[发明专利]一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置

说明书

本发明公开了一种两段式臭氧氧化‑生物接触耦合的污水深度处理方法及其装置。经生化预处理后的污水或RO浓水，依次经过臭氧氧化‑生物接触‑臭氧氧化‑生物接触进行联合处理，将后端生化出水回流至前端臭氧氧化进水，通过回流使污水在臭氧氧化‑生物接触系统内循环处理；由于污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提高处理效率，在确定的去除率条件下减少臭氧消耗量；对于降低污水深度处理的投资成本、运行成本和工程占地具有重要意义。

技术领域

本发明属于污水深度处理技术领域，本发明还属于臭氧氧化应用技术领域，具体涉及一种两段式臭氧氧化-生物接触耦合的污水深度处理方法及装置。

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环加成反应、亲电反应和亲核反应。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。

臭氧氧化是目前污水深度处理中应用较为普遍的技术。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。生化法是去除有机污染物最便宜和最有效的方法，但是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，如何降低臭氧氧化运行成本仍然是臭氧氧化-生化技术在污水深度处理领域进行应用的需要解决的重要技术问题。为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。

(2)提高臭氧氧化与生化处理的协同处理作用，例如：①将臭氧氧化的尾气用于生化处理，减少生化处理的曝气成本；②采用一体化臭氧氧化-生化处理设备，节省系统投资和占地；③合理控制前段臭氧氧化的臭氧投加量和COD去除率，更多的利用后段的生化处理的生物降解作用，使整体运行成本降低。

中国专利申请号201511020280.3公开了一种后臭氧回流二次氧化的污水深度处理方法。该发明方法在传统臭氧与生物滤池组合工艺基础上增加后臭氧氧化池，且后臭氧氧化池出水回流至生物滤池与前臭氧氧化池出水一同进行生化处理。该发明方法有效利用了臭氧氧化的选择性，可以实现高COD去除率；但是该发明需将前臭氧氧化池COD去除率控制在35％，臭氧投加量为2～3kgO₃/kg△COD(△COD为臭氧氧化或“臭氧氧化-生化”整体处理前后的COD差值)，其臭氧投加量仍然较高，运行成本未能降低，增加的后臭氧氧化池和清水池使得投资和占地均增加。其臭氧投加量较高，运行成本未能降低，增加的后臭氧氧化池和清水池使得投资和占地均增加。

综上所述，臭氧氧化-生化是一个相互关联的整体处理系统，在相同的处理效果条件下，对系统中某个参数的改变虽然能实现部分目标，但可能会导致其它问题出现。因此，开发一种经济高效的臭氧氧化-生化协同处理工艺和臭氧氧化-生化装置，能在降低污水深度处理臭氧投加量和运行费用的基础上，使得投资成本和占地不增加甚至也减少，具有重要的现实意义。