申请日2015.10.27
公开(公告)日2016.03.02
IPC分类号C02F3/08; C02F1/28; C02F1/50; C02F1/78; C02F101/30
摘要
本实用新型涉及一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，包括反应塔，反应塔内从下至上依次设置有水气混合区、第一活性炭床层区、第二活性炭床层区和水气分离区，水气混合区设有反应塔进水口和曝气盘，曝气盘通过反应塔进水口外接引入废水和臭氧的管道，第一活性炭床层区包括设置在曝气盘上方的第一活性炭层，第二活性炭床层区包括设置在第一活性炭层上方的第二活性炭层，水气分离区设有位于第二活性炭层上方的反应塔出水口，反应塔出水口通过管道连通清水池，反应塔顶端设置有排气阀。本实用新型将活性炭物理化学吸附、活性炭催化臭氧氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒技术合为一体，与传统水处理工艺相比，具有明显的优势。
摘要附图
权利要求书
1.一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，包括反应塔，所述反应塔内从下至上依次设置有水气混合区、第一活性炭床层区、第二活性炭床层区和水气分离区，所述水气混合区设有反应塔进水口 (11)和曝气盘(13)，所述曝气盘(13)通过所述反应塔进水口(11)外接引入废水和臭氧的管道，所述第一活性炭床层区包括设置在曝气盘(13) 上方的第一活性炭层(14)，所述第二活性炭床层区包括设置在第一活性炭层(14)上方的第二活性炭层(15)，所述水气分离区设有位于第二活性炭层(15)上方的反应塔出水口(16)，所述反应塔出水口(16)通过管道连通清水池(18)，所述反应塔顶端设置有排气阀(10)。
2.根据权利要求1所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，该成套装置还包括废水池(1)、离心泵(3)、臭氧一体机 (4)和射流器(7)，所述废水池(1)的出水口通过管道连通所述离心泵(3) 的进水口，所述离心泵(3)的出水口通过管道连通射流器(7)的进水口，所述臭氧一体机(4)的臭氧出口通过管道连通所述射流器(7)的进气口，所述射流器(7)的出口通过管道穿过反应塔进水口(11)连通所述曝气盘 (13)。
3.根据权利要求2所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，在所述臭氧一体机(4)的臭氧出口与所述射流器(7)的进气口之间的管道上设有导流罐(6)。
4.根据权利要求3所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，在所述臭氧一体机(4)的臭氧出口与所述导流罐(6)之间的管道上设有止回阀(5)。
5.根据权利要求2所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，所述离心泵(3)的进水口和出水口处的管道上均设置有球阀(2)，所述反应塔进水口(11)处的管道上也设置有球阀(2)。
6.根据权利要求1所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，所述第一活性炭床层区还包括设置在在曝气盘(1)上方的滤板(12)，所述第一活性炭层(14)填装在所述滤板(12)上，所述第一活性炭层(14)由粒径为4mm的活性炭颗粒组成，其厚度为10cm-20cm;所述第二活性炭层(15)还包括设置在第一活性炭层(14)上方的两块滤板 (12)，所述第二活性炭层(15)填装在两块滤板(12)之间，所述第二活性炭层(15)由粒径为6mm的活性炭颗粒组成，其厚度为20cm-40cm。
7.根据权利要求6所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，所述反应塔采用碳钢材质制成，所述曝气盘(13)采用不锈钢材质制成，所述滤板(12)采用不锈钢材质制成。
8.根据权利要求1所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，所述反应塔出水口(16)到所述反应塔顶端的距离为0.5m。
9.根据权利要求1至8任一项所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，该成套装置还包括反洗装置，所述反洗装置包括反洗离心泵(17)、反洗风机(8)和排污阀(9)，所述反洗离心泵(17) 的进水口通过管道连通清水池(18)，所述反洗离心泵(17)的出水口通过管道连通反应塔出水口(16)，所述反洗风机(8)的出风口通过管道穿过反应塔进水口(11)连通曝气盘(13)，所述排污阀(9)设置在反应塔底端。
10.根据权利要求9所述一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，其特征在于，所述反洗离心泵(17)的出水口处的管道上、所述反应塔出水口(16)与清水池(18)之间的管道上、所述反洗风机(8)的出风口处的管道上均设有球阀(2)。
说明书
一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置
技术领域
本实用新型涉及一种处理有机废水的成套装置，尤其涉及一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，属于废水处理领域，应用于印染废水、造纸废水、垃圾渗滤液、焦化废水等处理。
背景技术
根据不完全统计，全国染料废水每天排放量为300万吨-400万吨。染料废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。印染废水的污染物大部分为难降解有机物，近年来由于化学纤维织物的发展，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使PVA桨料、人造丝碱解物、新型肋剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，使COD 浓度也从原来的数百毫克每升上升到2000-3000mg/L，色度为100-400(稀释倍数)。从技术角度看，印染废水是很复杂的一个大类废水，其特点是：(1) 污染物成分差异性很大，很难归类求同;(2)主要污染指标COD高，BOD/COD 的比值一般在0.25左右，可生化性较差;(3)色度高，混合水中色母分子离子微粒大小重量各异性大，较难脱色。上述特点使原有的生物处理系统COD 去除率从70%下降到50%左右，甚至更低，传统的生物处理工艺已受到严重挑战，传统的二级处理已经不能适应废水治理和回用的要求，因此开发高效经济的染料废水处理技术日益成为当今环保行业关注的课题。而用臭氧活性炭联合进行深度处理在去除色度和COD方面有显著的效果，并已广泛应用于印染废水处理。
目前我国造纸废水处理大多采用的是混凝沉淀法，COD的去除率在60% -75%，BOD的去除率在60%-70%，各项指标很难达到GB3544-2008制浆造纸工业水污染排放标准，通过实验证明臭氧活性炭氧化可以彻底氧化造纸废水中部分有机物质为CO2和H2O，同时也能增加造纸废水的可生化性，而且随着投加量的增加，去除效果也随之增加。利用臭氧活性炭氧化某造纸废水厂生物处理后的二级出水，结果显示COD和TOC的去除率分别高达82%和64%。
垃圾渗滤液是一种污染性极强的高浓度有机废水，含有机污染物高达77 种，其中致癌物、辅致癌物5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。垃圾渗滤液对周边环境、填埋场土层及地下水都会造成极大的污染。采用臭氧活性炭氧化技术对垃圾渗滤液进行了研究，结果表明，当臭氧流量为 0.4L/min时，废水中的COD由900mg/L降为550mg/L以下，其BOD5/COD 在0.28上下波动，生物降解性大大提高。
煤的焦化和石油、天然气的裂解每年产生大量焦化废水。这类废水中，目前已知最严重的污染物有酚类、多环芳烃、氨氮、吡啶、硫代氰酸盐、氰化物、煤焦油等，污染物多为有机物和有毒物质。采用臭氧活性炭处理焦化废水的研究表明，臭氧处理酚是有效的，对于含有氰化物或硫氰化物的废水，研究发现，对于COD值小于1000mg/L、酚含量小于500mg/L的焦化废水，臭氧氧化是很有效的，COD的去除率可达80%，酚的含量降低80%以上，硫氰化物或氰化物的去除率接近100%，氨氮可降低35%左右。因此，如采用臭氧活性炭联合装置，更能有效的去除废水中的难降解有机物。
随着经济的发展，产生的工业废水逐年增加，成分也越来越复杂，已经成为目前废水治理的难点。经传统的生物工艺处理后，出水中仍含有较高浓度的有机物，这一部分有机物仍对水体造成污染。从目前实际运行情况来看，很多工厂虽然建设了污水处理设施，但现有工艺不能保证出水完全达标。另一方面，随着出水水质标准的提高，现在能达标的企业在今后也将不能满足新的排放标准，由于出水中残留的有机物为难降解物质，仅扩建现有工艺无法使出水达标。臭氧活性炭处理废水的组合装置作为一种有效的深度处理技术，能进一步去除有机物，满足日益严格的出水排放标准。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，可以解决现有技术中各种废水的处理问题，解决了现有技术中臭氧宜分解，臭氧在废水中溶解利用率低，氧化能力不足，臭氧处理有机物能力不足的缺陷，可以能够提高臭氧在废水中的溶解率，活性炭能够催化臭氧产生羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中生成的有机自由基可以继续参加OH的链式反应，或者通过生成有机过氧化自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到氧化分解有机物的目的。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种臭氧活性炭处理难降解有机废水的成套装置，包括反应塔，所述反应塔内从下至上依次设置有水气混合区、第一活性炭床层区、第二活性炭床层区和水气分离区，所述水气混合区设有反应塔进水口和曝气盘，所述曝气盘通过所述反应塔进水口外接引入废水和臭氧的管道，所述第一活性炭床层区包括设置在曝气盘上方的第一活性炭层，所述第二活性炭床层区包括设置在第一活性炭层上方的第二活性炭层，所述水气分离区设有位于第二活性炭层上方的反应塔出水口，所述反应塔出水口通过管道连通清水池，所述反应塔顶端设置有排气阀。
该成套装置中,先用管道引入臭氧气体和废水至水气混合区的曝气盘，使臭氧气体和废水进一步接触混合，经过两层活性炭层的处理后，在气水分离区通过反应塔出水口和排气阀分别排出废水和废气。
本实用新型的具体方法为：首先将臭氧加入到经过增压的废水中，含有臭氧的废水进入到反应塔再通过曝气盘混合射出，臭氧和废水摩擦混合，一部分臭氧溶解到废水中，溶解效率达70%左右，一部分臭氧与反应塔里的第一活性炭层接触，可起到四个作用：(1)可作为填料，增加臭氧在废水中的停留时间来增强臭氧溶解于废水的效率，增强臭氧在废水中的利用率;(2) 可作为催化剂，使臭氧产生更强的羟基来氧化有机物，臭氧和活性炭接触，活性炭可催化臭氧为羟基自由基创造了一个基于臭氧的高级氧化过程;(3) 可作为吸附剂吸附一部分有机物;(4)最后一个作用就是为后续活性炭工艺充氧，有利于活性炭好氧微生物的生长。而第二活性炭层所起的作用不仅是第一层的重复，而且起生物膜过滤的作用，这样完全解决了臭氧在废水中溶解率低的状况，两层活性炭层即可以作为填料来减缓臭氧在废水中停留时间，又可以作为吸附剂来吸附一部分有机物，也可以完全和臭氧接触，活性炭作为催化剂，能够促进溶解在水中的臭氧分解产生氧化性更强的羟基自由基,可以降低废水中的COD、BOD、SS降低、氨氮、致癌物和色度。
本实用新型处理难降解有机废水的原理是：臭氧投加在水中以后，主要有三个作用，一方面直接降解有机物，减少进入活性炭池中的有机负荷;一方面把大分子有机物降解为小分子有机物，改变水中有机物的分子量分布，提高水中有机物的可生化性，从而有利于强化后续活性炭工艺对于中小分子量有机物的吸附降解;最后一个作用就是为后续活性炭工艺充氧，有利于活性炭好氧微生物的生长。活性炭作为一种多孔物质，能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物质，同时，还可以去除水中的浊度、嗅味、色度，改善水的感官性指标，而且能够有效地吸附合成洗涤剂、阴离子表面活性剂等活性物质;活性炭还具有催化作用，催化氧化臭氧为羟基自由基，最终生成氧气，增加水中的溶解氧(DO)的浓度。活性炭空隙多，比表面积大，能够迅速吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集水中的微生物。利用臭氧电位高的特点，易将许多不易生物降解的有机物分解成许多更易生物降解的较小的或含氧较多的低分子有机物，从而改变了有机物的结构形态和性质，使其易被活性炭吸附去除，而被吸附的溶解性有机物也为维持炭床中微生物的生命活动提供营养源。同时，由于臭氧供氧充分，炭床中大量生长繁殖好氧菌，然后生物降解所吸附的低分子有机物，这样，也就在炭床中形成生物膜。该生物膜具有生物氧化降解和生物吸附的双重作用，活性炭对水中有机物的吸附和微生物的氧化分解是相继发生的，微生物的氧化分解作用，使活性炭的吸附能力得到恢复，而活性炭的吸附作用又使微生物获得丰富的养料和氧气，两者相互促进，形成相对稳状态，得到稳定的处理效果，活性炭附着的硝化菌还可以转化水中的氨氮化合物，降低水中NH3-N的浓度。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置曝气盘、第一活性炭层、第二活性炭层等技术大大的提高了臭氧的溶解率和利用率，在反应塔中形成了气、液、固三相流化床的形式，强化了传质，提高了臭氧的利用率，达到提高污染物矿化的能力，亦达到提高臭氧利用率的目的，同时实现活性炭催化臭氧产生更强的羟基来氧化有机物。相比现有技术,本发明还通过设置多层活性炭床层区来发挥活性炭的优势,提高活性炭的利用率。本实用新型将活性炭物理化学吸附、活性炭催化臭氧氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒技术合为一体，与传统水处理工艺相比，具有明显的优势。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，该成套装置还包括废水池、离心泵、臭氧一体机和射流器，所述废水池的出水口通过管道连通所述离心泵的进水口，所述离心泵的出水口通过管道连通射流器的进水口，所述臭氧一体机的臭氧出口通过管道连通所述射流器的进气口，所述射流器的出口通过管道穿过反应塔进水口连通所述曝气盘。
采用上述进一步方案的有益效果是离心泵抽取废水池内的废水进入射流器形成负压后打开臭氧一体机放出臭氧进入射流器，在射流器内臭氧溶解在废水中再经过反应塔内底部的曝气盘二次射出。
进一步，在所述臭氧一体机的臭氧出口与所述射流器的进气口之间的管道上设有导流罐。
进一步，在所述臭氧一体机的臭氧出口与所述导流罐之间的管道上设有止回阀。
采用上述进一步方案的有益效果是导流罐可以将臭氧一体机放出臭氧导入射流器，而止回阀可以防止废水流入臭氧一体机。
进一步，所述离心泵的进水口和出水口处的管道上均设置有球阀，所述反应塔进水口处的管道上也设置有球阀。
采用上述进一步方案的有益效果是这些球阀可以控制该成套装置的废水处理，全部开启时，该成套装置正常的进行废水处理，关闭任意一个上述球阀即可使该成套装置停止废水处理。
进一步，所述第一活性炭床层区还包括设置在在曝气盘上方的滤板，所述第一活性炭层填装在所述滤板上，所述第一活性炭层由粒径为4mm的活性炭颗粒组成，其厚度为10cm-20cm;所述第二活性炭层还包括设置在第一活性炭层上方的两块滤板，所述第二活性炭层填装在两块滤板之间，所述第二活性炭层由粒径为6mm的活性炭颗粒组成，其厚度为20cm-40cm。
采用上述进一步方案的有益效果是曝气盘射出的有压力的细水柱冲击搅动第一活性炭层的活性炭颗粒，形成气液固三相混合反应，所以第一活性炭层只需要下方设置一个滤板，上方不需要限制，厚度较小，活性炭颗粒的粒径也比较小，而第二活性炭层不需要搅动，下方的废水慢慢上涨即可浸没，所以可以设置在两个滤板之间固定住，厚度较大，活性炭颗粒的粒径也比较大。
进一步，所述反应塔采用碳钢材质制成，所述曝气盘采用不锈钢材质制成，所述滤板采用不锈钢材质制成。
进一步，所述反应塔出水口到所述反应塔顶端的距离为0.5m。
采用上述进一步方案的有益效果是预留出一段空间，进行气水分离，处理过的废水从反应塔出水口排出，反应剩余的气体从反应塔顶端的排气阀排出，这段空间的上下距离不可太小，否则废水可能会从排气阀漏出，而这段空间的上下距离也不可太大，占用太多空间会带来成本的增加，0.5m左右是一个比较合适的范围。
进一步，该成套装置还包括反洗装置，所述反洗装置包括反洗离心泵、反洗风机和排污阀，所述反洗离心泵的进水口通过管道连通清水池，所述反洗离心泵的出水口通过管道连通反应塔出水口，所述反洗风机的出风口通过管道穿过反应塔进水口连通曝气盘，所述排污阀设置在反应塔底端。
采用上述进一步方案的有益效果是活性炭孔隙中的有机物被吸附后，需要经过反冲洗，使得活性炭孔隙腾出吸附位置，恢复对有机物与溶解氧的吸附能力。反洗时先打开反洗风机从反应塔进水口进气，使活性炭填料层松动，然后关闭风机，打开反洗离心泵从清水池向反应塔出水口进水，同时打开反应塔底端的排污阀进行排污;重复上述操作2-3次即可。
进一步，所述反洗离心泵的出水口处的管道上、所述反应塔出水口与清水池之间的管道上、所述反洗风机的出风口处的管道上均设有球阀。
采用上述进一步方案的有益效果是这些球阀可以控制正常废水处理和反洗模式的切换。反应塔出水口与清水池之间的管道上的球阀在该成套装置正常废水处理时是开启的，而反洗离心泵的出水口处的管道上和反洗风机的出风口处的管道上的球阀关闭，需要进行反洗时，先关闭之前提到的那些球阀及反应塔出水口与清水池之间的管道上的球阀，使得该成套装置停止废水处理，再按照反冲洗的操作过程对反应塔进行气水联合冲洗，最后打开排污阀进行排污，完成全部的反洗过程。
