精細化工園區汙水處理廠難降解有機廢水的深度處理方法

2023-08-04 21:46:31

精細化工園區汙水處理廠難降解有機廢水的深度處理方法
【專利摘要】本發明屬於汙水處理領域，特別涉及一種精細化工園區汙水處理廠難生物降解有機廢水的深度處理方法，即採用臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝對精細化工園區汙水處理廠難生物降解的二級處理出水進行深度處理。採用本發明提出的工藝處理精細化工園區汙水處理廠二級處理出水，在臭氧經濟用量下，提高了臭氧氧化過程反應效率，改善了汙水的可生化性，再經採用低能耗運行方式的曝氣生物濾池處理後，工藝出水中化學需氧量（COD）可以達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918-2002）化學需氧量（COD）的一級B標準，滿足汙染物減排及總量控制要求下的園區汙水處理廠現有二級處理工藝提標改造的出水水質要求。
【專利說明】精細化工園區汙水處理廠難降解有機廢水的深度處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汙水處理領域，具體是一種精細化工園區汙水處理廠難生物降解有機廢水的深度處理方法，即採用臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝對精細化工園區汙水處理廠難生物降解的二級處理出水進行深度處理。
【背景技術】
[0002]隨著區域經濟的發展需求，提高產業集中度是目前各地發展地區優勢產業開發優勢資源的普遍做法。精細化工工業逐步從分散型向集中型發展，工業項目向精細化工工業園集中。建立公共汙水處理廠為工業園區服務，工業廢水集中處理，可以有效解決汙染源分散、難以管理的局面。工業園區汙水處理廠承擔著工業園區的廢水治理任務和汙染物總量控制的減排任務。
[0003]然而，精細化工園區內各個精細化工企業產品類別不同，醫藥及其中間體、生物化學、顏料染料、紡織染整、無機化工及其它專用化學品等行業眾多，生產工藝多樣，生產廢水水質差異性大。這些不同性質的工業廢水最終混合在一起進入園區汙水處理廠，混合後的汙水組成更加複雜並且可能產生新的汙染因子，增加了後續處理的難度和複雜程度。同時，進入園區汙水處理廠的汙水中，工業廢水佔比達到或超過80%，生活汙水則低於20% ;這類汙水具有有機物成分複雜濃度高、可生化性差、色度高、懸浮物多、含鹽量高、具有生物毒性、水質水量變化大等特點，屬於難降解有機廢水。這類廢水由於可生化性差，處理難度高，經過二級處理後出水存在化學需氧量(COD)和色度高，同時生物需氧量很低，具有可生化性很差、含鹽量高、難生物降解，並且水質變化大等特點，因此出水仍然不能達到國家排放標準。這是目前精細化工園區汙水處理廠面臨的技術難題。面對當前國家和地方政府對汙染物減排及總量控制的治理要求，精細化工園區汙水處理廠必須增加深度處理工藝，進一步提高出水水質、降低出水中汙染物的濃度，以達到新的汙染物排放標準。
[0004]精細化工廢水主要的處理方法有吸附法、電化學法、高級氧化法、膜法和生物法，不過由於水質存在較大差異，不同方法的應用效果也存在差異。
[0005]吸附法，吸附載體極易飽和，處理效果差、處理能力低、再生成本高，不適用於此類汙水的大規模處理應用；電化學法，對汙水中難生物降解有機汙染物及色度的去除效果有限，成本高，不能滿足大規模生產的需要。
[0006]高級氧化法，包括光催化氧化、芬頓氧化、臭氧氧化等，可以破壞水中大分子有機汙染物，使之分解成小分子有機物。光催化氧化法處於研究階段；芬頓氧化法需要大量使用酸和鹼，操作複雜成本高，不適用於大規模應用；臭氧氧化法作為有效的廢水深度處理手段之一，在工業廢水處理領域已經有了很長的應用歷史。近年來，我國大型臭氧設備製造技術取得了較大的突破，湧現了大型臭氧設備核心技術指標達到國際同類產品先進水平的生產企業，這對臭氧技術的大規模應用起到了巨大的推動作用。單獨臭氧氧化法，即採用臭氧直接氧化，對這類汙水的有機汙染物和色度具有較好的去除效果，能夠在一定程度上改善汙水的可生化性；不過單獨臭氧氧化法存在局限性，主要是反應效率不夠高，臭氧消耗較大坐寸O
[0007]MBR (Membrane Bio-Reactor，膜生物反應器)，MBR工藝本身不能改變汙水中難生物降解有機物的分子結構，而且還會使大分子有機物在系統內富集，同時汙水中生物需氧量很低，難以維持微生物生存所需，最終導致系統崩潰；生物法，直接採用生物法會因汙水中生物需氧量很低而難以維繫微生物系統的穩定生長，在對汙水預處理後可以加以應用。

【發明內容】

[0008]本發明提供一種精細化工園區汙水處理廠難生物降解有機廢水的深度處理方法，通過臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝可提高臭氧氧化過程的反應效率，與單獨臭氧氧化反應過程相比，臭氧催化氧化反應過程對汙水可生化性的改善更為顯著，並且無需向生物濾池內連續曝氣供氧，減少了生物處理階段的能耗，運行成本顯著降低，同時滿足精細化工園區汙水處理廠現有二級處理工藝提標改造的出水水質要求。
[0009]本發明提出一種精細化工園區汙水處理廠難生物降解有機廢水的深度處理方法，採用臭氧氧化反應器和曝氣生物濾池依次組成的系統處理精細化工園區汙水處理廠二級處理出水。該處理方法包括以下步驟:
[0010](一)預處理階段:向二級處理出水中投加入石灰水溶液，將汙水pH值調整至弱鹼性，然後送往臭氧氧化反應器；
[0011](二)臭氧氧化階段:臭氧氧化過程在臭氧氧化反應器中完成，向臭氧氧化反應器中投加顆粒活性炭做為催化劑，臭氧在臭氧氧化反應器進水管前端以射流方式投加，在催化劑的作用下，呈弱鹼性的汙水與臭氧發生臭氧催化氧化反應，反應後出水由臭氧氧化反應器出水管排出，汙水在臭氧氧化反應器停留時間60~90min，臭氧濃度100~200mg/l，臭氧投加量為40~80mg/l 汙水；
[0012](三)生物處理階段:臭氧氧化反應器出水直接泵送入曝氣生物濾池，曝氣生物濾池中填充填料，臭氧氧化反應器出水由曝氣生物濾池底部進入，上部流出，經過附著生長在填料表面的生物膜處理後，水中可生物降解的有機物得以去除，汙水在曝氣生物濾池填料層停留時間70~200min。
[0013]進一步的，預處理階段將汙水pH值調整至8~8.5之間。
[0014]進一步的，臭氧氧化階段，催化劑顆粒活性炭的投加體積佔臭氧氧化反應器體積的 1% ~2.5%ο
[0015]進一步的，曝氣生物濾池採用不曝氣運行方式，而非傳統曝氣生物濾池的連續曝氣運行，能耗低。
[0016]進一步的，曝氣生物濾池中填充的填料採用火山巖，生物陶粒等常用的生物濾池填料。
[0017]進一步的，曝氣生物濾池的掛膜採用自然掛膜法。
[0018]本發明提出的臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝，利用臭氧的強氧化性，在催化劑顆粒活性炭的作用及弱鹼性環境下，與園區汙水廠二級處理出水中的難生物降解有機物產生化學反應，通過活潑的羥基自由基與有機物反應，使難生物降解有機物發色基團中的不飽和鍵斷裂，生成分子量小、無色的有機酸、醛等，達到脫色和降解有機物的目的。臭氧氧化處理後的出水因其可生化性較高，採用生物處理方法作為後續處理以去除水中可生物降解的有機物，從而降低處理過程中臭氧消耗和能耗。
[0019]本發明提出的臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝具有以下優點:
[0020](I)對於可生化性極差、成分複雜、色度高、含鹽量高、難生物降解、水質變化大的精細化工園區汙水處理廠二級處理出水，在催化劑存在及弱鹼性環境下，通過臭氧催化氧化反應過程，去除水中的難降解有機物和色度，大大提高了臭氧氧化過程的反應效率。與單獨臭氧氧化反應過程相比，臭氧催化氧化反應過程在臭氧經濟用量下，可以獲得更為有效地的氧化效率和處理效果，對汙水中化學需氧量(COD)的去除率顯著高於單獨臭氧氧化反應過程的去除率。
[0021](2)經臭氧催化氧化處理後的出水直接進入曝氣生物濾池，利用生物膜中微生物的降解作用，去除水中有機物。與單獨臭氧氧化反應過程相比，臭氧催化氧化反應過程對汙水可生化性的改善更為顯著，其後續生物處理階段對有機物的去除效果顯著高於單獨臭氧氧化過程後續生物處理的去除效果。
[0022](3)臭氧催化氧化反應過程所用催化劑——顆粒活性炭，用量少、來源方便、催化效果好、使用成本低。
[0023](4)在臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝中，曝氣生物濾池的運行方式不同於常規曝氣生物濾池，無需向濾池內連續曝氣供氧；而是採用不曝氣運行方式，利用臭氧氧化反應器出水中的溶解氧來維持曝氣生物濾池中生物膜的生長需要，從而減少了生物處理階段的能耗，運行成本顯著降低。
[0024](5)臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝，在臭氧經濟用量前提下，提高了臭氧氧化階段的反應效率，改善了汙水的可生化性，後續處理採用低能耗的、不曝氣運行方式的曝氣生物濾池，具有流程簡潔，操作簡便，便於管理，處理效果好，運行成本低的特點。
[0025](6)採用本發明提 出的臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝，對精細化工園區汙水處理廠難生物降解的二級處理出水進行深度處理後，可以將汙水中的化學需氧量(COD)從約120mg/l (相當於《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)化學需氧量(COD)的三級標準)，降低到60mg/l (相當於《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)化學需氧量(COD)的一級B標準)以下，該工藝可以滿足精細化工園區汙水處理廠現有二級處理工藝提標改造的出水水質要求。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合具體實施例，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0027]東部沿海某大型精細化工園區汙水處理廠採用現有二級處理工藝時，二級處理出水化學需氧量(COD)高、不能達到國家排放標準，並且生物需氧量小於10mg/l，可生化性極差，色度高，成分複雜，水質變化大。採用本發明提出的臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝，對該精細化工園區汙水處理廠二級處理出水進行處理。該工藝中試處理系統，採用臭氧氧化反應器和曝氣生物濾池依次組成的系統，其中臭氧氧化反應器投加少量顆粒活性炭做催化劑，顆粒活性炭的投加體積佔臭氧氧化反應器體積的1.2~2%，曝氣生物濾池填充火山巖填料。該中試處理系統日處理量63m3/d。
[0028]汙水處理過程如下:
[0029]用泵抽取二級處理出水並向其中投加一定量的石灰水溶液，使汙水pH值調整到8~8.5之間，然後送往臭氧氧化反應器。氧化過程所需臭氧採用現場製備，以液氧為氣源，通過臭氧發生系統製備生產所需濃度及產量的臭氧氣體。臭氧氣體通過設置在臭氧氧化反應器進水管前端的射流器投加到汙水中。進入臭氧氧化反應器後，在活性炭催化劑存在及弱鹼性環境下，發生臭氧催化氧化反應，汙水中的難生物降解有機物得到降解，色度降低。臭氧氧化反應器停留時間85~90min，臭氧濃度100~200mg/l，臭氧投加量為50~70mg03/l汙水。反應後臭氧氧化反應器出水直接泵送入曝氣生物濾池，濾池下部進水上部出水。濾池出水直接排放或由清水池收集用於濾池反衝洗。曝氣生物濾池採用不曝氣運行方式，而不是像常規曝氣生物濾池那樣需要連續曝氣充氧。曝氣生物濾池填料層停留時間141~192min。曝氣生物濾池的掛膜採用自然掛膜法，利用臭氧氧化階段出水中可生物降解的有機物培養生物膜，濾池運行一周後，就可以獲得比較穩定的COD去除效果。
[0030]當臭氧投加量為70mg03/l汙水時，臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝中試處理系統對該廠二級處理出水的處理效果見表1 ;同時，在相同臭氧投加水平下，單獨臭氧氧化與曝氣生物濾池組合工藝，即臭氧氧化階段採用臭氧直接與待處理汙水反應的單獨臭氧氧化法、後續接生物處理的組合,對二級處理出水的處理結果一併列出，以做對比。
[0031]表1臭氧催化氧化與曝氣生物濾池組合工藝中試處理系統運行結果
[0032]
【權利要求】
1.一種精細化工園區汙水處理廠難生物降解有機廢水的深度處理方法，其特徵在於:採用臭氧氧化反應器和曝氣生物濾池依次組成的系統處理精細化工園區汙水處理廠二級處理出水，該處理方法包括以下步驟: (一)預處理階段:向二級處理出水中投加入石灰水溶液，將汙水PH值調整至弱鹼性，然後送往臭氧氧化反應器； (二)臭氧氧化階段:向臭氧氧化反應器中投加顆粒活性炭做為催化劑，臭氧在臭氧氧化反應器進水管前端以射流方式投加，在催化劑的存在及弱鹼性環境下汙水與臭氧發生臭氧催化氧化反應，汙水在臭氧氧化反應器停留時間60~90min，臭氧濃度100~200mg/l，臭氧投加量為40~80mg/l汙水； (三)生物處理階段:臭氧氧化反應器出水直接泵送入曝氣生物濾池，曝氣生物濾池中填充填料，臭氧氧化反應器出水由曝氣生物濾池底部進入，上部流出，經過附著生長在填料表面的生物膜處理後，水中可生物降解的有機物得以去除，汙水在曝氣生物濾池填料層停留時間70~200min。
2.如權利要求1所述的深度處理方法，其特徵在於:預處理階段將汙水PH值調整至8~8.5之間。
3.如權利要求1所述的深度處理方法，其特徵在於:臭氧氧化階段，催化劑顆粒活性炭的投加體積佔臭氧氧化反應器體積的1%~2.5%。
4.如權利要求1所述 的深度處理方法，其特徵在於:曝氣生物濾池採用不曝氣運行方式。
5.如權利要求1所述的深度處理方法，其特徵在於:曝氣生物濾池中填充的填料為火山巖或生物陶粒。
6.如權利要求1所述的深度處理方法，其特徵在於:曝氣生物濾池的掛膜採用自然掛膜法。
【文檔編號】C02F1/78GK103613254SQ201310698205
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】鄭蓓, 李樹苑, 陳才高, 劉海燕 申請人:中國市政工程中南設計研究總院有限公司