CN107879461A - 一种焦化废水的处理装置及焦化废水的处理方法 - Google Patents

一种焦化废水的处理装置及焦化废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

一种焦化废水的处理装置及焦化废水的处理方法，属于废水处理领域。将超重力技术与臭氧高级氧化技术相结合。处理装置主要为重力反应器，该超重力反应器包括液体进、出口和气体进、出口等。本发明另一方面涉及一种使用上述装置的焦化废水处理方法，在上述反应器中利用臭氧对有机污染物高效降解。本发明的目的在于利用强化臭氧与焦化废水间传质作用的技术及设备，增强焦化废水的处理效果，可达到焦化废水脱色、除酚、提高可生化性，以及废水连续处理等多重目的。

Description

一种焦化废水的处理装置及焦化废水的处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，特别涉及一种焦化废水的处理装置及其处理方法。
背景技术
水资源短缺、水污染等一直是我国面临的严重问题之一，在面临如此严峻的水问题时，大力开展废水治理，特别是解决工业废水的治理问题迫在眉睫。
焦化厂是现代钢铁企业的重要组成部分之一，主要生产冶金焦炭供给高炉炼铁，同时从焦炉煤气中回收氨、苯、煤沥青、硫酸铵、蒽油等化学产品。净化后的焦炉煤气可供钢铁企业作为燃料,也可供化肥厂作为生产合成氨的原料。焦化厂的给水排水是保证化工产品生产的重要环节，而由焦化厂的回收车间、焦油车间、粗苯分离、中冷车间、精苯车间等排放的废水含有大量有机及无机污染物，由此产生了大量的焦化废水。
焦化废水的成分复杂，废水中含有大量有机、无机污染物,其中无机污染物主要有氨氮、硫化物、铵盐、氰化物以及氯化物、氟化物等,有机化合物主要有酚类、芳烃类、杂环类化合物。因为焦化废水的COD高、成分复杂、污染物浓度高、色度高并且主要污染物可生化性较差，所以焦化废水的处理难度较高。随着我国对工业污水整治力度加大，焦化废水达标排放已成为相关企业所不得不解决的关键问题，因此，有必要开发有效的焦化废水处理方法和技术。
现有的焦化废水处理方法大多基于生化过程，通过多级厌氧好氧处理。利用厌氧生化使得复杂有机物水解酸化、开环断链，利用好氧生化使有机物进一步降解，以期达到降低COD值、降低色度和除酚的目的。但是，实际的生化处理一般无法达到满意的效果，往往导致出水不能达标。本发明针对焦化废水处理的这一问题，提供其脱色、除酚并提高可生化性的设备和方法。
臭氧氧化是发展较早、使用范围广泛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，特别是在复杂难降解的有机物的开环断链，提高可生化性方面的效果突出。然而，尽管臭氧氧化水处理技术发展多年，但是在实际的工业过程中应用较少或应用效果欠佳，主要问题和原因在于：
1.目前主要的臭氧制取技术是用空气或纯氧为原料，采用电晕放电方法，该种方法能耗大、产率低，决定了该技术成本较高。
2.臭氧在水中溶解度较低，传统的接触设备或方法(鼓泡曝气)的传质效果不理想，造成气液接触的吸收率低，限制了臭氧在液相中的浓度，进而限制了污染物处理效果，且臭氧利用率低，导致臭氧的用量大，使得臭氧的成本较高。
3.传统臭氧处理过程效率低，所需处理时间长，臭氧接触设施占地面积大，因此传统臭氧处理过程受场地条件限制。
超重力技术是一种强化传质过程的新兴技术，超重力反应器是一种基于该技术的高效过程强化设备，在该设备中，利用旋转产生的离心力模拟超重力环境，气液两相在超重力环境下相接触，在多孔介质和孔道中流动的液相被分散成微米甚至纳米级的液膜、液滴和液丝。气液两相间的传质速率较传统塔器中提高1～3个数量级。同时，在超重力条件下不仅整个反应过程加快，气体的线速度也大幅度提高，这使单位设备体积的生产效率提高1～2个数量级，设备尺寸大幅度缩小。超重力技术已在化工反应与分离、粉体材料制备等领域得到应用。因此，本发明提出利用超重力反应器提高臭氧的吸收效率，以克服上述臭氧水处理工艺臭氧利用率低、设备体积大等问题，从而为焦化废水的处理提供一种新型的装置和方法。
发明内容
针对目前已有技术存在的问题，本发明专利的目的在于提供一种强化臭氧与焦化废水气液间传质的设备及方法，以提高臭氧对焦化废水的处理效果并减少处理成本。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种焦化废水处理装置，包括：超重力反应器(40)、臭氧发生系统(10)、臭氧检测系统(30)、来水池(20)即为焦化废水池、气体处理系统(80)，其中超重力反应器(40)包括注入焦化废水的反应器液体入口(41)、注入臭氧的反应器气体入口(42)、反应器的液体出口(43)和反应器的气体出口(44)；臭氧发生系统经由臭氧检测系统(30)与反应器的气体入口连通；来水池经由泵、液体流量计和阀门与超重力反应器的液体入口连接。
根据本发明的焦化废水处理装置，该装置还包括出水池和气体处理装置，反应器的液体出口与出水池连通，反应器的气体出口与气体处理装置连通。
本发明的超重力反应器(40)采用一级超重力反应器或二级以及更多级超重力反应器，采用二级或更多级超重力反应器时，采用串联的方式，每一级超重力反应器的液体出口均分别各自连接一个出水池；后一级超重力反应器的反应器液体入口经由泵、液体流量计和阀门与前一级超重力反应器的出水池相连，后一级超重力反应器的反应器气体入口经由阀门与前一级超重力反应器的反应器气体出口相连，同时前一级超重力反应器的反应器气体出口经由阀门还与气体处理系统(80)连接。
两级或多级超重力反应器串联时，所述前一级反应器的液体出口与后一级反应器的液体进口之间连有的出水池替换为缓冲罐。
本发明专利还提供了一种利用上述焦化废水处理装置的焦化废水处理方法，包括以下步骤：
S10：将所述焦化废水和所述含臭氧的气体分别输送至超重力反应器；
S20：启动超重力反应器，使得所述焦化废水与所述含臭氧的气体接触反应；
S30：反应后的液体和反应后的气体分别从液体出口和气体出口流出超重力反应器。
根据本发明的焦化废水处理方法，含臭氧的气体与所述焦化废水的气液体积流量比的范围为0.5～20：1。
根据本发明的焦化废水处理方法，含臭氧的气体中的臭氧浓度范围为5～150mg/L。
根据本发明的焦化废水处理方法，超重力反应器内的超重力水平为5～1000g，g为9.8m/s2。
如采用两级超重力反应器串联，则第一级反应器的液体进口与来水池相连，液体出口与第二级反应器的液体进口相连，第一级反应器的气体出口与第二级反应器的气体进口相连，第二级反应器的气体出口与气体处理装置相连，两级反应器串联实现废水的连续处理。
本发明涉及的焦化废水处理装置和方法，超重力反应器之后可连接其他处理工艺。
本发明利用超重力技术与臭氧高级氧化法相结合，利用超重力反应器中形成的超重力环境提高臭氧与焦化废水间的传质效果，这也解决了传统技术中臭氧与水接触不足的缺陷，进而达到提高焦化废水处理效率、减少臭氧用量(节约成本)的目的。
本发明中的超重力反应器本身具有占地面积小、操作连续且简单等特点，与传统处理技术中的反应器相比有明显优势。
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为本发明的一级超重力法焦化废水处理装置总示意图。
图2为本发明的二级超重力法焦化废水处理装置总示意图。
图3为本发明的焦化废水处理方法流程图。
10臭氧发生系统、20来水池、30臭氧检测系统、40超重力反应器、50出水池、60二级超重力反应器、70二级出水池、80气体处理系统、41反应器液体入口、42反应器气体入口、43反应器的液体出口、44反应器的气体出口、61第二级反应器液体入口、62第二级反应器气体入口、63第二级反应器的液体出口、64第二级反应器的气体出口、100阀门、200液体流量计、300泵；
具体实施方法
因为目前对焦化废水处理的现有技术存在问题，本发明的目的在于提供强化气液传质效果的设备及方法，利用该设备和方法与臭氧氧化法结合，以提高臭氧对焦化废水的处理效果，主要是提高焦化废水脱色率、除酚效果以及可生化性(即BOD5/COD，B/C)。本发明提出的设备和方法具有处理效果好、臭氧用量少(节约成本)、设备体积小、废水连续处理等优点，使得本发明中提出的焦化废水处理方法高效、实用。
本发明所述的超重力技术及设备能够强化气液间传质效果，使用该技术的设备为超重力反应器(即旋转填充床，Rotating Packed Bed，RPB)。在超重力反应器中使用离心加速度场模拟超重力场，流体在RPB中会被切割成液滴、液丝、液膜，相间传质面积大且界面更新速度快，因此在RPB中气液或液液间的传质效果可以得到显著提高。
参照附图具体描述本发明的实施例。如图1所示为本发明的一级超重力法焦化废水处理装置示意图，图2所示为本发明的二级超重力法焦化废水处理装置示意图，图3为本发明的焦化废水处理方法流程图。
参照图1，本发明提供了一种焦化废水处理装置，包括：臭氧发生系统10、臭氧检测系统30、超重力反应器40，包括用于注入焦化废水的反应器的液体入口41、用于注入臭氧的气体入口42、反应器的液体出口43和气体出口44；臭氧发生系统10与反应器的气体入口42连通。在超重力反应器40中形成的超重力环境，其超重力水平G控制在5～1000g(g为地球重力加速度，9.8m/s2)，优选10～100g。超重力反应器内液体为分散相，气体为连续相，焦化废水与含有臭氧的气体接触(在反应器内停留时间在1秒以内)，污染物得到氧化降解。与现有技术相比，本发明所采用的超重力反应器作为焦化废水和含臭氧气体的接触装置具有体积小、处理效率高等优势，焦化废水可以得到连续处理。上述臭氧发生系统10可以包括气源、臭氧发生器、冷却和控制等部分。
如图1所示，在上述超重力反应器40的液体入口41连通有来水池20，来水池20中的液体通过泵300通入超重力反应器40中，液体的流量通过阀门100及液体流量计200控制。超重力反应器40的气体入口42与臭氧发生系统10连通，含臭氧的气体流量通过气体流量计控制，在臭氧发生系统10与超重力反应器40之间连有臭氧浓度检测系统30，用于检测含臭氧的气体中臭氧的浓度。进入反应器的焦化废水与进入反应器的臭氧气体在反应器中接触，焦化废水中的污染物得到有效分解，其色度、总酚下降，可生化性提高。反应后的气体和液体分别通过反应器的气体出口和液体出口排出，排出的气体经过气体处理系统处理后放空，液体去往出水池50。
在一些情况下，处理的焦化废水中污染物含量较高，仅使用超重力反应器不能达到理想处理效果，因此可以设置两级超重力反应器串联处理焦化废水，如图2所示。第二级超重力反应器60包括与第一级反应器的液体出口43相连的二级反应器的液体入口61、与第一级反应器的气体出口相连的第二级反应器的气体入口62、第二级反应器的液体出口63以及与气体处理系统80相连的第二级反应器的气体出口64；第二级反应器的液体出口与出水池70相连。增加一级反应器后，在第一级超重力反应器与第二级反应器之间连有出水池50(或缓冲罐)；从出水池50(或缓冲罐)通过泵300、阀门100及液体流量计200连通。第一级超重力反应器处理后的第一级反应器的液体和第一级反应器的气体输送至第二级超重力反应器，即两级处理。在第二级超重力反应器中无需新增臭氧，因为第一级超重力反应器的出口的气体还含有一定浓度的臭氧，将其引入第二级超重力反应器即可，这种工艺不仅可以提高焦化废水的处理效率而且使臭氧的利用率有很大的提高，同时降低了处理成本。在其他可选的实施例中，如果臭氧不足，可以额外投加臭氧。另外，在焦化废水中污染物浓度较高时，经过两级超重力反应器处理后产水仍不能达到理想效果，则可以增加到三级或更多级的超重力反应器串联来继续处理，使焦化废水最终达标。
参照图1、2，在所示的实施例中，焦化废水处理装置还包括来水池20，来水池20与液体入口41连通。来水池20中的及焦化废水经过泵输送至超重力反应器40，流量由液体流量计控制。
参照图3，本发明还提供了一种用于上述焦化废水处理装置的焦化废水处理方法，本发明设计的焦化废水处理方法包括以下步骤：
S10：将所述焦化废水和所述含臭氧的气体分别输送至所述超重力反应器；
S20：启动所述超重力反应器，使得所述焦化废水与所述含臭氧的气体接触反应；
S30：反应后的液体和反应后的气体分别从液体出口和气体出口流出超重力反应器。
根据本发明的焦化废水处理方法，若增加第二级超重力反应器，在步骤30后还包括，将第一级反应器的液体输送至第二级超重力反应器60，将第一级反应器的气体输送至第二级超重力反应器60，采用两级反应器串联连续处理焦化废水。第二级反应器的液体排入出水池70，第二级反应器的气体排入气体处理装置80处理后排放。
根据本发明的焦化废水处理方法，含臭氧的气体与焦化废水的气液流量比的范围为0.5～20，优选3～9。
根据本发明的焦化废水处理方法，含臭氧的气体中的臭氧的浓度范围为5～150mg/L，优选30～60mg/L。
根据本发明的焦化废水处理方法，超重力反应器的超重力水平为5～1000g，优选50～200。
根据本发明的焦化废水处理方法，可以显著提高出水的BOD5/COD值、降低废水色度和总酚含量。
为了显示本发明的焦化废水处理装置和方法的效果，现列出主要实施例列表如下：
表1超重力技术处理对焦化废水BOD5/COD的影响
表2：超重力技术处理焦化废水色度的影响
表3：超重力技术处理对焦化废水总酚的影响

Claims (8)

1.一种焦化废水处理装置，其特征在于，包括：超重力反应器(40)、臭氧发生系统(10)、臭氧检测系统(30)、来水池(20)即为焦化废水池、气体处理系统(80)，其中超重力反应器(40)包括注入焦化废水的反应器液体入口(41)、注入臭氧的反应器气体入口(42)、反应器的液体出口(43)和反应器的气体出口(44)；臭氧发生系统经由臭氧检测系统(30)与反应器的气体入口连通；来水池经由泵、液体流量计和阀门与超重力反应器的液体入口连接。
2.按照权利要求1所述的一种焦化废水处理装置，其特征在于，该装置还包括出水池和气体处理装置，反应器的液体出口与出水池连通，反应器的气体出口与气体处理装置连通。
3.按照权利要求1所述的一种焦化废水处理装置，其特征在于，超重力反应器(40)采用一级超重力反应器或二级以及更多级超重力反应器，采用二级或更多级超重力反应器时，采用串联的方式，每一级超重力反应器的液体出口均分别各自连接一个出水池；后一级超重力反应器的反应器液体入口经由泵、液体流量计和阀门与前一级超重力反应器的出水池相连，后一级超重力反应器的反应器气体入口经由阀门与前一级超重力反应器的反应器的气体出口相连，同时前一级超重力反应器的反应器气体出口经由阀门还与气体处理系统(80)连接。
4.按照权利要求1所述的一种焦化废水处理装置，其特征在于，两级或多级超重力反应器串联时，所述前一级反应器的液体出口与后一级反应器的液体进口之间连有的出水池替换为缓冲罐。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的焦化废水处理装置处理焦化废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：将所述焦化废水和所述含臭氧的气体分别输送至超重力反应器；
S20：启动超重力反应器，使得所述焦化废水与所述含臭氧的气体接触反应；
S30：反应后的液体和反应后的气体分别从液体出口和气体出口流出超重力反应器。
6.按照权利要求5的所述的方法，其特征在于，含臭氧的气体与所述焦化废水的气液体积流量比的范围为0.5～20：1。
7.按照权利要求5的所述的方法，其特征在于，含臭氧的气体中的臭氧浓度范围为5～150mg/L。
8.按照权利要求5的所述的方法，其特征在于，超重力反应器内的超重力水平为5～1000g，g为9.8m/s2。
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