公布日：2022.10.18
申请日：2022.09.13
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F1/78(2006.01)N;C02F7/00(2006.01)N
摘要
本公开涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种臭氧氧化‑曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法。本公开实施例提供的臭氧氧化‑曝气生物滤池水处理系统中空分装置的第一出气管与纯氧曝气生物滤池连接，所述空分装置的第二出气管与臭氧发生器连接，以使所述空分装置产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池和所述臭氧发生器；所述臭氧发生器与所述臭氧反应池通过第三气管连接，以使通入所述臭氧发生器的氧气经所述臭氧发生器后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池。可使臭氧尾气得到充分利用，是臭氧尾气回收循环利用的有效方案。
权利要求书
1.一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，包括：进水池（1）、臭氧反应池（2）、溶解臭氧分解池（3）、纯氧曝气生物滤池（4）、尾破装置、空分装置（7）和臭氧发生器（8）；所述进水池（1）的出口与所述臭氧反应池（2）进口通过第一管道（103）连通，所述臭氧反应池（2）与所述溶解臭氧分解池（3）通过底部溢流口连通，所述溶解臭氧分解池（3）的出口与所述纯氧曝气生物滤池（4）的进口通过第二管道（104）连通；所述尾破装置与所述臭氧反应池（2）通过第一气管（101）连接，所述尾破装置和所述溶解臭氧分解池（3）通过第二气管（102）连接，以使所述尾破装置收集所述臭氧反应池（2）和所述溶解臭氧分解池（3）产生的尾气，并将所述尾气与空气混合后通入所述空分装置（7）；所述空分装置（7）的第一出气管（105）与所述纯氧曝气生物滤池（4）连接，所述空分装置（7）的第二出气管（106）与所述臭氧发生器（8）连接，以使所述空分装置（7）产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池（4）和所述臭氧发生器（8）；所述臭氧发生器（8）与所述臭氧反应池（2）通过第三气管（107）连接，以使通入所述臭氧发生器（8）的氧气经所述臭氧发生器（8）后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池（2）；所述臭氧反应池（2）包括第一反应池（21）和第二反应池（22），所述第一反应池（21）和所述第二反应池（22）通过顶部溢流口连通；所述第三气管（107）与所述第一反应池（21）连通，并伸入所述第一反应池（21）的底部；所述第三气管（107）设有第一溶气射流器（17）；所述尾破装置包括依次连接的一级尾破装置（5）和二级尾破装置（6）；所述第一气管（101）与所述一级尾破装置（5）连通，所述第二气管（102）与所述二级尾破装置（6）连通，所述二级尾破装置（6）的出气端与所述空分装置（7）连通；所述第一反应池（21）的底部设有搅拌器（9）；所述第一反应池（21）与催化反应器（10）连接，所述催化反应器（10）用于向所述第一反应池（21）投加药剂；所述溶解臭氧分解池（3）的底部区域设有曝气盘（11），所述曝气盘（11）与设置于所述溶解臭氧分解池（3）外的曝气机（12）连接，用于将残余的臭氧吹脱；所述空分装置（7）包括冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、干燥净化设备、变压吸附制氧设备和产品氧气缓冲罐；所述干燥净化设备包括气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器；所述变压吸附制氧设备包括空气缓冲罐、变压吸附分离设备、粉尘精滤器、控制系统、检测与放空系统；经臭氧尾破后的气体依次经过所述冷却器、所述第一缓冲罐、所述增压系统、所述第二缓冲罐、所述气液分离器、所述冷冻式干燥机、所述精密过滤器、所述吸附式干燥机和所述粉尘精滤器后进入所述空气缓冲罐，经缓冲后分别进入所述变压吸附制氧设备，所述变压吸附制氧设备生产的氧气经所述粉尘精滤器进入所述产品氧气缓冲罐进行缓冲。
2.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述一级尾破装置（5）和所述二级尾破装置（6）均为加热-催化混合型尾气臭氧破坏器，所述加热-催化混合型尾气臭氧破坏器包括催化反应槽、加热器、风机、除雾器和控制柜；所述催化反应槽包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板和催化剂；所述加热器包括温控器、不锈钢外壳和加热元件；所述风机为漩涡式风机，所述风机包括铝质涡轮和叶片以及单/三相电机；所述除雾器包括外壳、支撑架、除雾筛网和排水装置；所述控制柜包括显示调节仪表，显示调节仪表分别与报警器和控制器连接，所述控制器用于根据报警器的信息控制所述显示调节仪表。
3.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述臭氧反应池（2）和所述溶解臭氧分解池（3）的顶部均设有呼吸阀（16）。
4.根据权利要求1所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，所述纯氧曝气生物滤池（4）内设有悬浮球组合功能化载体（19），所述悬浮球组合功能化载体（19）包括多个体积为25-30mm3的聚氨酯基立方块；所述纯氧曝气生物滤池（4）底部设有排泥阀，所述排泥阀连接有排泥泵；所述纯氧曝气生物滤池（4）的出口设有排水泵（14）；所述第一出气管（105）设有第二溶气射流器（18）；所述第二管道（104）设有进水泵（13）；所述纯氧曝气生物滤池（4）包括碳源投加系统，所述碳源投加系统包括储罐、加药泵和加药管线，所述加药管线分别与所述储罐和所述纯氧曝气生物滤池（4）连接，所述加药泵设置于所述加药管线。
5.一种污水处理方法，使用权利要求1至4任一项所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，其特征在于，包括以下步骤：S100、通过臭氧发生器（8）向臭氧反应池（2）加入臭氧，溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备混合，将进水池（1）内的部分原水加入臭氧反应池（2），通过臭氧发生器（8）加入臭氧，通过催化反应器（10）向臭氧反应池（2）加入催化剂，含臭氧的污水在催化剂的催化作用下，激发产生羟基自由基，使大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O；S200、在溶解臭氧分解池（3）通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧；S300、废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解；S400、臭氧发生器（8）和溶解臭氧分解池（3）内产生的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气；S500、空分制氧后产生的一部分高纯度氧气经臭氧发生器（8）利用产生臭氧，供臭氧反应池（2）使用以氧化处理污废水；空分制氧后产生的另一部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池（4），供纯氧曝气生物滤池（4）生化使用；步骤S400中，空分制氧的步骤包括：S401、经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；S402、第二缓冲罐进行缓冲储气后依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，使出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；S403、洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；S404、变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90-93.0%的合格氧气，其输出压力为0.2-0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器（8）用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池（4）的第二溶气射流器（18），混合后用于生化供氧；还包括步骤S600，气体循环过程的计算方法；A、首先确定参数：臭氧反应池需氧量和生物滤池需氧气量；臭氧反应池需臭氧量：Qo1=(Co3•q废水)/y03；式中：q废水—所处理废水流量，m3/h；Co3—臭氧投加量，mg/L；y03—臭氧发生器产气浓度；生物滤池需氧气量：Qo2=(q废水•△COD•1.5)/w01；式中：△COD—生物滤池去除COD,mg/L；wo1—空分产气氧气组分；B、然后确定以下参数：空分制氧产气量、一级尾破气量、溶解臭氧分解池曝气量和二级尾破气量；空分制氧产气量为Q1，Q1=Qo1+Qo2；一级尾破气量为Q3，Q3=Q1（1-yo3）；一级尾破气氧气组分wo3=(w01-yo3)/Q3；溶解臭氧分解池曝气量为Q4，Q4=（Q1•wo1-Q3•wo3）/21%；式中：wo1—空分产气氧气组分，wo3—一级尾破尾气氧气组分，21%—空气氧气组分；溶解臭氧分解池曝气量即作为溶解臭氧分解池曝气气体，同时作为系统氧气损失补充，据此调整溶解臭氧分解池鼓风机气量；二级尾破气量为Q6，Q6=Q3+Q4。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法。
本发明第一方面提供了一种臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，包括：进水池、臭氧反应池、溶解臭氧分解池、纯氧曝气生物滤池、尾破装置、空分装置和臭氧发生器；
所述进水池的出口与所述臭氧反应池进口通过第一管道连通，所述臭氧反应池与所述溶解臭氧分解池通过底部溢流口连通，所述溶解臭氧分解池的出口与所述纯氧曝气生物滤池的进口通过第二管道连通；
所述尾破装置与所述臭氧反应池通过第一气管连接，所述尾破装置和所述溶解臭氧分解池通过第二气管连接，以使所述尾破装置收集所述臭氧反应池和所述溶解臭氧分解池产生的尾气，并将所述尾气与空气混合后通入所述空分装置；
所述空分装置的第一出气管与所述纯氧曝气生物滤池连接，所述空分装置的第二出气管与所述臭氧发生器连接，以使所述空分装置产生的氧气分别通入所述纯氧曝气生物滤池和所述臭氧发生器；
所述臭氧发生器与所述臭氧反应池通过第三气管连接，以使通入所述臭氧发生器的氧气经所述臭氧发生器后生成臭氧，并将所述臭氧通入所述臭氧反应池。
进一步的，所述臭氧反应池包括第一反应池和第二反应池，所述第一反应池和所述第二反应池通过顶部溢流口连通；
所述第三气管与所述第一反应池连通，并伸入所述第一反应池的底部；
所述第三气管设有第一溶气射流器。
进一步的，所述尾破装置包括依次连接的一级尾破装置和二级尾破装置；
所述第一气管与所述一级尾破装置连通，所述第二气管与所述二级尾破装置连通，所述二级尾破装置的出气端与所述空分装置连通；
所述第一反应池的底部设有搅拌器；
所述第一反应池与催化反应器连接，所述催化反应器用于向所述第一反应池投加药剂。
进一步的，所述一级尾破装置和所述二级尾破装置均为加热-催化混合型尾气臭氧破坏器，所述加热-催化混合型尾气臭氧破坏器包括催化反应槽、加热器、风机、除雾器和控制柜；
进一步的，所述催化反应槽包括不锈钢催化槽、不锈钢网状格板及支承栅板和催化剂；
进一步的，所述加热器包括温控器、不锈钢外壳和加热元件；
进一步的，所述风机为漩涡式风机，所述风机包括铝质涡轮和叶片以及单/三相电机；
进一步的，所述除雾器包括外壳、支撑架、除雾筛网和排水装置等；
进一步的，所述控制柜包括显示调节仪表，显示调节仪表分别与报警器和控制器连接，所述控制器用于根据报警器的信息控制所述显示调节仪表。
进一步的，所述溶解臭氧分解池的底部区域设有曝气盘，所述曝气盘与设置于所述溶解臭氧分解池外的曝气机连接，用于将残余的臭氧吹脱。
进一步的，所述臭氧反应池和所述溶解臭氧分解池的顶部均设有呼吸阀。
进一步的，所述纯氧曝气生物滤池内设有悬浮球组合功能化载体，所述悬浮球组合功能化载体包括多个体积为25-30mm3的聚氨酯基立方块；
所述纯氧曝气生物滤池底部设有排泥阀，所述排泥阀连接有排泥泵；
所述纯氧曝气生物滤池的出口设有排水泵；
所述第一出气管设有第二溶气射流器；
所述第二管道设有进水泵；
所述纯氧曝气生物滤池包括碳源投加系统，所述碳源投加系统包括储罐、加药泵和加药管线，所述加药管线分别与所述储罐和所述纯氧曝气生物滤池连接，所述加药泵设置于所述加药管线。
进一步的，所述空分装置包括冷却器、第一缓冲罐、增压系统、第二缓冲罐、干燥净化设备、变压吸附制氧设备和产品氧气缓冲罐；
所述干燥净化设备包括气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、吸附式干燥机和粉尘精滤器；
所述变压吸附制氧设备包括空气缓冲罐、变压吸附分离设备、粉尘精滤器、控制系统、检测与放空系统；
经臭氧尾破后的气体依次经过所述冷却器、所述第一缓冲罐、所述增压系统、所述第二缓冲罐、所述气液分离器、所述冷冻式干燥机、所述精密过滤器、所述吸附式干燥机和所述粉尘精滤器后进入所述空气缓冲罐，经缓冲后分别进入所述变压吸附制氧设备，所述变压吸附制氧设备生产的氧气经所述粉尘精滤器进入所述产品氧气缓冲罐进行缓冲。
本发明第二方面提供了一种污水处理方法，使用第一方面所述的臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统，包括以下步骤：
S100、通过臭氧发生器向臭氧反应池加入臭氧，溶解臭氧的污水通过池底设置的混合设备混合，将进水池内的部分原水加入臭氧反应池，通过臭氧发生器加入臭氧，通过催化反应器向臭氧反应池加入催化剂，含臭氧的污水在催化剂的催化作用下，激发产生羟基自由基，使大部分难降解的有机物发生断链反应形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O；
S200、在溶解臭氧分解池通过曝高氧气体方式分解溶解臭氧；
S300、废水中有机物在曝气生物滤池内彻底生化降解；
S400、臭氧发生器和溶解臭氧分解池内产生的尾气经尾破装置与补充空气混合，作为空分制氧的原料气；
S500、空分制氧后产生的一部分高纯度氧气经臭氧发生器利用产生臭氧，供臭氧反应池使用以氧化处理污废水；空分制氧后产生的另一部分高纯氧气通过射流曝气方式进入纯氧曝气生物滤池，供纯氧曝气生物滤池生化使用。
进一步的，步骤S400中，空分制氧的步骤包括：
S401、经臭氧尾破后的气体经冷却器、第一缓冲罐、增压系统进入第二缓冲罐进行缓冲储气；
S402、第二缓冲罐进行缓冲储气后依次进入气液分离器、冷冻式干燥机除去大部分油、水、尘埃后，再进入精密过滤器、吸附式干燥机，除去部分油、水、尘埃后，使压缩空气的常压露点降至-55℃，除去大量的水分，最后再经粉尘精滤器，使出口洁净压缩空气含油量≤0.01ppm、含尘量≤0.01μm；
S403、洁净的压缩空气进入空气缓冲罐，经缓冲后分别进入两只填装吸附剂的变压吸附分离设备，压缩空气由变压吸附分离设备底端进入，气流经多层不锈钢空气扩散器扩散以后，均匀进入变压吸附分离设备，进行氧氮吸附分离，然后从出口端流出氧气，这一过程经均压和减压，吸附剂脱除所吸附的杂质组分，完成吸附剂的再生，两个变压吸附分离设备交替循环操作，持续送入原料压缩空气，连续生产合格氧气；
S404、变压吸附制氧设备生产的氧气进入氧气缓冲罐进行缓冲，平衡氧气压力和纯度，再经粉尘精滤器过滤后，从而得到纯度为90-93.0%的合格氧气，其输出压力为0.2-0.3MPa、常压露点≤-60℃、含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01μm；合格氧气一部分进入臭氧发生器用于臭氧制备，一部分通入纯氧曝气生物滤池的第二溶气射流器，混合后用于生化供氧。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
臭氧氧化-曝气生物滤池水处理系统及污水处理方法具有以下优点：
1.本发明实施例提供的新型臭氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统可使臭氧尾气得到充分利用，是臭氧尾气回收循环利用的有效方案。
2.本发明实施例可以解决纯氧曝气氧气成本高的问题，使纯氧曝气具有可推广性。
3.本发明实施例提出的氧尾气回收循环利用协同臭氧-曝气生物滤池水处理系统因其适用性高，运营成本低，工艺成熟，可广泛推广于工业难处理废水领域。
（发明人：黎泽华;林晓峰;刘牡;朱希坤;张立言;孙凯;苏英强;段梦缘;韩慧铭;肖聪）