專利名稱：一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水回用過程中反滲透濃水的處理領(lǐng)域，尤其涉及一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
反滲透膜分離技術(shù)作為目前水處理行業(yè)先進(jìn)的技術(shù)，具有清潔、高效、無污染的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于海水淡化、苦咸水凈化、純水和超純水制備、城市污水處理及回用、エ業(yè)廢水處理及回用等領(lǐng)域，為水處理行業(yè)做出卓越的貢獻(xiàn)。反滲透膜技術(shù)在城市污水處理及回用、エ業(yè)廢水處理及回用的應(yīng)用中，在獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品水的同時產(chǎn)生20%到30%的濃水。該類濃水的其它指標(biāo)都能滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)，但濃水中的COD達(dá)到80-180mg/L，超過60mg/L的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，需要處理后才能達(dá)標(biāo)排放。該類濃水中的COD污染物是反滲透進(jìn)水COD的高倍濃縮。由于反滲透進(jìn)水已經(jīng)過微生物生化處理，使得濃水中的COD難以生物降解；而常規(guī)混凝沉淀或過濾エ藝基本沒有處理效果；采用活性炭吸附エ藝處理成本過高，不經(jīng)濟實用采用雙氧水(H2O2)、ニ氧化氯(ClO2)、次氯酸鈉(NaClO)等化學(xué)藥劑進(jìn)行氧化，處理效果好，但需要調(diào)節(jié)濃水pH值，化學(xué)藥劑用量大，處理成本較高，達(dá)到I. 2-1. 5元/m3濃水，而且化學(xué)藥劑揮發(fā)造成二次污染等缺點；采用臭氧(O3)進(jìn)行氧化，處理效果好，不需要調(diào)節(jié)濃水pH值，但O3投加量達(dá)到150-200mg/L,處理成本達(dá)到I. 0-1. 2元/m3濃水。因而有必要開發(fā)ー種處理成本低、無ニ次污染的反滲透濃水處理方法，將該類反滲透濃水中的COD污染物處理到國家標(biāo)準(zhǔn)以下，從而達(dá)標(biāo)排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置及其應(yīng)用方法，克服現(xiàn)有反滲透濃水處理技術(shù)上的不足，將反滲透濃水中的COD降到50mg/L以下，從而達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的—種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，包括反滲透濃水儲存箱、連接在反滲透濃水儲存箱出水管道一上的提升泵和流量計以及二次沉降池，其特征在干還包括固定床催化氧化塔、空曝脫氣塔、流化床生物膜反應(yīng)器、鼓風(fēng)機、臭氧發(fā)生器、管道混合器；
所述反滲透濃水儲存箱通過管道一與固定床催化氧化塔連接，管道一上安裝有管道混合器，管道混合器連接有臭氧發(fā)生器；固定床催化氧化塔的通過管道ニ與空曝脫氣塔連接，空曝脫氣塔通過管道三與流化床生物膜反應(yīng)器連接，流化床生物膜反應(yīng)器的出ロ連接二次沉降池；固定床催化氧化塔、空曝脫氣塔和流化床生物膜反應(yīng)器中均安裝有與鼓風(fēng)機連接的曝氣管。
固定床催化氧化塔內(nèi)裝催化劑載體活性炭和NiO/CuO復(fù)合催化劑。固定床催化氧化塔的催化劑床層水力停留時間為40min,臭氧投加量為40_45mg/L0 空曝脫氣塔的水力停留時間為30min。流化床生物膜反應(yīng)器內(nèi)裝有懸浮生物載體填料，形成流化床工藝，懸浮生物載體填料裝填率為30 40%。所述懸浮生物載體填料包括外環(huán)圈、內(nèi)環(huán)圈、徑向筋板、小鰭片、徑向輻射鰭片；所述外環(huán)圈和內(nèi)環(huán)圈通過兩片垂直相交的徑向筋板連接；所述外環(huán)圈和內(nèi)環(huán)圈之間設(shè)有8條連接筋板；在外環(huán)圈和內(nèi)環(huán)圈之間形成多個腔室；所述徑向輻射鰭片為32個，間隔均勻設(shè)置在外環(huán)圈的外側(cè)表面上；所述小鰭片為12個，間隔均勻設(shè)置在內(nèi)環(huán)圈的外側(cè)表面上。所述外環(huán)圈的直徑為19. 5-20. 5mm,所述內(nèi)環(huán)圈的直徑為9. 5-10. 5mm,所述徑向輻射鰭片高度為1.8-2. 2mm，所述小鰭片高度為O. 9-1. 1mm，所述外環(huán)圈、內(nèi)環(huán)圈、小鰭片和徑向輻射鰭片的厚度均為O. 3-0. 5mm ;所述的懸浮生物填料由含有加入親水劑、抗氧化劑及比重調(diào)節(jié)劑的PE材質(zhì)制作，其比重為O. 94-0. 98 ;所述懸浮生物填料堆積后的比表面積為 400-500m2/m3。所述鼓風(fēng)機為羅茨鼓風(fēng)機、離心鼓風(fēng)機或回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機。所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置的應(yīng)用方法，其特征在于該方法包括如下工藝步驟(I)所述反滲透濃水儲存箱的濃水經(jīng)過提升泵加壓和流量計計量，與從臭氧發(fā)生器來的臭氧在管道混合器內(nèi)充分混合形成氣水混合物；(2)管道混合器內(nèi)的氣水混合物從固定床催化氧化塔的底部進(jìn)入，水中有機污染物與臭氧在催化劑載體活性炭微孔表面發(fā)生催化氧化反應(yīng)，同時從鼓風(fēng)機來的空氣經(jīng)塔底曝氣管對污水進(jìn)行空氣攪拌，防止過水短流(3)固定床催化氧化塔出水進(jìn)入空曝脫氣塔，從鼓風(fēng)機來的空氣經(jīng)塔底曝氣管對污水進(jìn)行曝氣，將污水中未反應(yīng)完殘存的臭氧吹脫除去；(4)空曝脫氣塔出水進(jìn)入流化床生物膜反應(yīng)器，經(jīng)臭氧催化氧化后形成的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于生物降解的有機物被微生物氧化分解，從鼓風(fēng)機來的空氣經(jīng)池底曝氣管為微生物新成代謝、生長繁殖提供氧氣；(5)流化床生物膜反應(yīng)器出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀分離。本發(fā)明具有如下優(yōu)點反滲透濃水無需調(diào)節(jié)pH值；由于催化劑參與氧化反應(yīng)，而且氧化反應(yīng)只控制在破壞有機污染物分子結(jié)構(gòu)的階段，臭氧投加量小、只需40mg/L左右，處理成本低廉、約O. 6元/m3污水；該方法無二次污染，綠色環(huán)保。


圖I為本發(fā)明的裝置流程示意2為本發(fā)明污水處理用懸浮生物填料的平面3為本發(fā)明污水處理用懸浮生物填料的剖面中，21.外環(huán)圈、22.內(nèi)環(huán)圈、23.徑向筋板、24.小鰭片、25.徑向輻射鰭片、26.連接筋板；
I.反滲透濃水儲存箱、2.提升泵、3.固定床催化氧化塔、4.空曝脫氣塔、5.流化床生物膜反應(yīng)器、6. 二次沉降池、7.鼓風(fēng)機、8.臭氧發(fā)生器、9.流量計、10.管道混合器、11.催化劑載體活性炭、12.曝氣管、13.曝氣管、14.曝氣管、15.懸浮生物填料
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，包括反滲透濃水儲存箱I、連接在反滲透濃水儲存箱I出水管道一上的提升泵2和流量計9以及二次沉降池6，其特征在于還包括固定床催化氧化塔3、空曝脫氣塔4、流化床生物膜反應(yīng)器5、鼓風(fēng)機7、臭氧發(fā)生器8、管道混合器10;所述反滲透濃水儲存箱I通過管道一與固定床催化氧化塔3連接，管道一上安裝有管道混合器10，管道混合器10連接有臭氧發(fā)生器8 ;固定床催化氧化塔3的通過管道ニ與空曝脫氣塔4連接，空曝脫氣塔4通過管道三與流化床生物膜反應(yīng)器5連接，流化床生物膜反應(yīng)器5的出ロ連接二次沉降池6 ;固定床催化氧化塔3、空曝脫氣塔4和流化床生物膜反應(yīng)器5中均安裝有與鼓風(fēng)機7連接的曝氣管12，13，14。所述反滲透濃水儲存箱I用于儲存從反滲透膜裝置排放的濃水，設(shè)計水力停留時間6-8h。箱體可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、碳鋼防腐結(jié)構(gòu)、不銹鋼結(jié)構(gòu)或塑料材質(zhì)結(jié)構(gòu)。所述提升泵2對待處理的濃水進(jìn)行加壓提升，流量根據(jù)設(shè)計處理量選定，揚程為15m左右，可以是離心泵、潛水泵、自吸泵或液下泵。所述固定床催化氧化塔3為反滲透濃水與強氧化劑臭氧提供接觸反應(yīng)空間，設(shè)計高度約3m、催化劑床層水力停留時間約為40min，臭氧投加量為40_45mg/L。。塔體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、碳鋼防腐結(jié)構(gòu)或不銹鋼結(jié)構(gòu)。內(nèi)裝催化劑載體活性炭11，催化劑選用NiO/CuO復(fù)合催化劑。塔底設(shè)置曝氣管12為氧化反應(yīng)提供攪拌空氣，防止過水短流。所述固定床催化氧化塔3內(nèi)的反應(yīng)機理水中COD類有機污染物與O3被吸附到催化劑載體活性炭的微孔表面，形成污染物-催化劑、催化劑-O3中間產(chǎn)物。一方面，污染物-催化劑中間產(chǎn)物可以被O3直接氧化成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于微生物降解的物質(zhì)，或被徹底氧化分解成H20、CO2等無害的無機物；另一方面，水中的氫氧根離子(Off)與催化劑-O3中間產(chǎn)物結(jié)合發(fā)生一系列自由基鏈反應(yīng)生成大量羥基自由基(· 0H)，由于羥基自由基(· 0H)具有很高的氧化電位、氧化性極強，可以將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機污染物氧化成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于微生物降解的物質(zhì)，或被徹底氧化分解成H2OXO2等無害的無機物。通過控制O3投加量，即少量投加O3，控制催化氧化反應(yīng)深度，可以將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機污染物氧化分解成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于微生物降解的物質(zhì)。所述空曝脫氣塔4的作用是通過曝氣脫除水中未反應(yīng)完的殘余03，以利于后續(xù)微生物生化系統(tǒng)。設(shè)計高度約3m、水力停留時間約30min。塔體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、碳鋼防腐結(jié)構(gòu)或不銹鋼結(jié)構(gòu)；塔底設(shè)置曝氣管13提供吹脫空氣。所述流化床生物膜反應(yīng)器5是ー種高效微生物生化反應(yīng)系統(tǒng)，其作用是利用微生物來降解經(jīng)臭氧催化氧化后形成的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于微生物降解的物質(zhì)。設(shè)計水力停留時間約2h。反應(yīng)器池體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、碳鋼防腐結(jié)構(gòu)或不銹鋼結(jié)構(gòu)。池內(nèi)裝懸浮生物載體填料15，形成流化床エ藝，填料裝填率30-40%。池底設(shè)置曝氣管14為微生物新成代謝、生長繁殖提供氧氣。
所述二次沉降池6的作用是對生化之后的濃水進(jìn)行泥水分離；設(shè)計表面負(fù)荷
O.5m3/m2 · h ;池體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、碳鋼防腐結(jié)構(gòu)或不銹鋼結(jié)構(gòu)。所述鼓風(fēng)機7的作用是為固定床催化氧化塔3、空曝脫氣塔4、流化床生物膜反應(yīng)器5提供空氣或氧氣；可以是羅茨鼓風(fēng)機、離心鼓風(fēng)機或回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機。所述懸浮生物載體填料15包括外環(huán)圈21、內(nèi)環(huán)圈22、徑向筋板23、小鰭片24、徑向輻射鰭片25 ;所述外環(huán)圈21和內(nèi)環(huán)圈22通過兩片垂直相交的徑向筋板23連接；所述外環(huán)圈21和內(nèi)環(huán)圈22之間設(shè)有八條連接筋板26 ;在外環(huán)圈.「《內(nèi)環(huán)圈22之間形成多個腔室；所述徑向輻射鰭片25為32個，間隔均勻設(shè)置在外環(huán)圈21的外側(cè)表面上；所述小鰭片24為12個，間隔均勻設(shè)置在內(nèi)環(huán)圈22的外側(cè)表面上。所述外環(huán)圈21的直徑為19. 5-20. 5mm，所述內(nèi)環(huán)圈22的直徑為9. 5-10. 5mm，所述徑向輻射鰭片25高度為I. 8-2. 2mm,所述小鰭片24高度為O. 9-1. Imm,所述外環(huán)圈21、內(nèi)環(huán)圈22、小鰭片24和徑向輻射鰭片25的厚度均為O. 3-0. 5mm ;所述的懸浮生物填料15由含有加入親水劑、抗氧化劑及比重調(diào)節(jié)劑的PE材質(zhì)制作，其比重為O. 94-0. 98與水的比重接近，因此在使用中其流化狀態(tài)好、在生化曝氣池的邊角無堆積現(xiàn)象；所述懸浮生物填料15堆積后的比表面積為400-500m2/m3，有效比表面積大，單位體積填料的微生物掛膜量大。所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置的應(yīng)用方法，其特征在于該方法包括如下エ藝步驟(I)所述反滲透濃水儲存箱I的濃水經(jīng)過提升泵2加壓和流量計9計量，與從臭氧發(fā)生器8來的臭氧在管道混合器10內(nèi)充分混合形成氣水混合物；(2)管道混合器10內(nèi)的氣水混合物從固定床催化氧化塔3的底部進(jìn)入，水中有機污染物與臭氧在催化劑載體活性炭微孔表面發(fā)生催化氧化反應(yīng)，同時從鼓風(fēng)機7來的空氣經(jīng)塔底曝氣管12對污水進(jìn)行空氣攪拌，防止過水短流；(3)固定床催化氧化塔3出水進(jìn)入空曝脫氣塔4，從鼓風(fēng)機7來的空氣經(jīng)塔底曝氣管13對污水進(jìn)行曝氣，將污水中未反應(yīng)完殘存的臭氧吹脫除去；(4)空曝脫氣塔4出水進(jìn)入流化床生物膜反應(yīng)器5，經(jīng)臭氧催化氧化后形成的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于生物降解的有機物被微生物氧化分解，從鼓風(fēng)機7來的空氣經(jīng)池底曝氣管14為微生物新成代謝、生長繁殖提供氧氣；(5)流化床生物膜反應(yīng)器5出水進(jìn)入二次沉降池6進(jìn)行沉淀分離。經(jīng)過本發(fā)明處理的反滲透濃水指標(biāo)如下表所示
數(shù)據(jù)編號 1# 2# 3 4# 5# 6 7# 8 9# 10# 平均值 々卜理前濃水
126 93 158 176 105 88 117 135 164 123 128.5—C0D(mg/L)_____________
處理后濃水
~ , 42 37 48 47 41 36 44 42 44 45 42.6—C0D(mg/L)____________
COD 除去率(％) 66.7 60.2 69.6 73.3 60.9 59. I 62.4 68.9 73.2 63.4 66.8應(yīng)用實例說明本發(fā)明對污水回用過程中產(chǎn)生的反滲透濃水的處理效果明顯，出水COD小于50mg/L，完全可以達(dá)標(biāo)排放；經(jīng)過統(tǒng)計分析與計算，處理成本約O. 6元/m3污水。
權(quán)利要求
1.一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，包括反滲透濃水儲存箱(I)、連接在反滲透濃水儲存箱(I)出水管道一上的提升泵(2)和流量計(9)以及二次沉降池(6)，其特征在干還包括固定床催化氧化塔(3)、空曝脫氣塔(4)、流化床生物膜反應(yīng)器(5)、鼓風(fēng)機(7)、臭氧發(fā)生器(8)、管道混合器(10)； 所述反滲透濃水儲存箱(I)通過管道一與固定床催化氧化塔(3)連接，管道一上安裝有管道混合器(10)，管道混合 器(10)連接有臭氧發(fā)生器(8);固定床催化氧化塔(3)的通過管道ニ與空曝脫氣塔(4)連接，空曝脫氣塔(4)通過管道三與流化床生物膜反應(yīng)器(5)連接，流化床生物膜反應(yīng)器(5)的出口連接二次沉降池￠);固定床催化氧化塔(3)、空曝脫氣塔(4)和流化床生物膜反應(yīng)器(5)中均安裝有與鼓風(fēng)機(7)連接的曝氣管(12，13，14)。
2.如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在干固定床催化氧化塔(3)內(nèi)裝催化劑載體活性炭(11)和NiO/CuO復(fù)合催化劑。
3.如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在于固定床催化氧化塔(3)的催化劑床層水力停留時間為40min，臭氧投加量為40-45mg/L。
4.如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在于空曝脫氣塔(4)的水力停留時間為30min。
5.如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在于流化床生物膜反應(yīng)器(5)內(nèi)裝有懸浮生物載體填料(14)，形成流化床エ藝，懸浮生物載體填料(15)裝填率為30 40%。
6.如權(quán)利要求5所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在干所述懸浮生物載體填料(15)包括外環(huán)圈(21)、內(nèi)環(huán)圈(22)、徑向筋板(23)、小鰭片(24)、徑向輻射鰭片(25);所述外環(huán)圈(21)和內(nèi)環(huán)圈(22)通過兩片垂直相交的徑向筋板(23)連接；所述外環(huán)圈(21)和內(nèi)環(huán)圈(22)之間設(shè)有8條連接筋板(26);在外環(huán)圈(21)和內(nèi)環(huán)圈(22)之間形成多個腔室；所述徑向輻射鰭片(25)為32個，間隔均勻設(shè)置在外環(huán)圈(21)的外側(cè)表面上；所述小鰭片(24)為12個，間隔均勻設(shè)置在內(nèi)環(huán)圈(22)的外側(cè)表面上。
7.如權(quán)利要求6所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在于所述外環(huán)圈(21)的直徑為19. 5-20. 5mm，所述內(nèi)環(huán)圈(22)的直徑為9. 5-10. 5mm，所述徑向輻射鰭片(25)高度為I. 8-2. 2mm，所述小鰭片(24)高度為O. 9-1. 1mm，所述外環(huán)圈(21)、內(nèi)環(huán)圈(22)、小鰭片(24)和徑向輻射鰭片(25)的厚度均為O. 3_0. 5_ ;所述的懸浮生物填料(15)由含有加入親水劑、抗氧化劑及比重調(diào)節(jié)劑的PE材質(zhì)制作，其比重為O.94-0. 98 ;所述懸浮生物填料(15)堆積后的比表面積為400-500m2/m3。
8.如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置，其特征在于所述鼓風(fēng)機(X)為羅茨鼓風(fēng)機、離心鼓風(fēng)機或回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機。
9.一種如權(quán)利要求I所述的反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置的應(yīng)用方法，其特征在于該方法包括如下エ藝步驟； (1)所述反滲透濃水儲存箱(I)的濃水經(jīng)過提升泵(2)加壓和流量計(9)計量，與從臭氧發(fā)生器(8)來的臭氧在管道混合器(10)內(nèi)充分混合形成氣水混合物； (2)管道混合器(10)內(nèi)的氣水混合物從固定床催化氧化塔(3)的底部進(jìn)入，水中有機污染物與臭氧在催化劑載體活性炭微孔表面發(fā)生催化氧化反應(yīng)，同時從鼓風(fēng)機(7)來的空氣經(jīng)塔底曝氣管(12)對污水進(jìn)行空氣攪拌，防止過水短流；(3)固定床催化氧化塔(3)出水進(jìn)入空曝脫氣塔(4)，從鼓風(fēng)機(7)來的空氣經(jīng)塔底曝氣管(13)對污水進(jìn)行曝氣，將污水中未反應(yīng)完殘存的臭氧吹脫除去； (4)空曝脫氣塔(4)出水進(jìn)入流化床生物膜反應(yīng)器(5)，經(jīng)臭氧催化氧化后形成的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的易于生物降解的有機物被微生物氧化分解，從鼓風(fēng)機(7)來的空氣經(jīng)池底曝氣管 (14)為微生物新成代謝、生長繁殖提供氧氣； (5)流化床生物膜反應(yīng)器(5)出水進(jìn)入二沉池(6)進(jìn)行沉淀分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反滲透濃水的臭氧催化氧化與生化復(fù)合處理裝置及其應(yīng)用方法，其特征在于包括固定床催化氧化塔、空曝脫氣塔、流化床生物膜反應(yīng)器、鼓風(fēng)機、臭氧發(fā)生器、管道混合器；所述反滲透濃水儲存箱通過管道一與固定床催化氧化塔連接，管道一上安裝有管道混合器，管道混合器連接有臭氧發(fā)生器；固定床催化氧化塔的通過管道二與空曝脫氣塔連接，空曝脫氣塔通過管道三與流化床生物膜反應(yīng)器連接，流化床生物膜反應(yīng)器的出口連接二次沉降池；固定床催化氧化塔、空曝脫氣塔和流化床生物膜反應(yīng)器中均安裝有與鼓風(fēng)機連接的曝氣管。本發(fā)明的反滲透濃水無需調(diào)節(jié)pH值；由于催化劑參與氧化反應(yīng)，而且氧化反應(yīng)只控制在破壞有機污染物分子結(jié)構(gòu)的階段，臭氧投加量小、只需40mg/L左右，處理成本低廉、約0.6元/m3污水；該方法無二次污染，綠色環(huán)保。
文檔編號C02F1/78GK102616995SQ20121009168
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者丁士兵, 李桂平, 楊海清, 王彥成, 郝彥春 申請人:北京碧水源環(huán)境工程有限公司