CN107522361B - 一种去除废水中矿物油的深度处理系统 - Google Patents

一种去除废水中矿物油的深度处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除工业废水中矿物油的深度处理系统，包括集水井、粗格栅、微泡气浮矿物油吸附装置、矿物油催化重化解吸反应器、一次沉淀池、pH值调节池、曝气硝化池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池。本系统创造性的利用了π‑烯丙基镍化合物对矿物油分子的催化作用，当废水中的矿物油被改性硅藻土吸附并处于200~250℃的温度下，在π‑烯丙基镍化合物的催化下，矿物油分子中的C‑H键会发生短暂的断裂，并快速再结合为C‑C键或C‑H键，而C‑H键会再次发生断裂，C‑C键则因π‑烯丙基镍化合物的催化作用有限而不会再发生断裂，因此可使碳链较短的矿物油分子逐渐合成为碳链较长的重油分子。

Description

一种去除废水中矿物油的深度处理系统
技术领域
本发明涉及一种去除工业废水中矿物油的深度处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
伴随着我国经济的快速发展和对能源需求的不断增加，矿物油的应用范围在不断拓展，消耗量也日趋增大。在原油的开采、加工、运输以及各种炼制油的大量使用过程中，由于工艺水平和处理技术的限制，大量含矿物油的废水、废渣不可避免的排入水体，随之产生的环境污染问题也越来越严重。矿物油在水体环境中的大量存在会对水体生态系统造成严重的危害，而水体油污染问题处理的好坏直接关系到自然生态环境及经济的持续发展。
矿物油一般可以通过呼吸、皮肤接触、食用含污染物的食物等途径进入人体，能影响人体多种器官的正常功能，引发多种疾病。在被矿物油污染的区域附近，儿童皮肤碱抗力明显减弱、白细胞下降、贫血率上升、肺功能受到影响，一般人的肝肿概率显著高于对照区居民，恶性肿瘤尤其是消化系统恶性肿瘤标化死亡率明显高于对照区。矿物油的浓度是考察其毒性的关键因子，不同组分的矿物油其毒性效果也不一样，随浓度的升高和暴露时间的延长，其毒性增强。
矿物油污染物进入水体后，在环境条件等因素的作用下，其组成性质和存在形式都会有所变化。一般来讲，矿物油污染物主要以漂浮油、分散油、乳化油、溶解油、油-固体物等5种状态存在于水中。不同类型的含油污水要采用不同的处理方法，目前国内外含矿物油污水的处理技术按处理原理可分为4种：物理法、化学法、物理化学法和生物化学法。
（1）物理法：
物理处理法的重点是去除含矿物油污水中的矿物质和大部分固体悬浮物、油等。包括重力分离、离心分离、粗粒化、过滤、膜分离等方法。
（2）化学法：
化学处理法主要用于处理含矿物油污水中不能单独用物理方法或生物方法去除的一部分胶体和溶解性物质，常用的方法有化学破乳法、化学氧化法等。
（3）物理化学法：
物理化学法主要包括气浮法、吸附法、电化学法、超声波分离法等，这些方法一般都具有适应性较强、选择性广的优点。
（4）生物化学法：
生物化学（生化）处理法是利用微生物的生化作用，将复杂的有机物分解为简单物质，从而将有毒物质转化为无毒物质，使含油污水得到净化。微生物可将有机物作为营养物质，使其中一部分被吸收转化成为微生物体内的有机成分或增殖成新的微生物，其余部分可被微生物氧化分解成简单的有机或无机物质。
由于上述传统治理方法均存在一定的缺点，因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，开辟出分离并处理工业废水矿物油的新途径，进而开发一种全新形式的工业废水矿物油深度处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除工业废水中矿物油的深度处理系统，该系统包括集水井、粗格栅、微泡气浮矿物油吸附装置、矿物油催化重化解吸反应器、一次沉淀池、pH值调节池、曝气硝化池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池；其中含矿物油的工业废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接微泡气浮矿物油吸附装置，微泡气浮矿物油吸附装置中的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜在完全吸附矿物油后会被不锈钢机械臂抓取，并被送入矿物油催化重化解吸反应器，矿物油催化重化解吸反应器中生成的重油从重油排出口排出并被回收再利用，同时，微泡气浮矿物油吸附装置的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接曝气硝化池，曝气硝化池的出口通过废水管线连接生物脱氮池，生物脱氮池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将处理后的净化出水外排；其中，微泡气浮矿物油吸附装置采用高强度玻璃钢材质，其底部装有9支超微细气泡发生器，装置的液面之上可容纳一张横向放置的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜，其左侧上部装有进水阀门，右侧底部装有出水阀门，该装置右侧壁因与高温的矿物油催化重化解吸反应器相连，因此贴覆有气凝胶毡隔热层，气凝胶毡隔热层顶端装有不锈钢机械臂及转珠轴承；其中，矿物油催化重化解吸反应器采用高强度不锈钢材质，其底部装有5部电热鼓风风机，装置内部安装有一套不锈钢膜架，膜架上竖直放置5张待高温处理的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜，其底部右侧设有重油排出口；经过粗格栅初步去除大粒径物质的含有矿物油的工业废水通过微泡气浮矿物油吸附装置左侧上部的进水阀门进入装置内部，9支超微细气泡发生器开始工作，产生直径小于50μm的超微细气泡，超微细气泡会夹带废水中的矿物油分子一同上浮，并使其被液面之上的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜吸附，完全吸附矿物油的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜被不锈钢机械臂抓取，并被竖直放置在矿物油催化重化解吸反应器中的不锈钢膜架上，反应器底部的5部电热鼓风风机可以产生200~250℃的高温空气，在此温度下并在π-烯丙基镍化合物的催化下，矿物油分子中的C-H键会发生短暂的断裂，并快速再结合为C-C键或C-H键，而C-H键会再次发生断裂，C-C键则因π-烯丙基镍化合物的催化作用有限而不会再发生断裂，因此可使碳链较短的矿物油分子逐渐合成为碳链较长的重油分子，同时，重油分子会在高温下从π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜中解吸，汇聚后从反应器底部右侧的重油排出口排出。
其微泡气浮矿物油吸附装置的有效容积为275m3，超微细气泡发生器能够产生直径小于50μm的超微细气泡，正常工作电压为20V，工作寿命一般为5000h。
其矿物油催化重化解吸反应器的容积为330m3，其电热鼓风风机可产生200~250℃的热空气，正常工作电压为380V。
π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜的面积为11.2m2，π-烯丙基镍化合物的含量为17.6g/m2，π-烯丙基镍化合物的纯度为95.2%。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的工业废水矿物油净化处理模式，创造性的采用了物理手段与化学方法相结合的技术路线，充分利用改性硅藻土的吸附作用和π-烯丙基镍化合物的催化合成作用，使工业废水中的矿物油被吸附富集，并发生合成反应，生成可利用的重油，其矿物油的去除效率达到99.5%。
（2）本系统利用热空气作为加热源，并采取了将π-烯丙基镍化合物分散于改性硅藻土中的方式，使合成反应进行的更加完全，提高了反应效率，提升了整个系统的处理能力。
（3）本系统中所使用的改性硅藻土吸附膜经热解吸过程后得以再生，可被重新用于吸附废水中的矿物油，实现了物料的重复利用，大大降低了运行成本。
（4）本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-集水井、2-粗格栅、3-微泡气浮矿物油吸附装置、4-矿物油催化重化解吸反应器、5-一次沉淀池、6-pH值调节池、7-曝气硝化池、8-生物脱氮池、9-二次沉淀池、10-净水池；
图2是微泡气浮矿物油吸附装置和矿物油催化重化解吸反应器的示意图。
32-超微细气泡发生器、33-超微细气泡、34-不锈钢机械臂、35-转珠轴承、36-进水阀门、37-出水阀门；41-气凝胶毡隔热层、42-π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜、43-不锈钢膜架、44-电热鼓风风机、45-重油排出口。
具体实施方式
如图1所示的去除工业废水中矿物油的深度处理系统，该系统包括集水井1、粗格栅2、微泡气浮矿物油吸附装置3、矿物油催化重化解吸反应器4、一次沉淀池5、pH值调节池6、曝气硝化池7、生物脱氮池8、二次沉淀池9、净水池10；其中含矿物油的工业废水通过废水管线进入集水井1，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井1的出口通过废水管线连接粗格栅2，在此去除工业废水中的大直径固体物质，粗格栅2的出口通过废水管线连接微泡气浮矿物油吸附装置3，微泡气浮矿物油吸附装置3中的含π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42在完全吸附矿物油后会被不锈钢机械臂34抓取，并被送入矿物油催化重化解吸反应器4，矿物油催化重化解吸反应器4中生成的重油从重油排出口45排出并被回收再利用，同时，微泡气浮矿物油吸附装置3的出口通过废水管线连接一次沉淀池5，在此对废水进行沉淀澄清处理，一次沉淀池5的出口通过废水管线连接pH值调节池6，在此将废水的pH值调节至近中性，pH值调节池6的出口通过废水管线连接曝气硝化池7，在此通过好氧曝气过程，使废水中的各种含氮物质均转化为硝酸盐氮，曝气硝化池7的出口通过废水管线连接生物脱氮池8，其作用是通过生物活性反应过程，将废水中的硝酸盐氮分解转化，从而去除硝酸盐氮，生物脱氮池8的出口通过废水管线连接二次沉淀池9，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池9的出口通过废水管线连接净水池10，净水池10的出口通过废水管线将处理后的净化出水外排；其中，微泡气浮矿物油吸附装置3采用高强度玻璃钢材质，有效容积为275m3，其底部装有9支超微细气泡发生器32，能够产生直径小于50μm的超微细气泡33，装置的液面之上可容纳一张横向放置的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42，该吸附膜面积为11.2m2，π-烯丙基镍化合物的含量为17.6g/m2，π-烯丙基镍化合物的纯度为95.2%，其左侧上部装有进水阀门36，右侧底部装有出水阀门37，该装置右侧壁因与高温的矿物油催化重化解吸反应器4相连，故贴覆有气凝胶毡隔热层41，气凝胶毡隔热层41顶端装有不锈钢机械臂34及转珠轴承35；其中，矿物油催化重化解吸反应器4采用高强度不锈钢材质，容积为330m3，其底部装有5部电热鼓风风机44，能够产生200~250℃的热空气，装置内部安装有一套不锈钢膜架43，膜架上可竖直放置5张待高温处理的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42，其底部右侧设有重油排出口45；经过粗格栅2初步去除大粒径物质的含有矿物油的工业废水通过微泡气浮矿物油吸附装置3左侧上部的进水阀门36进入装置内部，9支超微细气泡发生器32开始工作，产生直径小于50μm的超微细气泡33，超微细气泡33会夹带废水中的矿物油分子一同上浮，并使其被液面之上的含π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42吸附，完全吸附矿物油的含π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42被不锈钢机械臂34抓取，并被竖直放置在矿物油催化重化解吸反应器4中的不锈钢膜架43上，反应器底部的5部电热鼓风风机44开始工作，产生200~250℃的高温空气，在π-烯丙基镍化合物的催化下，矿物油分子中的C-H键会发生短暂的断裂，并快速再结合为C-C键或C-H键，而C-H键会再次发生断裂，C-C键则因π-烯丙基镍化合物的催化作用有限而不会再发生断裂，因此可使碳链较短的矿物油分子逐渐合成为碳链较长的重油分子。同时，重油分子会在高温下从含π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42中解吸，汇聚后从反应器底部右侧的重油排出口45排出，可被集中收集和再利用。
通过本系统处理后的工业废水，其矿物油去除效率可达99.5%。
微泡气浮矿物油吸附装置3，其有效容积为275m3，超微细气泡发生器32能够产生直径小于50μm的超微细气泡33，正常工作电压为20V，工作寿命一般为5000h。矿物油催化重化解吸反应器4的容积为330m3，其中可容纳5张竖直放置的待高温处理的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42，其电热鼓风风机44可产生200~250℃的热空气，工作电压为380V。π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜42的面积为11.2m2，π-烯丙基镍化合物的含量为17.6g/m2，π-烯丙基镍化合物的纯度为95.2%。

Claims (1)

1.一种去除废水中矿物油的深度处理系统，其特征在于，该系统包括集水井、粗格栅、微泡气浮矿物油吸附装置、矿物油催化重化解吸反应器、一次沉淀池、pH值调节池、曝气硝化池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池；其中含矿物油的工业废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接微泡气浮矿物油吸附装置，微泡气浮矿物油吸附装置中的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜在完全吸附矿物油后会被不锈钢机械臂抓取，并被送入矿物油催化重化解吸反应器，矿物油催化重化解吸反应器中生成的重油从重油排出口排出并被回收再利用，同时，微泡气浮矿物油吸附装置的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接曝气硝化池，曝气硝化池的出口通过废水管线连接生物脱氮池，生物脱氮池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将处理后的净化出水外排；其中，微泡气浮矿物油吸附装置采用高强度玻璃钢材质，其有效容积为275m3，其底部装有9支超微细气泡发生器，工作电压为20V，能够产生直径小于50μm的超微细气泡，装置的液面之上容纳一张横向放置的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜，其左侧上部装有进水阀门，右侧底部装有出水阀门，该装置右侧壁因与高温的矿物油催化重化解吸反应器相连，因此贴覆有气凝胶毡隔热层，气凝胶毡隔热层顶端装有不锈钢机械臂及转珠轴承；其中，矿物油催化重化解吸反应器采用高强度不锈钢材质，反应器的容积为330m3，其底部装有5部电热鼓风风机，装置内部安装有一套不锈钢膜架，膜架上竖直放置5张待高温处理的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜，其底部右侧设有重油排出口；经过粗格栅初步去除大粒径物质的含有矿物油的工业废水通过微泡气浮矿物油吸附装置左侧上部的进水阀门进入装置内部，9支超微细气泡发生器开始工作，产生直径小于50μm的超微细气泡，超微细气泡会夹带废水中的矿物油分子一同上浮，并使其被液面之上的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜吸附，完全吸附矿物油的π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜被不锈钢机械臂抓取，并被竖直放置在矿物油催化重化解吸反应器中的不锈钢膜架上，反应器底部的5部电热鼓风风机产生200~250℃的高温空气，在此温度下并在π-烯丙基镍化合物的催化下，矿物油分子中的C-H键会发生短暂的断裂，并快速再结合为C-C键或C-H键，而C-H键会再次发生断裂，C-C键则因π-烯丙基镍化合物的催化作用有限而不会再发生断裂，因此可使碳链较短的矿物油分子逐渐合成为碳链较长的重油分子，同时，重油分子会在高温下从π-烯丙基镍化合物改性硅藻土吸附膜中解吸，汇聚后从反应器底部右侧的重油排出口排出。
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