申请日2015.06.11
公开(公告)日2015.09.23
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工艺和装置。该工艺及装置设计合理，运行成本低廉，解决了焦化废水深度处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值;该工艺及装置解决了焦化废水的高污染环境下的对操作人员不安全因素和危害健康的潜在风险;该工艺及装置操作简单，运行成本低，出水水质可以满足不同用水要求。
摘要附图
权利要求书
1.一种臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工艺，其特征在于：
(1)将废水送至混沉池中进行沉淀处理，得到沉淀后的焦化废水;
(2)将沉淀后的焦化废水输送至多介质过滤器中进行过滤处理，以进 一步减少废水中的悬浮物的含量;
(3)将过滤后的焦化废水输送至臭氧催化氧化反应器中进行臭氧氧 化、催化剂催化氧化反应，使焦化废水中生物难降解的有机物质通过羟基 自由基的氧化，将废水中大分子有机物及芳香烃化合物降解成小分子或 CO2;同时，逸出的剩余臭氧进入臭氧破坏装置;
(4)将氧化后的废水输送至中间水槽中，通过中间水槽内曝气装置、 臭氧分解剂的作用进一步将废水中的臭氧浓度降低后输送至曝气生物滤 池，通过曝气生物滤池内的微生物絮凝和降解等过程，降低废水中的SS、 COD、BOD等有害物质和脱氮除磷;
(5)将从曝气生物滤池中出来的废水直接用作生化过程中消泡剂用 水、煤场抑尘和生活杂用水;或者：
(6)将从曝气生物滤池中出来的废水输送至保安过滤器中进一步过滤 处理，滤除其中部分悬浮物;
(7)将经过保安过滤后的废水输送至反渗透装置中进行进一步除盐， 所得除盐废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透出来的浓水作为高炉炉渣 冷却冲渣用水、煤场抑尘用水、道路清扫用水。
2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工 艺，其特征在于：所述步骤(3)中，臭氧催化氧化反应器内填料为烧结硅 藻土、陶粒或活性炭，填料比表面积大于200m2/m3;臭氧催化氧化反应器 内填料投加量为臭氧催化氧化反应器体积的25～60%;臭氧发生器气源采 用空气或氧气。
3.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工 艺，其特征在于：所述步骤(4)中，中间水槽设置曝气装置和臭氧分解剂; 曝气装置采用钛质曝气板，气源采用空气;臭分解剂采用Mn、Cu的氧化 物作为活性组分，载体采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子筛、活性炭或以上 几种的复合物;臭氧分解剂填料投加量为中间水槽体积的15～35%。
4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工 艺，其特征在于：所述步骤(4)中，曝气生物滤池的填料为陶粒，填充高 度/滤池高度比为1∶1.5～1∶3，陶粒粒径为1.5～6.0mm，陶粒堆积密度为 0.80～0.95g/cm3，陶粒比表面积为2.5～6.0m2/g，陶粒孔隙率为50～60%; 曝气生物滤池的底部还铺设有直径为100～150mm的卵石。
5.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工 艺，其特征在于：所述步骤(6)中，保安过滤器的滤管材料为陶瓷、玻璃 砂或塑料;过滤孔径为0.5～120μm;所述保安过滤器前设有加药点，分别 投加次氯酸钠杀菌剂和亚硫酸氢钠作为还原剂。
6.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的臭氧催化氧化组合生物滤 池处理焦化废水装置，包括多介质过滤器(1)，臭氧催化氧化反应器(5)， 臭氧发生器(13)，臭氧破坏装置(14)，中间水槽(16)，曝气生物滤池(25)， 保安过滤器(29)，反渗透装置(32)，其特征在于：
所述多介质过滤器(1)的出口与臭氧催化氧化反应器(5)的进口连 接，臭氧催化氧化反应器(5)的出口与中间水槽(16)的进口连接，臭氧 催化氧化反应器(5)的臭氧输入口通过臭氧输送管道与臭氧发生器(13) 连接，臭氧催化氧化反应器(5)的臭氧输出口通过管道与臭氧破坏装置(14) 的进口连接，臭氧破坏装置(14)的出口与设有尾气放空口(15)的尾气 管道连接;
中间水槽(16)的出口与曝气生物滤池(25)的进口连接，曝气生物 滤池(25)的出口通过反冲洗水管与保安过滤器(29)的进口连接，保安 过滤器(29)的出口分别通过反冲洗泵(28)与反冲洗水管连接、通过输 送泵(30)与反渗透装置(32)的进口连接，保安过滤器(29)的出口还 与设有加药口的出水管连接;反渗透装置(32)的进口分别与浓水管和工 艺循环冷却水管连接。
7.根据权利要求6所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水装 置，其特征在于：所述多介质过滤器(1)内的滤料为粒径Φ0.5～2mm的 无烟煤、粒径Φ3～6mm的陶粒或粒径Φ4～10mm的石英砂。
8.根据权利要求6所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水装 置，其特征在于：所述臭氧催化氧化反应器(5)为立式筒状结构，筒状结 构内部自上而下依次设有布水板(6)、催化剂填料层(7)、填料承托板(9) 和钛质曝气板(10)，筒状结构的顶部设有应急放空口(12)，筒状结构的 外壁设有液位计。
9.根据权利要求6所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水装 置，其特征在于：所述中间水槽(16)内部自上而下依次设置网状挡板(17)， 臭氧分解剂(18)、填料支撑板(19)和曝气装置(20);所述曝气装置(20) 为钛质曝气板。
10.根据权利要求6所述的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水 装置，其特征在于：所述曝气生物滤池(25)为上流式曝气生物滤池，曝 气生物滤池(25)底部设有进水管、反冲洗进水管和曝气管;所述保安过 滤器(29)的进口端设有加药点，保安过滤器(29)中的滤管材料为陶瓷、 玻璃砂或塑料中任一种;保安过滤器(29)的过滤孔径范围为0.5～120μm。
说明书
臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工艺和装置
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体地指是一种臭氧催化氧化组合生物滤 池处理焦化废水工艺和装置。
背景技术
焦化废水是一种公认的难生物降解的工业废水，其难度在于废水的可 生化性差，除氨、氰及硫氰根等无机污染物外，还含有酚类、萘、吡啶、 喹啉等杂环及多环芳香族化合物(PAHS)很难生物降解，这些物质能够对 环境产生长期影响，且部分已被研究证实为致癌物质，另外高浓度氨氮、 硫化物、氰化物对微生物活性有很强的抑制作用，生物脱氮效果不佳。目 前，焦化废水普遍采用不同形式的A/O生物脱氮工艺作为其处理的主要工 艺，但处理后出水中COD指标难以达到标准要求。部分钢铁企业已经开展 焦化废水深度处理及回用，回用途径包括湿法熄焦、高炉冲渣、煤场抑尘 和直接用于工业循环水等，但这些方法均存在操作环境差，二次污染产生 或转移、设备、管道腐蚀严重等问题。
2015年1月1日起，现行的焦化企业将执行“炼焦化学工业污染物排 放标准”中新建企业水污染物排放标准(GB16171-2012)。因此对焦化废水 进行深度处理和回用是减少污水外排，降低新水消耗量的最佳选择，而寻 求一种高效、低成本的深度处理与回用技术是目前焦化废水深度处理过程 迫切需求。本发明的目的是改变传统深度处理工艺，提出了利用臭氧催化 氧化、生物滤池和反渗透除盐组合新工艺和装置，避免了通过引入其他化 学药剂等造成二次污染的做法，同时，也实现了降低焦化废水处理成本， 节约大量生产用水，为焦化废水的深度处理与回用提供了一条经济、实用、 高效的深度处理工艺和装置。
目前焦化废水深度处理和回用工艺存在的突出问题有以下几个内容： 1、通过化学药剂深度处理废水(如采用芬顿试剂、次氯酸盐、高铁酸盐等 强氧化剂)，该方法可能会引入二次污染，存在管网及设备腐蚀等问题，增 加后续脱盐费用，同时该工艺存在药剂加入量大，水质受絮凝影响效果突 出等问题，水质不容易控制;2、将焦化废水用于湿法熄焦或高炉冲渣，废 水中污染物发生了转移，由液相转变到气相，操作环境差;3、膜法除盐深 度处理后的浓水去向也是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种设计合理，运行成本低廉、安全有效的 臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水工艺和装置。
为实现上述目的，本发明所提供的臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦 化废水工艺，其特征在于：
(1)将废水送至混沉池中进行沉淀处理，得到沉淀后的焦化废水;
(2)将沉淀后的焦化废水输送至多介质过滤器中进行过滤处理，以进 一步减少废水中的悬浮物的含量;
(3)将过滤后的焦化废水输送至臭氧催化氧化反应器中进行臭氧氧 化、催化剂催化氧化反应，使焦化废水中生物难降解的有机物质通过羟基 自由基的氧化，将废水中大分子有机物及芳香烃化合物降解成小分子或CO2; 同时，逸出的剩余臭氧进入臭氧破坏装置;
(4)将氧化后的废水输送至中间水槽中，通过中间水槽内曝气装置、 臭氧分解剂的作用进一步将废水中的臭氧浓度降低后输送至曝气生物滤 池，通过曝气生物滤池内的微生物絮凝和降解等过程，降低废水中的SS、 COD、BOD等有害物质和脱氮除磷;
(5)将从曝气生物滤池中出来的废水直接用作生化过程中消泡剂用 水、煤场抑尘和生活杂用水;或者：
(6)将从曝气生物滤池中出来的废水输送至保安过滤器中进一步过滤 处理，滤除其中部分悬浮物;
(7)将经过保安过滤后的废水输送至反渗透装置中进行进一步除盐， 所得除盐废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透出来的浓水作为高炉炉渣 冷却冲渣用水、煤场抑尘用水、道路清扫用水。
作为一种优选方案，所述步骤(3)中臭氧催化氧化反应器内填料为烧 结硅藻土、陶粒或活性炭，填料比表面积大于200m2/m3;臭氧催化氧化反 应器内填料投加量为臭氧催化氧化反应器体积的25～60%;臭氧发生器气源 采用空气或氧气。
作为又一种优选方案，所述步骤(4)中中间水槽设置曝气装置和臭氧 分解剂;曝气装置采用钛质曝气板，气源采用空气;臭分解剂采用Mn、Cu 的氧化物作为活性组分，载体采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子筛、活性炭 或以上几种的复合物;臭氧分解剂填料投加量为中间水槽体积的15～35%。
作为又一种优选方案，所述步骤(4)中曝气生物滤池的填料为陶粒， 填充高度/滤池高度比为1：1.5～1：3，陶粒粒径为1.5～6.0mm，陶粒堆 积密度为0.80～0.95g/cm3，陶粒比表面积为2.5～6.0m2/g，陶粒孔隙率为 50～60%;曝气生物滤池的底部还铺设有直径为100～150mm的卵石。
作为又一种优选方案，所述步骤(6)中保安过滤器的滤管材料为陶瓷、 玻璃砂或塑料;过滤孔径为0.5～120μm;所述保安过滤器前设有加药点， 分别投加次氯酸钠杀菌剂和亚硫酸氢钠作为还原剂。
本发明还提供一种利用上述臭氧催化氧化组合生物滤池处理焦化废水 工艺的装置，包括多介质过滤器，臭氧催化氧化反应器，臭氧发生器，臭 氧破坏装置，中间水槽，曝气生物滤池，保安过滤器，反渗透装置，其特 征在于：所述多介质过滤器的出口与臭氧催化氧化反应器的进口连接，臭 氧催化氧化反应器的出口与中间水槽的进口连接，臭氧催化氧化反应器的 臭氧输入口通过臭氧输送管道与臭氧发生器连接，臭氧催化氧化反应器的 臭氧输出口通过管道与臭氧破坏装置的进口连接，臭氧破坏装置的出口与 设有尾气放空口的尾气管道连接;中间水槽的出口与曝气生物滤池的进口 连接，曝气生物滤池的出口通过反冲洗水管与保安过滤器的进口连接，保 安过滤器的出口分别通过反冲洗泵与反冲洗水管连接、通过输送泵与反渗 透装置的进口连接，保安过滤器的出口还与设有加药口的出水管连接;反 渗透装置的进口分别与浓水管和工艺循环冷却水管连接。
进一步地，所述多介质过滤器内的滤料为粒径Φ0.5～2mm的无烟煤、 粒径Φ3～6mm的陶粒或粒径Φ4～10mm的石英砂。
进一步地，所述臭氧催化氧化反应器为立式筒状结构，筒状结构内部 自上而下依次设有布水板、催化剂填料层、填料承托板和钛质曝气板，筒 状结构的顶部设有应急放空口，筒状结构的外壁设有液位计。
进一步地，所述中间水槽内部自上而下依次设置网状挡板，臭氧分解 剂、填料支撑板和曝气装置;所述曝气装置为钛质曝气板。
进一步地，所述曝气生物滤池为上流式曝气生物滤池，曝气生物滤池 底部设有进水管、反冲洗进水管和曝气管;所述保安过滤器的进口端设有 加药点，保安过滤器中的滤管材料为陶瓷、玻璃砂或塑料中任一种;保安 过滤器的过滤孔径范围为0.5～120μm。
本发明的臭氧催化氧化组合生物滤池深度处理焦化废水工艺和装置， 其主要步骤为从混沉池出来的焦化废水进入多介质过滤器通过滤料去除废 水中的悬浮物，同时利于提高后序臭氧催化氧化效率，废水在臭氧催化氧 化反应器中经过臭氧氧化、催化剂催化氧化反应，产生大量的氧化性极强 的羟基自由基(·OH)，将废水中有机物氧化变成小分子有机物或无机物如 CO2，H2O，废水生化性提高，同时，逸出的剩余臭氧进入臭氧破坏装置。 废水经过中间水槽内曝气装置、臭氧分解剂的作用进一步将废水中的臭氧 浓度降低后进入生物滤池，通过滤料内生长的微生物絮凝和降解等过程中 兼有过滤的作用，降低废水中的SS、COD、BOD等有害物质，且还可以脱 氮除磷，从而减少了氧化工艺并具有更好的效果。生物滤池出来的废水一 部分可以直接用作低等级用水，比如生化过程中消泡剂用水、煤场抑尘、 生活杂用水等;另外一部分废水通过后续的保安过滤器、反渗透装置进行 除盐，处理后的废水回用作工艺循环冷却水，而反渗透出来的浓水可以直 接用于高炉炉渣冷却冲渣用水、煤场抑尘、道路清扫用水等其他用途。
本发明的多介质过滤器为常规的立式圆筒状多介质过滤装置，主要由 以下部分构成：(1)过滤器体，包括①简体;②布水组件;③支撑组件;(2) 配套管线和阀门。其中过滤器体有④反洗气管;⑤滤料;⑥排气阀(外置) 等。滤料可选择无烟煤(Φ0.5～2mm)、陶粒((Φ3～6mm)和石英砂(Φ 4～10mm)等。目的是进一步降低废水中的悬浮物浓度，减小悬浮物、胶 泥等物质，同时也提高臭氧利用效率。
本发明所述的臭氧催化氧化反应器为立式筒状结构，其上部设有布水 板、应急放空口、臭氧破坏装置和尾气放空口，中部设有催化剂填料层， 下部设有出水口、钛质曝气板。臭氧催化氧化反应器内填料比表面积应大 于200m2/m3的且负载铜、铁、锰、镍等化合物的烧结硅藻土、陶粒或活性 炭。臭氧催化氧化反应器内填料投加量为体积的25～60%;填料支撑板设 置小孔，孔径应小于填料粒径，一方面支撑填料，另一方面保证水流通过。 臭氧催化氧化反应器下部应设置液位计，液位计最低端与出水口在同一水 平面，且臭氧催化氧化反应器下部水位高于出水口，确保臭氧不会从出水 口溢出。臭氧发生器可采用气源用空气或氧气。臭氧尾气破坏装置采用活 性炭吸收、KI溶液吸收等破坏装置。
中间水槽设置曝气装置和臭氧分解剂。曝气装置采用钛质曝气板，降 低废水中臭氧浓度，同时增加与臭氧分解剂接触时间，气源采用空气。臭 氧分解剂采用过渡元素金属氧化物(如：Mn、Cu的氧化物)作为活性组分， 载体则采用γ-Al2O3、TiO2、SiO2、分子筛、活性炭或以上几种的复合而成。 中部设有臭氧分解剂填料层，臭氧分解剂填料投加量为体积的15～35%， 填料有下部支撑板及上部网状挡板进行固定，也可以采用烧结而成的多孔 块状臭氧分解剂填料铺设而成，网状挡板或支撑板孔径应小于填料粒径， 一方面支撑、固定填料，另一方面保证水流通过。
本发明所述的曝气生物滤池采用上流式曝气生物滤池，底部布有进水 管、反冲洗进水管以及曝气管;填料为陶粒，填高/滤池高度比为1：1.5～1： 3;底部是直径为100～150mm的卵石。陶粒粒径为1.5～6.0mm，堆积密度 为0.80～0.95g/cm3，比表面积为2.5～6.0m2/g，孔隙率为50～60%。生物 滤池处理后的水一部分可以直接用作低等级用水，比如生化过程中消泡剂 用水、煤场抑尘、生活杂用水等。生物滤池反冲洗水采用保安过滤器处理 后的废水。
保安过滤器运行方式采用反洗型，滤管材料可陶瓷、玻璃砂、塑料等 多种。过滤孔径在0.5～120μm范围。当运行至进出口水压差达0.1MPa时， 应更换滤芯。其目的用来滤除经生物滤池后的细小物质(如悬浮物，细小 颗粒等)和微生物，以确保水质过滤精度及保护后序膜过滤元件不受大颗 粒物质的损坏，延长反渗透装置寿命，满足反渗透装置的正常运行。保安 过滤器前设有加药点，分别投加次氯酸钠杀菌剂和亚硫酸氢钠还原剂，以 降低进入反渗透脱盐系统中细菌的含量，并中和过量的余氯，防止余氯进 入反渗透装置。
反渗透装置采用模块化设备，目的对废水进一步深度处理除盐、去除 部分COD，产水可以回用于工业循环冷却水等高等级用水，浓水主要为含 盐废水，可以直接外排，也可以用作高炉炉渣冷却、冲渣用水、煤场抑尘 等。
本发明的优点在于：
其一，该工艺及装置设计合理，运行成本低廉，解决了焦化废水深度 处理及回用中的难题，具有很强的工程应用价值;
其二，该工艺及装置解决了焦化废水的高污染环境下的对操作人员不 安全因素和危害健康的潜在风险;
其三，该工艺及装置操作简单，运行成本低，出水水质可以满足不同 用水要求。