污水深度处理组合装置和工艺

技术领域

本发明涉及污染处理技术领域，尤其涉及一种污水深度处理组合装置和一种污水深度处理组合工艺。

背景技术

为适应一系列市政污水厂以及工业废水污染物排放新标准，以实现废水达标排放，减少对受纳水体环境的影响，有必要对现有生化处理后出水进行进一步深度处理。生化出水进一步全面提标，其中重要污染物包括COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)，氨氮，总磷，ss(suspended solids，悬浮物)等；对一些生物难降解的污染物，深度处理大多采用Fenton、臭氧等高级氧化技术。

在现有技术中，Fenton氧化技术在使用过程中往往需要对污水进行预酸化处理，反应pH控制在2-4之间，反应结束后的pH回调也需要消耗大量的碱液，这个过程酸碱的投加造成系统运行成本大大提高，另外酸碱加入也会给体系引入部分溶解性盐，造成出水盐含量的提高，对排放标准中盐含量有要求的项目应用也受限。

在此基础上，发展了光-芬顿等类芬顿氧化体系，有效扩充了pH应用范围，并提高了系统的氧化效率。循环式异相光催化氧化技术是以铁基纳米材料为催化剂的类芬顿光催化氧化体系。通过铁基催化剂的使用，提高系统反应pH至4-6.5左右，同时通过紫外光的催化作用，实现催化剂的循环转化以及氧化剂的利用效率，促进羟基自由基的生成，实现有机物的深度氧化，去除COD，并提高污水的可生化性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种污水深度处理组合装置和工艺，通过循环式异相光催化氧化工艺与曝气生物滤池相结合，通过光催化氧化反应去除部分COD，同时可将系统内生物难降解大分子污染物逐步分解为小分子，提高污水可生化性，后续通过与曝气生物滤池的组合，通过曝气生物滤池的高效生物氧化作用以及生物吸附和过滤作用，对水体中氨氮、总磷以及ss进一步去除，从而实现污水水质全面提升，达到新排放标准的要求。

为实现上述目的，本发明提供了一种污水深度处理组合装置，包括通过管道依次连接的循环式异相光催化氧化组件、斜板沉淀池组件、脱气反应组件、高效催化剂分离组件、曝气生物滤池和清水池；所述循环式异相光催化氧化组件对输入的污水进行光催化氧化反应；所述斜板沉淀池组件将流入水体中的部分催化剂进行截留；所述脱气反应组件对由所述斜板沉淀组件流入的上清液进行曝气并调节pH值至中性；所述高效催化剂分离组件对由所述脱气反应组件流入水体通过助凝剂和絮凝剂进行絮体分离；所述曝气生物滤池对由所述高效催化剂分离组件流入的上清液进行生物氧化降解和过滤，并将出水输出至所述清水池。

在上述技术方案中，优选地，所述循环式异相光催化氧化组件包括紫外光光源系统、催化剂投加装置、氧化剂投加装置、pH药剂投加装置和推流器，所述紫外光光源系统为多个垂直浸没式放置的紫外灯组件，所述催化剂投加装置配套超声波换能器对催化剂进行超声分散，所述氧化剂投加装置和所述pH药剂投加装置分别用于向反应池中投加氧化剂和pH药剂，所述推流器用于推动污水与药剂充分混合以及水体在反应池内循环流动，促进系统反应传质效果，提高氧化效率。

在上述技术方案中，优选地，所述循环式异相光催化氧化组件还包括在线pH监测装置和ORP(oxidation-reduction potential，氧化还原电位)监测装置，所述在线pH监测装置用于监测反应池中水体的pH值，根据pH值连锁酸投加装置，保持系统pH稳定，所述ORP监测装置用于监测反应池中水体的氧化还原电位，通过ORP值的高低来调整氧化剂的加入，有利用系统自动运行。

在上述技术方案中，优选地，所述斜板沉淀组件中设置有斜板和催化剂循环泵，所述斜板用于截留催化剂，所述催化剂循环泵一端与所述循环式异相光催化氧化组件连通，另一端与排泥管道连通，用于将部分催化剂回流至所述循环式异相光催化氧化组件中。

在上述技术方案中，优选地，所述脱气反应组件包括曝气管、鼓风机、碱液投加装置和在线pH监测控制系统，所述鼓风机的出风口与所述曝气管相连通，所述曝气管用于对水体进行曝气处理，所述碱液投加装置用于向水体投加碱液至中性，所述在线pH监测控制系统与所述碱液投加装置相连接，根据所监测pH值控制所述碱液投加装置的投加药量。优选地，本系统鼓风机可选用回转风机、罗茨风机、空气悬浮风机等来提供风源。

在上述技术方案中，优选地，所述高效催化剂分离组件包括助凝剂加药装置、絮凝剂加药装置、搅拌机和中间水池，所述助凝剂加药装置和絮凝剂加药装置分别用于投加助凝剂和絮凝剂，所述搅拌机用于将所述助凝剂、所述絮凝剂与水体进行搅拌，所述中间水池独立设置于所述高效催化剂分离组件中，所述高效催化剂分离组件中水体进行絮体分离后通过所述中间水池泵送至所述曝气生物滤池。

在上述技术方案中，优选地，所述曝气生物滤池还包括进水泵、罗茨风机和反洗水泵，所述进水泵用于将所述中间水池的水体泵送至所述曝气生物滤池，所述罗茨风机用于向所述曝气生物滤池输送气体，供微生物生长利用，所述曝气生物滤池内填充滤料，所述反洗水泵用于将清水池暂存水泵送至曝气生物滤池，对滤料进行反洗，所述曝气生物滤池的反冲洗水通过排水管回到所述前端二沉池，进行二次处理。

本发明还提出一种污水深度处理组合工艺，应用于如上述技术方案中所述的污水深度处理组合装置，包括：将污水输入循环式异相光催化氧化组件中，所述循环式异相光催化氧化反应组件对污水进行微酸环境下的光催化氧化反应；经所述循环式异相光催化氧化反应组件反应完成后的水体自流入斜板沉淀组件对催化剂进行截留；由所述斜板沉淀组件处理后的上清液自流入脱气反应组件中进行脱气，并调节pH值至中性；所述脱气反应组件处理后出水自流入高效催化剂分离组件，通过投加助凝剂和絮凝剂实现絮体分离；所述高效催化剂分离组件的分离上清液经中间水池泵送至曝气生物滤池，对水体进行生物氧化降解和过滤，并将过滤后的出水输送至清水池。

在上述技术方案中，优选地，所述循环式异相光催化氧化反应组件向污水投加酸液以将pH值控制在4-6.5，投加铁基催化剂和氧化剂，照射紫外光；将所述斜板沉淀组件中斜板孔径为60-100mm，L＝1000mm，与竖直方向夹角为60°，斜板材质为UPVC(UnplasticizedPolyvinyl Chloride，硬聚氯乙烯)或强化聚氨酯或不锈钢，所截留的催化剂回流至所述循环式异相光催化氧化反应组件中；所述脱气反应组件中投加碱性溶液至水体pH值在6.5-7.0，使出水pH维持在中性；所述高效催化剂分离组件前端区域投加助凝剂和絮凝剂，在搅拌混合作用下絮凝出催化剂和悬浮物，催化剂分离组件后端将悬浮物与水进行泥水分离，得到上清液；所述曝气生物滤池内滤料采用陶粒滤料或高分子轻质滤料，通过微生物氧化降解作用以及滤料的吸附过滤作用对水体进行处理。

在上述技术方案中，优选地，所述高效催化剂分离组件中投加聚合氯化铝作为所述助凝剂，投加浓度为0-100ppm，投加聚丙烯酰胺作为絮凝剂，投加浓度为1-5ppm；所述脱气反应组件中投加碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；所述曝气生物滤池中对滤料进行反冲洗后的反冲洗废水通过排水管回到前端二沉池，进行二次处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过循环式异相光催化氧化工艺与曝气生物滤池相结合，通过光催化氧化反应去除部分COD，同时可将系统内生物难降解大分子污染物逐步分解为小分子，提高污水可生化性，后续通过与曝气生物滤池的组合，通过曝气生物滤池的高效生物氧化作用以及生物吸附和过滤作用，对水体中氨氮、总磷以及ss进一步去除，从而实现污水水质全面提升，达到新排放标准的要求。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的污水深度处理组合装置的流程示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1、循环式异相光催化氧化组件；11、催化剂投加装置；12、氧化剂投加装纸；13、pH药剂投加装置；2、斜板沉淀池组件；21、斜板；3、脱气反应组件；4、高效催化剂分离组件；41、助凝剂投加装置；42、絮凝剂投加装置；43、搅拌机；44、中间水池；5、曝气生物滤池；6、清水池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，根据本发明提供的一种污水深度处理组合装置，包括通过管道依次连接的循环式异相光催化氧化组件1、斜板沉淀池组件2、脱气反应组件3、高效催化剂分离组件4、曝气生物滤池5和清水池6；循环式异相光催化氧化组件1对输入的污水进行光催化氧化反应；斜板沉淀池组件2将流入水体中的部分催化剂进行截留；脱气反应组件3对由斜板沉淀组件流入的上清液进行曝气并调节pH值至中性；高效催化剂分离组件4对由脱气反应组件3流入水体通过助凝剂和絮凝剂进行絮体分离；曝气生物滤池5对由高效催化剂分离组件4流入的上清液进行生物氧化降解和过滤，并将出水输出至清水池6。

在该实施例中，经生化后的市政或工业污水从二沉池提升至循环式异相光催化氧化反应装置，在反应池内投加酸、催化剂、氧化剂等进行微酸环境下的光催化反应，实现水中难降解有机物的氧化降解，去除大部分COD，同时提高废水B/C比。斜板沉淀组件将流入污水中携带的大部分催化剂进行截留，截留的催化剂通过催化剂回流泵泵送至循环式异相光催化氧化反应装置前端，将催化剂循环使用，斜板沉淀组件上清液自流入脱气反应组件3，脱气反应组件3中通过投加碱性溶液调节水体pH至中性，高效催化剂分离组件4中，在催化剂分离池前端投加助凝剂和絮凝剂，然后通过催化剂分离系统实现絮体分离，得到上清液，经中间水池44泵送至后端的曝气生物滤池5，通过曝气池内生物氧化降解和过滤作用对水中COD、氨氮、总磷、ss进一步去除，实现污水多种污染指标的去除。

在上述实施例中，优选地，循环式异相光催化氧化组件1包括紫外光光源系统、催化剂投加装置11、氧化剂投加装置、pH药剂投加装置13和推流器，紫外光光源系统为多个垂直浸没式放置的紫外灯组件，催化剂投加装置11配套超声波换能器对催化剂进行超声分散，氧化剂投加装置和pH药剂投加装置13分别用于向反应池中投加氧化剂和pH药剂，推流器用于推动污水与药剂充分混合以及水体在反应池内循环流动。

在该循环式异相光催化氧化组件1中，在添加的酸性药剂使得水体在微酸环境下，在紫外光光源系统的紫外光与铁基催化剂的相互作用，实现催化剂的循环转化和羟基自由基的生成，同时紫外光对双氧水的光解也协同产生羟基自由基，进而实现羟基自由基的倍增，进而提高对水中污染物的深度氧化去除。循环式异相光催化氧化组件1中投加酸液，将pH控制在4-6.5之间，比传统Fenton高级氧化反应的pH值2-4更高。

在上述实施例中，优选地，循环式异相光催化氧化组件1还包括在线pH监测装置和ORP监测装置，在线pH监测装置用于监测反应池中水体的pH值，根据pH数值可连锁pH控制药剂——硫酸的加药；ORP监测装置用于监测反应池中水体的氧化还原电位，监控反应过程体系氧化还原电位变化，根据ORP值可连锁氧化剂的加入，有利于系统的控制。

在上述实施例中，优选地，斜板沉淀组件中设置有斜板21和催化剂循环泵，斜板21用于截留催化剂，斜板21孔径Φ60-100，L＝1000mm，安装角度60°，材质为UPVC或强化聚氨酯或不锈钢。催化剂循环泵一端与循环式异相光催化氧化组件1连通，另一端与排泥管道连通，用于将部分催化剂回流至循环式异相光催化氧化组件1中，将催化剂循环使用，减少催化剂的投加。

在上述实施例中，优选地，脱气反应组件3包括曝气管、鼓风机、碱液投加装置和在线pH监测控制系统，鼓风机的出风口与曝气管相连通，曝气管用于对水体进行曝气处理，碱液投加装置用于向水体投加碱液至中性，在线pH监测控制系统与碱液投加装置相连接，根据所监测pH值控制碱液投加装置的投加药量。

在上述实施例中，优选地，高效催化剂分离组件4包括助凝剂加药装置、絮凝剂加药装置、搅拌机43和中间水池44，助凝剂加药装置和絮凝剂加药装置设置于高效催化剂分离组件4的前端，分别用于投加助凝剂和絮凝剂，搅拌机43用于将助凝剂、絮凝剂与水体进行搅拌，经助凝剂和混凝剂作用，使催化剂和ss絮出，使泥水分离，得到清澈水体。中间水池44独立设置于高效催化剂分离组件4中，高效催化剂分离组件4中水体进行絮体分离后通过中间水池44泵送至曝气生物滤池5。

在上述实施例中，优选地，曝气生物滤池5还包括进水泵、罗茨风机和反洗水泵，进水泵用于将中间水池44的水体泵送至曝气生物滤池5，罗茨风机用于向曝气生物滤池5输送气体，曝气生物滤池5内填充陶瓷滤料或轻质滤料作为生物载体，生物滤料具有大的比表面积和孔隙率，易于生物膜的附着，曝气池内微生物利用水中营养物质进行新陈代谢，通过微生物的氧化降解作用以及滤料的吸附过滤作用，降低污水COD、氨氮、总磷、ss等，实现污水出水达标；曝气生物滤池5挂膜快，不易流失，单位体积内生物量更大，处理效果好，可大大减小占地面积，保证出水水质达标。曝气生物滤池5配套有气洗和水洗反冲洗设备，运行过程中随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜和滤料截留的ss等不断增加，滤池内水位增加，即需对滤料进行反冲洗，反冲洗用水采用清水池6内暂存的清水，反冲洗废水通过反洗水泵经过排水管道回流到进水二沉池，进行二次处理。

本发明还提出一种污水深度处理组合工艺，应用于如上述实施例中提出的污水深度处理组合装置，包括：将污水输入循环式异相光催化氧化组件1中，循环式异相光催化氧化反应组件对污水进行微酸环境下的光催化氧化反应；经循环式异相光催化氧化反应组件反应完成后的水体自流入斜板沉淀组件对催化剂进行截留；由斜板沉淀组件处理后的上清液自流入脱气反应组件3中进行脱气，并调节pH值至中性；脱气反应组件3处理后出水自流入高效催化剂分离组件4，通过投加助凝剂和絮凝剂实现絮体分离；高效催化剂分离组件4的分离上清液经中间水池44泵送至曝气生物滤池5，对水体进行生物氧化降解和过滤，并将过滤后的出水输送至清水池6。

在上述实施例中，优选地，循环式异相光催化氧化反应组件向污水投加酸液以将pH值控制在4-6.5，投加铁基催化剂和氧化剂，照射紫外光。其中，氧化剂为双氧水，通过投加酸液控制反应池内pH在4-6.5之间，双氧水投加量在30-100mg/L，催化剂投加量在50-200mg/L范围内。废水在循环式异相光催化氧化反应装置中停留时间约1h左右，其中光照时间在5-30min之间，在紫外光与催化剂作用下，产生大量羟基自由基，实现污染物的去除。

循环式异相光催化氧化反应组件处理后的水样，经溢流口自流进入斜板沉淀池组件2，斜板沉淀组件中斜板21孔径为60-100mm，与竖直方向夹角为60°，斜板21材质为UPVC或强化聚氨酯或不锈钢，所截留的催化剂定期催化剂循环泵回流至循环式异相光催化氧化反应组件中，实现催化剂的循环利用，大大降低催化剂的投加量。

斜板沉淀池组件2中含少量ss的上清液溢流进入脱气反应组件3，脱气反应组件3中投加碱性溶液至水体pH值在6.5-7.0，使出水回到中性条件；高效催化剂分离组件4前端区域投加助凝剂和絮凝剂，助凝剂投加浓度为30ppm，絮凝剂投加浓度为1ppm，经絮凝反应后，水中ss以及催化剂通过催化剂分离装置将催化剂和ss与水分离，催化剂分离出水COD可降低至70mg/L左右，ss可降低至15mg/L。曝气生物滤池5内滤料采用陶粒滤料或高分子轻质滤料，通过微生物氧化降解作用以及滤料的吸附过滤作用对水中COD、氨氮、总磷、ss等污染物进一步去除，使得COD、氨氮、ss等指标达到外排水要求。运行过程中随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜和滤料截留的ss等不断增加，滤池内水位增加，即需对滤料进行反冲洗，反冲洗用水采用清水池6内暂存的清水，反冲洗废水经过排水管道回流到前端二沉池，进行二次处理。

在上述实施例中，优选地，高效催化剂分离组件4中投加聚合氯化铝作为助凝剂，投加浓度为0-100ppm，投加聚丙烯酰胺作为絮凝剂，投加浓度为1-5ppm；脱气反应组件3中投加碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液；曝气生物滤池5中对滤料进行反冲洗后的反冲洗废水通过排水管道回到前端二沉池，进行二次处理。

根据上述实施例中提出的污水深度处理组合装置和工艺，以印染废水生化处理后出水进行深度处理为例，利用本发明提出的装置和工艺进行处理，待处理污水进出水指标如下表所示，符合新排放标准的要求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。