申請日2015.06.11
公開(公告)日2015.09.23
IPC分類號C02F9/14
摘要
本發(fā)明公開了一種臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工藝和裝置。該工藝及裝置設計合理，運行成本低廉，解決了焦化廢水深度處理及回用中的難題，具有很強的工程應用價值;該工藝及裝置解決了焦化廢水的高污染環(huán)境下的對操作人員不安全因素和危害健康的潛在風險;該工藝及裝置操作簡單，運行成本低，出水水質(zhì)可以滿足不同用水要求。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工藝，其特征在于：
(1)將廢水送至混沉池中進行沉淀處理，得到沉淀后的焦化廢水;
(2)將沉淀后的焦化廢水輸送至多介質(zhì)過濾器中進行過濾處理，以進 一步減少廢水中的懸浮物的含量;
(3)將過濾后的焦化廢水輸送至臭氧催化氧化反應器中進行臭氧氧 化、催化劑催化氧化反應，使焦化廢水中生物難降解的有機物質(zhì)通過羥基 自由基的氧化，將廢水中大分子有機物及芳香烴化合物降解成小分子或 CO2;同時，逸出的剩余臭氧進入臭氧破壞裝置;
(4)將氧化后的廢水輸送至中間水槽中，通過中間水槽內(nèi)曝氣裝置、 臭氧分解劑的作用進一步將廢水中的臭氧濃度降低后輸送至曝氣生物濾 池，通過曝氣生物濾池內(nèi)的微生物絮凝和降解等過程，降低廢水中的SS、 COD、BOD等有害物質(zhì)和脫氮除磷;
(5)將從曝氣生物濾池中出來的廢水直接用作生化過程中消泡劑用 水、煤場抑塵和生活雜用水;或者：
(6)將從曝氣生物濾池中出來的廢水輸送至保安過濾器中進一步過濾 處理，濾除其中部分懸浮物;
(7)將經(jīng)過保安過濾后的廢水輸送至反滲透裝置中進行進一步除鹽， 所得除鹽廢水回用作工藝循環(huán)冷卻水，而反滲透出來的濃水作為高爐爐渣 冷卻沖渣用水、煤場抑塵用水、道路清掃用水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工 藝，其特征在于：所述步驟(3)中，臭氧催化氧化反應器內(nèi)填料為燒結(jié)硅 藻土、陶�；蚧钚蕴�，填料比表面積大于200m2/m3;臭氧催化氧化反應器 內(nèi)填料投加量為臭氧催化氧化反應器體積的25～60%;臭氧發(fā)生器氣源采 用空氣或氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工 藝，其特征在于：所述步驟(4)中，中間水槽設置曝氣裝置和臭氧分解劑; 曝氣裝置采用鈦質(zhì)曝氣板，氣源采用空氣;臭分解劑采用Mn、Cu的氧化 物作為活性組分，載體采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子篩、活性炭或以上 幾種的復合物;臭氧分解劑填料投加量為中間水槽體積的15～35%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工 藝，其特征在于：所述步驟(4)中，曝氣生物濾池的填料為陶粒，填充高 度/濾池高度比為1∶1.5～1∶3，陶粒粒徑為1.5～6.0mm，陶粒堆積密度為 0.80～0.95g/cm3，陶粒比表面積為2.5～6.0m2/g，陶�？紫堵蕿�50～60%; 曝氣生物濾池的底部還鋪設有直徑為100～150mm的卵石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工 藝，其特征在于：所述步驟(6)中，保安過濾器的濾管材料為陶瓷、玻璃 砂或塑料;過濾孔徑為0.5～120μm;所述保安過濾器前設有加藥點，分別 投加次氯酸鈉殺菌劑和亞硫酸氫鈉作為還原劑。
6.一種為實現(xiàn)權(quán)利要求1所述工藝而設計的臭氧催化氧化組合生物濾 池處理焦化廢水裝置，包括多介質(zhì)過濾器(1)，臭氧催化氧化反應器(5)， 臭氧發(fā)生器(13)，臭氧破壞裝置(14)，中間水槽(16)，曝氣生物濾池(25)， 保安過濾器(29)，反滲透裝置(32)，其特征在于：
所述多介質(zhì)過濾器(1)的出口與臭氧催化氧化反應器(5)的進口連 接，臭氧催化氧化反應器(5)的出口與中間水槽(16)的進口連接，臭氧 催化氧化反應器(5)的臭氧輸入口通過臭氧輸送管道與臭氧發(fā)生器(13) 連接，臭氧催化氧化反應器(5)的臭氧輸出口通過管道與臭氧破壞裝置(14) 的進口連接，臭氧破壞裝置(14)的出口與設有尾氣放空口(15)的尾氣 管道連接;
中間水槽(16)的出口與曝氣生物濾池(25)的進口連接，曝氣生物 濾池(25)的出口通過反沖洗水管與保安過濾器(29)的進口連接，保安 過濾器(29)的出口分別通過反沖洗泵(28)與反沖洗水管連接、通過輸 送泵(30)與反滲透裝置(32)的進口連接，保安過濾器(29)的出口還 與設有加藥口的出水管連接;反滲透裝置(32)的進口分別與濃水管和工 藝循環(huán)冷卻水管連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水裝 置，其特征在于：所述多介質(zhì)過濾器(1)內(nèi)的濾料為粒徑Φ0.5～2mm的 無煙煤、粒徑Φ3～6mm的陶�；蛄溅�4～10mm的石英砂。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水裝 置，其特征在于：所述臭氧催化氧化反應器(5)為立式筒狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié) 構(gòu)內(nèi)部自上而下依次設有布水板(6)、催化劑填料層(7)、填料承托板(9) 和鈦質(zhì)曝氣板(10)，筒狀結(jié)構(gòu)的頂部設有應急放空口(12)，筒狀結(jié)構(gòu)的 外壁設有液位計。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水裝 置，其特征在于：所述中間水槽(16)內(nèi)部自上而下依次設置網(wǎng)狀擋板(17)， 臭氧分解劑(18)、填料支撐板(19)和曝氣裝置(20);所述曝氣裝置(20) 為鈦質(zhì)曝氣板。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水 裝置，其特征在于：所述曝氣生物濾池(25)為上流式曝氣生物濾池，曝 氣生物濾池(25)底部設有進水管、反沖洗進水管和曝氣管;所述保安過 濾器(29)的進口端設有加藥點，保安過濾器(29)中的濾管材料為陶瓷、 玻璃砂或塑料中任一種;保安過濾器(29)的過濾孔徑范圍為0.5～120μm。
說明書
臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工藝和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體地指是一種臭氧催化氧化組合生物濾 池處理焦化廢水工藝和裝置。
背景技術(shù)
焦化廢水是一種公認的難生物降解的工業(yè)廢水，其難度在于廢水的可 生化性差，除氨、氰及硫氰根等無機污染物外，還含有酚類、萘、吡啶、 喹啉等雜環(huán)及多環(huán)芳香族化合物(PAHS)很難生物降解，這些物質(zhì)能夠?qū)?環(huán)境產(chǎn)生長期影響，且部分已被研究證實為致癌物質(zhì)，另外高濃度氨氮、 硫化物、氰化物對微生物活性有很強的抑制作用，生物脫氮效果不佳。目 前，焦化廢水普遍采用不同形式的A/O生物脫氮工藝作為其處理的主要工 藝，但處理后出水中COD指標難以達到標準要求。部分鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開展 焦化廢水深度處理及回用，回用途徑包括濕法熄焦、高爐沖渣、煤場抑塵 和直接用于工業(yè)循環(huán)水等，但這些方法均存在操作環(huán)境差，二次污染產(chǎn)生 或轉(zhuǎn)移、設備、管道腐蝕嚴重等問題。
2015年1月1日起，現(xiàn)行的焦化企業(yè)將執(zhí)行“煉焦化學工業(yè)污染物排 放標準”中新建企業(yè)水污染物排放標準(GB16171-2012)。因此對焦化廢水 進行深度處理和回用是減少污水外排，降低新水消耗量的最佳選擇，而尋 求一種高效、低成本的深度處理與回用技術(shù)是目前焦化廢水深度處理過程 迫切需求。本發(fā)明的目的是改變傳統(tǒng)深度處理工藝，提出了利用臭氧催化 氧化、生物濾池和反滲透除鹽組合新工藝和裝置，避免了通過引入其他化 學藥劑等造成二次污染的做法，同時，也實現(xiàn)了降低焦化廢水處理成本， 節(jié)約大量生產(chǎn)用水，為焦化廢水的深度處理與回用提供了一條經(jīng)濟、實用、 高效的深度處理工藝和裝置。
目前焦化廢水深度處理和回用工藝存在的突出問題有以下幾個內(nèi)容： 1、通過化學藥劑深度處理廢水(如采用芬頓試劑、次氯酸鹽、高鐵酸鹽等 強氧化劑)，該方法可能會引入二次污染，存在管網(wǎng)及設備腐蝕等問題，增 加后續(xù)脫鹽費用，同時該工藝存在藥劑加入量大，水質(zhì)受絮凝影響效果突 出等問題，水質(zhì)不容易控制;2、將焦化廢水用于濕法熄焦或高爐沖渣，廢 水中污染物發(fā)生了轉(zhuǎn)移，由液相轉(zhuǎn)變到氣相，操作環(huán)境差;3、膜法除鹽深 度處理后的濃水去向也是亟需解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種設計合理，運行成本低廉、安全有效的 臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水工藝和裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦 化廢水工藝，其特征在于：
(1)將廢水送至混沉池中進行沉淀處理，得到沉淀后的焦化廢水;
(2)將沉淀后的焦化廢水輸送至多介質(zhì)過濾器中進行過濾處理，以進 一步減少廢水中的懸浮物的含量;
(3)將過濾后的焦化廢水輸送至臭氧催化氧化反應器中進行臭氧氧 化、催化劑催化氧化反應，使焦化廢水中生物難降解的有機物質(zhì)通過羥基 自由基的氧化，將廢水中大分子有機物及芳香烴化合物降解成小分子或CO2; 同時，逸出的剩余臭氧進入臭氧破壞裝置;
(4)將氧化后的廢水輸送至中間水槽中，通過中間水槽內(nèi)曝氣裝置、 臭氧分解劑的作用進一步將廢水中的臭氧濃度降低后輸送至曝氣生物濾 池，通過曝氣生物濾池內(nèi)的微生物絮凝和降解等過程，降低廢水中的SS、 COD、BOD等有害物質(zhì)和脫氮除磷;
(5)將從曝氣生物濾池中出來的廢水直接用作生化過程中消泡劑用 水、煤場抑塵和生活雜用水;或者：
(6)將從曝氣生物濾池中出來的廢水輸送至保安過濾器中進一步過濾 處理，濾除其中部分懸浮物;
(7)將經(jīng)過保安過濾后的廢水輸送至反滲透裝置中進行進一步除鹽， 所得除鹽廢水回用作工藝循環(huán)冷卻水，而反滲透出來的濃水作為高爐爐渣 冷卻沖渣用水、煤場抑塵用水、道路清掃用水。
作為一種優(yōu)選方案，所述步驟(3)中臭氧催化氧化反應器內(nèi)填料為燒 結(jié)硅藻土、陶粒或活性炭，填料比表面積大于200m2/m3;臭氧催化氧化反 應器內(nèi)填料投加量為臭氧催化氧化反應器體積的25～60%;臭氧發(fā)生器氣源 采用空氣或氧氣。
作為又一種優(yōu)選方案，所述步驟(4)中中間水槽設置曝氣裝置和臭氧 分解劑;曝氣裝置采用鈦質(zhì)曝氣板，氣源采用空氣;臭分解劑采用Mn、Cu 的氧化物作為活性組分，載體采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子篩、活性炭 或以上幾種的復合物;臭氧分解劑填料投加量為中間水槽體積的15～35%。
作為又一種優(yōu)選方案，所述步驟(4)中曝氣生物濾池的填料為陶粒， 填充高度/濾池高度比為1：1.5～1：3，陶粒粒徑為1.5～6.0mm，陶粒堆 積密度為0.80～0.95g/cm3，陶粒比表面積為2.5～6.0m2/g，陶粒孔隙率為 50～60%;曝氣生物濾池的底部還鋪設有直徑為100～150mm的卵石。
作為又一種優(yōu)選方案，所述步驟(6)中保安過濾器的濾管材料為陶瓷、 玻璃砂或塑料;過濾孔徑為0.5～120μm;所述保安過濾器前設有加藥點， 分別投加次氯酸鈉殺菌劑和亞硫酸氫鈉作為還原劑。
本發(fā)明還提供一種利用上述臭氧催化氧化組合生物濾池處理焦化廢水 工藝的裝置，包括多介質(zhì)過濾器，臭氧催化氧化反應器，臭氧發(fā)生器，臭 氧破壞裝置，中間水槽，曝氣生物濾池，保安過濾器，反滲透裝置，其特 征在于：所述多介質(zhì)過濾器的出口與臭氧催化氧化反應器的進口連接，臭 氧催化氧化反應器的出口與中間水槽的進口連接，臭氧催化氧化反應器的 臭氧輸入口通過臭氧輸送管道與臭氧發(fā)生器連接，臭氧催化氧化反應器的 臭氧輸出口通過管道與臭氧破壞裝置的進口連接，臭氧破壞裝置的出口與 設有尾氣放空口的尾氣管道連接;中間水槽的出口與曝氣生物濾池的進口 連接，曝氣生物濾池的出口通過反沖洗水管與保安過濾器的進口連接，保 安過濾器的出口分別通過反沖洗泵與反沖洗水管連接、通過輸送泵與反滲 透裝置的進口連接，保安過濾器的出口還與設有加藥口的出水管連接;反 滲透裝置的進口分別與濃水管和工藝循環(huán)冷卻水管連接。
進一步地，所述多介質(zhì)過濾器內(nèi)的濾料為粒徑Φ0.5～2mm的無煙煤、 粒徑Φ3～6mm的陶�；蛄溅�4～10mm的石英砂。
進一步地，所述臭氧催化氧化反應器為立式筒狀結(jié)構(gòu)，筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部 自上而下依次設有布水板、催化劑填料層、填料承托板和鈦質(zhì)曝氣板，筒 狀結(jié)構(gòu)的頂部設有應急放空口，筒狀結(jié)構(gòu)的外壁設有液位計。
進一步地，所述中間水槽內(nèi)部自上而下依次設置網(wǎng)狀擋板，臭氧分解 劑、填料支撐板和曝氣裝置;所述曝氣裝置為鈦質(zhì)曝氣板。
進一步地，所述曝氣生物濾池為上流式曝氣生物濾池，曝氣生物濾池 底部設有進水管、反沖洗進水管和曝氣管;所述保安過濾器的進口端設有 加藥點，保安過濾器中的濾管材料為陶瓷、玻璃砂或塑料中任一種;保安 過濾器的過濾孔徑范圍為0.5～120μm。
本發(fā)明的臭氧催化氧化組合生物濾池深度處理焦化廢水工藝和裝置， 其主要步驟為從混沉池出來的焦化廢水進入多介質(zhì)過濾器通過濾料去除廢 水中的懸浮物，同時利于提高后序臭氧催化氧化效率，廢水在臭氧催化氧 化反應器中經(jīng)過臭氧氧化、催化劑催化氧化反應，產(chǎn)生大量的氧化性極強 的羥基自由基(·OH)，將廢水中有機物氧化變成小分子有機物或無機物如 CO2，H2O，廢水生化性提高，同時，逸出的剩余臭氧進入臭氧破壞裝置。 廢水經(jīng)過中間水槽內(nèi)曝氣裝置、臭氧分解劑的作用進一步將廢水中的臭氧 濃度降低后進入生物濾池，通過濾料內(nèi)生長的微生物絮凝和降解等過程中 兼有過濾的作用，降低廢水中的SS、COD、BOD等有害物質(zhì)，且還可以脫 氮除磷，從而減少了氧化工藝并具有更好的效果。生物濾池出來的廢水一 部分可以直接用作低等級用水，比如生化過程中消泡劑用水、煤場抑塵、 生活雜用水等;另外一部分廢水通過后續(xù)的保安過濾器、反滲透裝置進行 除鹽，處理后的廢水回用作工藝循環(huán)冷卻水，而反滲透出來的濃水可以直 接用于高爐爐渣冷卻沖渣用水、煤場抑塵、道路清掃用水等其他用途。
本發(fā)明的多介質(zhì)過濾器為常規(guī)的立式圓筒狀多介質(zhì)過濾裝置，主要由 以下部分構(gòu)成：(1)過濾器體，包括①簡體;②布水組件;③支撐組件;(2) 配套管線和閥門。其中過濾器體有④反洗氣管;⑤濾料;⑥排氣閥(外置) 等。濾料可選擇無煙煤(Φ0.5～2mm)、陶粒((Φ3～6mm)和石英砂(Φ 4～10mm)等。目的是進一步降低廢水中的懸浮物濃度，減小懸浮物、膠 泥等物質(zhì)，同時也提高臭氧利用效率。
本發(fā)明所述的臭氧催化氧化反應器為立式筒狀結(jié)構(gòu)，其上部設有布水 板、應急放空口、臭氧破壞裝置和尾氣放空口，中部設有催化劑填料層， 下部設有出水口、鈦質(zhì)曝氣板。臭氧催化氧化反應器內(nèi)填料比表面積應大 于200m2/m3的且負載銅、鐵、錳、鎳等化合物的燒結(jié)硅藻土、陶粒或活性 炭。臭氧催化氧化反應器內(nèi)填料投加量為體積的25～60%;填料支撐板設 置小孔，孔徑應小于填料粒徑，一方面支撐填料，另一方面保證水流通過。 臭氧催化氧化反應器下部應設置液位計，液位計最低端與出水口在同一水 平面，且臭氧催化氧化反應器下部水位高于出水口，確保臭氧不會從出水 口溢出。臭氧發(fā)生器可采用氣源用空氣或氧氣。臭氧尾氣破壞裝置采用活 性炭吸收、KI溶液吸收等破壞裝置。
中間水槽設置曝氣裝置和臭氧分解劑。曝氣裝置采用鈦質(zhì)曝氣板，降 低廢水中臭氧濃度，同時增加與臭氧分解劑接觸時間，氣源采用空氣。臭 氧分解劑采用過渡元素金屬氧化物(如：Mn、Cu的氧化物)作為活性組分， 載體則采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子篩、活性炭或以上幾種的復合而成。 中部設有臭氧分解劑填料層，臭氧分解劑填料投加量為體積的15～35%， 填料有下部支撐板及上部網(wǎng)狀擋板進行固定，也可以采用燒結(jié)而成的多孔 塊狀臭氧分解劑填料鋪設而成，網(wǎng)狀擋板或支撐板孔徑應小于填料粒徑， 一方面支撐、固定填料，另一方面保證水流通過。
本發(fā)明所述的曝氣生物濾池采用上流式曝氣生物濾池，底部布有進水 管、反沖洗進水管以及曝氣管;填料為陶粒，填高/濾池高度比為1：1.5～1： 3;底部是直徑為100～150mm的卵石。陶粒粒徑為1.5～6.0mm，堆積密度 為0.80～0.95g/cm3，比表面積為2.5～6.0m2/g，孔隙率為50～60%。生物 濾池處理后的水一部分可以直接用作低等級用水，比如生化過程中消泡劑 用水、煤場抑塵、生活雜用水等。生物濾池反沖洗水采用保安過濾器處理 后的廢水。
保安過濾器運行方式采用反洗型，濾管材料可陶瓷、玻璃砂、塑料等 多種。過濾孔徑在0.5～120μm范圍。當運行至進出口水壓差達0.1MPa時， 應更換濾芯。其目的用來濾除經(jīng)生物濾池后的細小物質(zhì)(如懸浮物，細小 顆粒等)和微生物，以確保水質(zhì)過濾精度及保護后序膜過濾元件不受大顆 粒物質(zhì)的損壞，延長反滲透裝置壽命，滿足反滲透裝置的正常運行。保安 過濾器前設有加藥點，分別投加次氯酸鈉殺菌劑和亞硫酸氫鈉還原劑，以 降低進入反滲透脫鹽系統(tǒng)中細菌的含量，并中和過量的余氯，防止余氯進 入反滲透裝置。
反滲透裝置采用模塊化設備，目的對廢水進一步深度處理除鹽、去除 部分COD，產(chǎn)水可以回用于工業(yè)循環(huán)冷卻水等高等級用水，濃水主要為含 鹽廢水，可以直接外排，也可以用作高爐爐渣冷卻、沖渣用水、煤場抑塵 等。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
其一，該工藝及裝置設計合理，運行成本低廉，解決了焦化廢水深度 處理及回用中的難題，具有很強的工程應用價值;
其二，該工藝及裝置解決了焦化廢水的高污染環(huán)境下的對操作人員不 安全因素和危害健康的潛在風險;
其三，該工藝及裝置操作簡單，運行成本低，出水水質(zhì)可以滿足不同 用水要求。
