一种新型臭氧-生物活性炭一体化废水深度处理方法与装置

摘要

本发明公开一种新型臭氧-生物活性炭一体化废水深度处理方法，包括如下步骤：S1将废水注入臭氧接触氧化区，并通过布气装置从底部向反应区内均匀投加臭氧气体，臭氧气体与废水发生氧化反应；S2将未反应的臭氧气体和废水送入臭氧催化氧化反应区，利用颗粒活性炭负载TiO

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种低浓度、难降解有机废水的快速处理技术， 特别涉及一种结合物化-生化处理为一体的臭氧-生物活性炭废水 深度处理技术。

背景技术

目前，工业废水及城市生活污水中污染物的种类日益增多，成 分更加复杂。这些污废水经过常规的生化法处理后，虽然处理水水 质得到很大改善，但是原水中种类繁多的难降解有机物，如烷基苯 磺酸、氯苯酚、农药、多氯联苯、多环芳烃、硝基芳烃化合物、染 料等处理效率不高，出水中仍有大量残留，会对环境和人类造成潜 在危害。

以此同时，我国是一个水资源严重短缺的国家。在全国660多 个城市中，有400多个城市缺水，其中108个为严重缺水城市。随 着工业化和城市化的急速发展，资源型和水质型双重缺水特征凸现， 已成为制约我国经济社会可持续发展的重大瓶颈。为了应对水资源 供需日益尖锐的矛盾，按照传统的开源节流方式已难以解决水资源 短缺的根本问题。因此，开发利用非常规水资源显得非常紧迫。城 市污水再生利用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、缓解 水资源供需矛盾和促进城市经济社会可持续发展的有效途径。

为有效解决再生水中难降解有机物的危害，国内外研究者开展 了大量的实验研究，利用臭氧生物活性炭工艺对污废水进行深度处 理，取得了良好的处理效果。在传统的臭氧生物活性炭工艺中，由 于臭氧氧化与生物活性炭分开设置，要获得理想的臭氧氧化效果， 可以通过两种途径：增加臭氧投加量或者延长臭氧与污废水的接触 氧化时间。臭氧投加量的增加意味着运行成本的上升，接触氧化时 间的延长代表着工程建设投资的增加。如何在较短的接触氧化时间 内充分利用定量的臭氧气体，是提高臭氧生物活性炭工艺处理效果 和推广该技术工程应用的关键所在。传统的臭氧生物活性炭工艺在 该方面存在固有的缺陷，因此，建立基于快速、高效臭氧利用技术 的臭氧生物活性炭处理方法具有重要的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于高效 臭氧接触氧化技术的新型臭氧-生物活性炭一体化废水深度处理方 法，应用臭氧氧化技术、颗粒活性炭负载纳米TiO₂催化氧化技术以 及生物活性炭工艺，并结合三相分离技术，在大幅提高臭氧利用效 率、改善处理水水质的同时降低了废水的处理成本，该方法操作简 便，运行安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型臭氧 -生物活性炭一体化废水深度处理方法，包括如下步骤：

S1将废水注入臭氧接触氧化区，并通过布气装置从底部向反应 区内均匀投加臭氧气体，臭氧气体与废水发生氧化反应；

S2将未反应的臭氧气体和废水送入臭氧催化氧化反应区，利用 颗粒活性炭负载TiO₂催化剂使臭氧与水中污染物进行臭氧催化氧 化，进一步消耗向废水中所投加的臭氧气体；

S3将经过臭氧催化氧化后的废水、臭氧尾气以及催化剂送入三 相分离区，臭氧尾气通过尾气收集装置排出系统，催化剂沉入催化 氧化区重复利用，富含溶解氧的废水则进入生物活性炭反应区；

S4在生物活性炭反应区内的活性炭吸附富集臭氧氧化后的小 分子有机物，为微生物的大量生长繁殖提供基质，并使废水得到净 化。

为了实现上述目的，本发明采用的另一技术方案是：一种新型 臭氧生物活性炭一体化废水深度处理装置，包括臭氧氧化反应区Ⅰ、 臭氧催化氧化区Ⅱ、三相分离区Ⅲ和生物活性炭反应区Ⅳ；所述 的废水深度处理装置从下向上依次为臭氧氧化反应区Ⅰ、臭氧催化 氧化区Ⅱ、三相分离区Ⅲ和生物活性炭反应区Ⅳ相互连接；

所述的臭氧氧化反应区Ⅰ上设置有计量装置1、布水系统、臭 氧发生器和微孔曝气系统；

所述的臭氧催化氧化区Ⅱ上填充有颗粒活性炭负载TiO₂催化 剂；

所述的臭氧氧化反应区Ⅰ与臭氧催化氧化区Ⅱ之间通过带长 柄滤头的穿孔分隔板隔离；

所述的三相分离区Ⅲ上设置有导流板、尾气收集器和臭氧破坏 器；

所述的臭氧催化氧化区Ⅱ与三相分离区Ⅲ通过导流板6隔离；

所述的生物活性炭反应区Ⅳ上设置集水堰，生物活性炭反应区 Ⅳ内部填充有活性炭和微生物；

所述的三相分离区Ⅲ与生物活性炭反应区Ⅳ之间通过穿孔分 隔板隔离；所述的尾气收集器穿过生物活性炭反应区Ⅳ，从生物活 性炭反应区Ⅳ顶部与臭氧破坏器连接；

废水经过所述的计量装置1进入处理装置底部的布水系统2， 同时臭氧气体由臭氧发生器3产生通过微孔曝气系统4均匀投加至 废水中，在臭氧氧化反应区Ⅰ内废水和臭氧进行氧化反应；随后气 水混合物通过带长柄滤头的穿孔分隔板5进入臭氧催化氧化区Ⅱ， 在催化剂作用下，未反应的臭氧气体进一步氧化废水中的污染物； 随后，臭氧尾气、催化剂和处理水进入三相分离区Ⅲ，导流板6防 止气泡进入后续处理流程，通过尾气收集器9将臭氧尾气收集并输 送至臭氧破坏器10处理尾气中残留的臭氧气体，随后将尾气排放； 催化剂在分离区内沉淀下来，处理水则通过穿孔分隔板7进入生物 活性炭反应区Ⅳ，在活性炭和微生物的双重作用下使废水中的污染 物得到彻底去除，处理后的水经过集水堰8收集后排出装置进行回 用。

进一步的，所述的生物活性炭反应区Ⅳ上设置有反冲洗水泵11 和反冲洗布水系统12，当生物活性炭反应区Ⅳ内的生物活性炭床发 生阻塞时，利用反冲洗水泵11将反洗水送入反冲洗布水系统12， 对碳床进行反洗。

本发明的优点是：本方法及装置将臭氧接触氧化、臭氧催化氧化 以及生物活性炭反应有机的整合为一体，强化了处理流程，提升了 处理效果，降低了处理成本，增加了处理工艺的安全稳定性。

本方法与装置应用活性炭负载纳米级TiO₂催化剂，解决了纳米 TiO₂催化剂的催化效果和重复利用间的矛盾，加快了臭氧催化氧化 的速率，提高了臭氧的利用率，确保处理水水质稳定。

本方法与装置采用上向流生物活性炭工艺，采用两级活性炭填 料，底部大颗粒活性炭的孔隙率大，为微生物提供良好的生长环境， 且不易阻塞；利用上部小颗粒活性炭超大的比表面积，对水质残留 的污染物进一步吸附，保证了该工艺优质的处理效果。

附图说明

图1是本发明一种新型臭氧-生物活性炭一体化废水深度处理 方法的流程示意图。

图2是本发明一种新型臭氧生物活性炭一体化废水深度处理装 置的结构示意图。

其中：Ⅰ：臭氧氧化反应区Ⅱ：活性炭催化氧化区Ⅲ：三相 分离区Ⅳ：生物活性炭反应区1.进水流量计2.穿孔布水系统3. 臭氧发生器4.微孔曝气系统5.带长柄滤头的穿孔分隔板6.导 流器7.穿孔分隔板8.集水堰9.尾气收集器10.臭氧破坏器11. 反冲洗水泵12.反冲洗配水系统

具体实施方式

本发明通过如下实施方式进行详细说明。但是本领域技术人员 了解，下述具体实施方式不是对本发明保护范围的限制，任何在本 发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

如图1所示的一种新型臭氧-生物活性炭一体化废水深度处理 方法，包括如下步骤：

S1将废水注入臭氧接触氧化区，并通过布气装置从底部向反应 区内均匀投加臭氧气体，臭氧气体与废水发生氧化反应；

S2将未反应的臭氧气体和废水送入臭氧催化氧化反应区，利用 颗粒活性炭负载TiO₂催化剂使臭氧与水中污染物进行臭氧催化氧 化，进一步消耗向废水中所投加的臭氧气体；

S3将经过臭氧催化氧化后的废水、臭氧尾气以及催化剂送入三 相分离区，臭氧尾气通过尾气收集装置排出系统，催化剂沉入催化 氧化区重复利用，富含溶解氧的废水则进入生物活性炭反应区；

S4在生物活性炭反应区内的活性炭吸附富集臭氧氧化后的小 分子有机物，为微生物的大量生长繁殖提供基质，并使废水得到净 化。

如图2所示的本发明同时提供了一种新型臭氧生物活性炭一体 化废水深度处理装置，包括臭氧氧化反应区Ⅰ；臭氧催化氧化区Ⅱ； 三相分离区Ⅲ；生物活性炭反应区Ⅳ。废水经过计量装置1进入 处理装置底部的布水系统2，同时臭氧气体由臭氧发生器3产生通 过曝气系统4均匀投加至废水中，在臭氧氧化反应区Ⅰ内废水和臭 氧进行氧化反应；随后气水混合物通过带长柄滤头的穿孔分隔板5 进入臭氧催化氧化区Ⅱ，在催化剂作用下，未反应的臭氧气体进一 步氧化废水中的污染物；随后，臭氧尾气、催化剂和处理水进入三 相分离区Ⅲ，导流板6可以防止气泡进入后续处理流程，通过尾气 收集器9将臭氧尾气收集并输送至臭氧破坏器10处理尾气中残留 的臭氧气体，随后将尾气排放；催化剂在分离区内沉淀下来，处理 水则通过穿孔分隔板7进入生物活性炭反应区Ⅳ，在活性炭和微生 物的双重作用下使废水中的污染物得到彻底去除，处理后的水经过 集水堰8收集后排出装置进行回用；当生物活性炭床发生阻塞时， 利用反冲洗水泵11将反洗水送入反冲洗布水系统12，对碳床进行 反洗，保障系统高效、稳定运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施一例，并不用于限制本发明， 凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等， 均包含于本发明的保护范围之内。