵、6-一级曝气生物滤池系统、7-2#缓冲水罐、8-二级过滤提升泵、9-二级过滤装置、10-紫外/臭氧反应装置(即紫外和臭氧反应装置)、11-3#缓冲水罐、12-二级曝气生物滤池提升泵、13-二级曝气生物滤池系统、14-产品水罐。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明
如图1所示，本发明实施例提供一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，可解决由于碎煤加压气化废水经预处理加生化处理后废水中含有难降解有机物，使出水无法达标排放或回用问题，该系统包括：
一级过滤提升泵、一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池(BAF)提升泵、一级曝气生物滤池系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池提升泵、二级曝气生物滤池系统和产品水罐；其中，
所述一级过滤提升泵设有进水管，用于引入准备处理的碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后的出水，所述一级过滤提升泵的出水端与一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级BAF提升泵、一级BAF系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池(BAF)提升泵、二级曝气生物滤池(BAF)系统、产品水罐顺次连接；
所述产品水罐设有排出处理后出水的出水管。
上述深度处理系统中，臭氧催化氧化反应装置包括：
臭氧催化氧化反应器和臭氧发生器，其中所述臭氧催化氧化反应器内底部设有布水系统和布气系统，中部填充有臭氧催化剂、顶部设有集水系统；所述臭氧发生器为氧气源臭氧发生器，该臭氧发生器与所述臭氧催化氧化反应器内的布气系统连接。
上述深度处理系统中，所述一级曝气生物滤池系统包括：曝气生物滤池，其内设有布水系统和布气系统，并填充有陶粒和/或活性炭载体；所述布水系统与该曝气生物滤池的水管连接；反冲洗泵，经水管路与该曝气生物滤池连接；风机，经气体管路与该曝气生物滤池内的布气系统连接；
所述二级曝气生物滤池系统均包括：曝气生物滤池，其内设有布水系统和布气系统，并填充有陶粒和活性炭载体；所述布水系统与该曝气生物滤池的水管连接；反冲洗泵，经水管路与该曝气生物滤池连接；风机，经气体管路与该曝气生物滤池内的布气系统连接。
上述深度处理系统中，所述紫外/臭氧反应装置包括：紫外和臭氧反应器、紫外控制模块和臭氧发生器；所述紫外和臭氧反应器内设有：布水系统、布气系统和均匀布置的紫外灯管；所述紫外灯管与所述紫外控制模块连接；所述布气系统与所述臭氧发生器连接。
上述深度处理系统中，所述一级过滤装置和二级过滤装置均采用多介质过滤器、砂滤过滤器、纤维过滤器中的任一种，可以有效去除水中的悬浮物。
上述深度处理系统中，所述臭氧催化氧化反应装置与紫外/臭氧反应装置共用一个臭氧发生器。
本发明进一步提供一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，采用上述的深度处理系统，包括以下步骤：
待处理的碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后进入所述深度处理系统，依次进入该深度处理系统的一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级曝气生物滤池系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级曝气生物滤池系统进行处理；其中，分别向所述臭氧催化氧化反应装置和紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体进行氧化反应；分别向所述一级曝气生物滤池系统和二级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应；处理后达标出水外排。
具体的，碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后由一级过滤提升泵打入一级过滤装置，一级过滤装置可采用多介质过滤、砂滤、纤维过滤等过滤器，可以有效去除水中的悬浮物；
一级过滤出水进入臭氧催化氧化反应装置，向臭氧催化氧化反应装置中通入臭氧气体，通入的臭氧投加量为30～150mg臭氧/L废水，进行氧化反应的水力停留时间为10～90min，可以有效去除水中酚类、杂环化合物、多环化合物等难降解有机物，同时提高废水可生化性；
臭氧催化氧化出水进入1#缓冲水罐，通过一级BAF提升泵打入一级BAF系统中，向一级BAF系统中通入空气进行生化反应，通入的空气与进水的体积比0.5～10，进行生化反应的水力停留时间为1～4h，可以有去除水中经臭氧催化氧化后可生化降解的有机物。
一级BAF系统出水进入2#缓冲水罐，通过二级过滤提升泵打入二级过滤装置，二级过滤装置可采用多介质过滤、砂滤、纤维过滤等过滤器，可以有效去除水中的少量悬浮物。
二级过滤出水进入紫外/臭氧反应装置，向紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体，并开启紫外灯进行氧化反应，通入的臭氧投加量为30～150mg臭氧/L废水，紫外/臭氧反应装置的紫外灯功率为0.5～3kW/m3废水，进行氧化反应的水力停留时间为10～90min进行氧化反应，可以有效去除水中经臭氧催化氧化和一级BAF处理后剩余的难降解有机物，同时再次提高废水可生化性；
紫外/臭氧氧化出水进入3#缓冲水罐，通过二级BAF提升泵打入二级BAF系统中，向二级BAF系统中通入空气进行生化反应，通入的空气与进水的体积比为0.5～5，进行生化反应的水力停留时间为1～4h，可以有效去除水中经紫外/臭氧氧化后可生化降解的有机物；
二级BAF系统的出水经产品水罐作为出水达标排放或进一步进行回用处理。
下面结合图1，对采用上述系统对碎煤加压气化废水的深度处理过程，进行具体说明，包括以下步骤：
碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后由一级过滤提升泵打入所述深度处理系统的一级过滤装置，该装置可将混凝出水中剩余的少量悬浮物去除，减少悬浮物对臭氧催化氧化体系臭氧的消耗及其臭氧催化剂的堵塞，提高臭氧催化氧化效率。一级过滤出水进入臭氧催化氧化装置，其内填充的催化剂可以催化臭氧产生羟基自由基，氧化水中难降解有机物，提高废水的可生化性。臭氧催化氧化出水进入1#缓冲水罐，在缓冲水罐内水中残留的臭氧进一步分解，之后由一级BAF提升泵打入一级BAF系统，一级BAF系统由风机鼓入空气进行曝气，经催化臭氧氧化后可生化的有机物在该装置内被载体上附着的微生物降解，由于臭氧氧化出水中富含氧气，曝气量较常规BAF降低。一级BAF出水进入2#缓冲水罐，再由二级过滤提升泵打入二级过滤装置，该装置可去除臭氧氧化后水中产生的少量悬浮物，以降低悬浮物对后续紫外灯管的污染和紫外光穿透性的影响；二级过滤出水进入紫外/臭氧反应装置，在该装置内，紫外光和臭氧、有机污染物反应，一方面光解有机物，另一方面生成自由基进一步氧化难降解有机物，再次提高废水可生化性。紫外/臭氧氧化出水进入3#缓冲水罐，在缓冲水罐内水中残留的臭氧进一步分解，之后由二级BAF提升泵打入二级BAF系统，二级BAF系统由风机鼓入空气进行曝气，经催化臭氧氧化后可生化的有机物在该装置内被载体上附着的微生物降解，由于臭氧氧化出水中富含氧气，曝气量较常规BAF降低。二级BAF出水进入产品水罐，通过出水管排放或进行回用处理。
以下列举实施例来说明本发明的深度处理效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。
实施例1
用本发明的碎煤加压气化废水深度处理系统处理某煤气化废水，处理量为1.0m3/h，温度为30℃；一级过滤装置采用砂滤；臭氧催化氧化装置臭氧投加量为160mg臭氧/L废水，水力停留时间为40min；一级BAF水力停留时间为4h，采用空压机曝气，气水比为6；二级过滤装置采用砂滤；紫外/臭氧反应装置臭氧投加量为100mg臭氧/L废水，水力停留时间为40min，紫外功率为1.68kW；二级BAF水力停留时间为2h，采用空压机曝气，气水比为2。待处理水COD为302mg/L，经臭氧催化氧化处理后COD降为118mg/L，经一级BAF处理后COD降为94mg/L，经紫外/臭氧氧化后COD降为51mg/L，经二级BAF处理后COD降为44mg/L。
实施例2
用本发明的碎煤加压气化废水深度处理系统处理某煤气化废水，处理量为1m3/h，温度为25℃；一级过滤装置采用砂滤；臭氧催化氧化装置臭氧投加量为140mg臭氧/L废水，水力停留时间为1h；一级BAF水力停留时间为3h，采用空压机曝气，气水比为5；二级过滤装置采用砂滤；紫外/臭氧反应装置臭氧投加量为120mg臭氧/L废水，水力停留时间为1h，紫外功率为1.96kW；二级BAF水力停留时间为3h，采用空压机曝气，气水比为2.5。待处理水COD为290mg/L，经臭氧催化氧化处理后COD降为132mg/L，经一级BAF处理后COD降为104mg/L，经紫外/臭氧氧化后COD降为61mg/L，经二级BAF处理后COD降为48mg/L。
本发明的深度处理系统针对碎煤加压气化废水经生化处理后水中含有难降解有机物，可生化性差的特点，充分利用了臭氧催化氧化和紫外/臭氧产生高浓度羟基自由基，可无选择氧化难降解有机物的特点，采用臭氧催化氧化作为一级化学氧化单元，去除难降解有机物并提高废水可生化性；采用曝气生物滤池作为生化处理单元，微生物在填料上富集，可利用臭氧氧化出水中的氧气氧化有机物，减少曝气量；根据一级化学和生化处理出水污染物浓度低、色度低、透光性好的特点，采用紫外/臭氧作为二级化学氧化单元，通过光解和系统产生的羟基自由基再次提高废水可生化性，从而进一步通过曝气生物滤池去除水中经氧化后可生化降解的有机物。两级氧化加生化处理臭氧投加量低、曝气量低、处理效果好、运行费用低、操作简单。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。