CN108217811A - 同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统与方法，系统主要包括一个废水吸附/脱附装置，一个废气淋洗装置，一个浓缩有机废水收集装置；同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的方法，将含有机物的废水通过吸附装置后达标排放，部分用作废气淋洗装置的水源；当吸附饱和时，切换为脱附操作，用含有机物的废气作为吹扫气，并给脱附装置加热；经过脱附及冷凝后，含少量有机物的气体进入废气淋洗装置，被淋洗后达标排放；本发明将废水与废气经过本系统处理，都作为了主要的淋洗用水，以及吹扫用气，具有装置简单，操作弹性大、成本低的优点。

Description

同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统与方法
技术领域
本发明属于化工与环保技术领域，具体涉及一种同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统与方法。
背景技术
化工生产过程复杂，常产生大量的含有机物的废水，该类废水几乎占人类所有生产与生活废水总量的50％。处理含有机物的废水的方法，通常包括汽提，精馏，氧化，生化与吸收等。其中吸附法常用各类多孔材料，处理低浓度的有机废水，可以比精馏方法降低能耗，比生化法的适用范围广而占地面积小。吸附法中如果使用活性碳材料，由于以微孔居多，基本属于不可再生使用的一次性场合。但如果使用碳纳米管，石墨烯等介孔材料，则可以多次吸附，脱附，进行循环使用。脱附时常用的介质为高温蒸汽或高温气体，脱附时的能耗是吸附法的最重要的制约环节。
同时，化工生产过程或其他油漆涂刷，家居装潢过程中，又常产生大量的VOCs，VOCs已经成为目前环境治理中的重中之重。其中VOCs的脱除包括液体洗涤，孔材料吸附等。液体洗涤会产生废水，孔材料吸附后，脱附也要用到高温蒸汽或高温气体，或减压脱附。
另外注意到，在一个化工园区里，通常都会有含有机物的废水处理装置，以及含有机物的废气处理装置，二者有共性，但很少有同时处理有机废水与有机废气的系统与方法，导致目前各自的能耗比较高，成本居高不下，也阻碍了相关处理技术的普及与应用。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统与方法，可以用废气作为废水处理时的吹扫气体，也可以使废水处理的出水作为净化废气的介质，能满足大流量废水或废液的同时处理要求，且能耗低。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统，包括废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3；所述废水吸附/脱附装置1的顶部设置含有机物废水的通入口和含有机物废气的出口，底部设置含有机物废气的通入口和达标废水出口，顶部的含有机物废气的出口连通冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部入口，底部的达标废水出口连通废气淋洗装置3的顶部入口；所述冷凝及浓缩有机废水收集装置2顶部设置冷凝废气出口连通废气淋洗装置3的底部入口；所述废气淋洗装置3的顶部设置达标气体出口，底部设置废水出口连通废水吸附/脱附装置1顶部的含有机物废水的通入口。
所述废水吸附/脱附装置1装填有易再生的吸附剂，材质为碳，分子筛或氧化铝；吸附剂的空隙率在35-50％；用于废水吸附装置时，进料为含有机物的废水，当吸附饱和后，用作脱附装置，脱附介质为含有机物的废气。
所述废气淋洗装置3的淋洗介质为废水吸附/脱附装置1底部的达标出水，被淋洗的气体为从冷凝及浓缩有机废水收集装置2顶部出来的含有机物的废气，气体由下而上运动，淋洗用水由上而下运动，二者的接触方式为逆流接触。
所述的系统同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的方法，包括如下步骤：
a)将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连；
b)将含有机物的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出；
c)当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物的废气，并给废水吸附/脱附装置1加热到100-200℃；加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出；
d)从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出进行方法处理；经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出；
e)从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入；从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置3的底部进入；二者在废气淋洗装置3中逆流接触；气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放；废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。
所述废水吸附/脱附装置1执行吸附操作时，温度在-5-50℃；执行脱附操作时，温度为100-200℃。
所述冷凝及浓缩有机废水收集装置2的冷凝温度在-25-10℃，采用间接换热方式。
所述废气淋洗装置3的淋洗温度在0-20℃，淋洗用水与废气的体积为1:1～1:2000。
所述含有机物的废气种类包括空气、氮气、各种惰性气体、CO、CO2和H2中的一种或多种；有机物包括国际公认的VOCs及分子量小于300的有机物，浓度为0.05-2000ppm。
所述含有机物的废水中包含4-2000ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类，部分非极性的有机物包括芳环或杂环的酚、胺、酯或酸类。
与已有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)利用废气，代替蒸汽作为吸附饱和后的吹扫气体，可节省成本80％。
(2)利用吸附后的达标排放废水作为废水气的淋洗用水，节省了新鲜水用量80％。
(3)利用吸附剂上的吸附水，汽化后起到了携带废水中有机物的作用。同时利用脱附后的气体或蒸汽本来就需要冷凝的操作。相当于降低了废气处理装置投资30％。
附图说明
图1为本发明系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连。在废水吸附/脱附装置1中装置碳吸附剂，空隙率为50％。将含有机物(4ppm汽油)的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为20℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物(50ppm的环己烷)的空气，并给废水吸附/脱附装置1加热到100℃。加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2。冷凝温度为-25℃，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出，用其他方法处理。经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入。从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置3的底部进入。二者在废气淋洗装置3中逆流接触，淋洗温度为0℃。控制废水与废气的体积比为1:1，气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放。废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。
实施例2
如图1所示，将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连。在废水吸附/脱附装置1中装置分子筛与碳吸附剂(质量比1:1)，空隙率为35％。将含有机物(2000ppm邻苯二甲酸二乙酯)的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，经过里面的吸附剂层后，吸附温度为15℃，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物(50ppm的甲醛)的氢气、CO与Ar的混合气体(H2，CO与Ar的体积比为1:1:1)，并给废水吸附/脱附装置1加热到200℃。加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2。冷凝温度为0℃，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出，用其他方法处理。经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入。从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体(氢气、CO与Ar的混合气体)，通过废气淋洗装置3的底部进入。二者在废气淋洗装置3中逆流接触，淋洗温度为10℃。控制废水与废气的体积比为1:2000，气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放。废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。
实施例3
如图1所示，将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连。在废水吸附/脱附装置1中装置氧化铝吸附剂，空隙率为40％。将含有机物(200ppm苯酚)的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为25℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物(80ppm的苯与60ppm氯仿)的CO2气，并给废水吸附/脱附装置1加热到170℃。加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2。冷凝温度为20℃，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出，用其他方法处理。经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入。从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置3的底部进入。二者在废气淋洗装置3中逆流接触，淋洗温度为15℃。控制废水与废气的体积比为1:200，气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放。废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。
实施例4
如图1所示，将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连。在废水吸附/脱附装置1中装置碳吸附剂，空隙率为50％。将含有机物(50ppm苯胺，25ppm糠醛，5ppm苯甲酸、30ppm C13酮)的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为-5℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物(50ppm的丙酮与10PPm的二氯苯)的空气，并给废水吸附/脱附装置1加热到150℃。加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2。冷凝温度为-15℃，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出，用其他方法处理。经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入。从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置3的底部进入。二者在废气淋洗装置3中逆流接触，淋洗温度为5℃。控制废水与废气的体积比为1:100，气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放。废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。
实施例5
如图1所示，将废水吸附/脱附装置1、冷凝及浓缩有机废水收集装置2及废气淋洗装置3依次相连。在废水吸附/脱附装置1中装置碳吸附剂，空隙率为50％。将含有机物(80ppm甲基吡啶与90ppm的乙酰水杨酸)的废水从废水吸附/脱附装置1的顶部通入，吸附温度为50℃，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置1的底部排出。
当废水吸附/脱附装置1的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物(0.05ppm的柴油)的氮气，并给废水吸附/脱附装置1加热到200℃。加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置1的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置2。冷凝温度为-25℃，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的底部排出，用其他方法处理。经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出。
从废水吸附/脱附装置1的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置3的顶部通入。从冷凝及浓缩有机废水收集装置2的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置3的底部进入。二者在废气淋洗装置3中逆流接触，淋洗温度为20℃。控制废水与废气的体积比为1:2000，气体被洗涤后，从废气淋洗装置3顶部达标排放。废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置1的顶部通入，进行吸附操作。

Claims (9)

1.一种同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统，其特征在于：包括废水吸附/脱附装置(1)、冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)及废气淋洗装置(3)；所述废水吸附/脱附装置(1)的顶部设置含有机物废水的通入口和含有机物废气的出口，底部设置含有机物废气的通入口和达标废水出口，顶部的含有机物废气的出口连通冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)的顶部入口，底部的达标废水出口连通废气淋洗装置(3)的顶部入口；所述冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)顶部设置冷凝废气出口连通废气淋洗装置(3)的底部入口；所述废气淋洗装置(3)的顶部设置达标气体出口，底部设置废水出口连通废水吸附/脱附装置(1)顶部的含有机物废水的通入口。
2.根据权利要求1所述的同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统，其特征在于：所述废水吸附/脱附装置(1)装填有易再生的吸附剂，材质为碳，分子筛或氧化铝；吸附剂的空隙率在35-50％；用于废水吸附装置时，进料为含有机物的废水，当吸附饱和后，用作脱附装置，脱附介质为含有机物的废气。
3.根据权利要求1所述的同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的系统，其特征在于：所述废气淋洗装置(3)的淋洗介质为废水吸附/脱附装置(1)底部的达标出水，被淋洗的气体为从冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)顶部出来的含有机物的废气，气体由下而上运动，淋洗用水由上而下运动，二者的接触方式为逆流接触。
4.权利要求1至3任一项所述的系统同时处理含有机物的废水与含有机物的废气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将废水吸附/脱附装置(1)、冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)及废气淋洗装置(3)依次相连；
b)将含有机物的废水从废水吸附/脱附装置(1的顶部通入，经过里面的吸附剂层后，有机物被吸附在吸附剂上，达标排放的废水从废水吸附/脱附装置(1)的底部排出；
c)当废水吸附/脱附装置(1)的吸附层达到饱和后，停止从其顶部通入含有机物的废水，改从其底部通入含有机物的废气，并给废水吸附/脱附装置(1)加热到100-200℃；加热将吸附剂上吸附的水与有机物汽化，汇入含有机物的废气中，从废水吸附/脱附装置(1)的顶部排出；
d)从废水吸附/脱附装置(1)的顶部排出的气体及蒸汽，进入冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)，其中的有机物与蒸汽被冷凝下来，形成浓缩的有机废水，从冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)的底部排出进行方法处理；经过冷凝后，废气从冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)的顶部排出；
e)从废水吸附/脱附装置(1)的底部排出的一部分达标排放废水，从废气淋洗装置(3)的顶部通入；从冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)的顶部排出的气体，通过废气淋洗装置(3)的底部进入；二者在废气淋洗装置(3)中逆流接触；气体被洗涤后，从废气淋洗装置(3)顶部达标排放；废水吸收气体中的有机物后，返回废水吸附/脱附装置(1)的顶部通入，进行吸附操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述废水吸附/脱附装置(1)执行吸附操作时，温度在-5-50℃；执行脱附操作时，温度为100-200℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述冷凝及浓缩有机废水收集装置(2)的冷凝温度在-25-10℃，采用间接换热方式。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述废气淋洗装置(3)的淋洗温度在0-20℃，淋洗用水与废气的体积为1:1～1:2000。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述含有机物的废气种类包括空气、氮气、各种惰性气体、CO、CO2和H2中的一种或多种；有机物包括国际公认的VOCs及分子量小于300的有机物，浓度为0.05-2000ppm。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述含有机物的废水中包含4-2000ppm的完全非极性有机物或部分非极性的有机物，完全非极性有机物包括烃类，部分非极性的有机物包括芳环或杂环的酚、胺、酯或酸类。
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