CN105417827A - 一种化工废水处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理设备领域，具体涉及一种化工废水处理设备及方法，一种化工废水处理设备包括：通过主管道依次连接的原水箱、催化氧化系统、结晶系统、膜分离系统和蒸发系统，所述催化氧化系统设置有三个进口和一个出口，所述结晶系统设置有第一固体盐排放口，所述膜分离系统设置有浓缩液出口和透过液出口，所述蒸发系统设置有第二固体盐排放口、蒸发液出口和残留液出口；所述催化氧化系统的三个进口分别连接有主管道、残留液出口和空气进口；所述浓缩液出口与催化氧化系统的出口相连并通过主管道与所述结晶系统连通。

Description

一种化工废水处理设备及方法

技术领域

本发明涉及水处理设备领域，具体涉及一种化工废水处理设备及方法。

背景技术

化工废水就是在化工生产中排放出的工艺废水、冷却水、废气洗涤水、设备及场地冲洗水等废水。这些废水如果不经过处理而排放，会造成水体的不同性质和不同程度的污染，从而危害人类的健康，影响工农业的生产。

化工废水基本特征：1、水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；2、废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介质进入了废水体系所引起的；3、有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的。如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等；4、生物难降解物质多，B/C比低，可生化性差；5、废水色度高。

化工废水的危害：1、化工废水直接流入渠道，江河，湖泊污染地表水，如果毒性较大会导致水生动植物的死亡甚至绝迹；2、化工废水还可能渗透到地下水，污染地下水；3、如果周边居民采用被污染的地表水或地下水作为生活用水，会危害身体健康，重者死亡；4、化工废水渗入土壤，造成土壤污染。影响植物和土壤中微生物的生长。5、有些化工废水还带有难闻的恶臭，污染空气。6、化工废水中的有毒有害物质会被动植物的摄食和吸收作用残留在体内，而后通过食物链到达人体内，对人体造成危害。

目前，国内外采用的化工废水处理方法主要有物化法、生物法以及土地处理法。物化法包括混凝、吹脱、活性炭吸附、离子交换、膜分离等方法，生物法有活性污泥法、生物接触氧化法、A/O法、SBR法等。由于化工废水不同于一般的生活污水，其可生化性较差，如果单独采用一种处理工艺很难达到处理要求，且处理成本很高。化工废水作为典型的高浓度、高盐度、高电导率的成分复杂的污水，如果采用现有装置处理将出现渗透膜的结垢、污堵、频繁清洗甚至膜损害的缺点，且现有设备无法对化工废水中的盐分进行回收，排放液依然存在一定量的高浓度废液。

发明内容

本发明的目的，是为了解决背景技术中的问题，提供一种化工废水处理设备及方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种化工废水处理设备，包括：通过主管道依次连接的原水箱、催化氧化系统、结晶系统、膜分离系统和蒸发系统，所述催化氧化系统设置有三个进口和一个出口，所述结晶系统设置有第一固体盐排放口，所述膜分离系统设置有浓缩液出口和透过液出口，所述蒸发系统设置有第二固体盐排放口、蒸发液出口和残留液出口；所述催化氧化系统的三个进口分别连接有主管道、残留液出口和空气进口；所述浓缩液出口与催化氧化系统的出口相连并通过主管道与所述结晶系统连通。通过催化氧化系统、结晶系统、膜分离系统和蒸发系统的组合使用大量去除化工废水中的COD、有机物和氨，并且能回收利用废水中的硫酸钠、氯化钠等盐类，且第一固体盐排放口和第二固体盐排放口能将不同种类的盐分开回收。设备运行中产生的浓缩液和残留液能够分别回流到结晶系统和催化氧化系统再次循环处理。

作为优选，所述催化氧化系统包括通过主管道依次连接的ECO装置和氧化液水箱，氧化液水箱用以催化氧化液体存放，所述ECO装置材质可选用双相钢、钛材、锆材等材料制成，有良好的抗腐蚀性能，使用寿命长。

作为优选，所述结晶系统包括通过主管道依次连接的冷却结晶装置和结晶母液水箱，结晶母液水箱用以结晶母液的存放。

作为优选，所述膜分离系统包括至少一个管网式反渗透单元，通过多级反渗透单元进一步提高过滤效果。

作为优选，所述蒸发系统为多效蒸发器、热力蒸汽再压缩蒸发器或机械蒸汽再压缩蒸发器中的任意一种。

作为优选，所述原水箱与催化氧化系统之间还设置有保安过滤器，用以废水母液的预处理，使得经过保安过滤器的废水可直接进入所述催化氧化系统。

作为优选，蒸发液出口连接有生化系统，进一步降低排放，达到零排放水平。

作为优选，所述保安过滤器出口设置有高压泵，所述原水箱出口设置有原水泵，所述结晶系统出口处设置有高压泵和提升泵，用以提供管道内废水流动的动力。

一种化工废水处理方法，使用上述的一种化工废水处理设备，包括以下处理步骤：

1）废水预处理，将pH为10-12的染料废水母液初步过滤去除粒径为10纳米以上的固体杂质，得到预处理液；

2）催化氧化，将预处理液通入催化氧化系统，控控制系统压力4.0-10.0MPa，控制系统温度200-300℃，采用以TiO₂为主要载体的催化剂，处理时间为1-2小时得到氧化液，其中，催化剂的直径3-4mm，长度5-10mm，堆密度1.4-1.6g/mL，比表面积10-30m²/g，孔体积0.1-0.2cm³/g；

3）冷却结晶，将氧化液通入结晶系统，进行冷却结晶，控制系统温度为0-10℃，得到硫酸钠固体和结晶母液，结晶母液继续随主管道流通，结晶析出的硫酸钠固体通过第一固体盐排放口回收；

4）浓缩分离，将结晶母液通入膜分离系统进行浓缩分离，浓缩液经过浓缩液出口回流入结晶系统，透过液通过透过液出口继续随主管道流通；

5）蒸发分离，将透过液通入蒸发系统，蒸发分离处理，控制蒸发温度为80-100℃，得到蒸发液、氯化钠固体和残留液，蒸发液冷凝收集，氯化钠固体通过第二固体盐排放口回收，残留液通过残留液出口回流到催化氧化系统再次循环处理。

催化氧化的机理，是填充催化剂强化自由基的产生过程。催化氧化的反应主要包括传质和化学反应两个过程，通常可分为三个阶段：链的引发，是指由反应物分子生成自由基的过程，在这个过程中，氧通过热反应产生H₂O₂；链的传递，自由基与分子相互作用，交替进行使自由基数量迅速增加；链的终止，自由基之间相互碰撞生成稳定的分子，则链的增长过程中断。在一定的温度、压力和催化剂的作用下，经空气氧化，使污水中的有机物及氨分别氧化分解成CO₂、H₂O及N₂等无害物质，达到净化的目的。膜分离系统采用管网式反渗透膜，结合了开放式通道和卷式膜组件两方面设计的优势，主要部件是膜元件、压力容器、和二个终端法兰组成。膜元件的主要部件是膜片、产水格网和进水格网。每二片膜片与产水隔网通过激光焊接形成膜垫，每张膜垫通过进水格网与附近的膜垫分开，多片的膜垫和进水格网依次螺旋卷制形成膜元件。在卷制方式上，缩短叶片，增加叶片数目，使得流体动力学性能大大优化，很大程度上减少了其它反渗透膜组件中常见的污染和结垢。

作为优选，上述步骤5）之后还设置有步骤6）：生化处理，将得到的蒸发液通入生化系统，分别经过有氧、无氧处理，并沉淀，进一步降低排放。

综上所述，本发明的有益效果：

①本发明所述的一种化工废水处理设备通过循环处理的方式，使得化工废水的处理效果更好，且大大降低了排放液中的污染物。

②本发明所述的一种化工废水处理方法能够将化工废水中的盐分分类收集，且提取盐的纯度高，能达到工业级用盐标准。

附图说明

图1是本发明中一种化工废水处理设备的结构示意图。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

根据图1所示，一种化工废水处理设备，包括：一种化工废水处理设备，包括：通过主管道依次连接的原水箱1、催化氧化系统2、结晶系统3、膜分离系统4和蒸发系统5，催化氧化系统2设置有三个进口和一个出口，结晶系统3设置有第一固体盐排放口301，膜分离系统4设置有浓缩液出口401和透过液出口402，蒸发系统5设置有第二固体盐排放口501、蒸发液出口502和残留液出口503；催化氧化系统2的三个进口分别连接有主管道、残留液出口503和空气进口201；浓缩液出口401与催化氧化系统2的出口相连并通过主管道与结晶系统3连通。通过催化氧化系统2、结晶系统3、膜分离系统4和蒸发系统5的组合使用大量去除化工废水中的COD、有机物和氨，并且能回收利用废水中的硫酸钠、氯化钠等盐类，且第一固体盐排放口301和第二固体盐排放口501能将不同种类的盐分开回收。设备运行中产生的浓缩液和残留液能够分别回流到结晶系统3和催化氧化系统2再次循环处理。

催化氧化系统2包括通过主管道依次连接的ECO装置21和氧化液水箱22，氧化液水箱22用以催化氧化液体存放。结晶系统3包括通过主管道依次连接的冷却结晶装置31和结晶母液水箱32，结晶母液水箱32用以结晶母液的存放。膜分离系统4包括至少一个管网式反渗透单元41，通过多级反渗透单元进一步提高过滤效果。蒸发系统5为多效蒸发器、热力蒸汽再压缩蒸发器或机械蒸汽再压缩蒸发器中的任意一种。原水箱1与催化氧化系统2之间还设置有保安过滤器6，用以废水母液的预处理，使得经过保安过滤器6的废水可直接进入催化氧化系统2。保安过滤器6出口设置有高压泵，用以提供管道内废水流动的动力。原水箱1出口设置有原水泵101，用以原水箱1的出水。结晶系统3出口处设置有高压泵和提升泵。

一种化工废水处理方法，使用上述的一种化工废水处理设备，包括以下处理步骤：

1）废水预处理，将pH为10-12的染料废水母液通过保安过滤器（6），过滤去除其中粒径为10纳米以上的固体杂质，得到预处理液；

2）催化氧化，将预处理液通入催化氧化系统2，催化氧化系统2采用ECO（催化湿式氧化方式），在催化氧化系统2通入空气氧化，使污水中的有机物及氨分别氧化分解成CO₂、H₂O及N₂等无害物质，其中，控控制系统压力4.0-10.0MPa，控制系统温度200-300℃，采用以TiO₂为主要载体的催化剂，处理时间为1-2小时得到氧化液其中，其中催化剂的直径3-4mm，长度5-10mm，堆密度1.4-1.6g/mL，比表面积10-30m²/g，孔体积0.1-0.2cm³/g；

3）冷却结晶，将氧化液通入结晶系统3，进行冷却结晶，控制系统温度为0-10℃，得到硫酸钠固体和结晶母液，结晶母液继续随主管道流通，结晶析出的硫酸钠固体通过第一固体盐排放口301回收，其中硫酸钠一次析出量为总含量的70%左右，析出硫酸钠纯度为99%以上；

4）浓缩分离，将结晶母液通入膜分离系统4进行浓缩分离，浓缩液经过浓缩液出口401回流入结晶系统3，透过液通过透过液出口402继续随主管道流通，其中浓缩液占比为40%，透过液占比为60%；

5）蒸发分离，将透过液通入蒸发系统5，蒸发分离处理，控制蒸发温度为80-100℃，得到蒸发液、氯化钠固体和残留液，蒸发液冷凝收集，氯化钠固体通过第二固体盐排放口501回收，残留液通过残留液出口503回流到催化氧化系统2再次循环处理。其中，蒸发量为85%，氯化钠一次析出量为总含量的85%左右，析出氯化钠纯度为99%以上。

上述处理过程中，废水母液COD为48000mg/L，TDS为300000mg/L（15%为硫酸钠，15%为氯化钠），PH值为12。结晶母液中COD为7200mg/L，4.9%的硫酸钠，15%的氯化钠。蒸发液中COD为4000-5000mg/L，盐份为0.3%以下。

实施例2：

与上述实施例1不同之处在于，设备末端的蒸发液出口502连接有生化系统7，从而进一步降低排放，达到零排放水平。

一种化工废水处理方法，使用上述的一种化工废水处理设备，包括以下处理步骤：

1）废水预处理，将COD为48000mg/L的染料废水母液通过保安过滤器（6），过滤去除其中粒径为10纳米以上的固体杂质，得到预处理液；

2）催化氧化，将预处理液通入催化氧化系统2，催化氧化系统2采用ECO（催化湿式氧化方式），在催化氧化系统2通入空气氧化，使污水中的有机物及氨分别氧化分解成CO₂、H₂O及N₂等无害物质，其中，控控制系统压力4.0-10.0MPa，控制系统温度200-300℃，采用以TiO₂为主要载体的催化剂，处理时间为1-2小时得到氧化液，其中催化剂的直径3-4mm，长度5-10mm，堆密度1.4-1.6g/mL，比表面积10-30m²/g，孔体积0.1-0.2cm³/g；

3）冷却结晶，将氧化液通入结晶系统3，进行冷却结晶，控制系统温度为0-10℃，得到硫酸钠固体和结晶母液，结晶母液继续随主管道流通，结晶析出的硫酸钠固体通过第一固体盐排放口301回收，其中硫酸钠一次析出量为总含量的70%左右，析出硫酸钠纯度为99%以上；

4）浓缩分离，将结晶母液通入膜分离系统4进行浓缩分离，浓缩液经过浓缩液出口401回流入结晶系统3，透过液通过透过液出口402继续随主管道流通，其中浓缩液占比为40%，透过液占比为60%；

5）蒸发分离，将透过液通入蒸发系统5，蒸发分离处理，控制蒸发温度为80-100℃，得到蒸发液、氯化钠固体和残留液，蒸发液冷凝收集，氯化钠固体通过第二固体盐排放口501回收，残留液通过残留液出口503回流到催化氧化系统2再次循环处理。其中，蒸发量为85%，氯化钠一次析出量为总含量的85%左右，析出氯化钠纯度为99%以上。

6）生化处理，将得到的蒸发液通入生化系统7，分别经过有氧、无氧处理，并沉淀，进一步降低排放。

上述处理过程中，废水母液COD为48000mg/L，TDS为300000mg/L（15%为硫酸钠，15%为氯化钠），PH值为12。结晶母液中COD为7200mg/L，4.9%的硫酸钠，15%的氯化钠。蒸发液中COD为4000-5000mg/L，盐份为0.3%以下，生化系统7处理后沉淀池上清液COD为200mg/L以下。

Claims (10)

1.一种化工废水处理设备，其特征在于，包括：通过主管道依次连接的原水箱（1）、催化氧化系统（2）、结晶系统（3）、膜分离系统（4）和蒸发系统（5），所述催化氧化系统（2）设置有三个进口和一个出口，所述结晶系统（3）设置有第一固体盐排放口（301），所述膜分离系统（4）设置有浓缩液出口（401）和透过液出口（402），所述蒸发系统（5）设置有第二固体盐排放口（501）、蒸发液出口（502）和残留液出口（503）；

所述催化氧化系统（2）的三个进口分别连接有主管道、残留液出口（503）和空气进口（201）；

所述浓缩液出口（401）与催化氧化系统（2）的出口相连并通过主管道与所述结晶系统（3）连通。

2.根据权利要求1所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述催化氧化系统（2）包括通过主管道依次连接的ECO装置（21）和氧化液水箱（22）。

3.根据权利要求1所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述结晶系统（3）包括通过主管道依次连接的冷却结晶装置（31）和结晶母液水箱（32）。

4.根据权利要求1所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述膜分离系统（4）包括至少一个管网式反渗透单元（41）。

5.根据权利要求1所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述蒸发系统（5）为多效蒸发器、热力蒸汽再压缩蒸发器或机械蒸汽再压缩蒸发器中的任意一种。

6.根据权利要求1-5所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述原水箱（1）与催化氧化系统（2）之间还设置有保安过滤器（6）。

7.根据权利要求6所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述蒸发液出口（502）连接有生化系统（7）。

8.根据权利要求7所述的一种化工废水处理装置，其特征在于，所述保安过滤器（6）出口设置有高压泵，所述原水箱（1）出口设置有原水泵（101），所述结晶系统（3）出口处设置有高压泵和提升泵。

9.一种化工废水处理方法，其特征在于，使用上述权利要求1-8任一项所述的一种化工废水处理设备，包括以下处理步骤：

1)废水预处理，将pH为10-12的染料废水母液初步过滤去除粒径为10纳米以上的固体杂质，得到预处理液；

2)催化氧化，将预处理液通入催化氧化系统（2），控制系统压力4.0-10.0MPa，控制系统温度200-300℃，采用以TiO₂为主要载体的催化剂，处理时间为1-2小时得到氧化液；

3)冷却结晶，将氧化液通入结晶系统（3），进行冷却结晶，控制系统温度为0-10℃，得到硫酸钠固体和结晶母液，结晶母液继续随主管道流通，结晶析出的硫酸钠固体通过第一固体盐排放口（301）回收；

4)浓缩分离，将结晶母液通入膜分离系统（4）进行浓缩分离，浓缩液经过浓缩液出口（401）回流入结晶系统（3），透过液通过透过液出口（402）继续随主管道流通；

5)蒸发分离，将透过液通入蒸发系统（5），蒸发分离处理，控制蒸发温度为80-100℃，得到蒸发液、氯化钠固体和残留液，蒸发液冷凝收集，氯化钠固体通过第二固体盐排放口（501）回收，残留液通过残留液出口（503）回流到催化氧化系统（2）再次循环处理。

10.一种化工废水处理方法，其特征在于，使用上述权利要求7或8任一项所述的一种化工废水处理设备，包括以下处理步骤：

1)废水预处理，将COD为20000-100000mg/L的染料废水母液初步过滤去除粒径为10纳米以上的固体杂质，得到预处理液；

2)催化氧化，将预处理液通入催化氧化系统（2），控控制系统压力4.0-10.0MPa，控制系统温度200-300℃，采用以TiO₂为主要载体的催化剂，处理时间为1-2小时得到氧化液；

3)冷却结晶，将氧化液通入结晶系统（3），进行冷却结晶，控制系统温度为0-10℃，得到硫酸钠固体和结晶母液，结晶母液继续随主管道流通，结晶析出的硫酸钠固体通过第一固体盐排放口（301）回收；

4)浓缩分离，将结晶母液通入膜分离系统（4）进行浓缩分离，浓缩液经过浓缩液出口（401）回流入结晶系统（3），透过液通过透过液出口（402）继续随主管道流通；

5)蒸发分离，将透过液通入蒸发系统（5），蒸发分离处理，控制蒸发温度为80-100℃，得到蒸发液、氯化钠固体和残留液，蒸发液冷凝收集，氯化钠固体通过第二固体盐排放口（501）回收，残留液通过残留液出口（503）回流到催化氧化系统（2）再次循环处理；

6)生化处理，将蒸发液通入生化系统（7），分别经过有氧、无氧处理，并沉淀。