CN111186897A - 基于多相氧化水处理技术的推流式反应器及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器及工艺，设备为推流式反应器结构，包括：主反应器、H2O2预混合模块、H2O2投加模块、O3投加模块、O3混合模块、O3/H2O2反应模块、O3投加及混合集成模块、H2O2投加模块、H2O2混合模块、H2O2投加及混合集成模块。工艺分为O3氧化与O3‑H2O2氧化两种模式，能够分级分段自由切换，通过多点投加与多次混合促进反应进行，去除废水中难降解有机污染物，并且抑制溴酸盐生成。本发明的优点是反应速度快、时间短，反应充分，能耗低，O3利用率达90％以上，反应效率高，难降解有机污染物去除率达60％以上，具有无二次污染、操作简便、占地面积小、自动化水平高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器及工艺，特别涉及一种通过O3/H2O2多点投加与多次混合促进反应进行，从而高效低耗地去除废水中难降解有机污染物，并且抑制溴酸盐生成的推流式反应器及工艺。
背景技术
我国整体废水排放量逐年增加，自然水体不断恶化。pH值、化学需氧量(COD)、氨氮是三大主要污染物，且化学需氧量(COD)居首。而污染源方面，以工业废水污染最为严重。根据国家环境保护部正式发布《国家环境保护“十三五”规划》，工业废水提标与深度处理项目将是“十三五”期间工业废水治理市场焦点，从而最终实现全国COD排放总量进一步降低的目标。
工业废水提标与深度处理项目的处理水源往往是经过生物好氧处理的出水，BOD/COD(生化需氧量/化学需氧量)比值(简称B/C比值)已经相当低，甚至低于0.1，称之为难降解废水。因此，若要进一步降低COD(化学需氧量)值，则必须采用更加高效的氧化处理技术。而高级氧化技术正是符合此需求的关键技术，它通过产生具有强氧化能力的羟基自由基进行氧化反应去除或降解水、固、气中污染物，将大分子难降解的有机污染物降解为低毒或无毒的小分子或者水。根据羟基自由基产生的机理和反应条件不同，高级氧化技术可以分为光化学氧化技术、电化学氧化技术、O3/H2O2氧化技术、芬顿(Fenton)氧化技术、催化湿式氧化技术等。其中，相较其他高级氧化技术，O3/H2O2高级氧化技术因其具有无二次污染、反应条件温和、氧化剂清洁易得的显著优势，成为近年来工业废水提标与深度处理技术领域的一大热点。
但是，O3/H2O2高级氧化技术在实际应用中，往往出现因O3利用率较低而导致的设备规模大、运行能耗高、处理效果不尽如人意等诸多问题，并反射在项目投资成本与运行成本上，即技术经济性较差。
发明内容
本发明的目的针对已有技术中存在的缺陷，提供了一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器及工艺，通过O3/H2O2多点投加与多次混合促进反应进行，从而高效低耗地去除废水中难降解有机污染物，并且抑制溴酸盐生成。本发明的特点是反应速度快、时间短，仅需5s～10min；反应充分，能耗低，O3利用率达90％以上；反应效率高，难降解有机污染物去除率达60％以上。本发明所述的设备及工艺尤其适用于针对难降解有机污染物去除的工业废水提标与深度处理新建或改建项目，具有无二次污染、操作简便、占地面积小、自动化水平高等优点。
一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，本发明所述设备的结构示意如图1所示，主反应器100进水口设有分流器101，连接旁路O3投加及混合集成模块110和旁路H2O2投加及混合集成模块120，将一部分进水引入旁路O3投加及混合集成模块110和旁路H2O2投加及混合集成模块120。分流器101包含一组或多组阀门及相应管路，用于调节旁路O3投加及混合集成模块110和旁路H2O2投加及混合集成模块120旁路中进水流量。主反应器100最前端设置一个H2O2预混合模块102，使废水与O3/H2O2接触反应前预先与少量H2O2混合均匀，H2O2预混合模块102为直接投加方式。H2O2预混合模块102之后设有H2O2投加及混合集成模块，包含至少一组H2O2投加模块103和至少一组H2O2混合模块105。H2O2投加及混合集成模块之后设有O3投加及混合集成模块，包含至少一组O3投加模块104O3混合模块105。O3投加及混合集成模块之后设有O3/H2O2反应模块106，用于延长废水与氧化剂接触时间，使反应进行彻底。旁路H2O2投加及混合集成模块与H2O2投加模块103之间通过管道相连，包含至少一组H2O2投加模块123和至少一组H2O2混合模块135，用来促进H2O2在废水中充分溶解。旁路O3投加及混合集成模块与O3投加模块模块104之间通过管道相连，包含至少一组O3投加模块113和至少一组O3混合模块115，用来促进O3在废水中充分溶解。
所述旁路H2O2投加及混合集成模块110中O3投加模块113在前，O3混合模块115在后，旁路H2O2投加及混合集成模块110中H2O2投加模块123在前，H2O2混合模块125在后。
所述O3/H2O2反应模块106始终位于O3混合模块105之后本发明所述各模块之间为法兰或螺纹连接。
法兰连接方式：两片法兰之间配有密封件，使泄漏可能性降至最低。顺着水流方向而言，各投加模块的前端面保持一致，可以互相替换。各投加模块的后端面保持一致，可以互相替换。所有混合模块的前端面保持一致，可以互相替换。所有混合模块的后端面保持一致，可以互相替换。由此，投加模块与混合模块彼此交替连接，且各连接管道保持一致。当各投加模块的前端面与后端面保持一致、各混合模块的前端面与后端面保持一致时，投加模块和混合模块可以沿着任一方向运行，以实现自由组装；当各投加模块的前端面与后端面互不相同或所有混合模块的前端面与后端面互不相同时，投加模块和混合模块需要沿着单一方向运行；当各投加模块的前端面与后端面和所有混合模块的前端面与后端面全部一致时，投加模块和混合模块可以分别实现连续安装，但必须保持投加模块在前，混合模块在后。
螺纹连接方式：各投加模块的前端与后端采用外螺纹时，混合模块的前端与后端为内螺纹，以实现两者自由组装。当各投加模块的前端与后端内螺纹时，混合模块的前端与后端为外螺纹，以实现两者自由组装。
预混合模块的前端面和反应模块的后端面为管端盖板形式，配有管接件，使其分别与进出水管相连。
推流式反应器的下游设置气液分离器，用来释放未溶解于废水中的气体，例如O3、氧气或空气，以减少残留气体对后续其他设备的腐蚀。气液分离器管径比主反应器管径大，通过变径降低水流速度，实现过量气体的释放与分离。
O3投加模块、H2O2投加模块和O3混合模块、H2O2混合模块的数量依据废水中有机污染物种类与浓度、有机污染物去除量、处理后废水中残余O3/H2O2浓度而定。
本发明还提供了基于多相氧化水处理技术的推流式反应器的工艺，分为O3氧化与O3-H2O2氧化两种模式，能够分级分段自由切换，通过多点投加与多次混合促进反应进行，从而高效低耗地去除废水中难降解有机污染物，并且抑制溴酸盐生成，具体方式为：
(1)在O3氧化模式下，预混合模块不设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均只设置O3投加及混合集成模块，用来投加O3并最大程度地将其与废水分散，以获得最高氧化效率，O3投加及混合集成模块之后设有O3反应模块；
(2)在O3-H2O2氧化模式下，预混合模块设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均设置H2O2投加及混合集成模块和O3投加及混合集成模块，用来投加O3和/或H2O2并最大程度地将其与废水分散，以获得最高氧化效率，O3投加及混合集成模块之后设有O3-H2O2反应模块。
本发明工艺中的主反应器起到氧化剂高效反应作用，主反应器中气(O3)液(废水)比的适宜范围为0.007～0.550，H2O2浓度的适宜范围为0～50mg/L，停留时间的适宜范围为10s～10min，流速的适宜范围为0.3～3.0m/s。
本发明工艺中的于旁路投加及混合集成模块起到氧化剂溶解强化作用，旁路O3投加及混合集成模块和旁路H2O2投加及混合集成模块中气(O3)液(废水)比的适宜范围为0.007～0.150，H2O2浓度的适宜范围为0～20mg/L，停留时间的适宜范围为5s～5min。流速的适宜范围为0.6～6.0m/s。
本发明工艺可单独使用或与紫外光催化氧化工艺、生物滤池工艺、颗粒(或粉末)活性炭工艺、膜过滤工艺水处理工艺联用，共同完成对废水中难降解有机污染物深度去除的处理任务。
本发明的优点是反应速度快、时间短，仅需5s～10min；反应充分，能耗低，O3利用率达90％以上，反应效率高，难降解有机污染物去除率达60％以上。具有无二次污染、操作简便、占地面积小、自动化水平高。
附图说明
图1本发明的设备结构示意图；
图2本发明的实施例二的设备结构示意图。
图中：100主反应器、101分流器、102 H2O2预混合模块、103 H2O2投加模块、104 O3投加模块、105 O3混合模块、106 O3/H2O2反应模块、110旁路O3投加及混合集成模块、113 O3投加模块、115 O3混合模块、120旁路H2O2投加及混合集成模块、123 H2O2投加模块、125 H2O2混合模块。
图中：200主反应器、201直管形O3预混合模块、202直管形O3反应模、203直管形O3投加模块、204弯管形O3投加模块、205直管形O3混合模块、221进水压力表、222出水压力表、223出水取样口。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
本实施例的结构示意如图1所示。主反应器100进水口设有分流器101，连接旁路O3投加及混合集成模块110和旁路H2O2投加及混合集成模块120，将一部分进水引入旁路O3投加及混合集成模块110和旁路H2O2投加及混合集成模块120。分流器101包含一组或多组阀门及相应管路，用于调节110旁路和120旁路中进水流量。主反应器100最前端设置一个H2O2预混合模块102，使废水与O3/H2O2接触反应前预先与少量H2O2混合均匀。H2O2预混合模块102为直接投加方式。H2O2预混合模块102之后设有H2O2投加及混合集成模块，包含至少一组H2O2投加模块103和至少一组H2O2混合模块105。本实施例为各设有一组。H2O2投加及混合集成模块之后设有O3投加及混合集成模块，包含至少一组O3投加模块104和至少一组O3混合模块105。O3投加及混合集成模块之后设有反应模块设有O3/H2O2反应模块106。用于延长废水与氧化剂接触时间，使反应进行彻底。旁路H2O2投加模块123及H2O2混合模块125与H2O2投加模块103之间通过管道相连，用来促进H2O2在废水中充分溶解。旁路H2O2投加及混合集成模块与H2O2投加模块103之间通过管道相连，包含至少一组H2O2投加模块123和至少一组H2O2混合模块135，用来促进H2O2在废水中充分溶解。旁路O3投加及混合集成模块与O3投加模块模块104之间通过管道相连，包含至少一组O3投加模块113和至少一组O3混合模块115，用来促进O3在废水中充分溶解。本实施例为各设有二组。
本实施例各模块之间为法兰或螺纹连接，本实施例为法兰连接。两片法兰之间配有密封件，使泄漏可能性降至最低。顺着水流方向而言，所有投加模块的前端面保持一致，可以互相替换。所有投加模块的后端面保持一致，可以互相替换。所有混合模块的前端面保持一致，可以互相替换。所有混合模块的后端面保持一致，可以互相替换。
本实施例的下游设备设有气液分离器，用来释放未溶解于废水中的气体，例如O3、氧气或空气，以减少残留气体对后续其他设备的腐蚀。气液分离器管径比主反应器管径大，通过变径降低水流速度，实现过量气体的释放与分离。
本实施例的工艺，分为O3氧化与O3-H2O2氧化两种模式，能够分级分段自由切换，通过多点投加与多次混合促进反应进行，从而高效低耗地去除废水中难降解有机污染物，并且抑制溴酸盐生成，具体方式为：
(1)在O3氧化模式下，预混合模块不设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均只设置O3投加及混合集成模块，用来投加O3并最大程度地将其与废水分散，以获得最高氧化效率，O3投加及混合集成模块之后设有O3反应模块；
(2)在O3-H2O2氧化模式下，预混合模块设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均设置H2O2投加及混合集成模块和O3投加及混合集成模块，用来投加O3和/或H2O2并最大程度地将其与废水分散，以获得最高氧化效率，O3投加及混合集成模块之后设有O3-H2O2反应模块。
本实施例为O3氧化操作模式，本实施例工艺中的主反应器起到氧化剂高效反应作用，气(O3)液(废水)比的适宜范围为0.007～0.550。H2O2浓度的适宜范围为0～50mg/L。停留时间的适宜范围为10s～10min。流速的适宜范围为0.3～3.0m/s。本实施例工艺中在旁路投加及混合集成模块起到氧化剂溶解强化作用，气(O3)液(废水)比的适宜范围为0.007～0.150。H2O2浓度的适宜范围为0～20mg/L。停留时间的适宜范围为5s～5min。流速的适宜范围为0.6～6.0m/s。
本实施例以石油化工行业典型综合废水为例，电导率5000～8000μS/cm，COD 150～250mg/L，B/C比值0.10～0.30，经过本发明的设备及工艺处理后，COD降低至30mg/L以下，COD去除效率高达80％以上。
实施例二
参见图2.实施例二与实施例一相同,所不同的是本实施例的主反应器200包含一个直管形O3预混合模块201、两个直管形O3投加模块203、两个直管形O3混合模块205、一个直管形O3反应模块202和一个弯管形O3反应模块204，使结构更为紧凑。其中，直管形O3模块203与旁路O3投加及混合集成模块相连。主反应器200配有进水压力表221、出水压力表222和出水取样口223，用来实时监测设备运行情况并为合理优化提供数据支持。
本实施例以造纸行业典型综合废水为例，电导率8000～12000μS/cm，COD 80～150mg/L，B/C比值0.15～0.25，经过本实施例的设备及工艺处理后，COD降低至50mg/L以下，COD去除效率高达60％以上。
在O3-H2O2氧化操作模式下，直管形预混合模块201设置H2O2投加器和H2O2混合器；直管形预混合模块201、直管形投加模块203和弯管形投加/反应模块204均可以与旁路投加及混合集成模块相连，用来投加O3和/或H2O2并最大程度地将其与废水分散，以获得最高氧化效率。
本实施例各模块之间为螺纹连接，所有投加模块的前端与后端采用外螺纹时，混合模块的前端与后端为内螺纹，以实现两者自由组装。预混合模块的前端面和反应模块的后端面为管端盖板形式，配有管接件，使其分别与进出水管相连。
Claims (9)
1.一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，其特征在于推流式反应器结构为：主反应器(100)进水口设有分流器(101)，连接旁路O3投加及混合集成模块(110)和旁路H2O2投加及混合集成模块(120)，分流器(101)包含一组或多组阀门及相应管路，主反应器(100)最前端设置一个H2O2预混合模块(102)，H2O2预混合模块(102)为直接投加方式，H2O2预混合模块(102)之后设有至少一组H2O2投加模块(103)和至少一组H2O2混合模块(105)，H2O2投加模块及混合集成模块之后设有至少一组O3投加模块(104)和至少一组O3混合模块(105)，O3投加模块及混合集成模块之后设有O3/H2O2反应模块(106)，旁路H2O2投加及混合集成模块与H2O2投加模块(103)之间通过管道相连，包含至少一组H2O2投加模块(123)和至少一组H2O2混合模块(125)，旁路O3投加及混合集成模块与O3投加模块(104)之间通过管道相连，包含至少一组O3投加模块(113)和至少一组O3混合模块(115)。
2.根据权利要求1所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，其特征在于所述旁路H2O2投加及混合集成模块(110)中O3投加模块(113)在前，O3混合模块(115)在后，旁路H2O2投加及混合集成模块(110)中H2O2投加模块(123)在前，H2O2混合模块(125)在后。
3.根据权利要求1所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，其特征在于所述O3/H2O2反应模块(106)始终位于O3混合模块(105)之后。
4.根据权利要求1所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，其特征在于各模块之间为法兰连接或螺纹连接，两片法兰之间配有密封件，各投加模块、混合模块的前端面、后端面相互配合，螺纹连接方式为各投加模块的前端、后端为外螺纹或内螺纹，各混合模块的前端、后端相互配合，预混合模块的前端面和反应模块的后端面为管端盖板结构并配有管接件，且分别与进出水管相连。
5.根据权利要求1所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器，其特征在于所述推流式反应器的下游设置气液分离器，气液分离器管径比主反应器管径大。
6.一种基于多相氧化水处理技术的推流式反应器的工艺，其特征在于分为O3氧化与O3-H2O2氧化两种模式，具体方式为：
(1)在O3氧化模式下，预混合模块不设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均只设置O3投加及混合集成模块，O3投加及混合集成模块之后设有O3反应模块；
(2)在O3-H2O2氧化模式下，预混合模块设置H2O2投加器和H2O2混合器，主反应器和旁路均设置H2O2投加及混合集成模块和O3投加及混合集成模块，O3投加及混合集成模块之后设有O3-H2O2反应模块。
7.根据权利要求6所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器的工艺，其特征在于主反应器中O3与废水的气/液比适宜范围为0.007～0.550，H2O2浓度适宜范围为0～50mg/L，停留时间适宜范围为10s～10min，流速适宜范围为0.3～3.0m/s。
8.根据权利要求6所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器的工艺，其特征在于旁路O3投加及混合集成模块和旁路H2O2投加及混合集成模块中控制O3与废水的气/液比适宜范围为0.007～0.150，H2O2浓度适宜范围为0～20mg/L，停留时间适宜范围为5s～5min，流速适宜范围为0.6～6.0m/s。
9.根据权利要求6所述的基于多相氧化水处理技术的推流式反应器的工艺，其特征在于推流式反应器的工艺单独使用或与紫外光催化氧化工艺、生物滤池工艺、颗粒或粉末活性炭工艺、膜过滤工艺水处理工艺联用。
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