申請日2017.09.27

　　公開(公告)日2018.02.16

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的廢水處理集成裝置及其方法。所述廢水處理集成裝置包括氣液混合器、復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置、能量場發(fā)生裝置和臭氧發(fā)生器。所述廢水處理集成裝置有效提高臭氧利用效率、氧氣利用率、污染物的降解效率、系統(tǒng)抗沖擊能力以及出水水質(zhì)，并降低投資和處理成本。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的廢水處理集成裝置，其特征在于，包括氣液混合器、復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置、能量場發(fā)生裝置和臭氧發(fā)生器;

　　所述氣液混合器的混合氣體進(jìn)口連接臭氧發(fā)生器;

　　所述氣液混合器的液體出口連接所述復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置的進(jìn)水口;

　　所述復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置包括下端的復(fù)合催化氧化裝置和上端的生物濾池裝置;其中，所述復(fù)合催化氧化裝置中的氣體分布器與臭氧發(fā)生器連接;所述復(fù)合催化氧化裝置中的催化劑填充層設(shè)有能量場出入口，與能量場發(fā)生裝置連接;

　　所述能量場發(fā)生裝置同時發(fā)生超聲波和微波。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理集成裝置，其特征在于，所述氣液混合器包括廢水進(jìn)口、混合氣體進(jìn)口、雙氧水進(jìn)口、進(jìn)氣閥、進(jìn)氣流量計、自吸式溶氣泵、溶氣罐、出水壓力表;

　　其中，所述雙氧水進(jìn)口連接雙氧水加藥泵，所述雙氧水加藥泵連接雙氧水儲罐;所述的廢水進(jìn)口連接至進(jìn)水箱。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢水處理集成裝置，其特征在于，所述的復(fù)合催化氧化裝置內(nèi)自下而上設(shè)置有：進(jìn)水口、排水口、反沖洗進(jìn)水口、液體分布器、氣體分布器、催化劑支撐層、催化劑排放口、催化劑填充層、催化劑填充口。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的廢水處理集成裝置，其特征在于，所述的生物濾池裝置自下而上設(shè)置有：氣體再分布器、生物濾料支撐層、生物濾料排放口、生物填料填充層、生物濾料添加口、出水堰、出水口和尾氣排放口;

　　其中，所述的出水口通過管路分別與出水箱和反沖洗出水箱連接，在連接管路上分別設(shè)置出水閥和反沖洗出水閥;所述的尾氣排放口通過管路連接增壓氣泵的進(jìn)氣口，所述增壓氣泵的出氣口通過管路與氣體再分布器連接;所述增壓氣泵的出氣口另通過管路在和大氣連通;

　　優(yōu)選地，所述生物濾料為生物陶粒，其粒徑為3～5mm。

　　5.一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的廢水處理集成方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　(1)將待處理的廢水、臭氧和氧氣的混合氣體、雙氧水通入氣液混合器中進(jìn)行氣液混合并在廢水中形成大量的微納米氣泡、溶解氧和溶解臭氧;

　　(2)離開氣液混合器的廢水通入復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置進(jìn)行處理;

　　其中，在催化劑和能量場共同作用下，復(fù)合催化氧化裝置中的溶解氧進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為臭氧，溶解臭氧、雙氧水進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為羥基自由基，廢水中難降解污染物氧化分解為水和二氧化碳或者轉(zhuǎn)化成易生物降解的小分子有機物;

　　所得小分子有機物進(jìn)入生物濾池裝置中經(jīng)生物濾料上的生物菌群進(jìn)一步降解，出水經(jīng)出水堰收集后經(jīng)出水口排出;而尾氣排放口的氣體一部分排空，另一部分增壓后返回至生物濾池裝置中，進(jìn)一步被生物氧化利用。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理集成方法，其特征在于，步驟(1)中，所述廢水的COD為50～1000mg/L，優(yōu)選為50～500mg/L;pH=7.5-8.5。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理集成方法，其特征在于，步驟(1)中，所述混合氣體中臭氧濃度100～150mg/L。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理集成方法，其特征在于，步驟(1)中，以單位為m3/h計，所述混合氣體和廢水的流量比例為1/20～1/10，所述雙氧水和廢水的流量比例為1/20000～1/1000。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理集成方法，其特征在于，步驟(2)中，相對于每小時1立方廢水的流量，所述能量場發(fā)生裝置的功率為60～600W，優(yōu)選為60-120W。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理集成方法，其特征在于，步驟(2)中，根據(jù)出水效果，所述生物濾池裝置BF的尾氣直接排放或通過增壓返回至氣體再分布器，返回比例不超過體積的80%;優(yōu)選地，生物濾池裝置進(jìn)行氣體反沖洗時，增壓氣泵將回流氣體通入氣體再分布器，通氣量與廢水的流量比例為5～2:1，反沖洗周期為5～10d;

　　所述復(fù)合催化氧化裝置的氣體分布器通入混合氣體與廢水的流量比例為1/10～1/2;優(yōu)選地，復(fù)合催化氧化裝置反沖洗時，反沖洗水泵將出水箱中的廢水打入COX反沖洗進(jìn)水口，反沖洗水量與正常出水的流量比例為5～2:1，反沖洗周期為10～20d。

　　說明書

　　一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池廢水處理集成裝置及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種難降解廢水的復(fù)合催化氧化耦合生物濾池處理方法及處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　隨著近代工業(yè)，尤其是煤化工、石油化工、精細(xì)化工、紡織印染、醫(yī)藥農(nóng)藥、制漿造紙等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各種難降解有機廢水日益增多，這些廢水普遍具有污染物濃度高、毒性大、可生化性差的特點，嚴(yán)重污染水體環(huán)境、危害人體健康。這類工業(yè)廢水經(jīng)過常規(guī)的物化、生化二級處理后，廢水中仍含大量有毒、生物難降解有機污染物，需要進(jìn)一步深度處理才能達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)或回用要求。因此，開發(fā)工業(yè)廢水深度處理技術(shù)對節(jié)水減排和環(huán)境保護(hù)意義重大。

　　針對這類難降解廢水，國內(nèi)外現(xiàn)有的處理技術(shù)包括強化生物降解、混凝、吸附、膜分離以及高級氧化技術(shù)等。其中高級氧化技術(shù)利用產(chǎn)生的氧化能力很強的羥基自由基氧化水中污染物，使其經(jīng)過一系列中間過程，最終生成CO2和其它無機離子，是一種高級的廢水深度處理技術(shù)。高級氧化技術(shù)包括臭氧催化氧化、光催化氧化、Fenton氧化、電化學(xué)氧化、超聲空化、微波催化氧化以及超臨界氧化等。

　　然而只靠單獨高級氧化技術(shù)實現(xiàn)更為嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，處理成本高，一次性投資大。為了解決高級氧化技術(shù)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性方面的局限性，尤其在生物難降解有毒、有害有機污染物處理領(lǐng)域，研究人員發(fā)明了多種“高級氧化+生化”組合工藝，包括：芬頓+曝氣生物濾池、臭氧+曝氣生物濾池、臭氧催化氧化+曝氣生物濾池、臭氧催化氧化+膜生物反應(yīng)器等。這些“高級氧化+生化”的組合工藝能夠在合理的投資和運行成本情況下，有效保障出水達(dá)標(biāo)，逐漸成為一種難降解廢水深度處理的優(yōu)選技術(shù)。但目前受設(shè)備所限，此類“高級氧化+生化”組合工藝還無法達(dá)到理想效果。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了更好的兼顧投資運行成本和水處理效果，本發(fā)明提供一種用于難降解廢水處理的復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的集成裝置和方法，其有效提高臭氧利用效率、氧氣利用率、污染物的降解效率、系統(tǒng)抗沖擊能力以及出水水質(zhì)，并降低投資和處理成本。

　　實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下。

　　一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的廢水處理集成裝置，包括氣液混合器、復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置、能量場發(fā)生裝置和臭氧發(fā)生器;

　　所述氣液混合器的混合氣體進(jìn)口連接臭氧發(fā)生器;

　　所述氣液混合器的液體出口連接所述復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置的進(jìn)水口;

　　所述復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置包括下端的復(fù)合催化氧化裝置(COX)和上端的生物濾池裝置(BF);其中，所述復(fù)合催化氧化裝置中的氣體分布器與臭氧發(fā)生器連接;所述復(fù)合催化氧化裝置中的催化劑填充層設(shè)有能量場出入口，與能量場發(fā)生裝置連接;

　　進(jìn)一步地，所述能量場發(fā)生裝置同時發(fā)生超聲波和微波。

　　進(jìn)一步地，所述氣液混合器包括廢水進(jìn)口、混合氣體進(jìn)口、雙氧水進(jìn)口、進(jìn)氣閥、進(jìn)氣流量計、自吸式溶氣泵、溶氣罐、出水壓力表;其中，所述的雙氧水進(jìn)口連接雙氧水加藥泵，所述雙氧水加藥泵連接雙氧水儲罐;所述的廢水進(jìn)口連接至進(jìn)水箱，在連接管路上分別設(shè)置進(jìn)水閥和進(jìn)水流量計。

　　在所述氣液混合器與所述復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置的連接管路上設(shè)置進(jìn)水閥和溶氣水釋放器。

　　進(jìn)一步地，所述的復(fù)合催化氧化裝置(COX)內(nèi)自下而上設(shè)置有：進(jìn)水口、排水口、反沖洗進(jìn)水口、液體分布器、氣體分布器、催化劑支撐層、催化劑排放口、催化劑填充層、催化劑填充口;其中，在所述氣體分布器與臭氧發(fā)生器的連接管路上設(shè)置進(jìn)氣閥和氣體流量計;所述催化劑填充層的高度為0.5～2m。

　　進(jìn)一步地，所述的生物濾池裝置(BF)自下而上設(shè)置有：氣體再分布器、生物濾料支撐層、生物濾料排放口、生物填料填充層、生物濾料添加口、出水堰、出水口和尾氣排放口;其中，所述的出水口通過管路分別與出水箱和反沖洗出水箱連接，在連接管路上分別設(shè)置出水閥和反沖洗出水閥;所述的尾氣排放口通過管路連接增壓氣泵的進(jìn)氣口，所述增壓氣泵的出氣口通過管路與氣體再分布器連接，在連接管路上分別設(shè)置回流氣閥和回流氣流量計;所述增壓氣泵的出氣口另通過管路在和大氣連通，在連接管路上分別設(shè)置排氣閥和排氣流量計;所述生物濾料為生物陶粒，其粒徑為3～5mm，生物濾料填充層的高度為1.5～3m;所述生物濾料負(fù)載的微生物選自經(jīng)具體處理廢水的生化污泥馴化培養(yǎng)出來的菌種，包括但不限于厭氧菌、兼氧菌和/或好氧菌形成的菌群。

　　一種復(fù)合催化氧化耦合生物濾池的廢水處理集成方法，包括以下步驟：

　　(1)將待處理的廢水、臭氧和氧氣的混合氣體、雙氧水通入氣液混合器中進(jìn)行氣液混合并在廢水中形成大量的微納米氣泡、溶解氧和溶解臭氧;

　　(2)離開氣液混合器的廢水通入復(fù)合催化氧化耦合生物濾池裝置(COX-BF);

　　在催化劑和能量場共同作用下，復(fù)合催化氧化裝置中的溶解氧進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為臭氧，溶解臭氧、雙氧水進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為羥基自由基，廢水中難降解污染物氧化分解為水和二氧化碳或者轉(zhuǎn)化成易生物降解的小分子有機物;

　　所得小分子有機物進(jìn)入生物濾池裝置中經(jīng)生物濾料上的生物菌群進(jìn)一步降解，出水經(jīng)出水堰收集后經(jīng)出水口排出;而尾氣排放口的氣體一部分排空，另一部分增壓后返回至生物濾池裝置中，進(jìn)一步被生物氧化利用。

　　其中，步驟(1)中，所述廢水的COD為50～1000mg/L，優(yōu)選50～500mg/L，pH=7.5-8.5。所述廢水可以是先進(jìn)行了混凝、氣浮、沉降、過濾、厭氧、缺氧、好氧處理中的一種或多種方法處理后再進(jìn)入氣液混合器。對廢水的混凝、沉降、過濾、厭氧、缺氧、好氧處理均可采用本領(lǐng)域已有的工藝。

　　其中，步驟(1)中，所述混合氣體中臭氧濃度100～150mg/L。

　　其中，步驟(1)中，以單位為m3/h計，所述混合氣體和廢水的流量比例為1/20～1/10，所述雙氧水(按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.5%工業(yè)級雙氧水計)和廢水的流量比例為1/20000～1/1000。

　　其中，步驟(1)中，所述待處理廢水進(jìn)入氣液混合器前先經(jīng)過混凝、氣浮和石英砂過濾預(yù)處理，實驗條件如下：加入50-1000mg/L聚合氯化鋁和1-2mg/L聚丙烯酰胺，混凝反應(yīng)5-10min，氣浮反應(yīng)10-20min，石英砂過濾器停留時間為5-10min。

　　其中，步驟(2)中，COX中所述催化劑為負(fù)載型非均相催化劑;所述載體為氧化鋁、活性炭、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、Y型分子篩、絲光沸石、MCM型分子篩、ZSM型分子篩、SAPO型分子篩中的一種或幾種;催化劑的活性組分為銅、鐵、錳、鎳、鈷、鈰、鈦、鈀、鉑、釕、銥中的一種或幾種金屬的氧化物;催化劑的粒徑為1～5mm。

　　其中，步驟(2)中，廢水在催化劑填充層的停留時間為5～60min，優(yōu)選為10-20min。

　　其中，步驟(2)中，相對于每小時1立方廢水的流量，所述能量場發(fā)生裝置的功率為60～600W，優(yōu)選為60-120W。

　　其中，步驟(2)中，所述廢水在生物濾料填充層的停留時間為0.5～2h。

　　其中，步驟(2)中，根據(jù)出水效果，所述生物濾池裝置BF的尾氣可直接排放或通過增壓返回至氣體再分布器，返回比例不超過體積的80%，其中BF進(jìn)行氣體反沖洗時，增壓氣泵將回流氣體通入氣體再分布器，以單位m3/h計，通氣量與廢水的流量比例為5～2:1，反沖洗周期為5～10d。

　　其中，步驟(2)中，以單位m3/h計，通入所述復(fù)合催化氧化裝置COX的氣體分布器的混合氣體與廢水的流量比例為1/10～1/2，其中COX反沖洗時，反沖洗水泵將出水箱中的廢水打入COX反沖洗進(jìn)水口，反沖洗水量與正常出水的流量比例為5～2:1，反沖洗周期為10～20d。

　　本發(fā)明的有益效果在于：

　　(1)本發(fā)明提供的難降解廢水處理方法所采用的裝置中，包含一個氣液混合器，其能夠產(chǎn)生微納米氣泡，有效提高廢水中臭氧和氧氣的表觀溶解度，有利于提高催化氧化效率和生物氧化效果。

　　(2)本發(fā)明提出一種能量場發(fā)生裝置，其能夠產(chǎn)生超聲和微波，從而使微波、超聲、催化劑、氧化劑在復(fù)合催化氧化反應(yīng)器中發(fā)生協(xié)同效應(yīng);其中的微納米氧氣泡和微納米臭氧氣泡在超聲能作用下能夠快速破裂，對污染物產(chǎn)生強氧化分解作用，而微波能量場能夠降低催化劑表面吸附的污染物的活化能，有利于提高氧化劑對污染物的降解速率。

　　(3)本發(fā)明通過復(fù)合催化氧化處理后的廢水可生化性明顯提高，再經(jīng)過生物濾池中微生物處理后，可進(jìn)一步去除污染物，提高出水水質(zhì)，降低處理成本，而且水中高濃度的溶解氧(DO>20mg/L)有利用加速生物代謝反應(yīng)，提高處理效果。

　　(4)本發(fā)明通過能量場強化作用可將臭氧/氧氣混合氣體的氧氣充分利用，并可以將未被利用的氧氣通過上方的生物濾池進(jìn)一步利用，無需再曝氣，省去生物濾池的曝氣成本。

　　(5)本發(fā)明可通過增壓氣泵將未被生物濾池利用的氧氣通入氣體再分布器，將剩余高濃度氧氣進(jìn)一步利用，提高氧氣利用效果。