CN105084518A - 一种高盐水预处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用超重力技术与臭氧高级氧化相结合的方法处理高盐水的装置及方法，本发明提供的方法能够满足高盐水处理COD的需求，COD可降至50mg/L以下，甚至降到30mg/L。本发明的方法可连续操作、处理效果好、处理时间短、装置流程简单；由于强化了臭氧与水的接触传质，臭氧利用率较高，因而能够节约成本。

Description

一种高盐水预处理方法及装置

技术领域

本发明涉及污水处理相关领域，特别是一种高盐水预处理方法及装置。

背景技术

我国水资源短缺、水污染严重，水环境面临异常严峻的形势。在此情况下，国家近年来陆续出台了一系列政策措施，如《水污染防治行动计划》(即“水十条”)，大力开展水环境整治。水环境治理和保护的关键在于工业领域的污水治理，而工业污水治理的关键在于：一是源头控制，从优化工业过程、提高生产技术水平着手节水、减排；二是不断研究和发展污水净化循环利用和“零排放”技术。污水“零排放”技术实际上针对的是经过多级处理回用后剩余的高盐水。本发明以煤化工行业高盐水为例，提供其“零排放”过程中的预处理技术。

煤化工的水系统主要包含循环水系统，除盐水系统，生产和厂区生活污水处理系统，以及处理循环排污水、除盐水制备排污水的清净下水系统。高盐水就来源于清净下水系统(反渗透浓水)、生产和厂区生活污水多级处理回用系统(反渗透浓水)。因煤化工生产工艺不同，高盐水的各项水质指标略有差异，但其组成主要以有机物和无机盐类为主，COD(化学需氧量)在100mg/L左右，电导在5000μs/cm左右甚至更高，NH₃-N(水(废水)中氨氮含量指标)含量极低，水体感观性状良好，清澈透底、无明显异味。这样的高盐水会排往蒸发塘或晒盐塘，进入了自然环境。现在，随着国家排放标准及要求的提高，对高盐水进行“零排放”处理，实现水的全部回收利用和污水不外排，已成为发展趋势。高盐水的水质特点及处理目标决定了“零排放”要采取“逐级浓缩+蒸发结晶”的方式，膜分离技术(主要指反渗透技术)是实现浓缩的关键技术手段。采用膜分离技术进行高盐水浓缩，就必须为膜装置运行创造良好的条件，软化及去除COD是必要的减轻膜污染的预处理手段。

由于盐含量较高，不宜采用生化法去除高盐水中的COD，物化法(主要是化学法)必然成为主要选择。臭氧氧化是发展较早的一种化学法水处理技术，基于臭氧(O₃)的强氧化性，用于杀菌消毒、降解或去除污染物、除臭和脱色。在臭氧氧化的基础上，引入催化剂、或与其他氧化剂联合、或与其他工艺耦合使用，发展得到了高级氧化工艺(AdvancedOxidationProcesses，AOPs)。AOPs过程产生大量的、具有更强活性和氧化性的自由基，具备更高的污染物降解去除能力和更快的反应速率，使其成为一种高效去除COD的技术。综合以上介绍，可以发现：将AOPs应用于高盐水“零排放”过程具有广阔的前景(工业需求与技术的吻合)。

尽管AOPs发展多年，但其在实际的工业水系统中较少得到应用或应用效果欠佳。主要问题及原因在于：

(1)目前，臭氧制取的主流技术是以空气或纯氧为原料，采用电晕放电方法，该过程能耗高、产率较低，决定了AOPs的资源成本和质量。

(2)臭氧在水中溶解度较低，传统接触设备或方式(曝气)的传质效果不理想，造成气液接触的吸收效率低，限制了参与反应的臭氧浓度，进而限制了污染物处理效果，较低的臭氧利用率加剧了AOPs的成本劣势。此外，引入除臭氧以外试剂的AOPs过程对物料传质混合提出了高要求，传统臭氧接触装置亦难胜任。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高盐水预处理方法及装置，以解决现有技术中的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种高盐水预处理装置，包括原水储存部、超重力反应器、臭氧发生系统、出水储存部和药剂储存部；所述原水储存部的出液口通过管道与所述超重力反应器的进液口连接；所述超重力反应器的进气口通过管道与所述臭氧发生系统的出气口连接；所述超重力反应器的出液口通过管道与所述出水储存部的进液口连接；所述出水储存部及药剂储存部的出液口分别通过管道与重力反应器的进液口连接。

优选地，所述原水储存部与超重力反应器之间设置有第一液体流量计；所述药剂储存部与超重力反应器之间设置有第二液体流量计。

优选地，所述臭氧发生系统与超重力反应器之间设置有臭氧浓度监测仪。

根据本发明的第二方面，提供一种上述高盐水预处理装置处理高盐水的方法，由所述原水储存部和臭氧发生系统分别向所述超重力反应器内输入高盐水与臭氧，高盐水与臭氧在所述超重力反应器内形成的超重力环境下反应，所述超重力反应器中反应后的液体排入所述出水储存部内，气体经吸附处理后排入大气，所述出水储存部内的液体作为产水排出。

优选地，所述出水储存部内的液体再次输入所述超重力反应器中实现循环处理后排出。

优选地，向所述超重力反应器内输入高盐水与臭氧的同时，还输入含亚铁离子试剂。

优选地，所述含亚铁离子试剂为芬顿试剂或硫酸亚铁溶液。

优选地，所述含亚铁离子试剂为芬顿试剂时，所述芬顿试剂中，亚铁离子浓度为0～1mmol/L，过氧化氢浓度为亚铁离子浓度的1～150倍；为硫酸亚铁溶液时，所述硫酸亚铁溶液中亚铁离子浓度为0～1mmol/L。

优选地，向所述超重力反应器内输入的气液流量比为2～15。

优选地，向所述超重力反应器内输入的臭氧浓度为5～200mg/L。

优选地，所述超重力反应器内的超重力水平为5～1000g。

优选地，所述循环处理的处理次数为1～15次。

本发明提供的方法能够满足高盐水处理COD的需求，COD可降至50mg/L以下，甚至降到30mg/L。本发明的方法可连续操作、处理效果好、处理时间短、装置流程简单；由于强化了臭氧与水的接触传质，臭氧利用率较高，因而能够节约成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为处理装置流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明基于AOPs工艺，解决其应用中存在的关键问题，即臭氧与水接触传质效果不理想及其导致的污染物去除效果差、臭氧利用率低，提出一种煤化工高盐水预处理方法及其装置。

本发明着眼于臭氧与水接触过程强化这个关键点，提出将在气液传质过程强化方面表现优异的超重力技术应用于臭氧高级氧化过程(即HIGEE+AOPs)，并将HIGEE+AOPs作为高盐水预处理方法，实现高效去除COD。

本发明提出将强化气液传质的技术与AOPs结合起来，即通过特殊设备(如超重力反应器)使待处理的高盐水与臭氧处于高于地球重力的离心加速场中，以强化气液介质的混合过程，以提高水对臭氧的吸收水平和效率，进而达到COD去除效果好、臭氧利用率高的目的，使得所提出的煤化工高盐水预处理方法高效、实用。

如图1所示，本发明提供的处理装置包括原水储存部1、第一水泵2、超重力反应器3、臭氧发生系统4、出水储存部5和第二水泵6，所述原水储存部1的出液口通过管道与所述超重力反应器3的进液口连接，且所述原水储存部1与超重力反应器3之间设置有所述第一水泵2及阀门，优选地，所述原水储存部1与超重力反应器3之间还设置有第一液体流量计9，用于监测高盐水进入所述超重力反应器3的流量。所述超重力反应器3的进气口通过管道与所述臭氧发生系统4的出气口连接，并设置有阀门，优选地，所述超重力反应器3与臭氧发生系统4的连接管道上设置有臭氧浓度监测仪11，用于监测臭氧浓度。所述超重力反应器3的排水口通过管道与所述出水储存部5连接，且所述超重力反应器3与出水储存部5之间设置有阀门，所述出水储存部5的出液口与所述超重力反应器3的进液口连接，且所述出水储存部5与所述超重力反应器3之间设置有所述第二水泵6。

在另一优选实施例中，还包括药剂储存部7和第三水泵8，所述药剂储存部7的出液口与超重力反应器3的进液口连接，且所述药剂储存部7与超重力反应器3之间设置有所述第三水泵8及阀门，优选地，还设置有第二液体流量计10，用于监测药剂的流量。所述药剂储存部7用于向所述超重力反应器3中添加药剂。

本发明提供的处理装置处理高盐水的流程为：

经前端工艺处理过的高盐水储存于所述原水储存部1中，此时高盐水COD为50～300mg/L，pH值为4～12，由所述第一水泵2将所述原水储存部1中的高盐水输送至所述超重力反应器3中，并通过所述第一液体流量计9监测高盐水流量，并控制进入所述超重力反应器3的气体与液体流量比为2～15，优选为5～10(下文详细介绍)，同时，所述臭氧发生系统4向所述超重力反应器3中供入臭氧，所述臭氧浓度监测仪11监测臭氧浓度C₁，所述臭氧浓度C₁控制在5～200mg/L之间，优选地，C₁＝30～80mg/L。所述超重力反应器3中的转子转动，形成超重力环境，并控制超重力水平G在5～1000g之间，优选地，G＝20～500g，(g为地球重力加速度)，此时，所述超重力反应器3内的液体为离散相气体为连续相，高盐水与臭氧在此间接触反应，降低水中COD。然后，所述超重力反应器3中的液体经排水口进入所述出水储存部5内；气体经吸收处理后由排气口排出。为了进一步降低水中COD，优选地，所述出水储存部5内的水由所述第二水泵6输送至所述超重力反应器3中进行循环处理，经循环处理的水可直接从所述超重力反应器3的排水口排入其他设备，或者排入所述出水储存部5后再排入其他设备。所述循环处理次数为1～15次，优选为5～10次。

在另一优选实施例中，为了达到更好的处理效果，向所述超重力反应器3内输入高盐水及臭氧的同时，通过所述第三水泵8将所述药剂储存部7内的药剂输入所述超重力反应器3中，并通过所述第二液体流量计10监测药剂的流量，所述药剂可选用含亚铁离子试剂(如硫酸亚铁)或芬顿试剂(亚铁离子+双氧水)等，若投加物为含亚铁离子试剂，亚铁离子浓度控制在0～1mmol/L，优选0.1～0.5mmol/L；若投加物为芬顿试剂，亚铁离子浓度控制在0～1mmol/L，过氧化氢浓度为亚铁离子浓度的1～150倍，优选5～20倍。

具体实验数据如表1：

由表1中数据可以看出，本发明提供的处理方法能够将水中的COD可控制在50mg/L以下，满足进膜装置要求，进入后续处理单元。与传统鼓泡接触法相比(将第2与第21行相比较)：其它条件相同、产水COD(处理效果)相近的情况下，臭氧鼓泡(曝气)法需使臭氧与水接触25min，而本发明方法仅需循环6次(每次接触时间小于1s，总接触时间在6s以下)，大大提高了处理效率，相应地大幅减少了处理单位水量所需臭氧用量、节约了成本。本发明提供的处理方法可连续操作、处理效果好、处理时间短、装置流程简单；由于强化了臭氧与水的接触传质，臭氧利用率较高，因而能够节约成本。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种高盐水预处理装置，其特征在于，包括原水储存部(1)、超重力反应器(3)、臭氧发生系统(4)、出水储存部(5)和药剂储存部(7)；所述原水储存部(1)的出液口通过管道与所述超重力反应器(3)的进液口连接；所述超重力反应器(3)的进气口通过管道与所述臭氧发生系统(4)的出气口连接；所述超重力反应器(3)的出液口通过管道与所述出水储存部(5)的进液口连接；所述出水储存部(5)及药剂储存部(7)的出液口分别通过管道与重力反应器(3)的进液口连接。

2.根据权利要求1所述的高盐水预处理装置，其特征在于，所述原水储存部(1)与超重力反应器(3)之间设置有第一液体流量计(9)；所述药剂储存部(7)与超重力反应器(3)之间设置有第二液体流量计(10)。

3.根据权利要求1所述的高盐水预处理装置，其特征在于，所述臭氧发生系统(4)与超重力反应器(3)之间设置有臭氧浓度监测仪(11)。

4.一种权利要求1～3任一项所述的高盐水预处理装置处理高盐水的方法，其特征在于，由所述原水储存部(1)和臭氧发生系统(11)分别向所述超重力反应器(3)内输入高盐水与臭氧，高盐水与臭氧在所述超重力反应器(3)内形成的超重力环境下反应，所述超重力反应器(3)中反应后的液体排入所述出水储存部(5)内，气体经吸附处理后排入大气，所述出水储存部(5)内的液体作为产水排出。

5.根据权利要求4所述的处理高盐水的方法，其特征在于，所述出水储存部(5)内的液体再次输入所述超重力反应器(3)中实现循环处理后排出。

6.根据权利要求5所述的处理高盐水的方法，其特征在于，向所述超重力反应器(3)内输入高盐水与臭氧的同时，还输入含亚铁离子试剂。

7.根据权利要求6所述的处理高盐水的方法，其特征在于，所述含亚铁离子试剂为芬顿试剂或硫酸亚铁溶液。

8.根据权利要求7所述的处理高盐水的方法，其特征在于，所述含亚铁离子试剂为芬顿试剂时，所述芬顿试剂中，亚铁离子浓度为0～1mmol/L，过氧化氢浓度为亚铁离子浓度的1～150倍；为硫酸亚铁溶液时，所述硫酸亚铁溶液中亚铁离子浓度为0～1mmol/L。

9.根据权利要求4所述的处理高盐水的方法，其特征在于，向所述超重力反应器(3)内输入的气液流量比为2～15。

10.根据权利要求4所述的处理高盐水的方法，其特征在于，向所述超重力反应器(3)内输入的臭氧浓度为5～200mg/L。

11.根据权利要求4所述的处理高盐水的方法，其特征在于，所述超重力反应器(3)内的超重力水平为5～1000g。

12.根据权利要求5所述的处理高盐水的方法，其特征在于，所述循环处理的处理次数为1～15次。