申请日2016.04.20
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法，属废水处理领域，该系统包括：顺次连接的一级过滤提升泵、一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池(BAF)提升泵、一级BAF系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级BAF提升泵、二级BAF系统和产品水罐。该系统采用臭氧催化氧化去除难降解有机物并提高废水可生化性;一级BAF系统中的微生物去除臭氧氧化后可生化降解有机物;紫外/臭氧反应装置通过光解羟基自由基再次提高废水可生化性，通过二级BAF系统去除水中经氧化后可生化降解的有机物。两级氧化加生化处理臭氧投加量低、曝气量低、处理效果好、运行费用低、操作简单。
权利要求书
1.一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，包括：
一级过滤提升泵、一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池提升泵、一级曝气生物滤池系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池提升泵、二级曝气生物滤池系统和产品水罐;其中，
所述一级过滤提升泵设有进水管，所述一级过滤提升泵的出水端与一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池提升泵、一级曝气生物滤池系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池提升泵、二级曝气生物滤池系统、产品水罐顺次连接;
所述产品水罐设有排出处理后出水的出水管。
2.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，所述臭氧催化氧化反应装置包括：
臭氧催化氧化反应器和臭氧发生器，其中所述臭氧催化氧化反应器内底部设有布水系统和布气系统，中部填充有臭氧催化剂、顶部设有集水系统;所述臭氧发生器为氧气源臭氧发生器，该臭氧发生器与所述臭氧催化氧化反应器内的布气系统连接。
3.根据权利要求1所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，所述一级曝气生物滤池系统包括：
曝气生物滤池，其内设有布水系统和布气系统，并填充有陶粒和/或活性炭载体;
所述布水系统与该曝气生物滤池的水管连接;
反冲洗泵，经水管路与该曝气生物滤池连接;
风机，经气体管路与该曝气生物滤池内的布气系统连接;
所述二级曝气生物滤池系统均包括：
曝气生物滤池，其内设有布水系统和布气系统，并填充有陶粒和活性炭载体;
所述布水系统与该曝气生物滤池的水管连接;
反冲洗泵，经水管路与该曝气生物滤池连接;
风机，经气体管路与该曝气生物滤池内的布气系统连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，所述紫外/臭氧反应装置包括：
紫外和臭氧反应器、紫外控制模块和臭氧发生器;
所述紫外和臭氧反应器内设有：布水系统、布气系统和均匀布置的紫外灯管;
所述紫外灯管与所述紫外控制模块连接;
所述布气系统与所述臭氧发生器连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，所述一级过滤装置和二级过滤装置均采用多介质过滤器、砂滤过滤器、纤维过滤器中的任一种。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，其特征在于，所述臭氧催化氧化反应装置与紫外/臭氧反应装置共用一个臭氧发生器。
7.一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的深度处理系统，包括以下步骤：
待处理的碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后进入所述深度处理系统，依次进入该深度处理系统的一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级曝气生物滤池系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级曝气生物滤池系统进行处理;其中，分别向所述臭氧催化氧化反应装置和紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体进行氧化反应;分别向所述一级曝气生物滤池系统和二级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应;处理后达标出水外排。
8.根据权利要求7所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，其特征在于，所述方法中，
向所述臭氧催化氧化反应装置中通入的臭氧投加量为30～150mg臭氧/L废水，所述臭氧催化氧化反应装置中通入臭氧气体进行氧化反应的水力停留时间为10～90分钟;
向所述紫外/臭氧反应装置中通入的臭氧投加量为30～150mg臭氧/L废水，所述紫外/臭氧反应装置的紫外灯功率为0.5～3kW/m3废水，所述紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体并开启紫外灯进行氧化反应的水力停留时间为10～90分钟。
9.根据权利要求7或8所述的一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，其特征在于，所述方法中，
向所述一级曝气生物滤池系统中通入的空气与进水的体积比0.5～10，所述一级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应的水力停留时间为1～4小时;
向所述二级曝气生物滤池系统中通入的空气与进水的体积比为0.5～5，所述二级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应的水力停留时间为1～4小时。
说明书
一种碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法。
背景技术
我国富煤缺油少气的能源结构决定了利用我国煤炭资源相对丰富的优势发展煤化工成为一种可行的解决能源问题的手段，其中合成气的制备是发展煤化工的重中之重。碎煤加压气化工艺(以鲁奇炉为代表)工艺成熟、投资和运行费用相对较低，被广泛用于煤气化特别是煤制天然气。但是碎煤加压气化废水处理时制约该技术应用的主要问题，很多煤气化项目由于环保问题而被叫停，已投产项目也由于废水处理不达标造成环境问题而受到诟病。这是因为该气化工艺产生的废水含有大量的酚类、芳香烃类、杂环化合物等难降解有机化合物;并且含高浓度的油、氨氮、盐;可生化性很差，因此采用常规的“预处理+生化处理”很难达标排放或进一步进行回用，因此开发高效、实用的深度处理工艺显得尤为重要。
目前常见的煤气化废水深度处理工艺包括生化法和物化法两大类。生化法主要是曝气生物滤池和膜生物反应器。物化法包括混凝、吸附、膜分离、微波处理、内电解、高级氧化等技术。水处理的高级氧化技术是一类在常温常压下产生羟基自由基(HO·)，来对水中污染物进行氧化降解的技术。应用在废水深度处理中的高级氧化技术包括臭氧相关氧化技术、芬顿试剂氧化、电化学、光催化、超声等。由于煤气化废水经“预处理+生化处理”工艺处理后出水中绝大部分为小分子难降解有机物，而高级氧化产生的HO·可无选择的氧化绝大多数有机污染物，因此高级氧化技术成为煤气化废水处理研究和应用热点。但是大多数高级氧化技术还处于实验室研究阶段、投资和运行费用高、可实用性不强。臭氧是一种强氧化剂，被广泛应用于水处理领域。臭氧在水中的反应可以分为直接反应和间接反应，直接反应是指臭氧分子直接和其它物质反应，间接反应是指利用臭氧分解产生的HO·与其它物质的反应。臭氧直接反应对于与臭氧具有较高反应速率常数的物质(如苯酚)效率较高;但对于难臭氧化的物质(如硝基苯、烷烃、小分子酸等)效率不高。近年来，以臭氧为基础开发出多种高级氧化工艺，通过促进HO·产生，更高效的分解水中难降解有机物，成为水处理领域研究的热点之一。由于煤气化废水经生化处理后出水中既含有酚类等易臭氧化的有机物，又含有苯系和长链烷烃等难臭氧化的有机物，所以在其深度处理中，很适合应用臭氧相关氧化技术。再加上近年来臭氧发生器的大规模国产化大大降低了其投资费用，因此臭氧相关的氧化技术在深度处理中具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对常规的“预处理+生化处理”不能有效去除碎煤加压气化废水中的难降解有机物，出水无法达标排放或进一步回用问题，提出一种两段式臭氧高级氧化结合生化处理的碎煤加压气化废水的深度处理系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种碎煤加压气化废水的深度处理系统，包括：
一级过滤提升泵、一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级曝气生物滤池提升泵、一级曝气生物滤池系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级曝气生物滤池提升泵、二级曝气生物滤池系统和产品水罐;其中，
所述一级过滤提升泵设有进水管，所述一级过滤提升泵的出水端与一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、1#缓冲水罐、一级BAF提升泵、一级BAF系统、2#缓冲水罐、二级过滤提升泵、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、3#缓冲水罐、二级BAF提升泵、二级BAF系统、产品水罐顺次连接;
所述产品水罐设有排出处理后出水的出水管。
本发明实施例还提供一种碎煤加压气化废水的深度处理方法，采用本发明的深度处理系统，包括以下步骤：
待处理的碎煤加压气化废水生化出水经混凝处理后进入所述深度处理系统，依次进入该深度处理系统的一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级曝气生物滤池系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级曝气生物滤池系统进行处理;其中，分别向所述臭氧催化氧化反应装置和紫外/臭氧反应装置中通入臭氧气体进行氧化反应;分别向所述一级曝气生物滤池系统和二级曝气生物滤池系统中通入空气进行生化反应;处理后达标出水外排。
本发明的有益效果为：通过将一级过滤装置、臭氧催化氧化反应装置、一级BAF系统、二级过滤装置、紫外/臭氧反应装置、二级BAF系统有机连接，形成一种能对碎煤加压气化废水生化混凝出水一次进行一级过滤、一级臭氧催化氧化、一级生化处理、二级过滤、二级紫外/臭氧氧化、二级生化处理的深度处理系统。由于碎煤加压气化废水经预处理、生化处理后，可生物降解的污染物绝大多数已经被去除，出水中大多数为难降解有机物、可生化性极差，生化出水经混凝处理去除水中大多数悬浮物后进入所述深度处理系统的一级过滤装置，可将混凝出水中剩余的少量悬浮物去除，减少悬浮物对臭氧催化氧化体系臭氧的消耗及其臭氧催化剂的堵塞，提高臭氧催化氧化效率。臭氧催化氧化装置内填充的催化剂可以催化臭氧产生羟基自由基，氧化水中难降解有机物，提高废水的可生化性。由于臭氧催化氧化作用提高了废水的可生化性，该出水进入一级曝气生物滤池后，附着在填料上的微生物可将废水中可生化降解的污染物进一步降解。一级生化处理后废水的可生化性又降低，此时再进入二级紫外/臭氧体系进行化学氧化，废水可生化性再次提高，此时再通过二级曝气生物滤池的处理，将臭氧氧化后可降解有机物进一步降解，从而使出水污染物浓度进一步降低。由于经过一级臭氧催化氧化和一级生化处理后废水中污染物浓度已经比较低，且色度很低，因此二级化学氧化选用紫外/臭氧氧化，紫外光穿透性强，紫外光与臭氧及水中有机物反应加强，自由基的产生量增加，更有利于低浓度有机物的去除。由于臭氧催化氧化和紫外/臭氧氧化目的是去除难降解有机物的同时提高可生化性，因此臭氧投加量相对仅以去除污染物为目的的情况大大减少;而且臭氧催化氧化和紫外/臭氧氧化本身相对于单独臭氧氧化体系产生的羟基自由基量增加、对难降解有机物的去除速率加快，因此对该类废水更具优势。通过臭氧氧化提高可生化性，在通过生化处理降低废水中污染物浓度;而且臭氧氧化后水中富含氧气，后续生化处理的曝气量也降低;通过两级臭氧氧化和生化处理的有机结合使臭氧投加量和曝气量降低、整体能耗降低、对难降解有机物的去除能力增加。综上所述，采用两级不同的臭氧氧化和两级生化处理的结合，是根据碎煤加压气化生化混凝出水的性质确定的优选工艺。