公布日：2023.11.03
申請日：2022.04.24
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/78(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本公開涉及一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及處理方法。該裝置包括催化氧化反應器和生物活性炭反應器；生物活性炭反應器同中心軸地外嵌于催化氧化反應器的外部，催化氧化反應器包括流化區(qū)、沉降區(qū)、固液分離區(qū)、第一進水口、臭氧進口、含生物膜活性炭進口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口和第一出水口；生物活性炭反應器設有第二進水口、含氧氣體進口、脫生物膜活性炭進口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口和第二出水口；第二進水口與第一出水口連通，脫生物膜活性炭進口與脫生物膜活性炭出口連通，含生物膜活性炭出口與含生物膜活性炭進口連通，含氧氣體進口與第一出氣口連通。提高污水處理效率，降低沖洗能耗。
權(quán)利要求書
1.一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置，其特征在于，包括催化氧化反應器(I)和生物活性炭反應器(II)；其中，所述生物活性炭反應器(II)同中心軸地外嵌于所述催化氧化反應器(I)的外部；所述催化氧化反應器(I)包括流化區(qū)(1)、沉降區(qū)(3)、固液分離區(qū)(4)、第一進水口(7)、臭氧進口(8)、含生物膜活性炭進口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口(10)和第一出水口(12)；其中所述沉降區(qū)(3)設置于所述流化區(qū)(1)上方且與所述流化區(qū)(1)連通，所述第一進水口(7)、臭氧進口(8)和含生物膜活性炭進口設于所述流化區(qū)(1)，所述脫生物膜活性炭出口和第一出氣口(10)設于所述沉降區(qū)(3)；所述固液分離區(qū)(4)套設于所述沉降區(qū)(3)的外部，所述沉降區(qū)(3)內(nèi)設有三相分離器(9)，且所述沉降區(qū)(3)通過位于其上部的溢流裝置(11)與所述固液分離區(qū)(4)連通，所述第一出水口(12)設于所述固液分離區(qū)(4)；所述生物活性炭反應器(II)設有第二進水口(15)、含氧氣體進口(14)、脫生物膜活性炭進口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口(16)和第二出水口(17)；所述第二進水口(15)與所述固液分離區(qū)(4)的第一出水口(12)連通，所述脫生物膜活性炭進口與所述沉降區(qū)(3)的脫生物膜活性炭出口連通，所述含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)(1)的含生物膜活性炭進口連通，所述含氧氣體進口(14)與所述沉降區(qū)(3)的第一出氣口(10)連通，所述臭氧進口(8)與臭氧源連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應器(I)還包括過渡區(qū)(2)，所述流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和沉降區(qū)(3)由下至上依次連通且同軸設置；所述流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和沉降區(qū)(3)的水平截面積依次增大；所述第一進水口(7)、臭氧進口(8)和含生物膜活性炭進口設于所述流化區(qū)(1)的底部；所述第一出氣口(10)設于所述沉降區(qū)(3)的頂部；并且所述含生物膜活性炭進口位于所述臭氧進口(8)的上方；所述第一出水口(12)設于所述固液分離區(qū)(4)的上部；所述固液分離區(qū)(4)的底部還設有排渣口(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述生物活性炭反應器(II)內(nèi)，所述脫生物膜活性炭進口和所述第二出水口(17)分別設于所述生物活性炭反應器(II)的上部；所述第二出氣口(16)設于所述生物活性炭反應器(II)的頂部；所述第二進水口(15)、含氧氣體進口(14)和含生物膜活性炭出口分別設于所述生物活性炭反應器(II)的下部；所述生物活性炭反應器(II)的脫生物膜活性炭進口與所述沉降區(qū)(3)的脫生物膜活性炭出口通過上填料管(5)連通；所述生物活性炭反應器(II)的含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)(1)的含生物膜活性炭進口通過下填料管(6)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應器(I)的脫生物膜活性炭出口的水平位置高于所述生物活性炭反應器(II)的脫生物膜活性炭進口，以使所述上填料管(5)從所述脫生物膜活性炭出口到所述脫生物膜活性炭進口向下傾斜；所述生物活性炭反應器(II)的含生物膜活性炭出口的水平位置高于所述催化氧化反應器(I)的含生物膜活性炭進口，以使所述下填料管(6)從所述含生物膜活性炭出口到所述含生物膜活性炭進口向下傾斜；可選地，所述生物活性炭反應器(II)的底部位于所述催化氧化反應器(I)的流化區(qū)(1)底部之上，所述生物活性炭反應器(II)的頂部位于所述催化氧化反應器(I)的沉降區(qū)(3)的頂部之下；可選地，所述裝置還包括臭氧發(fā)生器(III)，所述臭氧發(fā)生器(III)的臭氧出口與所述催化氧化反應器(I)的臭氧進口(8)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述催化氧化反應器(I)包括沿垂直方向設置的內(nèi)殼體和外殼體，所述內(nèi)殼體包括由下至上依次連通的圓筒狀的流化區(qū)(1)、過渡區(qū)(2)和圓筒狀的沉降區(qū)(3)，所述沉降區(qū)(3)的直徑大于所述流化區(qū)(1)的直徑，所述過渡區(qū)(2)形成為倒圓臺筒狀；所述外殼體套設于所述沉降區(qū)(3)的內(nèi)殼體外側(cè)，且形成為圓筒狀的固液分離區(qū)(4)；可選地，所述固液分離區(qū)(4)的底面與所述沉降區(qū)(3)的底面水平方向上平齊；所述固液分離區(qū)(4)的頂邊沿低于所述沉降區(qū)(3)的頂邊沿；所述生物活性炭反應器(II)包括沿垂直方向設置的圓筒狀殼體，所述生物活性炭反應器(II)的殼體直徑大于所述流化區(qū)(1)和所述過渡區(qū)(2)的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述過渡區(qū)(2)的頂面直徑與所述流化區(qū)(1)的直徑之比為1.5～20：1，優(yōu)選為2～10：1；所述流化區(qū)(1)的高度與直徑之比為2～20：1，優(yōu)選為5～10：1；所述過渡區(qū)(2)與所述沉降區(qū)(3)高度之比為0.2～5：1，優(yōu)選為0.5～2：1；所述固液分離區(qū)(4)與所述沉降區(qū)(3)的直徑之比為1.2～5：1，優(yōu)選為1.5～3：1。
7.一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理方法，該方法采用權(quán)利要求1～6中任意一項所述的裝置，其特征在于，包括以下步驟：S1、使含有機物質(zhì)的待處理污水、臭氧和活性炭載體進入所述催化氧化反應器(I)的流化區(qū)(1)進行流化式催化氧化反應，所得的反應混合物進入所述沉降區(qū)(3)經(jīng)所述三相分離器(9)進行沉降分離，得到脫生物膜活性炭、第一氣體和固液混合物料；使所述固液混合物料進入所述固液分離區(qū)(4)進行固液分離，得到第一處理水和殘渣；S2、使來自所述催化氧化反應器(I)的所述第一處理水、所述脫生物膜活性炭和含氧氣體進入所述生物活性炭反應器(II)，使所述第一處理水中剩余有機物質(zhì)與生物活性炭反應器(II)內(nèi)的污水處理菌株在曝氣條件下進行好氧生化反應，得到凈化水、含生物膜活性炭和第二氣體；其中所述含氧氣體包括來自所述催化氧化反應器(I)的第一氣體；S3、使來自所述生物活性炭反應器(II)的所述含生物膜活性炭返回所述催化氧化反應器(I)的流化區(qū)(1)與所述待處理污水和臭氧接觸，對所述含生物膜活性炭進行洗脫再生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S1中，以1L所述待處理污水引入量計算，所述臭氧的流速為50～20000mL/min，優(yōu)選為200～5000mL/min；以1L所述待處理污水引入量計算，所述活性炭載體的引入量為50～5000g，優(yōu)選為100～2000g；待處理污水在所述流化區(qū)(1)內(nèi)停留時間為0.05～5h，優(yōu)選為0.1～2h，反應溫度為10～40℃，優(yōu)選為15～30℃；所述待處理廢水的COD為60～150mg/L，BOD/COD小于0.25。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟S2中，以1L所述待處理污水引入量計算，所述生物活性炭反應器(II)中溶解氧為1～8mg，優(yōu)選為2～4mg；以1L所述待處理污水引入量計算，所述脫生物膜活性炭的引入量為2～500g，優(yōu)選為5～200g；所述第一處理污水在所述生物活性炭反應器(II)中停留時間為0.2～12h，優(yōu)選為1～6h；反應溫度為10～40℃，優(yōu)選為20～35℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述活性炭載體的平均粒徑為60～200目，平均孔徑為0.01～10nm，總孔體積為0.001～0.5cm3/g，BET比表面積為1～1000m2/g。
發(fā)明內(nèi)容
本公開的目的是提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及污水處理方法，能夠?qū)⒊粞醮呋趸に嚺c生化工藝耦合，污水處理效果好，避免催化劑板結(jié)，避免生化填料板結(jié)，并且生化單元無需反沖洗。
為了實現(xiàn)上述目的，本公開第一方面提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置，包括催化氧化反應器、生物活性炭反應器和臭氧發(fā)生器；其中，所述生物活性炭反應器同中心軸地外嵌于所述催化氧化反應器的外部；所述催化氧化反應器包括流化區(qū)、沉降區(qū)、固液分離區(qū)、第一進水口、臭氧進口、含生物膜活性炭進口、脫生物膜活性炭出口、第一出氣口和第一出水口；其中所述沉降區(qū)設置于所述流化區(qū)上方且與所述流化區(qū)連通，所述第一進水口、臭氧進口和含生物膜活性炭進口設于所述流化區(qū)，所述脫生物膜活性炭出口和第一出氣口設于所述沉降區(qū)；所述固液分離區(qū)套設于所述沉降區(qū)的外部，所述沉降區(qū)內(nèi)設有三相分離器，且所述沉降區(qū)通過位于其上部的溢流裝置與所述固液分離區(qū)連通，所述第一出水口設于所述固液分離區(qū)；所述生物活性炭反應器設有第二進水口、含氧氣體進口、脫生物膜活性炭進口、含生物膜活性炭出口、第二出氣口和第二出水口；所述第二進水口與所述固液分離區(qū)的第一出水口連通，所述脫生物膜活性炭進口與所述沉降區(qū)的脫生物膜活性炭出口連通，所述含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)的含生物膜活性炭進口連通；所述含氧氣體進口與所述沉降區(qū)的第一出氣口連通，所述臭氧進口與臭氧源連通。
可選地，所述催化氧化反應器還包括過渡區(qū)，所述流化區(qū)、過渡區(qū)和沉降區(qū)由下至上依次連通且同軸設置；所述流化區(qū)、過渡區(qū)和沉降區(qū)的水平截面積依次增大；所述第一進水口、臭氧進口和含生物膜活性炭進口設于所述流化區(qū)的底部；所述第一出氣口設于所述沉降區(qū)的頂部；并且所述含生物膜活性炭進口位于所述臭氧進口的上方；所述第一出水口設于所述固液分離區(qū)的上部；所述固液分離區(qū)的底部還設有排渣口。
可選地，在所述生物活性炭反應器內(nèi)，所述脫生物膜活性炭進口和所述第二出水口分別設于所述生物活性炭反應器的上部；所述第二出氣口設于所述生物活性炭反應器的頂部；所述第二進水口、含氧氣體進口和含生物膜活性炭出口分別設于所述生物活性炭反應器的下部；所述生物活性炭反應器的脫生物膜活性炭進口與所述沉降區(qū)的脫生物膜活性炭出口通過上填料管連通；所述生物活性炭反應器的含生物膜活性炭出口與所述流化區(qū)的含生物膜活性炭進口通過下填料管連通。
可選地，所述催化氧化反應器的脫生物膜活性炭出口的水平位置高于所述生物活性炭反應器的脫生物膜活性炭進口，以使所述上填料管從所述脫生物膜活性炭出口到所述脫生物膜活性炭進口向下傾斜；所述生物活性炭反應器的含生物膜活性炭出口的水平位置高于所述催化氧化反應器的含生物膜活性炭進口，以使所述下填料管從所述含生物膜活性炭出口到所述含生物膜活性炭進口向下傾斜；可選地，所述生物活性炭反應器的底部位于所述催化氧化反應器的流化區(qū)底部之上，所述生物活性炭反應器的頂部位于所述催化氧化反應器的沉降區(qū)的頂部之下；可選地，所述裝置還包括臭氧發(fā)生器，所述臭氧發(fā)生器的臭氧出口與所述催化氧化反應器的臭氧進口連通。
可選地，所述催化氧化反應器包括沿垂直方向設置的內(nèi)殼體和外殼體，所述內(nèi)殼體包括由下至上依次連通的圓筒狀的流化區(qū)、過渡區(qū)和圓筒狀的沉降區(qū)，所述沉降區(qū)的直徑大于所述流化區(qū)的直徑，所述過渡區(qū)形成為倒圓臺筒狀；所述外殼體套設于所述沉降區(qū)的內(nèi)殼體外側(cè)，且形成為圓筒狀的固液分離區(qū)；可選地，所述固液分離區(qū)的底面與所述沉降區(qū)的底面水平方向上平齊；所述固液分離區(qū)的頂邊沿低于所述沉降區(qū)的頂邊沿；所述生物活性炭反應器包括沿垂直方向設置的圓筒狀殼體，所述生物活性炭反應器的殼體直徑大于所述流化區(qū)和所述過渡區(qū)的直徑。
可選地，所述過渡區(qū)的頂面直徑與所述流化區(qū)的直徑之比為1.5～20：1，優(yōu)選為2～10：1；所述流化區(qū)的高度與直徑之比為2～20：1，優(yōu)選為5～10：1；所述過渡區(qū)與所述沉降區(qū)高度之比為0.2～5：1，優(yōu)選為0.5～2：1；所述固液分離區(qū)與所述沉降區(qū)的直徑之比為1.2～5：1，優(yōu)選為1.5：3：1。
本公開第二方面提供一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理方法，該方法采用本公開第一方面所述的裝置，包括以下步驟：S1、使含有機物質(zhì)的待處理污水、臭氧和活性炭載體進入所述催化氧化反應器的流化區(qū)進行流化式催化氧化反應，所得的反應混合物進入所述沉降區(qū)經(jīng)所述三相分離器進行沉降分離，得到脫生物膜活性炭、第一氣體和固液混合物料；使所述固液混合物料進入所述固液分離區(qū)進行固液分離，得到第一處理水和殘渣；S2、使來自所述催化氧化反應器的所述第一處理水、所述脫生物膜活性炭和含氧氣體進入所述生物活性炭反應器，使所述第一處理水中剩余有機物質(zhì)與生物活性炭反應器內(nèi)的污水處理菌株在曝氣條件下進行好氧生化反應，得到凈化水、含生物膜活性炭和第二氣體；其中所述含氧氣體包括來自所述催化氧化反應器的第一氣體；S3、使來自所述生物活性炭反應器的所述含生物膜活性炭返回所述催化氧化反應器的流化區(qū)與所述待處理污水和臭氧接觸，對所述含生物膜活性炭進行洗脫再生。
可選地，步驟S1中，以1L所述待處理污水引入量計算，所述臭氧的流速為50～20000mL/min，優(yōu)選為200～5000mL/min；以1L所述待處理污水引入量計算，所述活性炭載體的引入量為50～5000g，優(yōu)選為100～2000g；待處理污水在所述流化區(qū)內(nèi)停留時間為0.05～5h，優(yōu)選為0.1～2h，反應溫度為10～40℃，優(yōu)選為15～30℃；所述待處理廢水的COD為60～150mg/L，BOD/COD小于0.25。
可選地，步驟S2中，以1L所述待處理污水引入量計算，所述生物活性炭反應器中溶解氧為1～8mg，優(yōu)選為2～4mg；以1L所述待處理污水引入量計算，所述脫生物膜活性炭的引入量為2～500g，優(yōu)選為5～200g；所述第一處理污水在所述生物活性炭反應器中停留時間為0.2～12h，優(yōu)選為1～6h；反應溫度為10～40℃，優(yōu)選為20～35℃。
可選地，所述活性炭載體的平均粒徑為60～200目，平均孔徑為0.01～10nm，總孔體積為0.001～0.5cm3/g，BET比表面積為1～1000m2/g。
通過上述技術(shù)方案，本公開提供了一種臭氧催化氧化聯(lián)合生物活性炭的污水處理裝置及污水處理方法，將臭氧催化氧化工藝與生物活性炭工藝相耦合，污水處理效果好；通過將生物活性炭反應器II中生化反應得到的含生物膜活性炭引入催化氧化反應器I中，既可以利用活性炭載體的催化進行臭氧催化氧化反應，又可以利用流化區(qū)1中水流和氣流的沖刷作用以及臭氧的氧化作用，使得活性炭載體中老化的生物膜脫落，載體得到更新，無需額外增加裝置來對在生物活性炭反應器II反應后的載體進行反沖洗；通過流化式催化氧化反應還可以避免催化氧化反應器I中催化劑板結(jié)；在生物活性炭反應器II中通過懸浮式生化反應還可以避免生化填料板結(jié)；本公開采用獨特的反應器設計，結(jié)合了流化床和懸浮床的優(yōu)勢，簡化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少了對催化劑單獨進行反沖洗去除生物膜所需能耗。
（發(fā)明人：高峰;曹曉磊）
