基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置的制作方法

本发明涉及废水深度处理技术领域，具体涉及一种基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置。

背景技术：

随着环境保护标准的不断提高，在现代工业废水处理工艺流程中，很多工业废水经二级生物处理后不能达到排放标准，必须进行进一步的深度处理，例如，造纸废水中因含有一定浓度的木素降解产物，经二级生物处理后仍然含有较高浓度的有机污染物，不能达到国家的排放标准，必须进行进一步的处理，以减轻对环境的影响。

fenton氧化技术是当前降解去除废水中难降解有机物的有效途径之一，首先在酸性条件下亚铁离子催化过氧化氢分解产生羟基自由基，通过羟基自由基氧化降解、矿化废水中的有机污染物；然后调节反应体系的ph值至中、碱性，铁离子生成铁盐沉淀絮体，通过吸附、混凝、沉淀的方式去除废水中的有机污染物、悬浮物和其他污染物。但是fenton氧化技术存在着化学品用量大、处理成本高的问题，且处理过程中产生了大量的含铁化学污泥，成为fenton氧化技术进一步推广应用的障碍。另一方面，非过程离子是工业废水循环回用的另一个障碍，需要寻找一种分离去除废水中可溶性离子、有机物、细菌、胶体粒子、微粒及其他污染物的有效方法，使废水达到回用水的要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置，本发明增强了对废水中难降解有机污染物的降解去除效果，显著降低了处理成本，有效提高了废水深度处理的效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置，包括：集水池、臭氧反应器、均衡调节池、第一水泵、第二水泵、第三水泵和序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器；

所述集水池的出水口通过第一水泵与臭氧反应器的进水口连接，所述臭氧反应器的出水口通过第二水泵与均衡调节池的进水口连接，所述均衡调节池的出水口通过第三水泵与序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器进水口连接。

作为优选的技术方案，所述序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器设有：进水口、支撑板、生物载体床、限位板、布水系统、布气系统、布水器、曝气系统、第一鼓风机、第二鼓风机、循环进水泵和循环出水口；

所述进水口与第三水泵的出水口连接，所述生物载体床设置在支撑板上，所述生物载体床设置有生物载体，生物载体床与限位板的间隔形成膨胀空间，所述布气系统与第一鼓风机连接，所述布水器安装在支撑板上，所述曝气系统与第二鼓风机连接，所述循环出水口与循环进水泵的进水口连接，所述布水系统与循环进水泵的出水口连接。

作为优选的技术方案，所述膨胀空间的容积设置为生物载体床容积的1/50-1/20。

作为优选的技术方案，所述生物载体内圈设有颗粒污泥，外圈设有生物膜，内圈内设有分隔条。

作为优选的技术方案，所述生物载体采用密度小于1g/cm³、比表面积大于500m²/m³和孔隙率介于60％和85％之间的中空颗粒填料。

作为优选的技术方案，所述支撑板采用多孔板，所述支撑板的通孔上均匀分布设置布水器，废水经布水器后沿水流垂直的截面均匀分布并通过生物膜颗粒污泥反应区，所述生物膜颗粒污泥反应区设有生物载体，所述限位板采用多孔板，废水经限位板上的通孔从生物膜颗粒污泥反应区进入循环回流区，限位板上的通孔尺寸小于所述生物载体的尺寸。

作为优选的技术方案，所述序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器还设有循环曝气池和出水槽，所述出水槽设置有循环回流口，所述循环回流口与循环曝气池连接，所述曝气系统设置在循环曝气池内，所述循环出水口设置在循环曝气池上。

作为优选的技术方案，还设置有废水回用处理装置，包括：第一水池、第二水池、第三水池、第四水泵、第五水泵、第六水泵、多介质过滤器、超滤膜系统和反渗透系统；

所述序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器设置有排水口，所述排水口与第一水池的进水口连接，所述第一水池的出水口通过第四水泵与多介质过滤器的进水口连接，所述多介质过滤器的出水口与第二水池的进水口连接，所述第二水池的出水口通过第五水泵与超滤膜系统的进水口连接，所述超滤膜系统的出水口与第三水池的进水口连接，所述第三水池的出水口通过第六水泵与反渗透系统连接。

作为优选的技术方案，所述第三水池设置有搅拌装置、阻垢剂和抗氧化剂投入口，所述超滤膜处理系统和反渗透膜处理系统均设置有清洗液入口。

作为优选的技术方案，所述集水池设有催化剂投入口，所述均衡调节池设有营养盐和碱液投入口，所述集水池和均衡调节池均设置有搅拌装置，所述臭氧反应器设置有气体分散器和臭氧破坏器，所述气体分散器设置在臭氧反应器底部并与气体入口连接，所述臭氧破坏器设置在臭氧反应器尾气出口。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明利用臭氧催化氧化和生物膜颗粒污泥反应器生物处理的协同效应，大大增强了对废水中难降解有机污染物的降解去除效果，显著降低了处理成本，有效提高了废水深度处理的效率。

(2)本发明的序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器污泥浓度高，生物膜颗粒污泥反应器生物载体床污泥浓度(tss)达到20-45g/l，高于目前常用的活性污泥法和生物膜法的污泥浓度，保证废水处理获得良好的效果。

(3)本发明的生物载体内圈设有颗粒污泥，外圈设有生物膜，内圈内设有分隔条，颗粒污泥的形成是反应器具有高污泥浓度的主要原因，反应器中高浓度的颗粒污泥和生物膜保证了良好的废水处理效果。

(4)本发明将生物处理的曝气系统设置在单独的循环曝气池中，解决了生物处理系统普遍存在的曝气系统容易堵塞的问题，且曝气系统维护方便，同时，循环曝气池具有稀释、均衡水质的作用，有利于提高废水处理效率。

(5)本发明的序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器简洁紧凑、高效灵活、适应性强。

(6)本发明的序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器设置了膨胀空间，使废水处理过程中生物载体床中的生物载体处于微膨胀化状态，有利于废水在生物膜颗粒污泥反应区的均匀分布，受到均匀的处理，有效提高了废水处理的效率。

附图说明

图1为本实施例1的基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置结构示意图；

图2为图1中i处生物载体床的局部放大图；

图3为本实施例1的生物载体结构示意图；

图4为本实施例2的废水回用处理装置结构示意图；

图5为本实施例3的生物膜颗粒污泥反应器的结构示意图。

其中，1-生物膜颗粒污泥反应器，2-循环曝气池，3-反冲洗排水口，4-第一鼓风机，5-布气系统，6-布水系统，7-支撑板，8-布水器，9-生物载体床，10-排水口，11-膨胀空间，12-限位板，13-出水槽，14-循环回流口，15-循环进水泵，16-进水口，17-第二鼓风机，18-曝气系统，19-管道，20-循环出水口，21-集水池，22-第一水泵，23-臭氧反应器，24-气体分散器，25-臭氧破坏器，26-第二水泵，27-均衡调节池，28-第三水泵，29-颗粒污泥，30-生物膜，31-第一水池，32-第四水泵，33-多介质过滤器，34-第二水池，35-第五水泵，36-超滤膜系统，37-第三水池，38-第六水泵，39-反渗透膜系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置，包括：集水池21、臭氧反应器23、均衡调节池27和序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器，序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器包括生物膜颗粒污泥反应器1和循环曝气池2；

在本实施例中，集水池21的出水口通过第一水泵22与臭氧反应器23的进水口连接，臭氧反应器23的出水口通过第二水泵26与均衡调节池27的进水口连接，臭氧反应器23设置有气体分散器24，在尾气管道上设有臭氧破坏器25；

在本实施例中，集水池和均衡调节池均设置有搅拌装置，均衡调节池27的出水口通过第三水泵28与循环曝气池2的进水口16连接；

在本实施例中，生物膜颗粒污泥反应器1沿废水流动方向设置有布水布气区a、生物膜颗粒污泥反应区b和循环回流区c；布水布气区a设有布水系统6、布气系统5、安装在支撑板7上的布水器8，所述布气系统5通过管道和第一鼓风机4连接；所述生物膜颗粒污泥反应区b包括支撑板7、设置在支撑板7上面的生物载体床9、限位板12、位于生物载体床9与限位板12之间的膨胀空间11；所述循环回流区c设置有出水槽13，出水槽13设置有循环回流口14，循环回流口14通过管道19与循环曝气池2连接；

在本实施例中，支撑板7采用多孔板，支撑板7的通孔上设置布水器8，使废水沿水流垂直的截面均匀分布并通过生物膜颗粒污泥反应区；限位板12采用多孔板，废水经限位板12上的通孔从生物膜颗粒污泥反应区进入循环回流区，限位板12上的通孔尺寸小于生物膜颗粒污泥反应区中的生物载体的尺寸；

在本实施例中，循环曝气池2设置有曝气系统18和循环出水口20，曝气系统18通过管道和第二鼓风机17连接，循环出水口20通过管道与循环进水泵15的进水口连接，循环进水泵15的出水口与布水系统6连接；

在本实施例中，生物膜颗粒污泥反应器1上还设置有反冲洗排水口3；循环曝气池2上还设置有进水口16和排水口10，循环曝气池2设置的进水口16通过管道与第三水泵28的出水口连接；

在本实施例中，膨胀空间11的最小容积为0，膨胀空间11的最大容积是生物载体床9容积的1/10；本实施例膨胀空间11的容积优选设置为生物载体床9容积的1/50-1/20；

在本实施例中，废水通过生物载体床9时维持一定的流速，使生物载体床9中的生物载体处于微膨胀化状态，生物载体膨胀可以充满包括生物载体床9和膨胀空间11的整个空间，优选流速为1.5-15mm/s，生物载体采用密度小于1g/cm3、比表面积大于500m²/m³和孔隙率介于60％和85％之间的中空颗粒填料。

如图2所示，生物载体在废水处理过程中处于微膨胀化状态，无规律分布在生物膜颗粒污泥反应区b内；如图3所示，生物载体内圈设有颗粒污泥29，外圈形成生物膜30，内圈内设有分隔条，反应器同时形成了颗粒污泥和生物膜，颗粒污泥和生物膜同时存在好氧、兼氧和厌氧微生物群落；当反应器污泥驯化完成后，生物载体中产生了颗粒污泥，而载体表面形成了生物膜，颗粒污泥的形成是反应器具有高污泥浓度的主要原因，反应器中高浓度的颗粒污泥和生物膜保证了良好的废水处理效果。

本实施例基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置的废水深度处理方法为：

s1：臭氧预氧化处理：

向集水池21中加入过氧化氢作为臭氧催化剂，并启动集水池21的搅拌装置搅拌均匀，接着集水池21中的二级生物处理出水(投加催化剂的废水)通过第一水泵22进入臭氧反应器23，到达一定液位后停止进水；接着，来自臭氧发生系统的臭氧/氧气混合气体通过气体分散器24分散进入臭氧反应器23，对臭氧反应器23中的废水进行臭氧预氧化处理，臭氧氧化处理20min后，停止向臭氧反应器23供应臭氧/氧气混合气体；

在本实施例中，过氧化氢的投加量为0.20mmol/l，废水采用造纸涂布废水二级生物处理出水，废水cod为147mg/l，色度为67c.u.，ss为41mg/l，臭氧投加量为120mg/l，催化臭氧氧化处理20min后，停止向臭氧反应器23供应臭氧/氧气混合气体；

s2：废水的均衡调节：

经过臭氧预氧化处理的废水通过第二水泵26进入均衡调节池27，同时向均衡调节池27加入生物处理所需补充的营养盐和碱液，并通过搅拌装置混合均匀；

s3：均衡调节池27的废水进行生物化学氧化处理：

1)进水

均衡调节池27中的废水通过第三水泵28从进水口16进入循环曝气池2，同时启动循环进水泵15，循环曝气池2中的废水通过循环出水口20经循环进水泵15输送到布水系统6，进入生物膜颗粒污泥反应器1，当生物膜颗粒污泥反应器1充满废水且循环曝气池2中废水到达一定水位后停止进水；

2)废水的处理和循环

进水完成后，启动第二鼓风机17通过曝气系统18对循环曝气池2中的废水进行曝气；

循环曝气池2中的废水通过循环出水口20经循环进水泵15输送到生物膜颗粒污泥反应器1的布水布气区a的布水系统6，进入布水布气区a，布水布气区a的废水通过支撑板7上的布水器8，进入生物膜颗粒污泥反应区b的生物载体床9；废水在生物载体床9进行生物化学氧化处理，然后通过限位板12进入循环回流区c；

循环回流区c中的废水通过设置在出水槽13的循环回流口14后经管道19进入循环曝气池2，循环曝气池2中的废水再次经循环进水泵15依次通过生物膜颗粒污泥反应器1的布水布气区a、生物膜颗粒污泥反应区b和循环回流区c，进行废水的处理和循环；

在本实施例中，生物膜颗粒污泥反应器1的膨胀空间11的容积设置为生物载体床9容积的1/20，废水在生物载体床的流速为15mm/s，废水一个处理周期为6h，其中曝气运行时间为4h，缺氧运行时间为1h，曝气运行时生物膜颗粒污泥反应区b溶解氧浓度为4-5mg/l；

在本实施例中，废水的处理和循环过程中，停止第二鼓风机17向循环曝气池2供气一段时间，使废水在缺氧状态下处理和循环；

3)排水

废水在处理一定时间后，停止循环进水泵15和第二鼓风机17运行，通过排水口10将生物膜颗粒污泥反应器1和循环曝气池2中占废水总量的30％的水排出反应器，经处理后废水cod、ss和色度分别为67mg/l、12mg/l和15c.u.。

在本实施例中，处理废水一段时间后，可以通过第一鼓风机4和布气系统5对生物载体进行反冲洗，通过反冲洗排水口3将反冲洗后的废水排出反应器。

在本实施例中，通过改变废水特性、膨胀空间11的容积、废水在生物载体床的流速、曝气运行时间和缺氧运行时间等参数，可以得到不同的废水处理效果，具体如下所述：

需处理废水的cod为165mg/l，色度为90c.u.，ss为31mg/l，以废水体积计，过氧化氢加入量为0.2mmol/l，臭氧投加量为120mg/l，处理时间为20min；生物膜颗粒污泥反应器1的膨胀空间11的容积为生物载体床9容积的1/40，废水在生物载体床的流速为8mm/s，废水一个处理周期为6h，其中曝气运行时间为4h，缺氧运行时间为1h，曝气运行时生物膜颗粒污泥反应区b溶解氧浓度为4-5mg/l，经处理后废水cod、ss和色度分别为52mg/l、14mg/l和18c.u.；

需处理废水的cod为165mg/l，色度为90c.u.，ss为31mg/l，以废水体积计，过氧化氢加入量为0.2mmol/l，臭氧投加量为120mg/l，处理时间为20min；生物膜颗粒污泥反应器1的膨胀空间11的容积为生物载体床9容积的1/50，废水在生物载体床的流速为1.5mm/s，废水一个处理周期为6h，其中曝气运行时间为4.5h，缺氧运行时间为0.5h，曝气运行时生物膜颗粒污泥反应区b溶解氧浓度为4-5mg/l，经处理后废水cod、ss和色度分别为42mg/l、10mg/l和12c.u.。

本实施例中废水首先通过臭氧/催化臭氧预氧化，显著改善二级生物处理出水中难降解污染物的生物降解性，然后废水进行生物处理，通过生物化学氧化进一步降解去除废水中的污染物，本实施例采用具有污泥浓度高、污泥产率低等优点的序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器，大大提高了废水生物处理的效率，同时减少了处理成本。

实施例2

本实施例2的技术方案除了下述技术特征外，其它技术方案与实施例1相同：

本实施例提供一种基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置，在序批式生物膜颗粒污泥膨胀床反应器的排水口还连接有废水回用处理装置，经过废水回用处理装置的处理，能进一步去除废水中的非过程离子和其他污染物，使废水达到回用水的要求；

如图4所示，在本实施例中，废水回用处理装置包括：第一水池，多介质过滤器、第二水池、超滤膜系统、第三水池和反渗透系统，第三水池37设置有搅拌装置，超滤膜处理系统36和反渗透膜处理系统39均设置有清洗系统，采用酸、碱、杀菌剂等进行定期清洗。

在本实施例中，循环曝气池2设置的排水口10通过管道与第一水池31连接，多介质过滤器33设置有进水口和排水口；多介质过滤器33设置的进水口通过管道与第四水泵32的出水口连接，第四水泵32的进水口通过管道与第一水池31连接，多介质过滤器33设置的排水口通过管道与第二水池34连接；

在本实施例中，第二水池34通过管道与第五水泵35的进水口连接，所述第五水泵35的出水口通过管道与超滤膜系统36的进水口连接，所述超滤膜系统36的滤过液出水口通过管道与第三水池37连接；

在本实施例中，第三水池37通过管道与第六水泵38的进水口连接，所述第六水泵38的出水口通过管道与反渗透膜系统39的进水口连接，所述反渗透膜系统39的滤过液送回用水池，回用于生产过程；

本实施例基于臭氧和生物膜颗粒污泥反应器的废水深度处理装置的废水处理方法为：

s1：臭氧预氧化处理；

s2：废水的均衡调节：经臭氧预氧化处理的废水进入均衡调节池27，同时向均衡调节池27加入生物处理所需补充的营养物和碱液，并通过搅拌混合均匀；

s3：均衡调节池27的废水进行生物化学氧化处理；

s4：多介质过滤：第一水池31中的废水通过第四水泵32输送进入多介质过滤器33，经多介质过滤器33处理后的废水进入第二水池34；

s5：超滤膜处理：第二水池34中的废水通过第五水泵35输送进入超滤膜系统36，经超滤膜系统36处理的滤过液进入第三水池37，超滤膜处理系统36的浓液送回集水池21，和二级生物处理出水混合进行深度处理；

s6：反渗透膜处理：第三水池37中的废水与投加的阻垢剂和抗氧化剂混合均匀后，通过第六水泵38输送进入反渗透膜系统39，经反渗透膜系统39处理的滤过液送回用水池，回用于生产过程，反渗透膜处理系统39的浓液送到反渗透浓液处理系统，经处理后达标排放，经反渗透膜处理后滤过液cod、ss和色度分别为12mg/l、3mg/l和0c.u.。

在本实施例中，通过改变过氧化氢加入量、臭氧投加量、生物膜颗粒污泥反应器膨胀空间的容积、废水在生物载体床的流速、曝气运行时间和缺氧运行时间等参数，可以得到不同的废水处理效果，具体如下所述：

废水cod为115mg/l，色度为25c.u.，ss为28mg/l，以废水体积计，过氧化氢加入量为0.35mmol/l，臭氧投加量为120mg/l，处理时间为20min，生物膜颗粒污泥反应器1的膨胀空间11的容积为生物载体床9容积的1/50，废水在生物载体床的流速为1.5mm/s，废水一个处理周期为6h，其中曝气运行时间为4.5h，缺氧运行时间为0.5h，曝气运行时生物膜颗粒污泥反应区b溶解氧浓度为4-5mg/l，经处理后反渗透膜滤过液cod、ss和色度分别为7mg/l、1mg/l和0c.u.；

废水cod为165mg/l，色度为90c.u.，ss为31mg/l，以废水体积计，过氧化氢加入量为0.5mmol/l，臭氧投加量为180mg/l，处理时间为20min，生物膜颗粒污泥反应器1的膨胀空间11的容积为生物载体床9容积的1/40，废水在生物载体床的流速为8mm/s，废水一个处理周期为6h，其中曝气运行时间为4h，缺氧运行时间为1h，曝气运行时生物膜颗粒污泥反应区b溶解氧浓度为4-5mg/l，经处理后反渗透膜滤过液cod、ss和色度分别为15mg/l、4mg/l和0c.u.。

在本实施例中，废水首先通过臭氧/催化臭氧预氧化，显著改善二级生物处理出水中难降解污染物的生物降解性，然后废水进行生物处理，通过生物化学氧化进一步降解去除废水中的有机污染物，接着，废水经过多介质过滤器、超滤膜系统和反渗透膜系统的处理，进一步去除废水中的非过程离子和其他污染物，使废水达到回用水的要求。

实施例3

本实施例3的技术方案除了下述技术特征外，其它技术方案与实施例1相同：

如图5所示，生物膜颗粒污泥反应器也可以采用一体式结构，并且将曝气系统单独设置在循环回流区c，也能达到方便维护的目的。

本实施例的生物膜颗粒污泥反应器沿废水处理流向上依次设置有布水布气区、生物膜颗粒污泥反应区和循环回流区；

其中，生物膜颗粒污泥反应区包括支撑板7、生物载体床9、限位板12和膨胀空间11，生物载体床9设置在支撑板7上，生物载体床9与限位板12的间隔形成膨胀空间11；布水布气区设置有布水系统6、布气系统5、布水器8和第一鼓风机4，布气系统5与第一鼓风机4连接，布水器8安装在支撑板7上；循环回流区设置有曝气系统18、第二鼓风机17、循环进水泵15和循环出水口20，循环出水口20与循环进水泵15的进水口连接，布水系统6与循环进水泵15的出水口连接，曝气系统18与第二鼓风机17连接。

本实施例的生物膜颗粒污泥反应器上还设置有进水口16、排水口10和反冲洗排水口3，本实施例进水口16设在循环回流区c，进水口16与第三水泵28连接，排水口设在生物膜颗粒污泥反应区b，反冲洗排水口设在布水布气区a。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。