一种折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理方法与流程

本发明属于环境工程废水处理领域，涉及一种废水处理技术，特别是一种折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理方法。

背景技术：

臭氧作为一种强氧化物质，具有较高的氧化还原电位，在催化剂诱导作用下可使体系产生羟基自由基以实现难降解污染物开环、断链，进而提高废水可生化性；而曝气生物滤池集微生物处理技术与过滤于一体，可实现颗粒物和污染物的有效截留与生物降解。因此，近年来，有关臭氧氧化联合曝气生物滤池用于污水深度处理应用研究报道较多。

由于臭氧在水中不稳定，且溶解度相对较低，并且水中多余臭氧会对微生物具有杀灭作用，因此，目前关于臭氧氧化联合曝气生物滤池的研究主要集中于如何提高臭氧利用效率和两种技术耦合作用。专利申请号201410389599.2公布了一种内嵌预氧化曝气生物滤池深度处理方法，该种方法功能上类似多级臭氧—曝气生物滤池技术，通过臭氧化空气气提作用，实现废水的多级氧化和生化循环处理，但该种方法臭氧投加量大，接触时间短，臭氧利用率较低，且废水经催化氧化后直接进入生物氧化区容易对微生物产生冲击。此外，尾气中仍含有大量臭氧需进行尾气处理后排放，容易造成二次污染，而尾气中大量高浓度氧气直接排放，不利于提高装置利用效率和降低运行成本。专利申请号201810471649.x公开了一种紫外臭氧联用式曝气生物滤池装置及采用该装置进行污水处理的方法，该方法通过紫外强化臭氧催化氧化，并将臭氧接触反应池尾气直接引至曝气生物滤池好氧区以利用含氧尾气，该种方法一定程度上提高了臭氧利用率，并通过尾气再利用，节约了成本和能耗，但该专利技术仍存在一些明显缺陷：(1)采用常压传统接触池，臭氧投加量大，利用效率低；(2)臭氧与废水接触时间短，臭氧溶解效率低；(3)废水中残余臭氧容易对后续微生物产生冲击作用；(4)尾气中臭氧直接应用于生物曝气将对微生物产生较强冲击，降低生化降解效率。

技术实现要素：

为克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理方法。本发明通过臭氧预氧化单元中预氧化塔带压折流运行，一方面提高了臭氧溶解度，降低臭氧投加量；另一方面延长了臭氧与废水接触时间，增大气液混合效率，有利于提高臭氧利用效率；通过尾气处理塔和多级串联式生物过滤塔实现了污染物的协同去除和尾气中高浓度氧气的再利用，避免废水和尾气中臭氧对生物单元造成冲击，实现系统高效稳定运行。

本发明提出一种折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理方法，该方法采用臭氧氧化及尾气利用技术与生物滤池结合用于废水深度处理，主要工艺流程如下：1)废水与臭氧经增压型射流式混合器混合后进入臭氧预氧化单元，通过对难降解有毒有害物质开环、断链等，完成废水预氧化过程；2)臭氧预氧化单元出水进入尾气处理塔进行气水分离，并完成废水和尾气中残余臭氧分解破坏；3)尾气处理塔出水由管道增压泵高速泵入文丘里喷射器，使喉管处产生负压并将气水分离塔尾气吸入，通过高速雾化后进入生物处理单元，最终实现废水中污染物的生物降解；

其中，所述的臭氧预氧化单元由若干预氧化塔通过折流串联构成，串联组数≥2，具体根据废水水质而定，预氧化塔分别装填有多孔性惰性填料和活性催化剂以保证反应塔内气水分布均匀和污染物催化降解效率，臭氧预氧化单元末端设置有调压阀；

所述的尾气处理塔下部设置有活性炭滤料层，上部设置有尾气破坏滤料层，顶部设有自动调压阀，尾气处理塔微负压运行，运行压力控制在-0.1kpa～-0.3kpa之间；

所述的生物处理单元由若干生物过滤塔通过折流串联构成，串联组数≥2，具体根据废水水质而定，生物过滤塔所需氧气由臭氧预氧化单元尾气经尾气处理塔处理后提供。

根据本发明中的方法，其中：所述的臭氧预氧化单元、尾气处理塔和生物处理单元水力停留时间优选分别为15～20min、1.5～2h和2～4h。

根据本发明中的方法，其中：所述的预氧化塔为密闭式带压反应塔，预氧化塔ⅰ中压力控制在0.2～0.4mpa，预氧化塔中压力随串联组数增加而增大，通过调压阀可控制预氧化塔运行压力。

根据本发明中的方法，其中优选：所述的尾气破坏滤料层由陶粒和锰砂混合滤料装填而成，陶粒和锰砂体积配比为1:2，混合滤料粒径为4～6mm。

根据本发明中的方法，其中优选：所述的生物过滤塔为密闭式生物反应器，生物过滤塔内装填有多孔性生物填料，包括火山岩、生物活性炭和陶粒。

根据本发明中的方法，其中优选：所述的臭氧由氧气源或富氧源臭氧发生器制取，臭氧投加量为15～20mg/l。

与现有技术相比，本发明有如下技术特点：

1、本发明预氧化塔和生物过滤塔均为密闭式反应器，且均通过折流串联构成，该种构造和连接方式促使反应塔内形成较大静液压力，且压力随着串联级数增加而增大，这有利于增大臭氧和氧的溶解度，提高臭氧和生物供气效率。不仅如此，预氧化塔和生物过滤塔通过折流串联能够促进气液在折流管中形成“活塞流”以强化气液混合和传质作用，进一步提高臭氧和氧的利用效率。

2、本发明通过臭氧预氧化实现难降解污染物开环、断链，使大分子有机物转变为小分子物质，再通过生物滤池实现小分子物质彻底降解与矿化，最终实现了两种技术对于污染物去除的耦合与协同作用，显著降低臭氧投加量，降低处理成本。

3、本发明通过尾气处理塔中活性炭滤料对废水中大分子物质和残余臭氧的吸附作用，在活性炭内部形成“污染物-臭氧”高浓度反应区，在活性炭催化作用下，实现污染物进一步降解，同时避免废水中残余臭氧对生物单元的冲击作用；通过尾气破坏滤料层实现对尾气中残余臭氧快速催化降解为氧气，避免尾气中臭氧对生物单元的冲击作用，从而最大限度地保证系统稳定运行。

4、本发明通过文丘里喷射器吸入臭氧预氧化单元尾气，实现了尾气中高浓度氧气利用，提高了系统运行效率，有利于节省能耗，同时避免了尾气中臭氧造成二次污染。

5、本发明生物过滤塔供氧所采用的尾气中含有高浓度氧气，氧气浓度显著高于传统空气中含氧量，这有利于提高生物单元有机负荷，提高生物降解效率。

附图说明

附图1是本发明一种折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理方法的工艺流程图。

其中1为臭氧发生器；2为增压型射流式混合器；3为臭氧预氧化单元；4为尾气处理塔；5为管道增压泵；6为文丘里喷射器；7为生物处理单元；8为预氧化塔；9为多孔性惰性填料；10为多孔性活性催化剂；11为调压阀；12为活性炭滤料层；13为尾气破坏滤料层；14为自动调压阀；15为喉管；16为生物过滤塔；17为多孔性生物填料

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图1对本发明作进一步描述。

结合附图1对本发明所述的折流式臭氧预氧化联合生物滤池深度处理废水的工作方法进行如下描述：废水与氧气源或富氧源臭氧发生器1产生臭氧经增压型射流式混合器2混合后进入臭氧预氧化单元3，其中，臭氧预氧化单元3由若干密闭式带压预氧化塔8通过折流串联而成，串联组数≥2(图中为2组)，具体根据水质而定，臭氧预氧化单元3末端设置有调压阀11，通过调压阀11可控制预氧化塔8中运行压力，一般预氧化塔ⅰ中压力控制在0.2～0.4mpa之间，臭氧预氧化单元中总水力停留时间控制在15～20min，臭氧投加量为15～20mg/l，通过臭氧预氧化作用，废水中难降解有毒有害物质实现开环、断链，提高了废水可生化性；臭氧预氧化单元3气水混合物进入尾气处理塔4实现气水分离，尾气处理塔4下部和上部分别设置有活性炭滤料层和尾气破坏滤料层(陶粒和锰砂体积配比为1:2，混合滤料粒径为4～6mm)，用以出去废水和尾气中残余臭氧，尾气分离塔4出水通过管道增压泵5高速泵入文丘里喷射器6，喉管15产生负压将尾气处理塔尾气吸入，通过高速雾化混合共同进入生物处理单元7最终完成废水生物降解，生物处理单元7有若干生物过滤塔16通过折流串联而成，串联组数≥2，具体串联组数根据水质而定(附图1中为2组)，生物过滤塔16内装填有多孔性生物填料，包括火山岩、生物活性炭和陶粒，实施例采用陶粒。废水在生物处理单元7中总水力停留时间控制在2～4小时。

实施例一：

陕西某石化企业炼化污水经处理后采用双膜系统进行污水回用，其中，反渗透浓水产生量约为1200m³/d，反渗透浓水中含有大量难降解物质，公司目前采用臭氧催化氧化工艺进行处理，臭氧投加量在60～80mg/l之间，臭氧消耗量较大，成本较高，且出水水质波动较大，难以满足地方排放标准cod≤50mg/l，公司拟对现有工艺进行升级改造，以实现降本增效，满足实际生产需要。采用本发明折流式臭氧预氧化联合生物滤池工艺对现场反渗透浓水进行了现场深度处理中试试验，中试规模为24m³/d。反渗透浓水在臭氧预氧化单元、稳定塔和生物处理单元中水力停留时间分别控制在15min、1.5h和3h，臭氧预氧化单元采用二级预氧化塔串联，生物处理单元采用两级生物过滤塔串联，采用富氧源臭氧发生器，臭氧投加量为18mg/l。

现场中试试验期间，进水cod为95～149mg/l，氨氮为8～22mg/l，经本发明方法处理后，出水cod在39～48mg/l之间，氨氮浓度＜5mg/l，满足地方排放标准要求，且臭氧投加量显著降低，节约了运行成本。

实施例二：

海南省某化工企业化学合成废水，日处理量为8600m³/d，目前，采用厌氧水解酸化+氧化沟+曝气生物滤池工艺进行废水处理，但因废水中含有大量酚类和萘环类物质，造成废水末端工艺不稳定，出水波动性较大，企业拟对现有曝气生物滤池工艺进行升级改造，以提高出水水质和出水稳定性。采用本发明折流式臭氧预氧化联合生物滤池进行深度处理，开展了50l/h规模小试试验。废水在臭氧预氧化单元、稳定塔和生物处理单元中水力停留时间分别控制在20min、2h和3.5h，臭氧预氧化单元采用二级预氧化塔串联，生物处理单元采用三级生物过滤塔串联，采用富氧源臭氧发生器，臭氧投加量控制在20mg/l。

废水进水cod平均为92mg/l，经本发明方法处理后，出水cod在37～46mg/l，平均为43mg/l，cod平均去除率约为53.3％，出水最终满足企业排放要求。