CN107890758A - 一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统，包括臭气池(1)、集气罩(2)、引风机(3)、吸收反应塔(4)、电化学氧化单元(5)、电源控制系统(6)；所述的处理方法：臭气首先由集气罩(2)收集，而后由引风机(3)引至吸收反应塔(4)，吸收反应塔(4)内部设置有臭气吸收区(406)、折流混合区(407)、再生反应区(408)、沉淀区(409)和吸收液(410)，臭气在吸收液(410)充分吸收并在电化学氧化单元(5)中实现最终氧化和吸收液再生，吸收反应塔(4)产生沉渣和浓缩液由排放口(402)定期排出，臭气经吸收液处理后由出气口(404)排出。本发明同时实现了恶臭污染物组分的氧化去除和吸收液的循环再生，节省了运行成本。

Description

一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统及方法
技术领域
本发明属于环境工程废气处理领域，涉及一种污水处理厂臭气处理技术，特别是一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统及方法。
背景技术
近些年，随着我国城市化和工业化水平的不断提高，我国污水处理应用技术取得了显著进步且已在各行业广泛应用，但在实际运行过程中，污水处理构筑物及附属设备产生的臭气对污水处理厂周围人员健康和城市环境造成了较大问题。一般情况下，由于污水中含有大量有机物，尤其对于石油炼制、精细化工等废水，其生产废水中往往含有大量硫、氮等有机污染物，该类物质在污水处理工艺厌氧或缺氧条件下，分解产生硫化氢、氨和甲硫醇等恶臭物质并通过污水处理设施逸入大气，造成恶臭污染。因此，污水处理厂恶臭气体需进行收集统一处理并满足相应的排放速率和排放浓度，以完善城市与工业“三废”处理系统，提高污水处理厂运行环境和周围城市环境空气质量。
目前，污水处理厂臭气处理方法主要有化学药剂氧化法、吸附法和生物处理法等。其中，化学药剂氧化法需不断投加氧化剂用于抑制臭气产生，或通过化学药剂吸收氧化所产生臭气，尽管该过程较容易控制，但一般用做处理较低浓度臭气且吸收液需进行二次处理，容易造成二次污染；吸附法一般通过多空隙率活性物质，如活性炭等，吸附去除恶臭气体，该种工艺处理费用较高，且臭气吸附容量一般较小，难以应用于臭气产生量较大的污水处理设施或设备，此外，吸附法涉及吸附剂更换、再生等工序，工艺相对较为复杂，后期维护频繁；生物法除臭应用较为广泛，它一般将臭气引入生物滤池，通过生物降解方法去除恶臭污染物，但鉴于微生物生长特性和环境要求，该过程容易受外界环境影响，且吸收容量小，去除效率低，占地面积大，日常维护较为频繁。因此，针对上述技术存在问题，开发一种适用性强、应用范围广泛的电化学除臭系统以改善污水处理设施运行环境和降低污水处理设施臭气排放浓度具有重要意义。
发明内容
为了克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统及方法。本发明采用臭气吸收反应塔快速吸收恶臭气体，通过外循环式电化学氧化单元催化降解恶臭污染物组分并进行吸收反应塔中吸收液再生，实现了臭气的连续处理和吸收液循环再生。该外循环式电化学污水处理厂除臭系统具有运行效率稳定，去除效率高，占地面积小，运行管理简单，同时可显著降低运行成本。
本发明为一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统，所述的除臭系统包括臭气池、密封罩、引风机、吸收反应塔、电化学氧化单元、电源控制系统；所述的吸收反应塔内部由臭气吸收接触区，折流混合区、再生液回流区、沉淀区和吸收液构成，吸收反应塔下部设置有与引风机相连的进气口、与沉淀区连接的排放口和与电化学氧化单元底部相连的出水口，上部设置有出气口和与电化学氧化单元顶部相连的回流口，其中，臭气吸收接触区底部依次设置有释放器、填料支承板和填料层，填料层高度为臭气吸收接触区高度的1/2～3/4；
所述的吸收反应塔与若干电化学氧化单元相连接，电化学氧化单元个数≤8，电化学氧化单元的数量根据臭气处理量和臭气浓度进行设计确定；所述的电化学氧化单元由阴极组、阳极组和壳体构成，阴极组和阳极组交替排列，极板间距为4～6mm，电化学氧化单元所加载电流、电压由电源控制系统提供并进行控制；
所述的臭气吸收接触区、折流混合区和再生液回流区的有效容积比为4～6:1:2～3，臭气吸收接触区中吸收液在气提作用下进入折流混合区，并由出水口进入电化学氧化单元，在电化学氧化单元极板催化氧化作用下实现吸收液再生并由回流口进入再生液回流区，最终导流至吸收反应塔底部再次进入臭气吸收接触区，实现吸收液的外部循环氧化再生。
本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统中，所述的吸收反应塔采用工业纯钛或碳钢涂塑材质，具有较强的抗氧化、耐酸碱和抗腐蚀特性；电化学氧化单元的壳体采用硬质塑料板、PVC板或PP板焊接而成，具有较好绝缘性、抗腐蚀性和耐压性；所述的吸收液初始组分由氯化钠、氯化钾或氯化钙组成的一种或多种物质的混合液，混合液质量浓度控制在5％～10％之间，初始pH由氢氧化钠调节至7.5～8.5之间；所述的填料层由高孔隙率惰性填料构成，填料形式包括鲍尔环、拉西环、阶梯环一种或几种。
本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统中，所述的阳极组由改性DSA电极板组成，改性DSA电极板以金属钛为基材，通过反复涂抹含有钌、铱、钽等物质组成的修饰液后，进行干燥、焙烧制得，具有催化氧化活性；所述的阴极组采用石墨电极。
本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统中，所述的电源控制系统为低压直流电源，且电流、电压可调，输出电流为0～100A，电压为0～16V，具体根据臭气浓度和处理量进行调节。
本发明还提供了利用上述外循环式电化学污水处理厂除臭系统除臭的方法，其具体工作流程如下：臭气由密封罩统一收集通过引风机引至吸收反应塔底部，通过释放器进入臭气吸收接触区，臭气吸收接触区装填有鲍尔环、拉西环、阶梯环等形式的高孔隙率惰性填料，以增加臭气与吸收液气液接触面积，提高吸收效率；吸收液在臭气混合气气提作用下，部分进入折流混合区并由出水口进入电化学氧化单元，电化学氧化单元在电源控制系统加载直流电流条件下，通过极板催化氧化作用实现吸收液中臭气组分分解、氧化和吸收液再生；电化学氧化单元在催化氧化反应过程中产生气提作用将电化学氧化单元内再生吸收液提升并由回流口进入再生回流区；再生液回流区中液体一部分进入臭气吸收接触区实现吸收液重复利用，一部分进入沉淀区沉淀，产生沉渣和浓缩液由排放口定期排出；臭气经吸收液处理后由出气口排出。
与现有技术相比，本发明有如下技术特点：
1、本发明通过特殊的反应器结构设计，实现了臭气吸收单元和氧化单元的分离，且可根据臭气状况和处理要求，对臭气吸收反应塔和电化学氧化单元进行合理优化组合，显著提高了除臭系统运行操作弹性，便于后期运行维护，同时有助于拓展其应用范围。
2、本发明采用了特殊的反应器结构设计，通过臭气吸收接触区、折流混合区和吸收液再生回流区的合理布置和空间优化，一方面增大了臭气与吸收液的接触时间和气液接触面积，同时使吸收液尽可能快速进入电催化氧化系统实现吸收液再生，这有助于提高了臭气吸收效率和去除效率；另一方面，吸收液在臭气吸收接触区卷入大量溶解氧，并通过折流混合区将过量空气释放，这有利于增加电化学氧化单元强氧化基团产生效率，并且有助于提高电化学氧化单元催化氧化效率。
3、本发明通过电化学氧化单元中极板催化氧化作用，一方面直接实现对吸收液中含硫、含氮等恶臭物质的氧化，另一方面，通过对吸收液组分催化氧化，使体系产生大量·HO2、·ClO、·ClO2等强氧化基团，提高了吸收液中臭气组分氧化去除速率。此外，吸收液中大量强氧化基团进一步增大了吸收液的吸收容量，拓宽了臭气处理浓度范围。
4、本发明通过电化学氧化单元同时实现了吸收液中恶臭污染物组分的氧化去除和吸收液的循环再生，实现了物料的循环利用，显著降低了药剂投加量和投加频次，大大节省了运行成本。此外，臭气中有害组分如硫化氢、甲硫醇、氨氮等，通过循环吸收和催化氧化，逐渐转移至液相中，并最终以沉渣和浓缩液形式通过沉淀区排出，通过对其进行分离、提纯可实现废物综合利用。
附图说明
图1为本发明一种污水处理厂外循环式电化学除臭系统及方法的工艺流程图。
图2为图1中吸收反应塔装置的俯视示意图。
其中，1、臭气池；2、密封罩；3、引风机；4、吸收反应塔；5、电化学氧化单元；6、电源控制系统；401、进气口；402、排放口；403、出水口；404、出气口；405、回流口；406、臭气吸收接触区；407、折流混合区；408、再生回流区；409、沉淀区；410、吸收液；411、释放器；412、填料支承板；413、填料层；501、阴极组；502、阳极组；503、壳体。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图1～2对本发明作进一步描述。
如附图1所示，外循环式电化学污水处理厂除臭系统包括臭气池1、密封罩2、引风机3、吸收反应塔4、电化学氧化单元5、电源控制系统6；吸收反应塔4下部设置有进气口401、排放口402和出水口403，上部设置有出气口404和回流口405；吸收反应塔4内部由臭气吸收接触区406，折流混合区407、再生液回流区408、沉淀区409和吸收液410构成，其中，臭气吸收接触区406、折流混合区407和再生液回流区408的有效容积比为4～6:1:2～3；臭气吸收接触区406底部依次设置有释放器411、填料支承板412和填料层413，填料层413由高孔隙率惰性填料构成，填料形式包括鲍尔环、拉西环、阶梯环一种或几种，填料层413高度为臭气吸收接触区406高度的1/2～3/4。
如附图1～2所示，吸收反应塔4一般采用工业纯钛或碳钢涂塑材质，具有较强的抗氧化、耐酸碱和抗腐蚀特性，吸收反应塔4可以与若干电化学氧化单元5相连接，图中实施例中吸收反应塔4可连接1～4组电化学氧化单元5，电化学氧化单元5具体数量根据臭气处理量和臭气浓度进行设计确定；吸收反应塔4中吸收液410在气提作用下进入折流混合区407，并由出水口403进入电化学氧化单元5，在电化学氧化单元5极板催化氧化作用下实现吸收液410再生并由回流口405进入再生液回流区408，最终导流至吸收反应塔4底部再次进入臭气吸收接触区406，实现吸收液410的外部循环氧化再生。
本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统中，电化学氧化单元5由阴极组501、阳极组502和壳体503构成，其中，壳体503一般采用硬质塑料板、PVC板或PP板焊接而成，具有较好绝缘性、抗腐蚀性和耐压性；阴极组501和阳极组502交替排列，极板间距为4～6mm，阳极组502由改性DSA电极板组成，改性DSA电极板以金属钛为基材，通过反复涂抹含有钌、铱、钽等物质组成的修饰液后，进行干燥、焙烧制得，具有催化氧化活性；阴极组501采用石墨电极。
本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统中，吸收反应塔4中吸收液410初始组分由氯化钠、氯化钾或氯化钙组成的一种或多种物质的混合液，混合液质量浓度控制在5％～10％之间，初始pH由氢氧化钠调节至7.5～8.5之间；电化学氧化单元5所加载为低压直流电源，且电流、电压可调并由电源控制系统6控制，输出电流为0～100A，电压为0～16V，具体根据臭气浓度和处理量进行调节。
结合附图1对本发明所述的外循环式电化学污水处理厂除臭系统工作方式进行如下描述：臭气由密封罩2统一收集通过引风机3引至吸收反应塔4底部，通过释放器411进入臭气吸收接触区406，臭气吸收接触区406装填有鲍尔环、拉西环、阶梯环等高孔隙率惰性填料，以增加臭气与吸收液410气液接触面积，提高吸收效率；吸收液410在臭气混合气气提作用下，部分进入折流混合区407并由出水口403进入电化学氧化单元5，电化学氧化单元5在电源控制系统6加载直流电流条件下，通过极板催化氧化作用实现吸收液410中臭气组分分解、氧化和吸收液410再生；电化学氧化单元5在催化氧化反应过程中同样产生气提作用将电化学氧化单元5内再生吸收液410提升并由回流口405进入再生回流区408；再生液回流区408中液体一部分进入臭气吸收接触区406实现吸收液410重复利用，一部分进入沉淀区409沉淀，产生沉渣和浓缩液由排放口402定期排出；臭气经吸收液410处理后由出气口404排出。
实施例一：
浙江省宁波市某石化公司由于上游炼化工艺原油中含硫量较高，其生产废水有机污染物中含硫量较多，且废水中硫酸盐含量较高，该公司采用隔油+气浮+厌氧+生物接触氧化法处理炼化废水，污水处理效果运行稳定，出水满足排放标准，但污水处理构筑物，尤其调节池和厌氧段产生大量恶臭气体，对厂区和周围环境造成较大问题。
采用本发明外循环式污水处理厂电化学除臭系统对调节池和厌氧段产生臭气进行统一收集处理，臭气处理量为5400m3/h，臭气浓度为1200～2310，其中，臭气中H2S浓度在0.53～0.62mg/m3之间，NH3浓度在2.1～2.8mg/m3。本发明将吸收反应塔中臭气吸收接触区、折流混合区和再生液回流区的有效容积比设计为5:1:2.5，且吸收反应塔与两组电化学氧化单元相连，吸收液采用质量浓度为7.5％的氯化钠溶液，并用氢氧化钠将初始pH调节至8.0左右，电催化氧化单元中阴极组采用石墨电极，阳极组采用钌、铱修饰改性DSA电极，电化学氧化单元所加载电源控制系统输出电流约为60A，电压为10v，经上述外循环式电化学除臭系统处理后，出口臭气浓度为13，臭气中H2S浓度在0.025～0.035mg/m3之间，NH3浓度在0.21～0.32mg/m3，满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93中二级厂界排放标准。
实施例二：
广东省湛江市某燃料油有限公司采用气浮+隔油+厌氧+生物滤池+生物氧化塘工艺处理炼化废水，废水处理工艺稳定，出水水质满足广东省地方排放标准，但其隔油池和厌氧池产生大量臭气，对厂区环境造成较大困扰，为解决上述问题，厂区对隔油池和厌氧池统一收集后采用本发明污水处理厂外循环式电化学除臭系统进行处理，臭气处理量为7500m3/h，臭气浓度为1852～3310，其中，臭气中H2S浓度在0.75～0.81mg/m3之间，甲硫醇浓度为0.043～0.141mg/m3，NH3浓度在3.3～3.5mg/m3。本发明将吸收反应塔与6组电化学氧化单元相连，同时将臭气吸收接触区、折流混合区和再生液回流区的有效容积比控制为6:1:2，吸收液采用质量浓度为6.0％的氯化钠和氯化钾的混合溶液，并用氢氧化钠将初始pH调节至8.5左右，电催化氧化单元中阴、阳极材质与本发明专利实施例一中相同，电化学氧化单元所加载电源控制系统输出电流约为75A，电压为11v，经上述外循环式电化学除臭系统处理后，出口臭气浓度为17，臭气中H2S浓度在0.021～0.043mg/m3之间，甲硫醇浓度为0.0031～0.0042mg/m3，NH3浓度在0.18～0.22mg/m3，满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93中二级厂界排放标准。

Claims (7)

1.一种外循环式电化学污水处理厂除臭系统，其特征在于，所述的除臭系统包括臭气池(1)、密封罩(2)、引风机(3)、吸收反应塔(4)、电化学氧化单元(5)、电源控制系统(6)；所述的吸收反应塔(4)内部由臭气吸收接触区(406)，折流混合区(407)、再生液回流区(408)、沉淀区(409)和吸收液(410)构成，吸收反应塔(4)下部设置有与引风机(3)相连的进气口(401)、与沉淀区(409)连接的排放口(402)和与电化学氧化单元(5)底部相连的出水口(403)，上部设置有出气口(404)和与电化学氧化单元(5)顶部相连的回流口(405)；其中，臭气吸收接触区(406)底部自下而上依次设置有释放器(411)、填料支承板(412)和填料层(413)，其中填料层(413)高度为臭气吸收接触区(406)高度的1/2～3/4；
所述的吸收反应塔(4)与若干电化学氧化单元(5)相连接，电化学氧化单元(5)个数≤8，电化学氧化单元(5)的数量根据臭气处理量和臭气浓度进行设计确定；所述的电化学氧化单元(5)由阴极组(501)、阳极组(502)和壳体(503)构成，阴极组(501)和阳极组(502)交替排列，电化学氧化单元(5)所加载电流、电压由电源控制系统(6)提供并进行控制；
所述的臭气吸收接触区(406)、折流混合区(407)和再生液回流区(408)的有效容积比为4～6:1:2～3；臭气吸收接触区(406)中吸收液(410)在气提作用下进入折流混合区(407)，并由出水口(403)进入电化学氧化单元(5)，在电化学氧化单元(5)极板催化氧化作用下实现吸收液(410)再生并由回流口(405)进入再生液回流区(408)，最终导流至吸收反应塔(4)底部再次进入臭气吸收接触区(406)，实现吸收液(410)的外部循环氧化再生。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的吸收反应塔(4)采用工业纯钛或碳钢涂塑材质；所述的电化学氧化单元(5)的壳体(503)采用硬质塑料板、PVC板或PP板焊接而成。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的吸收液(410)初始组分由氯化钠、氯化钾或氯化钙组成的一种或多种物质的混合液，混合液质量浓度控制在5％～10％之间，初始pH由氢氧化钠调节至7.5～8.5之间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的填料层(413)由高孔隙率惰性填料构成，填料形式包括鲍尔环、拉西环、阶梯环一种或几种。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的阳极组(502)由改性DSA电极板组成，改性DSA电极板以金属钛为基材，通过反复涂抹含有钌、铱或钽组成的修饰液后，进行干燥、焙烧制得，具有催化氧化活性；所述的阴极组(501)采用石墨电极。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的电源控制系统(6)为低压直流电源，且电流、电压可调，输出电流为0～100A，电压为0～16V，具体根据臭气浓度和处理量进行调节。
7.一种外循环式电化学污水处理厂除臭的方法，其特征在于：采用权利要求1所述的外循环式污水处理厂电化学除臭系统处理臭气，臭气由密封罩(2)统一收集通过引风机(3)引至吸收反应塔(4)底部，通过释放器(411)进入臭气吸收接触区(406)，臭气吸收接触区(406)装填有鲍尔环、拉西环、阶梯环形式的高孔隙率惰性填料，以增加臭气与吸收液(410)气液接触面积，提高吸收效率；吸收液(410)在臭气混合气气提作用下，部分进入折流混合区(407)并由出水口(403)进入电化学氧化单元(5)，电化学氧化单元(5)在电源控制系统(6)加载直流电流条件下，通过极板催化氧化作用实现吸收液(410)中臭气组分分解、氧化和吸收液(410)再生；电化学氧化单元(5)在催化氧化反应过程中会产生气提作用将电化学氧化单元(5)内再生吸收液(410)提升并由回流口(405)进入再生回流区(408)；再生液回流区(408)中液体一部分进入臭气吸收接触区(406)实现吸收液(410)重复利用，一部分进入沉淀区(409)沉淀，产生沉渣和浓缩液由排放口(402)定期排出；臭气经吸收液(410)处理后由出气口(404)排出。
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