[发明专利]一种臭氧氧化-生化耦合的水处理方法

说明书

本发明公开了一种臭氧氧化‑生化耦合的水处理方法，待处理水依次经过前端的臭氧氧化处理和后端的生化处理，将后端生化出水回流至前端臭氧氧化进水，通过回流使待处理水在臭氧氧化‑生化系统内多次循环处理；由于待处理水每次经过臭氧氧化阶段生化性都有一定的提高，每次可生物降解的臭氧氧化产物都在生化处理阶段得到及时的降解，臭氧氧化的生物降解性改善和生化的低成本矿化的协同耦合作用通过控制生化出水回流比得到加强。该方法在确定的臭氧投加总量条件下可以提高处理效率，在确定的去除率条件下可以减少臭氧消耗量，降低水处理的投资成本、运行成本和工程占地。

技术领域

本发明属于水处理技术领域和污水处理技术领域，本发明还属于臭氧氧化应用技术领域，具体涉及一种臭氧氧化-生化耦合的水处理方法。

背景技术

臭氧对有机物的氧化包括直接氧化和间接氧化。臭氧的直接氧化是指分子臭氧O₃与有机物直接发生反应，其反应机理主要包括亲电反应、亲核反应和亲核反应。臭氧的间接氧化是指臭氧受诱导后自分解形成二次氧化剂羟基自由基·OH与有机物进行氧化反应，其氧化机理主要包括亲电加成反应、脱氢反应和电子转移反应。通常，·OH与有机物的反应速率较高且选择性较小，因此环境中的难降解有机物可以得到有效降解。总体而言，臭氧氧化有机物速率较高的有机物种类包括不饱和芳香族化合物、不饱和脂肪族化合物和一些特殊的官能团。臭氧氧化用于污水处理，在pH＜4的酸性环境下，直接氧化占主导地位；在pH＞10的碱性环境下间接氧化占主导地位；在pH≈7的中性环境下，两种反应途径都很重要。

臭氧氧化是目前水处理中应用较为普遍的技术。臭氧在给水处理中主要用于水的深度净化处理，对水中的微量污染物例如NOM、POPs等进行降解。臭氧在污水处理中的应用包括污水的预处理和污水深度处理，主要针对污水中有毒和难以生物降解的污染物，为后续生化处理创造条件。目前臭氧氧化已发展出O₃接触氧化、O₃催化氧化、O₃/H₂O₂等多种氧化技术形式。

臭氧氧化速度快、效率高，但臭氧氧化成本较高，很少单独使用。生化法是去除污染物最便宜和最有效的方法。给水处理中，臭氧处理的水经过活性炭滤池处理，通过活性炭滤池滤料上的微生物对有毒有害污染物进行降解。污水预处理领域，农药、化学制药、电镀、印染、精细化工等行业产生的高浓度有毒污水，可以采用Fenton氧化、臭氧氧化、电催化氧化等工艺消减废水的毒性、提高可生化性进入后续生化处理单元。深度处理中，经过生化预处理的污水站二级出水，其可生化性很低，很难继续生物降解。难生物降解有机物经臭氧氧化后其产物通常是可生物降解的，将臭氧氧化过程与生物降解过程相结合，通常能够减少臭氧投加量，降低运行成本。尽管如此，臭氧氧化-生化的整体投资和运行成本在自来水处理成本和污水处理成本中占比都比较高，如何降低臭氧氧化运行成本仍然是臭氧氧化-生化技术在水处理领域进行应用的需要解决的重要技术问题。

根据臭氧氧化原理和化学反应动力学，达到同样的处理效果条件下两段式或多段式臭氧氧化-生化工艺能够减少臭氧投加量，但两段或多段式臭氧氧化-生化系统的占地和投资成本大幅度增加，且多级水力提升导致的电耗增加可能会抵消臭氧投加量减少带来的运行费用减少，使得臭氧氧化整体运行费用并不一定降低。因此，基于臭氧氧化的水处理技术的改进仍主要基于一段式臭氧氧化-生化工艺。总体而言，降低臭氧氧化成本主要采用的方法包括：

(1)提高臭氧利用效率，例如：①采用压力式臭氧氧化反应器提高臭氧溶质效率和反应速率；②采用臭氧氧化催化剂，提高臭氧氧化反应的选择性和COD去除率；③采用高级氧化技术，例如O₃/H₂O₂技术、O₃/UV技术提高臭氧氧化过程中的羟基自由基产率。