申请日2018.06.22
公开（公告）日2021.02.23
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置及其运行方法，所述装置包括调节池、曝气生物滤池、臭氧反应池、臭氧发生扩散装置和反硝化生物滤池。本发明先利用曝气生物滤池中的微生物降解一部分难降解有机污染物及氨氮，降低后续臭氧反应池的臭氧用量，降低成本，利用臭氧降解残留有毒难降解有机污染物，再经电解池与反硝化生物滤池耦合的反应器处理，进一步去除难降解有机污染物和硝态氮，能够达到较好的深度脱氮及毒性削减效果，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置，其特征在于，包括药剂槽（1）、调节池（2）、曝气生物滤池（3）、臭氧反应池（4）、臭氧发生扩散装置（5）和反硝化生物滤池（6）；所述药剂槽（1）的加药管深入调节池（2）内，调节池（2）通过管路连接至所述曝气生物滤池（3）的底部，所述曝气生物滤池（3）内部从上至下依次设有集水槽（7）、滤料层（8）、承托层一（9）、曝气管（10），所述集水槽（7）通过管路连接至臭氧反应池（4），臭氧反应池（4）的内顶部竖向设有搅拌器（11），所述臭氧发生扩散装置（5）包括臭氧发生器（12）、催化剂储液箱（13）、气液混合泵（14）、超声波雾化扩散器（15）、尾气收集破坏器（16），所述超声波雾化扩散器（15）安装在臭氧反应池（4）的内底部，所述气液混合泵（14）的出口端与超声波雾化扩散器（15）相连，气液混合泵（14）的进气口端与所述臭氧发生器（12）相连，气液混合泵（14）的进液口端与含有液相催化剂的所述催化剂储液箱（13）相连，用于将臭氧与液相催化剂混合后输送至超声波雾化扩散器进行破碎雾化，所述尾气收集破坏器（16）连接在臭氧反应池（4）的上方，反硝化生物滤池（6）包括直流电源（17）、阳极棒列（18）、阴极棒列（19）、填料层（20）、承托层二（21）、隔板（22），所述隔板（22）纵向设置在反硝化生物滤池（6）内部，并将反硝化生物滤池（6）划分为阳极区和阴极区，所述填料层（20）、承托层二（21）分别从上至下设置在所述阳极区和阴极区内部，阳极区底部通过臭氧检测控流组件（23）与臭氧反应池（4）相连，阴极区底部连接有排水集管（24），所述阳极棒列（18）包埋于阳极区内的填料层（20）中，所述阴极棒列（19）包埋于阴极区内的填料层（20）中，所述直流电源（17）的正、负极分别通过导线与阳极棒列（18）、阴极棒列（19）电性连接；
所述曝气生物滤池（3）的底部设有反冲洗进水管一（25），曝气生物滤池（3）的顶部设有与所述集水槽（7）相连的反冲洗出水管一（26）；所述反硝化生物滤池（6）的阳极区和阴极区均设有反冲洗进水管二（27）和反冲洗进水管三（28），阴极区的顶部设有与所述排水集管（24）相连的反冲洗出水管二（29）；
所述臭氧检测控流组件（23）包括主管道（30）、支管道（31）、臭氧检测仪（32）、时间控制流量阀（33）、三通阀（34），所述主管道（30）连接在臭氧反应池（4）与反硝化生物滤池（6）的阳极区之间，所述臭氧检测仪（32）安装在主管道（30）上，所述时间控制流量阀（33）安装在臭氧检测仪（32）的下游段，所述三通阀（34）安装在时间控制流量阀（33）的下游段，所述支管道（31）的一端与三通阀（34）的一个端口相通，另一端连接至臭氧检测仪（32）上游段的主管道（30）上；
所述滤料层（8）和填料层（20）为陶粒层，粒径为5-8 mm，孔隙率为50-60%，所述承托层一（9）、承托层二（21）为鹅卵石层；
所述臭氧检测仪（32）的臭氧浓度检测最大阈值为0.30 mg/L；
所述调节池（2）与曝气生物滤池（3）之间、曝气生物滤池（3）与臭氧反应池（4）之间，及反冲洗进水管一（25）、反冲洗进水管二（27）和反冲洗进水管三（28）上均设有水泵（35）。
2.利用权利要求1所述的装置进行污水脱氮处理的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1：将污水引入所述调节池（2），打开所述药剂槽（1）的阀门，加入NaOH溶液或稀盐酸，调pH至6.5-7.5，使污水满足曝气生物滤池（3）中微生物的生长条件；
S2：污水经水泵（35）提升进入曝气生物滤池（3），曝气生物滤池（3）连续运行，水力停留时间为1-4 h，好氧微生物去除一部分有机污染物和氨氮，减轻了后续臭氧反应池（4）的处理负荷，也在一定程度上减少了后续臭氧的用量；
S3：曝气生物滤池（3）的出水经水泵（35）提升进入臭氧反应池（4），同时，臭氧发生器（12）利用氧气或空气放电制备臭氧，与催化剂储液箱（13）中的液相催化剂以气液体积比为10-30:1经所述气液混合泵（14）混合均匀后，提升至所述超声波雾化扩散器（15），经超声波雾化扩散器（15）超声破碎为包裹臭氧的微气泡，并扩散至臭氧反应池（4）内的污水中，所述臭氧在污水中的含量为1-5 mg/L，在所述搅拌器（11）的搅拌下，水力停留时间为4-8 h，通过臭氧对废水中剩余的有毒难降解有机污染物进行进一步的降解，提高废水的可生化性；
S4：通过臭氧检测仪（32）对所述主管道（30）内流出的污水进行检测，当剩余臭氧浓度超过0.30 mg/L时，三通阀（34）转向接通支管道（31）到主管道（30）的回路，并且控制时间控制流量阀（33）延长废水在管中的停留时间，直至回流的污水中剩余臭氧浓度低于0.30 mg/L时，三通阀（34）转向连接主管道（30）与反硝化生物滤池（6），使臭氧自发分解为氧气而含量降低，使废水中残余的臭氧不影响反硝化生物滤池（6）中微生物的生存；
S5：臭氧反应池（4）的出水由反硝化生物滤池（6）下部进入阳极区，停留时间为15-20min，污水中剩余氨氮在硝化细菌和亚硝化细菌的作用下转化为硝酸盐氮，同时填料和微生物起到吸附降解有机物作用，之后从所述隔板（22）溢流至阴极区，水力停留时间为15-30min，阴极棒列（19）接收直流电源（17）传递的电子，将电子传递到填料层（20）中的微生物，微生物将硝态氮还原，进行反硝化深度脱氮；
S6：定期对曝气生物滤池（3）和反硝化生物滤池（6）进行反冲洗处理。
说明书
一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置及其运行方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置及运行方法。
背景技术
目前，大部分污水经过一般的二级处理之后仍还有一定量的硝态氮和难生物降解有机污染物，硝态氮进入水体之后经过一定时间的累积可能会造成水华、赤潮等现象，严重影响水体环境，导致自然水体环境恶化、鱼虾数量减少；难生物降解的有机污染物可能有很强的的生物毒性，将影响受纳水体中微生物的生存，也可能影响到水中藻类、动物的细胞结构，导致生物变异，存在着很大的环境潜在影响。因此，必须重视对污水的深度脱氮和毒性削减处理，降低污水中硝态氮、难降解有机污染物含量，尽量减小对受纳水体的水环境影响。
污水的深度脱氮技术有厌氧氨氧化法、普通的活性污泥法、生物膜法进行组合等途径；污水的毒性削减可借助电化学高级氧化、光催化氧化、吸附、离子交换等多种途径进行。在现有的污水处理技术中，污水的深度脱氮、毒性削减依赖于复杂、繁多的处理工艺才能实现目标。目前多数的解决方法通过臭氧和生物反应结合起来处理废水，如：中国专利号：201711447463.2，公开日：2018年04月13日，公开了一份名称为臭氧处理及生物滤池连用废水处理系统及方法，该发明涉及一种用于深度处理废水的难降解有机物的废水处理系统，包括臭氧处理装置和生物滤池，能够有限去除废水中的难降解COD，但是进入臭氧处理装置中的难降解有机污染物较多，所需臭氧量较多，而臭氧产生装置提供的含臭氧的空气气流中臭氧含量较低，所以臭氧产生装置的能耗会相应增大，且系统达不到深度脱氮的要求。因此，设计更加高效、简洁、操作更方便给的污水深度脱氮、毒性削减工艺显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的污水深度脱氮及毒性削减装置处理流程复杂、操作繁琐、臭氧利用率低、处理效果不佳等缺点，提供了一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置及运行方法。本发明将曝气生物滤池、臭氧反应池、电解池与反硝化滤池耦合的反应池联合起来处理污水，该装置对于污水中的难生物降解有机污染物和硝态氮有较好的去除效果，具有良好的应用前景。
本发明的技术方案为：一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置，包括药剂槽、调节池、曝气生物滤池、臭氧反应池、臭氧发生扩散装置、反硝化生物滤池；所述药剂槽的加药管深入调节池内，调节池通过管路连接至所述曝气生物滤池的底部，所述曝气生物滤池内部从上至下依次设有集水槽、滤料层、承托层一、曝气管，所述集水槽通过管路连接至臭氧反应池，臭氧反应池的内顶部竖向设有搅拌器，所述臭氧发生扩散装置包括臭氧发生器、催化剂储液箱、气液混合泵、超声波雾化扩散器、尾气收集破坏器，所述超声波雾化扩散器安装在臭氧反应池的内底部，所述气液混合泵的出口端与超声波雾化扩散器相连，气液混合泵的进气口端与所述臭氧发生器相连，气液混合泵的进液口端与含有液相催化剂的所述催化剂储液箱相连，用于将臭氧与液相催化剂混合后输送至超声波雾化扩散器进行破碎雾化，所述尾气收集破坏器连接在臭氧反应池的上方，反硝化生物滤池包括直流电源、阳极棒列、阴极棒列、填料层、承托层二、隔板，所述隔板纵向设置在反硝化生物滤池内部，并将反硝化生物滤池划分为阳极区和阴极区，所述填料层、承托层二分别从上至下设置在所述阳极区和阴极区内部，阳极区底部通过臭氧检测控流组件与臭氧反应池相连，阴极区底部连接有排水集管，所述阳极棒列包埋于阳极区内的填料层中，所述阴极棒列包埋于阴极区内的填料层中，所述直流电源的正、负极分别通过导线与阳极棒列、阴极棒列电性连接。
进一步地，所述曝气生物滤池的底部设有反冲洗进水管一，曝气生物滤池的顶部设有与所述集水槽相连的反冲洗出水管一；所述反硝化生物滤池的阳极区和阴极区均设有反冲洗进水管二和反冲洗进水管三，阴极区的顶部设有与所述排水集管相连的反冲洗出水管二。
进一步地，所述臭氧检测控流组件包括主管道、支管道、臭氧检测仪、时间控制流量阀、三通阀，所述主管道连接在臭氧反应池与反硝化生物滤池的阳极区之间，所述臭氧检测仪安装在主管道上，所述时间控制流量阀安装在臭氧检测仪的下游段，所述三通阀安装在时间控制流量阀的下游段，所述支管道的一端与三通阀的一个端口相通，另一端连接至臭氧检测仪上游段的主管道上。
进一步地，所述液相催化剂按照重量百分比计包括：22-31％双氧水、3-5％无泡表面活性剂、2-4％水性分散剂、8-11％水溶性壳聚糖、余量为纯水，双氧水可作为氧化臭氧的催化剂，无泡表面活性剂可降低液滴的表面张力，可时催化分解后的臭氧快速作用于污水，水性分散剂用于保持液相催化剂的均匀分散性，水溶性壳聚糖用于在超声破碎时形成包裹外膜，可延长臭氧及分解后的氧气在水中的停留时间，提高臭氧的利用率。
进一步地，所述滤料层和填料层为陶粒层，粒径为5-8mm，孔隙率为50-60％，所述承托层一、承托层二为鹅卵石层。
进一步地，所述臭氧检测仪的臭氧浓度检测最大阈值为0.30mg/L。
进一步地，所述调节池与曝气生物滤池之间、曝气生物滤池与臭氧反应池之间，及反冲洗进水管一、反冲洗进水管二和反冲洗进水管三上均设有水泵。
利用上述装置进行污水脱氮处理的方法，包括以下几个步骤：
S1：将污水引入所述调节池，打开所述药剂槽的阀门，加入NaOH溶液或稀盐酸，调pH至6.5-7.5，使污水满足曝气生物滤池中微生物的生长条件；
S2：污水经水泵提升进入曝气生物滤池，曝气生物滤池连续运行，水力停留时间为1-4h，好氧微生物去除一部分有机污染物和氨氮，减轻了后续臭氧反应池的处理负荷，也在一定程度上减少了后续臭氧的用量；
S3：曝气生物滤池的出水经水泵提升进入臭氧反应池，同时，臭氧发生器利用氧气或空气放电制备臭氧，与催化剂储液箱中的液相催化剂以气液体积比为10-30:1经所述气液混合泵混合均匀后，提升至所述超声波雾化扩散器，经超声波雾化扩散器超声破碎为包裹臭氧的微气泡，并扩散至臭氧反应池内的污水中，所述臭氧在污水中的含量为1-5mg/L，在所述搅拌器的搅拌下，水力停留时间为4-8h，通过臭氧对废水中剩余的有毒难降解有机污染物进行进一步的降解，提高废水的可生化性；
S4：通过臭氧检测仪对所述主管道内流出的污水进行检测，当剩余臭氧浓度超过0.30mg/L时，三通阀转向接通支管道到主管道的回路，并且控制时间控制流量阀延长废水在管中的停留时间，直至回流的污水中剩余臭氧浓度低于0.30mg/L时，三通阀转向连接主管道与反硝化生物滤池，使臭氧自发分解为氧气而含量降低，使废水中残余的臭氧不影响反硝化生物滤池中微生物的生存；
S5：臭氧反应池的出水由反硝化生物滤池下部进入阳极区，停留时间为15-20min，污水中剩余氨氮在硝化细菌和亚硝化细菌的作用下转化为硝酸盐氮，同时填料和微生物起到吸附降解有机物作用，之后从所述隔板溢流至阴极区，水力停留时间为15-30min，阴极棒列接收直流电源传递的电子，将电子传递到填料层中的微生物，微生物将硝态氮还原，进行反硝化深度脱氮；
S6：定期对曝气生物滤池和反硝化生物滤池进行反冲洗处理。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置主要包括曝气生物滤池、臭氧反应池和电解池与反硝化生物滤池耦合的反应池，利用各种工艺，能够达到深度脱氮及毒性削减的目的；
(2)本发明的一种用于污水深度脱氮及毒性削减的装置，曝气生物滤池对有机物和氨氮有较好的去除效果，减小了后续臭氧反应池的有机负荷，使所需臭氧量相对减少，降低成本，反硝化生物滤池的阳极区对废水中的有机物进一步去除，阴极区对废水中的硝态氮进一步去除，具有良好的应用前景；
(3)本发明设置的臭氧发生扩散装置利用臭氧与液相催化剂混合后，再经超声波雾化扩散器破碎，将包裹有臭氧及其催化剂的微气泡均匀分散到污水中，可大大提高臭氧的利用率。
（发明人：黄辉;高依林;任洪强;张徐祥;彭冲）
