CN107512835B - 含油化工废水处理设备及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含油化工废水处理设备及处理方法，包括电源、反应装置、轴式阴极、螺旋式阳极、气浮装置和生化处理装置；轴式阴极通过阴极固定装置竖向固定在圆筒反应部的中心，轴式阴极的顶端通过导线与电源的阴极相连接；轴式阴极的外周套装有能够转动的阳极固定装置，螺旋式阳极包括若干个导电叶片，若干个导电叶片呈螺旋状均匀布设在阳极固定装置的外壁面上；气浮装置与反应出水口相连接；生化处理装置与气浮出水口相连接。本发明能在同一反应装置内实现各工艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低能耗，优化反应器结构，缩小占地面积。

Description

含油化工废水处理设备及处理方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是一种含油化工废水处理设备及处理方法。

背景技术

近年来，随着经济的不断发展，工业废水尤其是化工废水对环境的污染越来越严重，废水经不完全处理后排放，将威胁到人类的健康和生态安全。

化工废水往往成分复杂，含有大量难降解成分，传统的污水处理技术很难达到满意的处理效果，并且工序复杂、处理能耗高、体积大，耗时长。因此，体积小、效率高、操作简便的处理设备和技术，一直是国内外水处理工作中的一个难点和研究热点。

对含油废水而言，气浮是一种有效的预处理工艺，能去除废水中轻质油份和污染物，提高后续处理效果。然而，含油化工废水成分复杂，气浮预处理的效率受气浮工艺和废水水质影响较大，并且简单的气浮预处理，并不能很好的提高废水的可生化性。

电化学是一种优良的水处理技术，一般通过电源即可进行操作，避免了药剂的存储，且电化学技术环境兼容性好，近年来备受人们的青睐。电化学水处理过程中，可通过电解水在电极表面产生氢气和氧气微气泡，从而具备气浮的功效。此外，无机离子可通过电荷选择性在电化学反应体系中去除，有机污染物可在电化学阳极表面发生氧化反应，阴极表面发生还原反应，从而转化为小分子物质提高可生化性，或者直接矿化为CO₂和H₂O从水中去除。但是，电化学对水中的固体杂质难以去除，电化学气浮过程中气液混合较慢，气泡的产生受电极面积和位置影响较大，水中污染物在电极表面的氧化还原降解，受传质影响较大，与电极接触不到时往往很难被降解。

传统的废水处理技术一般通过多种工艺的串联运行，多工艺组合应用来净化水质，但由此带来占地面积大，运行管理繁琐等问题。因此，寻求建立一种集成简化的反应装置，提高处理效率，减小设备体积，是有效解决水处理难题及推动技术能够实际应用的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种含油化工废水处理设备，该含油化工废水处理设备处理效率高、设备体积小、且购置及使用成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种含油化工废水处理设备，包括电源、反应装置、轴式阴极、螺旋式阳极、气浮装置和生化处理装置。

反应装置包括圆筒反应部和位于圆筒反应部下方的排污部；圆筒反应部的底部侧壁设置有原水进水口，圆筒反应部的顶部设置有反应出水口；排污部的底部设置有排污口。

轴式阴极通过阴极固定装置竖向固定在圆筒反应部的中心，轴式阴极的顶端通过导线与电源的阴极相连接。

轴式阴极的外周套装有能够转动的阳极固定装置，阳极固定装置呈圆筒状，且阳极固定装置的外周均匀布设有若干个透水孔。

螺旋式阳极包括若干个导电叶片，若干个导电叶片呈螺旋状均匀布设在阳极固定装置的外壁面上，若干个导电叶片依次通过导线串联后，再通过导线与电源的阳极相连接。

气浮装置包括气浮进水口、气浮出水口和出渣口，气浮进水口与反应出水口相连接；

生化处理装置包括生化进水口和生化出水口；生化进水口与气浮出水口相连接。

每个导电叶片均为桨叶形状，每个导电叶片上均设置有若干个网孔。

电源为直流或脉冲电源。

还包括进水泵，进水泵通过进水管与反应装置的原水进水口相连接， 进水管上沿水流方向依次设置有流量计和第一压力传感器。

圆筒反应部的上端设置有氢气浓度报警装置。

排污部内设置有沉积物液位传感器。

气浮装置内设置有导流装置和刮渣机，导流装置设置在气浮进水口，刮渣机设置在气浮装置的顶部。

气浮出水口与生化进水口相连接的管路上依次设置有残余氧气浓度监测仪和溶解氧浓度监测仪。

本发明还提供一种含油化工废水的处理方法，该含油化工废水的处理方法能在同一反应装置内实现各工艺的协同耦合作用。

一种含油化工废水的处理方法，包括如下步骤。

步骤1，进水：通过进水泵，使待处理的含油化工废水进入反应装置。

步骤2，电解反应及水体充氧：电源通电，反应装置内，含油化工废水在螺旋式阳极的推动、搅拌作用下作旋流向上运动，利用产生的离心力，使密度较大的杂质，先沿反应装置内壁滑落至底部，然后，定时或根据沉积物液位传感器信号反馈，将密度较大的杂质通过排污口排除；同时，电源供电条件下，轴式阴极表面形成还原体系和氢气微气泡，螺旋式阳极表面形成氧化体系和氧气微气泡，在旋流搅拌与切割作用下，同步完成气浮、电化学氧化还原以及水体充氧。

步骤3，气浮分离：将步骤2电解反应及充氧后的水体从反应出水口及气浮进水口，沿着导流装置进入气浮装置内；此时，夹带油份及轻质杂质的微气泡将同步进入气浮装置，并在气浮装置内进一步完成气浮分离。

步骤4，生化处理：将步骤3气浮分离后的富氧水体进入生化处理装置，进一步处理后即得净化水。

通过自控单元实现对整个水处理过程的智能化运行。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

一、利用巧妙的管式结构设计，将旋流分离、产气、充气、气液混合、电化学氧化还原处理等过程集中于管路中同步完成，使反应器结构紧凑，提高处理效果的同时显著缩小反应器体积，使反应装置携带、使用更方便。

二、利用特殊的电极结构设计，通过电化学反应可原位产气，并在输水过程中完成气液混合，无需设置额外的曝气装置即可满足气浮需求，节省设备及动力能耗。

三、通过旋流分离、气浮、电化学处理等，使水中大颗粒高密度杂质、轻质杂质、以及溶解性污染物得以有效去除，完成废水的高效预处理，提高后续生化处理效率。

四、电化学阳极原位生成氧气，旋流切割搅拌加之网孔构造能将生成的氧气高效的溶解在水中，提高水中溶解氧含量，满足后续好氧生化处理要求，省去了生化处理部分曝气装置，可节省水力停留时间，缩减设备体积。

五、螺旋阳极旋流作用可增加水流动力，在辅助电机工作时，可产生类似离心泵的效应，增加水压，亦可在进水泵出现故障或停止工作时仍能使水处理设施正常工作。

六、通过自控单元与各部件相连接以及传感器数据反馈，可实现处理过程的全自动、智能化控制。

相对于现有技术，本发明设备通过巧妙的工艺构思，在同一反应装置内实现各工艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低能耗，优化反应器结构，缩小占地面积；利用该设备的水处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保、通过水力旋流分离、电化学原位产生微气泡、电化学氧化还原、气浮分离、生化降解进行水处理。

附图说明

图1显示了本发明一种含油化工废水处理设备的结构示意图。

图2显示了反应装置的俯视图。

其中有：1.进水泵；2.流量计；3.电源；4.反应装置；4-1.排污口；4-2.原水进水口；4-3.反应出水口；5.轴式阴极；6.阴极固定装置；7.阳极固定装置；8.螺旋式阳极；9.气浮装置；9-1.排渣口；9-2.气浮进水口；10.生化处理装置；10-1.生化进水口；10-2.生化出水口；11.导流装置；12.刮渣机；13.辅助电机；14.第一压力传感器；15.第二压力传感器；16.沉积物液位传感器；17.氢气浓度报警装置；18.残余氧气浓度监测仪；19.溶解氧浓度监测仪；20.自控单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种含油化工废水处理设备，包括进水泵1、电源3、反应装置4、轴式阴极5、螺旋式阳极、气浮装置9、生化处理装置10和自控单元20。

上述电源优选为直流或脉冲电源等。

反应装置竖直安装，材质可为金属或非金属，当为金属管时内壁做绝缘处理。反应装置包括圆筒反应部和位于圆筒反应部下方的排污部。

圆筒反应部的底部侧壁设置有原水进水口4-2，进水泵通过进水管与反应装置的原水进水口相连接， 进水管上沿水流方向优选依次设置有流量计2和第一压力传感器14。

圆筒反应部的上端优选设置有氢气浓度报警装置17。

圆筒反应部的顶部设置有反应出水口4-3。

排污部优选为圆台或圆锥形状，排污部的底部设置有排污口4-1，排污部内优选设置有沉积物液位传感器16。

轴式阴极可为不锈钢、钛、石墨等金属或非金属导体，轴式阴极通过阴极固定装置6竖向固定在圆筒反应部的中心，也即与反应装置管壁平行设置，轴式阴极的顶端通过导线与电源的阴极相连接。

阴极固定装置优选为两块绝缘板或两根绝缘杆，阴极固定装置分别设置在圆筒反应部的顶部或底部，并通过法兰盘等于圆筒反应部相连接。当阴极固定装置为两块绝缘板时，位于圆筒反应部底部的绝缘板上设置有通水孔。

轴式阴极的外周套装有能够转动的阳极固定装置7，阳极固定装置的转动为现有技术，优选阳极固定装置的底部与阴极固定装置转动连接，且阳极固定装置的顶部从阴极固定装置的顶部伸出，阳极固定装置的伸出部分与辅助电机的齿轮相啮合，在辅助电机13的带动下，进行转动，辅助电机与电源相连接。

阳极固定装置呈圆筒状，且阳极固定装置的外周均匀布设有若干个透水孔。

螺旋式阳极可为不锈钢或形稳阳极，如图2所示，螺旋式阳极包括若干个导电叶片，若干个导电叶片呈螺旋状均匀布设在阳极固定装置的外壁面上，若干个导电叶片依次通过导线串联后，再通过导线与电源的阳极相连接。

每个导电叶片均优选为桨叶形状，每个导电叶片上均设置有若干个网孔。

作为替换，螺旋式阳极也可包括若干个间隔设置的导电叶片组，每个导电叶片组又包括若干个沿周向均匀布设的导电叶片。

气浮装置9包括气浮进水口、气浮出水口9-2和出渣口9-1，气浮进水口与反应出水口相连接，且两者的连接管路上优选设置有第二压力传感器15。

气浮装置内优选设置有导流装置11和刮渣机12，导流装置设置在气浮进水口，刮渣机设置在气浮装置的顶部。

生化处理装置10包括生化进水口10-1和生化出水口10-2；生化进水口与气浮出水口相连接。

气浮出水口与生化进水口相连接的管路上依次设置有残余氧气浓度监测仪18和溶解氧浓度监测仪19。

如图1所示，上述自控单元包括a、b、c、d、e、f、g、h、i和j共10个连接点，其中连接点a、b、c、d、e、f、g、h、i和j分别与进水泵、流量计、第一压力传感器、辅助电机、电源、沉积物液位传感器、第二压力传感器、氢气浓度报警装置、残余氧气浓度监测仪和溶解氧浓度监测仪相连接，从而实现智能化控制。

一种含油化工废水的处理方法，包括如下步骤。

步骤1，进水：通过进水泵增压，使待处理的含油化工废水经流量计计量后进入反应装置。第一压力传感器能自动检测进水压力，并自动调整进水的流量大小，使进水压力保持在一个设定的范围之内。

步骤2，电解反应及水体充氧。

电源通电，辅助电机启动，反应装置内，在水流冲击下，螺旋式阳极将做旋转运动，使水体形成旋流体系，含油化工废水在螺旋式阳极的推动、搅拌作用下作旋流向上运动，利用产生的离心力，使大颗粒、高密度杂质，先沿反应装置内壁滑落至底部，然后，定时或根据沉积物液位传感器信号反馈，将密度较大的杂质通过排污口排除；同时，电源供电条件下，轴式阴极表面形成还原体系和氢气微气泡，螺旋式阳极表面形成氧化体系和氧气微气泡，在旋流搅拌与切割作用下，同步完成气液混合、电化学氧化还原、以及水体充氧等过程。

步骤3，气浮分离：将步骤2电解反应及充氧后的水体从反应出水口及气浮进水口，沿着导流装置进入气浮装置内；此时，夹带油份及轻质杂质的微气泡将同步进入气浮装置。当水流进入气浮装置后，夹带轻质油份和杂质的气泡上升至气浮装置顶部，经刮渣机将浮渣送至排渣口外排，净化后水体经气浮出水口出水，也即完成气浮分离。

步骤4，生化处理：将步骤3气浮分离后的富氧水体进入生化处理装置，进一步处理后即得净化水。生化处理装置采用好氧生化处理或首段为好氧生化工艺，内设水力推流和搅拌装置，可不设曝气装置。

另外，本发明通过自控单元实现智能化控制，从而适用于各种环境。其中，自控单元具有参数设定、调节，故障反馈，报警与记录等功能。自控单元能接收所连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的进水、电源和排污。

将本发明的含油化工废水处理设备及处理方法与现有电解水处理设备及处理方法进行对比，发现：现有处理设备及处理方法进行含油化工废水处理后，电流密度在2150mA/cm²，COD去除率仅在20%左右，而采用本发明的含油化工废水处理设备及处理方法后，电流密度能达到50mA/cm²，COD去除率则能达到96.2%以上。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种含油化工废水处理设备，其特征在于：包括电源、反应装置、轴式阴极、螺旋式阳极、气浮装置和生化处理装置；

反应装置包括圆筒反应部和位于圆筒反应部下方的排污部；圆筒反应部的底部侧壁设置有原水进水口，圆筒反应部的顶部设置有反应出水口；排污部的底部设置有排污口；

轴式阴极通过阴极固定装置竖向固定在圆筒反应部的中心，轴式阴极的顶端通过导线与电源的阴极相连接；

轴式阴极的外周套装有能够转动的阳极固定装置，阳极固定装置呈圆筒状，且阳极固定装置的外周均匀布设有若干个透水孔；

螺旋式阳极包括若干个导电叶片，若干个导电叶片呈螺旋状均匀布设在阳极固定装置的外壁面上，若干个导电叶片依次通过导线串联后，再通过导线与电源的阳极相连接；

气浮装置包括气浮进水口、气浮出水口和出渣口，气浮进水口与反应出水口相连接；

生化处理装置包括生化进水口和生化出水口；生化进水口与气浮出水口相连接；

其中，每个导电叶片均为桨叶形状，每个导电叶片上均设置有若干个网孔，电源为直流或脉冲电源。

2. 根据权利要求1所述的含油化工废水处理设备，其特征在于：还包括进水泵，进水泵通过进水管与反应装置的原水进水口相连接， 进水管上沿水流方向依次设置有流量计和第一压力传感器。

3.根据权利要求1所述的含油化工废水处理设备，其特征在于：圆筒反应部的上端设置有氢气浓度报警装置。

4.根据权利要求1所述的含油化工废水处理设备，其特征在于：排污部内设置有沉积物液位传感器。

5.根据权利要求1所述的含油化工废水处理设备，其特征在于：气浮装置内设置有导流装置和刮渣机，导流装置设置在气浮进水口，刮渣机设置在气浮装置的顶部。

6.根据权利要求1所述的含油化工废水处理设备，其特征在于：气浮出水口与生化进水口相连接的管路上依次设置有残余氧气浓度监测仪和溶解氧浓度监测仪。

7.一种采用权利要求1-6任一项含油化工废水处理设备进行水处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，进水：通过进水泵，使待处理的含油化工废水进入反应装置；

步骤2，电解反应及水体充氧：电源通电，反应装置内，含油化工废水在螺旋式阳极的推动、搅拌作用下作旋流向上运动，利用产生的离心力，使密度较大的杂质，先沿反应装置内壁滑落至底部，然后，定时或根据沉积物液位传感器信号反馈，将密度较大的杂质通过排污口排除；同时，电源供电条件下，轴式阴极表面形成还原体系和氢气微气泡，螺旋式阳极表面形成氧化体系和氧气微气泡，在旋流搅拌与切割作用下，同步完成气浮、电化学氧化还原以及水体充氧；

步骤3，气浮分离：将步骤2电解反应及充氧后的水体从反应出水口及气浮进水口，沿着导流装置进入气浮装置内；此时，夹带油份及轻质杂质的微气泡将同步进入气浮装置，并在气浮装置内进一步完成气浮分离；

步骤4，生化处理：将步骤3气浮分离后的富氧水体进入生化处理装置，进一步处理后即得净化水。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：通过自控单元实现对整个水处理过程的智能化运行。