公布日：2023.11.03
申請日：2022.04.24
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/78(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本公開涉及一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及處理方法。該裝置包括催化氧化反應(yīng)器和生物活性炭反應(yīng)器；生物活性炭反應(yīng)器同中心軸地外嵌于催化氧化反應(yīng)器的外部，催化氧化反應(yīng)器包括流化區(qū)、沉降區(qū)、固液分離區(qū)、第一進(jìn)水口、臭氧進(jìn)口、含生物膜活性炭進(jìn)口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口和第一出水口；生物活性炭反應(yīng)器設(shè)有第二進(jìn)水口、含氧氣體進(jìn)口、脫生物膜活性炭進(jìn)口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口和第二出水口；第二進(jìn)水口與第一出水口連通，脫生物膜活性炭進(jìn)口與脫生物膜活性炭出口連通，含生物膜活性炭出口與含生物膜活性炭進(jìn)口連通，含氧氣體進(jìn)口與第一出氣口連通。提高污水處理效率，降低沖洗能耗。
權(quán)利要求書
1.一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置，其特征在于，包括催化氧化反應(yīng)器(I)和生物活性炭反應(yīng)器(II)；其中，所述生物活性炭反應(yīng)器(II)同中心軸地外嵌于所述催化氧化反應(yīng)器(I)的外部；所述催化氧化反應(yīng)器(I)包括流化區(qū)(1)、沉降區(qū)(3)、固液分離區(qū)(4)、第一進(jìn)水口(7)、臭氧進(jìn)口(8)、含生物膜活性炭進(jìn)口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口(10)和第一出水口(12)；其中所述沉降區(qū)(3)設(shè)置于所述流化區(qū)(1)上方且與所述流化區(qū)(1)連通，所述第一進(jìn)水口(7)、臭氧進(jìn)口(8)和含生物膜活性炭進(jìn)口設(shè)于所述流化區(qū)(1)，所述脫生物膜活性炭出口和第一出氣口(10)設(shè)于所述沉降區(qū)(3)；所述固液分離區(qū)(4)套設(shè)于所述沉降區(qū)(3)的外部，所述沉降區(qū)(3)內(nèi)設(shè)有三相分離器(9)，且所述沉降區(qū)(3)通過位于其上部的溢流裝置(11)與所述固液分離區(qū)(4)連通，所述第一出水口(12)設(shè)于所述固液分離區(qū)(4)；所述生物活性炭反應(yīng)器(II)設(shè)有第二進(jìn)水口(15)、含氧氣體進(jìn)口(14)、脫生物膜活性炭進(jìn)口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口(16)和第二出水口(17)；所述第二進(jìn)水口(15)與所述固液分離區(qū)(4)的第一出水口(12)連通，所述脫生物膜活性炭進(jìn)口與所述沉降區(qū)(3)的脫生物膜活性炭出口連通，所述含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)(1)的含生物膜活性炭進(jìn)口連通，所述含氧氣體進(jìn)口(14)與所述沉降區(qū)(3)的第一出氣口(10)連通，所述臭氧進(jìn)口(8)與臭氧源連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應(yīng)器(I)還包括過渡區(qū)(2)，所述流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和沉降區(qū)(3)由下至上依次連通且同軸設(shè)置；所述流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和沉降區(qū)(3)的水平截面積依次增大；所述第一進(jìn)水口(7)、臭氧進(jìn)口(8)和含生物膜活性炭進(jìn)口設(shè)于所述流化區(qū)(1)的底部；所述第一出氣口(10)設(shè)于所述沉降區(qū)(3)的頂部；并且所述含生物膜活性炭進(jìn)口位于所述臭氧進(jìn)口(8)的上方；所述第一出水口(12)設(shè)于所述固液分離區(qū)(4)的上部；所述固液分離區(qū)(4)的底部還設(shè)有排渣口(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述生物活性炭反應(yīng)器(II)內(nèi)，所述脫生物膜活性炭進(jìn)口和所述第二出水口(17)分別設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的上部；所述第二出氣口(16)設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的頂部；所述第二進(jìn)水口(15)、含氧氣體進(jìn)口(14)和含生物膜活性炭出口分別設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的下部；所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的脫生物膜活性炭進(jìn)口與所述沉降區(qū)(3)的脫生物膜活性炭出口通過上填料管(5)連通；所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)(1)的含生物膜活性炭進(jìn)口通過下填料管(6)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應(yīng)器(I)的脫生物膜活性炭出口的水平位置高于所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的脫生物膜活性炭進(jìn)口，以使所述上填料管(5)從所述脫生物膜活性炭出口到所述脫生物膜活性炭進(jìn)口向下傾斜；所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的含生物膜活性炭出口的水平位置高于所述催化氧化反應(yīng)器(I)的含生物膜活性炭進(jìn)口，以使所述下填料管(6)從所述含生物膜活性炭出口到所述含生物膜活性炭進(jìn)口向下傾斜；可選地，所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的底部位于所述催化氧化反應(yīng)器(I)的流化區(qū)(1)底部之上，所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的頂部位于所述催化氧化反應(yīng)器(I)的沉降區(qū)(3)的頂部之下；可選地，所述裝置還包括臭氧發(fā)生器(III)，所述臭氧發(fā)生器(III)的臭氧出口與所述催化氧化反應(yīng)器(I)的臭氧進(jìn)口(8)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應(yīng)器(I)包括沿垂直方向設(shè)置的內(nèi)殼體和外殼體，所述內(nèi)殼體包括由下至上依次連通的圓筒狀的流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和圓筒狀的沉降區(qū)(3)，所述沉降區(qū)(3)的直徑大于所述流化區(qū)(1)的直徑，所述過渡區(qū)(2)形成為倒圓臺筒狀；所述外殼體套設(shè)于所述沉降區(qū)(3)的內(nèi)殼體外側(cè)，且形成為圓筒狀的固液分離區(qū)(4)；可選地，所述固液分離區(qū)(4)的底面與所述沉降區(qū)(3)的底面水平方向上平齊；所述固液分離區(qū)(4)的頂邊沿低于所述沉降區(qū)(3)的頂邊沿；所述生物活性炭反應(yīng)器(II)包括沿垂直方向設(shè)置的圓筒狀殼體，所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的殼體直徑大于所述流化區(qū)(1)和所述過渡區(qū)(2)的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述過渡區(qū)(2)的頂面直徑與所述流化區(qū)(1)的直徑之比為1.5～20：1，優(yōu)選為2～10：1；所述流化區(qū)(1)的高度與直徑之比為2～20：1，優(yōu)選為5～10：1；所述過渡區(qū)(2)與所述沉降區(qū)(3)高度之比為0.2～5：1，優(yōu)選為0.5～2：1；所述固液分離區(qū)(4)與所述沉降區(qū)(3)的直徑之比為1.2～5：1，優(yōu)選為1.5～3：1。
7.一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理方法，該方法采用權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括以下步驟：S1、使含有機(jī)物質(zhì)的待處理污水、臭氧和活性炭載體進(jìn)入所述催化氧化反應(yīng)器(I)的流化區(qū)(1)進(jìn)行流化式催化氧化反應(yīng)，所得的反應(yīng)混合物進(jìn)入所述沉降區(qū)(3)經(jīng)所述三相分離器(9)進(jìn)行沉降分離，得到脫生物膜活性炭、第一氣體和固液混合物料；使所述固液混合物料進(jìn)入所述固液分離區(qū)(4)進(jìn)行固液分離，得到第一處理水和殘?jiān)?/span>S2、使來自所述催化氧化反應(yīng)器(I)的所述第一處理水、所述脫生物膜活性炭和含氧氣體進(jìn)入所述生物活性炭反應(yīng)器(II)，使所述第一處理水中剩余有機(jī)物質(zhì)與生物活性炭反應(yīng)器(II)內(nèi)的污水處理菌株在曝氣條件下進(jìn)行好氧生化反應(yīng)，得到凈化水、含生物膜活性炭和第二氣體；其中所述含氧氣體包括來自所述催化氧化反應(yīng)器(I)的第一氣體；S3、使來自所述生物活性炭反應(yīng)器(II)的所述含生物膜活性炭返回所述催化氧化反應(yīng)器(I)的流化區(qū)(1)與所述待處理污水和臭氧接觸，對所述含生物膜活性炭進(jìn)行洗脫再生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S1中，以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述臭氧的流速為50～20000mL/min，優(yōu)選為200～5000mL/min；以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述活性炭載體的引入量為50～5000g，優(yōu)選為100～2000g；待處理污水在所述流化區(qū)(1)內(nèi)停留時(shí)間為0.05～5h，優(yōu)選為0.1～2h，反應(yīng)溫度為10～40℃，優(yōu)選為15～30℃；所述待處理廢水的COD為60～150mg/L，BOD/COD小于0.25。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S2中，以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述生物活性炭反應(yīng)器(II)中溶解氧為1～8mg，優(yōu)選為2～4mg；以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述脫生物膜活性炭的引入量為2～500g，優(yōu)選為5～200g；所述第一處理污水在所述生物活性炭反應(yīng)器(II)中停留時(shí)間為0.2～12h，優(yōu)選為1～6h；反應(yīng)溫度為10～40℃，優(yōu)選為20～35℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述活性炭載體的平均粒徑為60～200目，平均孔徑為0.01～10nm，總孔體積為0.001～0.5cm3/g，BET比表面積為1～1000m2/g。
發(fā)明內(nèi)容
本公開的目的是提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及污水處理方法，能夠?qū)⒊粞醮呋趸に嚺c生化工藝耦合，污水處理效果好，避免催化劑板結(jié)，避免生化填料板結(jié)，并且生化單元無需反沖洗。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開第一方面提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置，包括催化氧化反應(yīng)器、生物活性炭反應(yīng)器和臭氧發(fā)生器；其中，所述生物活性炭反應(yīng)器同中心軸地外嵌于所述催化氧化反應(yīng)器的外部；所述催化氧化反應(yīng)器包括流化區(qū)、沉降區(qū)、固液分離區(qū)、第一進(jìn)水口、臭氧進(jìn)口、含生物膜活性炭進(jìn)口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口和第一出水口；其中所述沉降區(qū)設(shè)置于所述流化區(qū)上方且與所述流化區(qū)連通，所述第一進(jìn)水口、臭氧進(jìn)口和含生物膜活性炭進(jìn)口設(shè)于所述流化區(qū)，所述脫生物膜活性炭出口和第一出氣口設(shè)于所述沉降區(qū)；所述固液分離區(qū)套設(shè)于所述沉降區(qū)的外部，所述沉降區(qū)內(nèi)設(shè)有三相分離器，且所述沉降區(qū)通過位于其上部的溢流裝置與所述固液分離區(qū)連通，所述第一出水口設(shè)于所述固液分離區(qū)；所述生物活性炭反應(yīng)器設(shè)有第二進(jìn)水口、含氧氣體進(jìn)口、脫生物膜活性炭進(jìn)口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口和第二出水口；所述第二進(jìn)水口與所述固液分離區(qū)的第一出水口連通，所述脫生物膜活性炭進(jìn)口與所述沉降區(qū)的脫生物膜活性炭出口連通，所述含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)的含生物膜活性炭進(jìn)口連通；所述含氧氣體進(jìn)口與所述沉降區(qū)的第一出氣口連通，所述臭氧進(jìn)口與臭氧源連通。
可選地，所述催化氧化反應(yīng)器還包括過渡區(qū)，所述流化區(qū)、過渡區(qū)和沉降區(qū)由下至上依次連通且同軸設(shè)置；所述流化區(qū)、過渡區(qū)和沉降區(qū)的水平截面積依次增大；所述第一進(jìn)水口、臭氧進(jìn)口和含生物膜活性炭進(jìn)口設(shè)于所述流化區(qū)的底部；所述第一出氣口設(shè)于所述沉降區(qū)的頂部；并且所述含生物膜活性炭進(jìn)口位于所述臭氧進(jìn)口的上方；所述第一出水口設(shè)于所述固液分離區(qū)的上部；所述固液分離區(qū)的底部還設(shè)有排渣口。
可選地，在所述生物活性炭反應(yīng)器內(nèi)，所述脫生物膜活性炭進(jìn)口和所述第二出水口分別設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器的上部；所述第二出氣口設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器的頂部；所述第二進(jìn)水口、含氧氣體進(jìn)口和含生物膜活性炭出口分別設(shè)于所述生物活性炭反應(yīng)器的下部；所述生物活性炭反應(yīng)器的脫生物膜活性炭進(jìn)口與所述沉降區(qū)的脫生物膜活性炭出口通過上填料管連通；所述生物活性炭反應(yīng)器的含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)的含生物膜活性炭進(jìn)口通過下填料管連通。
可選地，所述催化氧化反應(yīng)器的脫生物膜活性炭出口的水平位置高于所述生物活性炭反應(yīng)器的脫生物膜活性炭進(jìn)口，以使所述上填料管從所述脫生物膜活性炭出口到所述脫生物膜活性炭進(jìn)口向下傾斜；所述生物活性炭反應(yīng)器的含生物膜活性炭出口的水平位置高于所述催化氧化反應(yīng)器的含生物膜活性炭進(jìn)口，以使所述下填料管從所述含生物膜活性炭出口到所述含生物膜活性炭進(jìn)口向下傾斜；可選地，所述生物活性炭反應(yīng)器的底部位于所述催化氧化反應(yīng)器的流化區(qū)底部之上，所述生物活性炭反應(yīng)器的頂部位于所述催化氧化反應(yīng)器的沉降區(qū)的頂部之下；可選地，所述裝置還包括臭氧發(fā)生器，所述臭氧發(fā)生器的臭氧出口與所述催化氧化反應(yīng)器的臭氧進(jìn)口連通。
可選地，所述催化氧化反應(yīng)器包括沿垂直方向設(shè)置的內(nèi)殼體和外殼體，所述內(nèi)殼體包括由下至上依次連通的圓筒狀的流化區(qū)、過渡區(qū)和圓筒狀的沉降區(qū)，所述沉降區(qū)的直徑大于所述流化區(qū)的直徑，所述過渡區(qū)形成為倒圓臺筒狀；所述外殼體套設(shè)于所述沉降區(qū)的內(nèi)殼體外側(cè)，且形成為圓筒狀的固液分離區(qū)；可選地，所述固液分離區(qū)的底面與所述沉降區(qū)的底面水平方向上平齊；所述固液分離區(qū)的頂邊沿低于所述沉降區(qū)的頂邊沿；所述生物活性炭反應(yīng)器包括沿垂直方向設(shè)置的圓筒狀殼體，所述生物活性炭反應(yīng)器的殼體直徑大于所述流化區(qū)和所述過渡區(qū)的直徑。
可選地，所述過渡區(qū)的頂面直徑與所述流化區(qū)的直徑之比為1.5～20：1，優(yōu)選為2～10：1；所述流化區(qū)的高度與直徑之比為2～20：1，優(yōu)選為5～10：1；所述過渡區(qū)與所述沉降區(qū)高度之比為0.2～5：1，優(yōu)選為0.5～2：1；所述固液分離區(qū)與所述沉降區(qū)的直徑之比為1.2～5：1，優(yōu)選為1.5：3：1。
本公開第二方面提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理方法，該方法采用本公開第一方面所述的裝置，包括以下步驟：S1、使含有機(jī)物質(zhì)的待處理污水、臭氧和活性炭載體進(jìn)入所述催化氧化反應(yīng)器的流化區(qū)進(jìn)行流化式催化氧化反應(yīng)，所得的反應(yīng)混合物進(jìn)入所述沉降區(qū)經(jīng)所述三相分離器進(jìn)行沉降分離，得到脫生物膜活性炭、第一氣體和固液混合物料；使所述固液混合物料進(jìn)入所述固液分離區(qū)進(jìn)行固液分離，得到第一處理水和殘?jiān)?/span>S2、使來自所述催化氧化反應(yīng)器的所述第一處理水、所述脫生物膜活性炭和含氧氣體進(jìn)入所述生物活性炭反應(yīng)器，使所述第一處理水中剩余有機(jī)物質(zhì)與生物活性炭反應(yīng)器內(nèi)的污水處理菌株在曝氣條件下進(jìn)行好氧生化反應(yīng)，得到凈化水、含生物膜活性炭和第二氣體；其中所述含氧氣體包括來自所述催化氧化反應(yīng)器的第一氣體；S3、使來自所述生物活性炭反應(yīng)器的所述含生物膜活性炭返回所述催化氧化反應(yīng)器的流化區(qū)與所述待處理污水和臭氧接觸，對所述含生物膜活性炭進(jìn)行洗脫再生。
可選地，步驟S1中，以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述臭氧的流速為50～20000mL/min，優(yōu)選為200～5000mL/min；以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述活性炭載體的引入量為50～5000g，優(yōu)選為100～2000g；待處理污水在所述流化區(qū)內(nèi)停留時(shí)間為0.05～5h，優(yōu)選為0.1～2h，反應(yīng)溫度為10～40℃，優(yōu)選為15～30℃；所述待處理廢水的COD為60～150mg/L，BOD/COD小于0.25。
可選地，步驟S2中，以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述生物活性炭反應(yīng)器中溶解氧為1～8mg，優(yōu)選為2～4mg；以1L所述待處理污水引入量計(jì)算，所述脫生物膜活性炭的引入量為2～500g，優(yōu)選為5～200g；所述第一處理污水在所述生物活性炭反應(yīng)器中停留時(shí)間為0.2～12h，優(yōu)選為1～6h；反應(yīng)溫度為10～40℃，優(yōu)選為20～35℃。
可選地，所述活性炭載體的平均粒徑為60～200目，平均孔徑為0.01～10nm，總孔體積為0.001～0.5cm3/g，BET比表面積為1～1000m2/g。
通過上述技術(shù)方案，本公開提供了一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及污水處理方法，將臭氧催化氧化工藝與生物活性炭工藝相耦合，污水處理效果好；通過將生物活性炭反應(yīng)器II中生化反應(yīng)得到的含生物膜活性炭引入催化氧化反應(yīng)器I中，既可以利用活性炭載體的催化進(jìn)行臭氧催化氧化反應(yīng)，又可以利用流化區(qū)1中水流和氣流的沖刷作用以及臭氧的氧化作用，使得活性炭載體中老化的生物膜脫落，載體得到更新，無需額外增加裝置來對在生物活性炭反應(yīng)器II反應(yīng)后的載體進(jìn)行反沖洗；通過流化式催化氧化反應(yīng)還可以避免催化氧化反應(yīng)器I中催化劑板結(jié)；在生物活性炭反應(yīng)器II中通過懸浮式生化反應(yīng)還可以避免生化填料板結(jié)；本公開采用獨(dú)特的反應(yīng)器設(shè)計(jì)，結(jié)合了流化床和懸浮床的優(yōu)勢，簡化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少了對催化劑單獨(dú)進(jìn)行反沖洗去除生物膜所需能耗。
（發(fā)明人：高峰;曹曉磊）
