CN104591436A

CN104591436A - 一种气体水合物法污水处理系统

Info

Publication number: CN104591436A
Application number: CN201510001739.9A
Authority: CN
Inventors: 赵佳飞; 董宏生; 宋永臣; 杨明军; 刘卫国; 刘瑜; 王大勇; 张毅; 李洋辉
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2015-01-04
Filing date: 2015-01-04
Publication date: 2015-05-06

Abstract

一种气体水合物法污水处理系统,属于环境科学与工程领域。本发明包括两级处理设施，包括一级处理水合剂-污水输送单元、一级处理水合物生成分解单元、二级处理水合剂-污水输送单元、二级处理水合物生成分解单元。一级处理的水合物分解水作为二级处理的原料，通过两级处理，提高了污染物去除效率。本发明适用于生活污水和工业废水的大规模处理，可以同时有效去除无机污染物和有机污染物，水合剂循环利用降低了运行成本，喷淋装置和搅拌器的设置强化了水合物生成过程的传热传质，加快了水合物生长速率。该系统和方法结构合理紧凑，满足工业生产要求，运行过程稳定可靠，成本低廉，节能环保。

Description

一种气体水合物法污水处理系统

技术领域

本发明属于环境科学与工程领域，更具体的属于污水处理领域，涉及到一种气体水合物法污水处理系统。

背景技术

由于水合物资源被认为是21世纪最具开发前景的能源，关于水合物的研究及其应用引起了科学家们极大的兴趣，已经在天然气运输、气体混合物分离、水合物蓄能、海水淡化和生物医学等领域得到初步尝试；同时，随着经济社会的快速发展以及工业化进程的加快，化工、酿造等工业废水及生活污水、养殖废水等大量排放，近年来，国家投入了大量资金鼓励科学家们加大水污染的研究和治理，针对各类废水及污水的处理工艺已有突飞猛进。目前，无论在国内还是国外，应用最广泛的技术仍然是活性污泥法，我国有超过60％的污水处理厂用此工艺。另外还有氧化沟工艺、SBR工艺、A-O/A-A-O工艺和AB工艺应用也较广。传统活性污泥法虽然稳妥可靠，但基建费用和运转费用都最高。其它处理工艺各有其优点，但普适性较差，难以同时高效去除有机污染物和无机污染物。

因此，本发明提出了一种气体水合物法污水处理系统和方法，可以有效地解决上述问题。一种气体水合物法污水处理方法的原理在于，水合物是一种水分子之间分子通过氢键形成的一种笼形包合物，这种笼子只允许水合剂分子进入，而会把其他杂质排除在外。在水合物法污水处理过程中，通过提供一定的温度和压力，污水中的水分子将不断与水合剂结合形成水合物晶体，该晶体的纯净程度相当高，除了水合物分子和水分子外不会掺杂其他任何物质。当水合物生成后，通过固液分离技术分离水合物晶体和浓缩污水，固体水合物分解之后就可得到初级处理水，初级处理水仍然含有少量污染物，所以可以继续通入水合剂进行二次处理或多次处理，即可得到纯净水，残余液体可再次通入水合剂继续处理，而所有处理过程中分解得到的水合剂可以循环使用。在气体水合物法污水处理中，水合物生成量越多，生成时间越短，则淡化效率越高，因此水合剂的选取在水合物污水处理中至关重要。因为气体水合物法污水处理必须满足高产量、低能耗、经济环保等目标，所以水合剂的选取必须满足低水合物生成压力值、较高水合物生成温度值、低溶解度、化学性质稳定、无毒、低臭氧消耗潜能值、低全球变暖潜能值、无爆炸危险、低可燃性、廉价易得等条件。目前，常用的水合剂有甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)等气体。

发明内容

本发明通过气体水合物和污水的物性提供一种低能耗、设备简单紧凑的，易于实施，具有可行性的气体水合物法污水处理系统，同时去除污水中的有机污染物和有机污染物，解决传统污水处理方法普适性差的问题。

为了实现以上目的，本发明采取了以下技术方案：该系统包括污水槽、气瓶、平流泵、增压泵、阀门、流量计、温度传感器、压力传感器、温度传感器、压力传感器、喷淋装置、一级反应釜、可视窗、机械搅拌器、取样口、气液分离器、高低温恒温箱、离心分离机、平流泵、分解器、气液分离器、一级处理水槽、平流泵、二级反应釜、离心分离器、分解器、平流泵、气液分离器、纯净水槽、数据采集仪、电脑、气液分离器和取样口；其包括两级反应釜，一级反应釜和二级反应釜结构相同。一级反应釜顶端安装温度传感器和压力传感器通过数据采集仪与电脑连接，上部采用喷淋装置，中部装有可视窗，下部安装机械搅拌器，侧面设有取样口，置于高低温恒温箱中。一级反应釜顶端通过温度传感器、流量计、平流泵与污水槽连接，通过压力传感器、阀门、增压泵与气瓶相连，底部和离心分离机连接，侧面通过气液分离器和离心分离机连接，离心分离机通过平流泵和污水槽连接，通过分解器、气液分离器、一级处理水槽、平流泵和二级反应釜连通，气液分离器和气液分离器与二级反应釜侧面相连，二级反应釜侧面连接有气液分离器和离心分离器连接，侧面开有取样口，底部和离心分离器连接，离心分离机通过平流泵和污水槽连接，通过分解器，气液分离器和纯净水槽连接，气液分离器和二级反应釜侧面相连。

本发明的系统为一种两级反应釜污水处理系统，两级反应釜之间实现了气体、液体的相互流通，可以对污水生成水合物，进而生成纯净水的过程进行循环重复，逐级净化，极大地提高净化程度。同时，在反应釜上设计了液体取样口，可在污水处理过程中连续采样分析，计算处理效率，所有温度传感器和压力传感器都通过数据采集仪和电脑连接，可以通过温度和压力变化判断水合物生成速率和生成量。本方法理论是完全有别于目前较为成熟的污水处理方法，在国内属于全新的污水处理方法。

本发明的系统涉及的反应釜设计有机械搅拌器和喷淋装置，喷淋装置保证了污水以雾状进入反应釜，机械搅拌器可加速反应速度，加强了传热传质效率，提高了水合物生成速率。反应釜偏下部位设计的可视窗，可以在线摄像观察内部水合物生成情况，视窗采用蓝宝石。反应釜的制冷控温采用高低温恒温箱空气浴的加热制冷对流形式来控制温度，控温准确，可以维持反应釜在高低温条件下工作。反应釜容积：1000mL，釜体内径反应釜最大工作压力：15MPa，工作温度：-5℃-10℃，机械搅拌速度：0-1000r/min。气液分离器利用重力实现了气体和液体的分离，实现了气体反复使用，降低了运行成本。

本发明的方法，生成水合物的量越大、生成水合物的时间越短、生成水合物时所消耗的能量越少,同时固液分离的越彻底，该方法的优势就越加明显，所以水合物生成条件为气体过饱和。

本发明适用于生活污水和工业废水的大规模处理，可以同时有效去除无极污染物和有机污染物；通过喷淋装置和高速搅拌器提高水合物生成速率；通过两级反应釜处理提高了出水水质；通过蓝宝石视窗可以实时观察水合物生长情况，掌握反应进度；气体循环利用，降低了运行成本；系统结构合理紧凑，满足工业生产要求，运行过程稳定可靠，成本低廉，节能环保。

附图说明

附图是一种气体水合物法污水处理方法系统图。

图中：1污水槽；2气瓶；3平流泵；4增压泵；5阀门；6流量计；7温度传感器；8压力传感器；9温度传感器；10压力传感器；11喷淋装置；12一级反应釜；13可视窗；14机械搅拌器；15取样口；16气液分离器；17高低温恒温箱；18离心分离机；19平流泵；20分解器；21气液分离器；22一级处理水槽；23平流泵；24二级反应釜；25离心分离器；26分解器；27平流泵；28气液分离器；29纯净水槽；30数据采集仪；31电脑；32气液分离器；33取样口。

具体实施方式

如附图所示，该系统采用两级处理设施，利用气体水合剂进行污水处理。按所述的装置结构连接，使用该系统进行气体水合物法污水处理，步骤如下：

第一步，将污水槽1中的污水和气瓶2中的气体按照一定比例注入一级反应釜12，同时加入一定量的水合物促进剂，温度传感器7和压力传感器8检测进入一级反应釜12的污水温度和气体压力。

第二步，开启高低温恒温箱17，设置反应温度、搅拌速率，通过增压泵4维持釜内压力恒定，通过温度传感器9和压力传感器10判断水合物生成量和生成速率，通过取样口15可以随时取样检测。

第三步，水合物生成后，转移至离心分离机18中，一级反应釜12中的残余气体通过气液分离器16，气体经过增压进入二级反应釜24，液体进入离心分离机18。离心分离机18对水合物浆进行固液分离，残余液体通过平流泵19输送回污水槽1继续处理，水合物转移至分解器20中分解。

第四步，分解器20中的水合物分解后，通过气液分离器21，气体经过增压进入二级反应釜24，液体通过平流泵23输送至二级反应釜24。通过压力传感器判断二级反应釜24内气体压力，若压力不足，通过气瓶2补充压力。

第五步，在二级反应釜24水合物生成过程中，可通过取样口33检测残余水污染物浓度。水合物完全生成后转移至离心分离机25中，二级反应釜12中的残余气体通过气液分离器32，气体经过增压进入二级反应釜24，液体进入离心分离机25。离心分离机25对水合物浆进行固液分离，残余液体通过平流泵27输送回污水槽1继续处理，水合物转移至分解器26中分解。水合物分解后，通过气液分离器28，气体经过增压进入二级反应釜24，液体输送至纯净水槽29作最终产品。

Claims

1.一种水合物法污水处理系统，该系统包括污水槽(1)、气瓶(2)、平流泵(3)、增压泵(4)、阀门(5)、流量计(6)、温度传感器(7)、压力传感器(8)、温度传感器(9)、压力传感器(10)、喷淋装置(11)、一级反应釜(12)、可视窗(13)、机械搅拌器(14)、取样口(15)、气液分离器(16)、高低温恒温箱(17)、离心分离机(18)、平流泵(19)、分解器(20)、气液分离器(21)、一级处理水槽(22)、平流泵(23)、二级反应釜(24)、离心分离器(25)、分解器(26)、平流泵(27)、气液分离器(28)、纯净水槽(29)、数据采集仪(30)、电脑(31)、气液分离器(32)和取样口(33)；其特征在于，其包括两级反应釜，一级反应釜(12)和二级反应釜(24)结构相同，一级反应釜(12)顶端安装温度传感器(9)和压力传感器(10)通过数据采集仪(30)与电脑(31)连接，上部采用喷淋装置(11)，中部装有可视窗(13)，下部安装机械搅拌器(14)，侧面设有取样口(15)，置于高低温恒温箱(17)中；一级反应釜(12)顶端通过温度传感器(7)、流量计(6)、平流泵(3)与污水槽(1)连接，通过压力传感器(8)、阀门(5)、增压泵(4)与气瓶(2)相连，底部和离心分离机(18)连接，侧面通过气液分离器(16)和离心分离机(18)连接，离心分离机(18)通过平流泵(19)和污水槽(1)连接，通过分解器(20)、气液分离器(21)、一级处理水槽(22)、平流泵(23)和二级反应釜(24)连通，气液分离器(16)和气液分离器(21)与二级反应釜(24)侧面相连，二级反应釜(24)侧面连接有气液分离器(32)和离心分离器(25)连接，侧面开有取样口(33)，底部和离心分离器(25)连接，离心分离机(18)通过平流泵(27)和污水槽(1)连接，通过分解器(26)，气液分离器(28)和纯净水槽(29)连接，气液分离器(28)和气液分离器(32)二级反应釜(24)侧面相连。

2.根据权利要求1所述的一种水合物法污水处理系统，其特征在于，所述反应釜设置有喷淋装置和机械搅拌器，加快了水合物生长速率。

3.根据权利要求1或2所述的一种水合物法污水处理系统，其特征在于，所述反应釜设有可视窗，在线摄像观察内部水合物生成情况。

4.根据权利要求1或2所述的一种水合物法污水处理系统和方法，其特征在于，所述制冷控温采用高低温恒温箱空气浴的加热制冷对流形式来控制温度。

5.根据权利要求3所述的一种水合物法污水处理系统和方法，其特征在于，所述制冷控温采用高低温恒温箱空气浴的加热制冷对流形式来控制温度。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种水合物法污水处理系统和方法，其特征在于，所述系统采用气液分离器。

7.根据权利要求3所述的一种水合物法污水处理系统和方法，其特征在于，所述系统采用气液分离器。

8.根据权利要求4所述的一种水合物法污水处理系统和方法，其特征在于，所述系统采用气液分离器。