一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统及方法

本发明属于工业废水处理，更具体地说，涉及一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统及方法。

背景技术：

1、工业废水的类型多种多样，我国工业废水的排放主要集中在化工、焦化、煤化工、造纸、纺织、印染、电镀、制药、农药、食品加工、冶金等行业。其中化工、制药、农药、焦化、煤化工等行业产生的大量有机物废水通常成分复杂、毒性大。经传统污水处理工艺处理后仍然含有低浓度的难降解毒害有机物，若直接排放将对生态环境造成恶劣影响。

2、针对废水中的有机物，目前常用化学氧化的方式降解，包括芬顿法、臭氧氧化法等高级氧化，但芬顿法易产生大量污泥，造成二次污染。臭氧具有仅次于氟的极强氧化性能，且臭氧可在短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的绿色氧化药剂。例如，申请号cn201811542140.6，申请日2018年12月17日提交的中国发明专利申请公开了一种臭氧氧化处理印染废水的方法，将印染废水置于臭氧氧化接触反应器中，调整ph值至2～11，加入混凝剂除去沉降物，通入臭氧进行氧化；氧化结束后，滤液即可直接返回生产回用或达标外排，实现了对难处理印染废水的有效处理，有机物去除率高，能有效脱除色度和异味，且原料价廉易得，不产生二次污染。但一般的工艺通常采用曝气的方式投加臭氧，而臭氧在水中的溶解度很低，容易溢出水外，造成臭氧利用率低。此外臭氧仅能将大部分大分子有机物氧化成小分子有机物，造成臭氧氧化的矿化率较低。甚至有些大分子有机物经臭氧氧化后会产生比母体物质毒性更高的中间产物。因此需要对臭氧氧化后的出水做进一步处理，实现废水的安全排放。

3、基于以上背景，需要开发一种可提高臭氧利用率，降低臭氧出水毒性，并提高污染物矿化率的深度处理装置和方法，以实现工业废水安全排放。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有臭氧氧化处理废水技术中存在臭氧利用率低、臭氧氧化矿化率低并且处理效果较差的问题，本发明提供一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的装置及方法。通过将微气泡臭氧氧化与生物好氧反应耦合对工业废水进行深度处理，实现废水中难生物降解有机污染物和生物毒性的良好去除，提高出水水质，具有良好的应用前景。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，包括微气泡臭氧反应单元、还原单元和好氧生物反应池，所述微气泡臭氧反应单元包括微气泡臭氧反应池和微气泡发生器，微气泡臭氧反应池内设置有催化剂床层，微气泡臭氧反应池底部设置有进水口和进气口，进水口与进水管相连接，进气口与微气泡发生器相连接；微气泡臭氧反应池顶部设置有出水口和抽吸口，出水口通过管道与还原单元相连接，抽吸口通过抽吸管道与微气泡发生器相连接；并且

6、所述还原单元包括还原池和还原剂储存槽，还原池顶部设置有生物毒性检测器，还原剂储存槽通过还原剂投加管道与还原池相连接，还原剂投加管道上设置有流量控制阀，还原池顶部通过管道与好氧生物反应池底部相连通。

7、优选地，所述微气泡臭氧反应单元还包括尾气处理装置，尾气处理装置通过管道与微气泡臭氧反应池顶部设置的尾气出口相连接。

8、优选地，所述好氧生物反应池出口处管道上设置有出水检测器。

9、优选地，所述好氧生物反应池出口处管道上设置有三通阀，三通阀通过回流管道与微气泡臭氧反应池的进水口相连接。

10、优选地，所述催化剂床层占微气泡臭氧反应池体积的20％～50％。

11、优选地，所述还原池内设置有搅拌器。

12、优选地，所述生物毒性检测器所用的模式生物为发光菌、藻类、大型溞或鱼类胚胎中的一种。

13、本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，采用上述系统进行处理，具体处理步骤包括：

14、s10、将废水送入微气泡臭氧反应池中，在臭氧反应催化剂作用下催化氧化去除降解大分子有机物；同时微气泡发生器从微气泡臭氧反应池顶部抽取废水并且混合臭氧，产生含有微纳米臭氧气泡的气液混合体，将所述气液混合体送入微气泡臭氧反应池中，进行内循环处理；

15、s20、经过微气泡臭氧反应池处理后的废水进入还原池，向还原池内投加还原剂，还原废水中的强氧化性物质，得到还原处理后的废水；

16、s30、将还原处理后的废水从还原池顶部进入好氧生物反应池，进一步进行好氧生物处理，得到处理后的出水。

17、优选地，步骤s10中，所混合的臭氧浓度为80～150g/nm3。

18、优选地，步骤s10中，所述气液混合体中的气液比为3％～15％。

19、优选地，步骤s10中，废水在微气泡臭氧反应池中的停留时间为1.0～2.5h；步骤s20中，废水在还原池中的停留时间为0.5～1.0h。

20、优选地，步骤s10中，所述臭氧反应催化剂为金属氧化物mno2、al2o3、tio2、ceo2、co3o4、ni2o3中的一种或多种，或者所述臭氧反应催化剂为负载型复合催化剂tio2/al2o3、cuo/al2o3、coox/zro2、co/ac、tio2/ac中的一种或多种。

21、优选地，步骤s20中，所述还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。

22、优选地，步骤s20还包括利用生物毒性检测器实时监测还原池中的废水生物毒性，若废水生物毒性高于所设阈值，则通过控制流量控制阀的流量，投加还原剂进入还原池。

23、优选地，所设生物毒性阈值为20％的生物抑制率。

24、优选地，步骤s30中，所述好氧反应池中的溶解氧浓度为3～5mg/l；设计负荷为1～2kg codcr/m3·d。

25、优选地，所述好氧反应池为生物滤床、膜生物反应器或曝气生物滤池中的一种。

26、优选地，本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，还包括步骤s40、检测处理后的出水水质，若水质不达标，则将出水回流至步骤s10进一步处理。

27、3.有益效果

28、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

29、(1)本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，利用臭氧与废水混合破碎，将臭氧微气泡均匀地分散到反应池中，可以有效提高气液两相相界面积，提高氧化效率，并且可以延长臭氧气泡在反应池中的停留时间，提高臭氧利用率；

30、(2)本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，还原池顶部设置有生物毒性检测器，可以有效控制臭氧出水毒性，避免对后续好氧反应池的冲击；

31、(3)本发明的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，能够同时达到去除难降解有机物和毒性削减的目的，并且好氧反应池可以进一步分解臭氧氧化产生的中间产物，提高污染物矿化率，进而提高出水水质。

技术特征：

1.一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，其特征在于：包括微气泡臭氧反应单元(100)、还原单元(200)和好氧生物反应池(300)，所述微气泡臭氧反应单元(100)包括微气泡臭氧反应池(110)和微气泡发生器(120)，微气泡臭氧反应池(110)内设置有催化剂床层(1110)，微气泡臭氧反应池(110)底部设置有进水口(1101)和进气口(1102)，进水口(1101)与进水管相连接，进气口(1102)与微气泡发生器(120)相连接；微气泡臭氧反应池(110)顶部设置有出水口(1103)和抽吸口(1104)，出水口(1103)通过管道与还原单元(200)相连接，抽吸口(1104)通过抽吸管道(1105)与微气泡发生器(120)相连接；并且

2.根据权利要求1所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，其特征在于：所述微气泡臭氧反应单元(100)还包括尾气处理装置(130)，尾气处理装置(130)通过管道与微气泡臭氧反应池(110)顶部设置的尾气出口(1106)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，其特征在于：所述好氧生物反应池(300)出口处管道上设置有出水检测器(310)；或者

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统，其特征在于：所述催化剂床层(1110)占微气泡臭氧反应池(110)体积的20％～50％。

5.一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：采用权利要求1～4中任一项所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的系统进行处理，具体处理步骤包括：

6.根据权利要求5所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：步骤s10中，所混合的臭氧浓度为80～150g/nm3；或者

7.根据权利要求5所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：步骤s10中，废水在微气泡臭氧反应池中的停留时间为1.0～2.5h；步骤s20中，废水在还原池中的停留时间为0.5～1.0h。

8.根据权利要求5所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：步骤s10中，所述臭氧反应催化剂为金属氧化物mno2、al2o3、tio2、ceo2、co3o4、ni2o3中的一种或多种，或者所述臭氧反应催化剂为负载型复合催化剂tio2/al2o3、cuo/al2o3、coox/zro2、co/ac、tio2/ac中的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：步骤s30中，所述好氧反应池中的溶解氧浓度为3～5mg/l；设计负荷为1～2kg codcr/m3·d；或者

10.根据权利要求5～9中任一项所述的一种微气泡臭氧氧化-生化耦合深度处理工业废水毒性的方法，其特征在于：还包括步骤s40、检测处理后的出水水质，若水质不达标，则将出水回流至步骤s10进一步处理。

技术总结
本发明公开了一种微气泡臭氧氧化‑生化耦合深度处理工业废水毒性的系统及方法，属于工业废水处理技术领域。本发明通过将微气泡臭氧氧化与生物好氧反应耦合对工业废水进行深度处理，提高污染物的降解速率和矿化率，降低出水毒性，实现废水中难生物降解有机污染物和生物毒性的良好去除，提高出水水质，具有良好的应用前景。

技术研发人员：李爱民,李秀文,施鹏,张瀛,巫先坤,周庆,双陈冬
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13