申请日2015.12.09
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺，步骤如下：1)将从混沉池出来的焦化废水运送至多介质过滤器中进行过滤处理;2)将过滤后废水输送至臭氧催化氧化反应装置进行催化氧化反应;3)将氧化后的废水输送至中间水池;4)再将废水通过泵输送到生物滤池中过滤;5)生物滤池出来的废水的不同利用。本发明还提供了一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置。该装置设计合理，运行成本低廉，解决了焦化废水深度处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值;本发明的工艺解决了焦化废水的高污染环境下的对操作人员不安全因素和危害健康的潜在风险;操作简单，运行成本低，出水水质可以满足不同用水要求。
摘要附图
权利要求书
1.一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺，它包括如下步骤：
1)将从混沉池出来的焦化废水运送至多介质过滤器(1)中进行过滤处理，以去除废水中的悬浮物，得到过滤后废水;
2)将过滤后废水输送至臭氧催化氧化反应装置中，经过臭氧氧化、催化剂的催化氧化反应及外加药剂H2O2的协同氧化作用，将废水中有机物氧化变成小分子有机物或无机物，得到氧化后的废水;同时，逸出的剩余臭氧运送至臭氧破坏装置(18);
3)将氧化后的废水输送至中间水池(20);
4)再将废水通过泵输送到生物滤池(21)中过滤，以降低废水中的SS、COD和BOD，并且脱氮除磷;
5)生物滤池(21)出来的废水一部分用作生化过程中消泡剂用水、煤场抑尘或生活杂用水;另外一部分废水通过后续的保安过滤器(26)、反渗透装置(27)进行除盐，除盐后的废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透装置(27)反渗透出来的浓水用作高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘或道路清扫用水。
2.一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，包括通过管道和阀门相连的多介质过滤器(1)、臭氧发生器(11)、臭氧催化氧化反应装置、臭氧破坏装置(18)、催化剂加药装置、生物滤池(21)、保安过滤器(26)和反渗透装置(27)，其特征在于：所述多介质过滤器(1)的出水口通过设有泵(3)和流量计(4)的管道与臭氧催化氧化反应装置的进水口连接，
所述臭氧催化氧化反应装置底部通过设有鼓风机(12)的管道与臭氧发生器(11)连接，臭氧催化氧化反应装置顶部通过管道与臭氧破坏装置(18)连接，臭氧催化氧化反应装置上部还通过加药泵(13)连接设有搅拌器(15)的加药罐(14)，臭氧催化氧化反应装置的出水口通过管道与中间水池(20)的进水口连接，中间水池(20)的出水口通过管道与内部设有曝气板(22)的生物滤池(21)进水口连接，所述生物滤池(21)的上部设有反冲洗水出水口(24)，生物滤池(21)的底部通过管道连接有空气鼓风机(23);
所述生物滤池(21)的出水口通过设有反冲洗泵(25)和加药口的反冲洗管道与保安过滤器(26)进水口连接，所述保安过滤器(26)设有反冲洗水排放口，保安过滤器(26)的出水口与反渗透装置(27)进水口连接，所述反渗透装置(27)出水口分别连接有出水管和浓水排出管。
3.根据权利要求2所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述臭氧催化氧化反应装置由预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)串联式组成，预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)的塔体均为立式筒状结构，预催化氧化反应塔(5)的出水口通过设有泵(3)的管道与催化氧化反应塔(16)的进水口连接;
所述预催化氧化反应塔(5)顶部和催化氧化反应塔(16)顶部均设有尾气放空口，预催化氧化反应塔(5)顶部还设有加药口;预催化氧化反应塔(5)内部和催化氧化反应塔(16)内部均设有布水板(6);预催化氧化反应塔(5)内部设有散装填料(7)，催化氧化反应塔(16)内部设有催化剂填料(17);所述预催化氧化反应塔(5)下部和催化氧化反应塔(16)下部均设有填料承托板(9)、钛质曝气板(10)和臭氧进气口;
所述预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)顶部的尾气放空口均通过管道与臭氧破坏装置(18)的尾气入口连接;预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)的臭氧进气口均通过管道与臭氧发生器(11)连接。
4.根据权利要求3所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述多介质过滤器(1)为立式圆筒状多介质过滤装置，包括由筒体、布水组件、支撑组件组成的过滤器体、配套管线和阀门;所述过滤器体内部设有反洗气管和滤料，过滤器体外部设有排气阀;所述滤料由Φ0.5～2mm无烟煤、Φ3～6mm陶粒和Φ4～10mm石英砂组成。
5.根据权利要求3或4所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述散装填料(7)为拉西环填料、鲍尔环填料或弧鞍填料中任一种，填料投加量为预催化氧化反应塔5筒体的40%～60%。
6.根据权利要求3或4所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述催化剂填料(17)为比表面积大于200m2/m3且负载铜、铁、锰或镍的烧结硅藻土、陶粒或活性炭;填料投加量为催化氧化反应塔(16)筒体体积的45%～60%。
7.根据权利要求3或4所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述臭氧破坏装置(18)采用活性炭吸收或KI溶液吸收剩余臭氧。
8.根据权利要求3或4所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)下部均设有液位计(8)，液位计(8)最低端与预催化氧化反应塔(5)和催化氧化反应塔(16)的出水口在同一水平面。
9.根据权利要求3或4所述的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，其特征在于：所述臭氧发生器(11)的气源采用氧气。
说明书
臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺和装置
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体是指一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺和装置。
背景技术
焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和焦化化产回收过程中产生的高浓度有机废水，该废水可生化性差，除氨、氰及硫氰根、硫离子、氯离子等无机污染物外，还含有酚类、萘、吡啶、喹啉等杂环及多环芳香族化合物(PAHS)、脂肪族化合物等有机污染物，废水毒性大，且部分已被研究证实为致癌物质，另外高浓度氨氮、硫化物、氰化物对微生物活性有很强的抑制作用，生物脱氮效果不佳。目前，焦化废水普遍采用不同形式的A/O生物脱氮工艺作为其处理的主要工艺，后辅助混凝沉淀等，但处理后出水中COD指标难以达到标准要求。部分钢铁企业已经开展焦化废水深度处理及回用，回用途径包括湿法熄焦、高炉冲渣、煤场抑尘和直接用于工业循环水等，但这些方法均存在操作环境差，二次污染产生或转移、设备、管道腐蚀严重等问题。
“炼焦化学工业污染物排放标准”(GB16171-2012)规定，除废水排放污染物浓度达到限值外，单位吨焦排水量不能超过0.4m3。因此对焦化废水进行深度处理和回用是减少污水外排，降低新水消耗量的最佳选择。本发明提出利用多介质过滤器、臭氧催化氧化、生物滤池和反渗透除盐组合新工艺和装置，避免了通过引入其他化学药剂等造成二次污染的做法，同时，实现了降低焦化废水处理成本，节约大量生产用水，为焦化废水的深度处理与回用提供了一条经济、实用、高效的深度处理工艺和装置系统。
目前焦化废水深度处理和回用工艺存在的突出问题主要有：1、 通过化学药剂深度处理废水(如采用芬顿试剂、次氯酸盐、高铁酸盐等强氧化剂)，该方法可能会引入二次污染，存在管网及设备腐蚀等问题，增加后续脱盐费用，同时该工艺存在药剂加入量大，水质受絮凝影响效果突出等问题，水质不容易控制;2、将焦化废水用于湿法熄焦或高炉冲渣，废水中污染物发生了转移，由液相转变到气相，操作环境差;3、膜法深度处理后的浓水去向也是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种设计合理，运行成本低廉且具有很强的工程应用价值的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺和装置，能有效解决焦化废水深度处理及回用中的难题。
为实现上述目的，本发明提供一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺，它包括如下步骤：
1)将从混沉池出来的焦化废水运送至多介质过滤器中进行过滤处理，以去除废水中的悬浮物，得到过滤后废水;
2)将过滤后废水输送至臭氧催化氧化反应装置中，经过臭氧氧化、催化剂的催化氧化反应及外加药剂H2O2的协同氧化作用，将废水中有机物氧化变成小分子有机物或无机物，得到氧化后的废水;同时，逸出的剩余臭氧运送至臭氧破坏装置;
3)将氧化后的废水输送至中间水池;
4)再将废水通过泵输送到生物滤池中过滤，以降低废水中的SS、COD和BOD，并且脱氮除磷;
5)生物滤池出来的废水一部分用作生化过程中消泡剂用水、煤场抑尘或生活杂用水;另外一部分废水通过后续的保安过滤器、反渗透装置进行除盐，除盐后的废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透装置反渗透出来的浓水用作高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘或道路清扫用水。
臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺，其主要步骤：从混沉池出来的焦化废水进入多介质过滤器通过滤料去除废水 中的悬浮物，同时利于提高后序臭氧催化氧化效率，废水在臭氧催化氧化反应装置中经过臭氧氧化、催化剂的催化氧化反应及外加药剂H2O2的协同氧化作用，产生大量的氧化性极强的羟基自由基(·OH)，将废水中有机物氧化变成小分子有机物或无机物如CO2、H2O，废水生化性提高，同时，逸出的剩余臭氧进入臭氧破坏装置。废水经过臭氧催化氧化反应后进入中间水池，通过泵输送到生物滤池，通过滤料内生长的微生物絮凝和降解等过程中兼有过滤的作用，降低废水中的SS、COD、BOD等有害物质，且可以脱氮除磷，从而减少了氧化工艺并具有更好的效果。生物滤池出来的废水一部分可以直接用作低等级用水，比如生化过程中消泡剂用水、煤场抑尘、生活杂用水等;另外一部分废水通过后续的保安过滤器、反渗透系统进行除盐，处理后的废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透出来的浓水可以直接用于高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘、道路清扫用水等其他用途。
本发明还提供一种臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，包括通过管道和阀门相连的多介质过滤器、臭氧发生器、臭氧催化氧化反应装置、臭氧破坏装置、催化剂加药装置、生物滤池、保安过滤器和反渗透装置，其特征在于：所述多介质过滤器的出水口通过设有泵和流量计的管道与臭氧催化氧化反应装置的进水口连接，
所述臭氧催化氧化反应装置底部通过设有鼓风机的管道与臭氧发生器连接，臭氧催化氧化反应装置顶部通过管道与臭氧破坏装置连接，臭氧催化氧化反应装置上部还通过加药泵连接设有搅拌器的加药罐，臭氧催化氧化反应装置的出水口通过管道与中间水池的进水口连接，中间水池的出水口通过管道与内部设有曝气板的生物滤池进水口连接，所述生物滤池的上部设有反冲洗水出水口，生物滤池的底部通过管道连接有空气鼓风机;
所述生物滤池的出水口通过设有反冲洗泵和加药口的反冲洗管道与保安过滤器进水口连接，所述保安过滤器设有反冲洗水排放 口，保安过滤器的出水口与反渗透装置进水口连接，所述反渗透装置出水口分别连接有出水管和浓水排出管。
进一步地，所述臭氧催化氧化反应装置由预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔串联式组成，预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔的塔体均为立式筒状结构，预催化氧化反应塔的出水口通过设有泵的管道与催化氧化反应塔的进水口连接;
所述预催化氧化反应塔顶部和催化氧化反应塔顶部均设有尾气放空口，预催化氧化反应塔顶部还设有加药口;预催化氧化反应塔内部和催化氧化反应塔内部均设有布水板;预催化氧化反应塔内部设有散装填料，催化氧化反应塔内部设有催化剂填料;所述预催化氧化反应塔下部和催化氧化反应塔下部均设有填料承托板、钛质曝气板和臭氧进气口;
所述预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔顶部的尾气放空口均通过管道与臭氧破坏装置的尾气入口连接;预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔的臭氧进气口均通过管道与臭氧发生器连接。
更近一步地，所述多介质过滤器为立式圆筒状多介质过滤装置，包括由筒体、布水组件、支撑组件组成的过滤器体、配套管线和阀门;所述过滤器体内部设有反洗气管和滤料，过滤器体外部设有排气阀;所述滤料由Φ0.5～2mm无烟煤、Φ3～6mm陶粒和Φ4～10mm石英砂组成。
更近一步地，所述散装填料为拉西环填料、鲍尔环填料或弧鞍填料中任一种，填料投加量为预催化氧化反应塔筒体的40%～60%;
更近一步地，所述催化剂填料为比表面积大于200m2/m3且负载铜、铁、锰或镍的烧结硅藻土、陶粒或活性炭;填料投加量为催化氧化反应塔筒体体积的45%～60%;
更近一步地，所述臭氧破坏装置采用活性炭吸收或KI溶液吸收剩余臭氧。
更近一步地，所述预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔下部均设有液位计，液位计最低端与预催化氧化反应塔和催化氧化反应塔 的出水口在同一水平面;
更近一步地，所述臭氧发生器的气源采用氧气。
本发明的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水装置，主要由多介质过滤器、臭氧发生器、臭氧破坏装置、催化氧化反应塔、催化剂加药装置、生物滤池、保安过滤器、反渗透装置等构成，(1)多介质过滤器可减少悬浮物的含量，同时提高臭氧反应槽水质处理效果;(2)臭氧发生器产生臭氧，气源为纯氧;(3)臭氧破坏装置将溢出或者未完全反应的臭氧进行破坏，减少对外界环境的污染;(4)催化氧化反应槽是将臭氧与焦化废水在催化氧化反应槽内将焦化废水中生物难降解的有机物质通过羟基自由基的氧化，将废水中大分子有机物及芳香烃化合物降解成小分子或CO2，以提高废水可生化性;(5)催化剂加药装置是加入外在药剂，助于臭氧与焦化废水在催化氧化反应槽内快速反应，降解废水中有机物的辅助系统;(6)生物滤池主要通过滤料内生长的微生物絮凝和降解等过程中兼有过滤的作用，降低废水中的SS、COD、BOD等有害物质，且可以脱氮除磷，从而减少了氧化工艺并具有更好的效果;(7)保安过滤器主要将生物滤池出来的部分悬浮物进一步过滤，满足反渗透装置系统的进水要求;(8)反渗透装置主要对废水进一步除盐，满足部分高等级用水要求;(9)从生物滤池出来的废水可以直接用于低等级用水要求，比如深化过程中消泡剂用水、煤场抑尘等;(10)从反渗透系统出来的浓水可以直接用于高炉炉渣冷却、冲渣用水、煤场抑尘等。
上述多介质过滤器为常规的立式圆筒状多介质过滤装置，主要由以下部分构成：(1)过滤器体，包括①简体;②布水组件;③支撑组件;(5)配套管线和阀门。其中过滤器体有④反洗气管;⑤滤料;⑥排气阀(外置)等。滤料可选择无烟煤(Φ0.5～2mm)、陶粒(Φ3～6mm)和石英砂(Φ4～10mm)等。目的是进一步降低废水中的悬浮物浓度，减小悬浮物、胶体等物质，同时提高臭氧利用效率。
上述臭氧催化氧化反应装置设置为串联式反应装置，其一为预反应塔，其二为反应塔，塔体均为立式筒状结构。预反应塔其上部设有布水板、应急放空口、臭氧破坏装置和尾气放空口，中部装入散装填料，如拉西环填料、鲍尔环填料、弧鞍填料等，填料投加量为筒体的40%～60%;下部设有支撑板、出水口、钛质曝气板。反应塔其上部设有布水板、应急放空口、臭氧破坏装置和尾气放空口，中部设有催化剂填料层，下部设有支撑板、出水口、钛质曝气板。反应塔内填料比表面积应大于200m2/m3的且负载铜、铁、锰、镍等化合物的烧结硅藻土、陶粒或活性炭。臭氧催化氧化反应装置内填料投加量为体积的45%～60%;填料支撑板设置小孔，孔径应小于填料粒径，一方面支撑填料，另一方面保证水流通过。臭氧催化氧化反应装置下部应设置液位计，液位计最低端与出水口在同一水平面，且臭氧催化氧化反应装置下部水位高于出水口，确保臭氧不会从出水口溢出。臭氧发生器气源采用氧气。臭氧尾气破坏装置采用活性炭吸收、KI溶液吸收等破坏装置。
上述催化剂加药装置中加入的药剂主要为H2O2，H2O2/Fe2+(摩尔比1:3)中的一种或两种。
上述中间水池可设置为矩形水池或者塔状水槽，主要起到稳定水质、水量作用。
上述曝气生物滤池采用上流式曝气生物滤池，底部布有进水管、反冲洗进水管及曝气管;填料为陶粒，填高/滤池高度比为1：1.5～1：3;底部是直径为100～150mm的卵石。陶粒粒径为1.5～6.0mm，堆积密度为0.80～0.95g/cm3，比表面积为2.5～6.0m2/g，孔隙率为50%～60%。生物滤池处理后的水一部分可以直接用作低等级用水，比如生化过程中消泡剂用水、煤场抑尘、生活杂用水等。生物滤池反冲洗水采用保安过滤器处理后的废水。
上述保安过滤器运行方式采用反洗型，滤管材料可陶瓷、玻璃砂、塑料等多种。过滤孔径在0.5～120μm范围。当运行至进出水口水压差达0.1MPa时，应更换滤芯。其目的是用来滤除经生物滤 池后的细小物质(如悬浮物，细小颗粒等)和微生物，以确保水质过滤精度及保护后序膜过滤元件不受大颗粒物质的损坏，延长反渗透装置寿命，满足反渗透系统的正常运行。保安过滤器前设有加药点，分别投加次氯酸钠杀菌剂和亚硫酸氢钠还原剂，以降低进入反渗透脱盐系统中细菌的含量，并中和过量的余氯，防止余氯进入反渗透系统。
上述反渗透装置采用模块化设备。目的是对废水进一步深度处理除盐、去除部分COD，产水可以回用于工业循环冷却水等高等级用水，浓水主要为含盐废水，可以直接外排，也可以用作高炉炉渣冷却、冲渣用水、煤场抑尘等。
本发明的优点在于：
(1)本发明设计合理，运行成本低廉，解决了焦化废水深度处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值。
(2)本发明解决了焦化废水的高污染环境下的对操作人员不安全因素和危害健康的潜在风险。
(3)本发明操作简单，运行成本低，出水水质可以满足不同用水要求。
