[发明专利]用于臭氧－生物组合工艺的臭氧投加自动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及水处理系统，具体涉及用于水处理的臭氧投加自动控制，尤其涉及在工业废水处理中用于臭氧-生物组合工艺的臭氧投加自动控制系统。 

背景技术

随着国家对工业生产节能减排的要求越来越严格，工业废水三级处理在达标排放以及中水回用这两个方面需要新技术的支持。臭氧是一种被广泛用于饮用水杀菌消毒处理的高效氧化剂，因为其独特的氧化性能，目前在针对去除工业废水中难降解有机物方面，成为最佳选择之一。然而臭氧的制备并不便宜，需要消耗电能以及原料气(空气或氧气)。因此针对工业废水中的难降解有机物，如何经济有效的利用臭氧去除有机物，使其达标排放或循环利用，是工业废水三级处理的重点研发方向。 

臭氧在氧化有机物过程中，通常是分步地将有机物先氧化成醛、酮、醇类物质，然后再进一步的矿化。由于生成有机小分子，臭氧的氧化效率随着氧化进程而逐渐降低。在工程实践中，臭氧与生物处理的组合工艺正是利用了臭氧的强氧化性，把难降解有机物臭氧化后得到易生物降解的有机中间体，然后利用生物处理的降解功能，进一步去除生成的有机中间体。这种臭氧-生物组合工艺，利用了臭氧和生物处理各自的优势，使得有可能实现经济有效地去除难降解有机物。 

然而在臭氧-生物组合工艺中，臭氧的投加量是非常关键的参数。由于臭氧-生物组合工艺的工业应用中，各体系水质不同，设计参数也不同，寻找到臭氧投加的最优化值是很关键的。如果投加量过少或过多，都会影响到后段生物处理的效果，从而影响整体组合工艺的处理效果以及增加运行费用等等。因此，在工程实践中，控制最优臭氧投加量是决定臭氧-生 物组合工艺能否在工业废水三级处理市场中成功推广的重要因素。 

目前臭氧在工业废水处理中的应用中，实现在线控制臭氧投加量的技术方案很少。由于工业废水水质波动性较大，如果按照废水水质的具体情况进行控制臭氧投加，并且相应调整氧化程度确保后续生化阶段的有效性，可以带来运行成本很大程度的节省以及达到整体处理系统的最优化控制。臭氧的在线投加可以采用不同的参数进行控制，包括尾气或者水中臭氧剩余浓度以及水中特征污染物浓度。在臭氧-生物组合工艺中，有机物浓度以及可生物降解性是最为关注的指标，所以直接监测废水中有机物浓度是直接控制臭氧投加量的最优方法之一。 

光学检测法测量废水中有机物含量有其独特的技术优势：系统简单，无需投加化学试剂；测量迅速，读数可靠性高；运行与设备投资较低等等。大多数有机物光学检测采用紫外吸收法，市场上有不少相关商业化产品。相对于紫外吸收法，荧光分析法更为灵敏，设备成本更低。 

尽管自动控制系统能够给臭氧-生物系统的结合带来许多附加价值，但目前在工业废水处理中还少有通过水质信息在线控制臭氧投加系统的实际应用。原因有两个方面，一个是由于臭氧-生物系统作为废水三级处理领域中的应用由于成本和控制精度等因素在现有技术中受到限制，另一个是缺少合适的可依赖的在线传感器。 

基于水中污染物浓度监测的臭氧自动投加控制装置有部分相关专利和商业化产品，大多数都基于紫外吸收为原理。监测的指标是样品位于波长254nm的吸收常数。UV254是常用的监测水中有机物浓度的光学传感器原理，其优点是相关性高，操作简单，容易实现连续操作，但是紫外吸收需要比较精密的光源，一般传感器造价不菲，并且相对于荧光分析法所使用的荧光计来说灵敏度不够。 

例如，日本专利申请公开JP平3-56196号公开了一种水处理设备中的臭氧注入量控制装置，其中臭氧用于去除水中的臭味物质，并使用紫外吸收光度计来监测水中有机物浓度。 

又如，日本专利申请公开特开平8-318285号公开了一种用于高度净化水处理的臭氧处理方法及装置，其中同样使用紫外吸收光度计来检测水中 有机物浓度。 

再如，日本专利申请公开特开平6-269786号公开了一种水处理工艺中臭氧注入量的控制方法，其中臭氧用于去除水中的臭味物质，并使用了TOC(总有机碳)分析计来测定水中的总有机碳浓度。 

利用荧光作为指标来控制臭氧自动投加的相关专利如下： 

例如，日本专利申请公开特开平10-43776号公开了一种臭氧注入装置的控制系统，其中使用荧光分析仪检测水中的有机物浓度，但其投加臭氧的目的是减少三氯甲烷的生成。 

又如，美国专利申请公开US2004/0045880A1公开了一种使用荧光分析仪的水处理控制系统，其中使用了荧光分析仪检测水中的有机物浓度，但其投加臭氧的目的同样是减少三氯甲烷的生成。