CN112479338A - 一种微界面强化湿式氧化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微界面强化湿式氧化系统及方法，其包括：氧化塔，所述氧化塔用以对污水进行氧化处理，从而制得氧化水；加热器，所述加热器用以对进入所述氧化塔的污水进行加热；换热器，所述换热器用以将所述污水和所述氧化水进行热交换；以及空压装置，所述空压装置与所述氧化塔的进气口相连，用以向所述氧化塔提供空气或氧气；其中，所述氧化塔设有至少一个所述进气口，在每个所述进气口上设有微界面发生器，所述微界面发生器用于将来自所述空压装置的气体打碎成气泡，使所述气泡与污水形成气液乳化物，从而增大气体和污水的相界面积。本发明相较于传统的湿式氧化系统具备反应速率高，反应压强小等特点。
Description
技术领域
本发明总地涉及水处理技术领域，且更具体地涉及一种微界面强化湿式氧化系统及方法。
背景技术
随着社会各行各业的快速发展，工业污水排放的问题也愈来愈收到社会的关注，尤其是化工、电镀、医药等行业的生产污水，普遍都有盐分高、有机物高、有毒有害成分多的特点，对环境危害极大；处理难度很大。随着国家对环境保护要求的提高，此类污水治理变得极为迫切。
湿式氧化技术是将污水和空气中的氧气进行反应，以达到除去污水中有机物的方法方法。该方法可以对高有机物、高盐、含有毒有害成分多的污水直接处理，相比于焚烧以及其它方法，能耗要低得多。而且经过湿式氧化后，污水中的有毒有害物质被降解为低分子的有机盐，不会对环境造成二次污染，已经被很多企业采用。
目前国内湿式氧化技术普遍采用氧化塔氧化的方式，即污水通过加热处理在氧化塔内与空气混合，使污水中有毒有害物质氧化降解，但是现有的湿式氧化技术在实际应用过程中由于反应压力过高，从而存在反应装置安全性较差，反应能耗高的问题；在现有的技术手段中，通过采用机械破碎、流体撞击、超声等手段虽然可以得到一定量微米级尺度的气泡，但气液比(气体体积与污水体积之比)太低，一般低于1％，上限不超过5％，此外，产生微气泡的设备能耗和制造成本也太高；因此，需要一种微界面强化湿式氧化系统及方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，包括：
氧化塔，所述氧化塔用以对污水进行氧化处理，从而制得氧化水；
加热器，所述加热器用以对进入所述氧化塔的污水进行加热；
换热器，所述换热器用以将所述污水和所述氧化水进行热交换；
空压装置，所述空压装置与所述氧化塔的进气口相连，用以向所述氧化塔提供空气或氧气；以及
控制模块，所述控制模块包括控制器和检测控制元件，所述控制器电连接所述检测控制元件；
其中，所述氧化塔设有至少一个所述进气口，在每个所述进气口上设有微界面发生器，所述微界面发生器用于将来自所述空压装置的气体打碎成气泡，使所述气泡与污水形成气液乳化物，从而增大气体和污水的相界面积。
进一步地，所述检测控制元件包括：
第一流量泵，所述第一流量泵设置在连接所述进液口的管道上，以对进入所述氧化塔的污水流量进行实时检测；
第二流量泵，所述第二流量泵设置在连接所述进气口的管道上，以对进入所述氧化塔的气体流量进行实时检测；
第一压力检测元件，所述第一压力检测元件设置在所述微界面发生器内，以对所述微界面发生器内的实时压力值进行测量；以及
第二压力检测元件，所述第二压力检测元件设置在所述氧化塔内，以对所述氧化塔内的实时压力值进行测量。
进一步地，还包括原水储罐，所述原水储罐用以储存污水。
进一步地，所述原水储罐上设有液位计。
进一步地，还包括水泵，所述水泵设置在连接所述原水储罐和所述换热器的管道上。
进一步地，所述空压装置包括至少两个并联的空压机组和空气储气罐。
进一步地，所述微界面发生器为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器或气液联动性式微界面发生器。
本发明还提供了一种微界面强化湿式氧化方法，所述方法包括：
将一定量的污水经过加热通入氧化塔中，同时在所述氧化塔中通入压缩空气或压缩氧气，使得所述污水在所述氧化塔中发生氧化反应；
其中，进入所述氧化塔的压缩气体在与所述污水进行反应前先经过微界面发生器进行破碎，所述微界面发生器将所述气体破碎成气泡，进而增大所述气体与所述污水的相界面积，所述气泡和所述污水以气液乳化物的形式发生所述氧化反应；
所述污水从所述氧化塔的下方进入，所述污水在所述氧化塔内发生所述氧化反应后形成氧化水，所述氧化水从所述氧化塔的上方排出，离开所述氧化塔的所述氧化水通过换热器与未加热的所述污水换热。
进一步地，控制器分别接收第一流量泵的污水流量和第二流量泵的气体流量，控制器设定微界面发生器内的基准压力P0，气体基准流量Q10，污水基准流量Q20，通过微界面发生器内的实时压力值P与基准压力P0的比较，确定污水基准流量，通过调节第一流量泵，使实时检测的气体流量Q1与气体基准流量Q10一致。
进一步地，所述气泡的直径大于等于1μm且小于1mm。
在本发明中，所述微界面发生器可以将气泡打碎成微米级气泡，从而增大了气相与液相之间的相界面积，进而达到了在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与原料充分混合形成气液乳化物，从而提高了反应效率；另一方面，由于气体溶于污水中，使得反应装置不需要维持较大压强以使反应进行，提高了装置的安全性，节约了能耗。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为根据本发明的微界面强化湿式氧化系统的示意图。
附图标记说明：
1：加热器
2：氧化塔
3：换热器
4：微界面发生器
5：原水储罐
6：泵
7：空压装置
71：空压机组
72：空气储气罐
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
根据图1所示，本发明提供了一种微界面强化湿式氧化系统，其包括：加热器1，加热器1用以对进入所述氧化塔的污水进行加热；氧化塔2，氧化塔2用以对污水进行氧化处理，从而制得氧化水；换热器3，换热器3用以将污水和氧化水进行热交换；以及空压装置7，所述空压装置7与氧化塔2的进气口相连，用以向氧化塔2提供空气或氧气。
具体而言，氧化塔2上设有至少一个进气口，每个进气口通过管道与空压装置7相连，还设有微界面发生器4，微界面发生器4设置氧化塔2的内部，且位于每个进气口附近。微界面发生器2用于将来自空压装置7的气体打碎成气泡，使所述气泡与污水形成气液乳化物，从而增大气体和污水的相界面积。
本领域所属技术人员可以理解的是，本发明实施例的微界面发生器4在本发明人在先专利中体现，如公开号106215730A的专利，微界面发生器4其核心在于气泡破碎，气泡破碎器的原理是高速射流所携带的气体相互撞击进行能量传递，使气泡破碎，关于微界面发生器的结构在上述专利中公开其中一实施例，此不再赘述。关于微界面发生器与氧化塔、以及其他设备的连接，包括连接结构、连接位置，根据微界面发生器4的结构而定，此不作限定。关于微界面发生器4的反应机理及控制方法，在本发明人在先专利CN107563051B中已经公开，此不再赘述。同时，也可以根据实际工程需要，对本系统中的氧化塔2的高度、长度、直径、污水流速等因素对进气口的数量和位置进行调整，以达到更好地供气效果，提高氧化降解率。
在本发明的一些实施例中，微界面发生器4可根据实际的需要，即气液比的大小而选择为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器或气液联动性式微界面发生器。
在本发明的一些实施例中，还设有原水储罐5，原水储罐5用以储存污水。
在本发明的一些实施例中，原水储罐5上设有液位计。通过液位计对原水储罐5内的水量进行监控，以便及时调节原水储罐5的进水量和出水量，从而保证系统运行的稳定性。
在本发明的一些实施例中，空压装置7包括至少两个并联的空压机组71和空气储气罐72。其目的是为了保证系统气源的稳定性，因为当气源不稳定、气压过低、供气量不足时，氧化塔2内的反应效率就会大大降低，反应不充分，污水内的有机物和无机物就难以氧化排解，排放的氧化水就会不合格，有害物质超标，所以采用两台空压机并联供气，可以交替使用维护维修，同时加空气储气罐72可以更好地保证供气的持续性，并且大大的提高了气源流、气压的稳定性。
本领域所属技术人员可以理解的是，在本系统中连接各装置和设备的管道上可以设有泵体，例如，本发明在连接原水储罐5和换热器3的管道上设有水泵6。在本系统中连接各装置和设备的管道上还可以设有阀体，例如，在连接氧化塔2的每个进气口上设置减压阀，用以控制进入氧化塔2的气体的进气量和压力；本发明对于泵体和阀体的设置位置和类型在此不做过多限制，一切以实际工程需要为准。
在本发明的一些实施例中，检测控制元件包括：
第一流量泵，第一流量泵设置在连接进液口的管道上，以对进入氧化塔的污水流量进行实时检测；
第二流量泵，第二流量泵设置在连接进气口的管道上，以对进入氧化塔的气体流量进行实时检测；
第一压力检测元件，第一压力检测元件设置在微界面发生器内，以对微界面发生器内的实时压力值进行测量；以及
第二压力检测元件，第二压力检测元件设置在氧化塔内，以对氧化塔内的实时压力值进行测量。
在本发明的一些实施例中，控制器分别接收第一流量泵的污水流量和第二流量泵的气体流量，控制器设定微界面发生器内的基准压力P0，气体基准流量Q10，污水基准流量Q20，通过微界面发生器内的实时压力值P与基准压力P0的比较，确定污水基准流量，通过调节第一流量泵，使实时检测的气体流量Q1与气体基准流量Q10一致。
本发明还提供了一种微界面强化湿式氧化方法，所述方法包括：
将一定量的污水经过加热通入氧化塔2中，同时在氧化塔2中通入压缩空气或压缩氧气，使得污水在氧化塔2中发生氧化反应；
其中，进入氧化塔2的压缩气体在与污水进行反应前先经过微界面发生器4进行破碎，微界面发生器4将所述气体破碎成气泡，进而增大气体与污水的相界面积，气泡和污水以气液乳化物的形式发生氧化反应；
污水从氧化塔2的下方进入，污水在氧化塔2内发生氧化反应后形成氧化水，氧化水从氧化塔2的上方排出，离开氧化塔的氧化水通过换热器3与未加热的污水换热。
在本发明的一些实施例中，经过微界面发生器4破碎后的气泡的直径大于等于1μm且小于1mm。
在本发明中，微界面发生器4可以将气泡打碎成微米级气泡，从而增大了气相与液相之间的相界面积，进而达到了在较低预设操作条件范围内强化传质的效果；同时，微米级气泡能够与原料充分混合形成气液乳化物，从而提高了反应效率；另一方面，由于气体溶于污水中，使得反应装置不需要维持较大压强以使反应进行，提高了装置的安全性，节约了能耗。本发明在系统中设置微界面发生器的具体有益效果如表1和表2所示。
表1为工厂A的废水处理情况，其中，工厂A的废水有机物浓度为20123ppm，总盐含量为8％，密度为1100kg/m3，小时排放量5m3/h，方法条件为：废水进水流量5m3/h，压缩空气进气量1024Nm3/h。在未加装微界面发生器前，工厂A的压缩空气消耗量为860Nm3/h，平均氧化水出水量为4.3m3/h，COD值为16357mg/L。加装微界面发生器后，工厂A的压缩空气消耗量为990Nm3/h，平均氧化水出水量为4.7m3/h，COD值为8847mg/L。
表1
表2为工厂B的废水处理情况，其中，工厂B的废水有机物浓度为43257ppm，总盐含量为8％，密度为1054kg/m3，小时排放量5m3/h，方法条件为：废水进水流量5m3/h，压缩空气进气量924Nm3/h。在未加装微界面发生器前，工厂B的压缩空气消耗量为807Nm3/h，平均氧化水出水量为4.5m3/h，COD值为14627mg/L。加装微界面发生器后，工厂B的压缩空气消耗量为957Nm3/h，平均氧化水出水量为4.8m3/h，COD值为8991mg/L。
表2
| 原系统 | 新系统 | 优化值 | |
| COD值 | 14627mg/L | 8991mg/L | 39％ |
| 平均氧化出水量 | 4.5m<sup>3</sup>/h | 4.8m<sup>3</sup>/h | 6％ |
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。
Claims (10)
1.一种微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，包括：
氧化塔，所述氧化塔用以对污水进行氧化处理，从而制得氧化水；
加热器，所述加热器用以对进入所述氧化塔的污水进行加热；
换热器，所述换热器用以将所述污水和所述氧化水进行热交换；
空压装置，所述空压装置与所述氧化塔的进气口相连，用以向所述氧化塔提供空气或氧气；以及
控制模块，所述控制模块包括控制器和检测控制元件，所述控制器电连接所述检测控制元件
其中，所述氧化塔设有至少一个所述进气口，在每个所述进气口上设有微界面发生器，所述微界面发生器用于将来自所述空压装置的气体打碎成气泡，使所述气泡与污水形成气液乳化物，从而增大气体和污水的相界面积。
2.根据权利要求1所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，还包括原水储罐，所述原水储罐用以储存污水。
3.根据权利要求2所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，所述原水储罐上设有液位计。
4.根据权利要求2所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，还包括水泵，所述水泵设置在连接所述原水储罐和所述换热器的管道上。
5.根据权利要求1所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，所述空压装置包括至少两个并联的空压机组和空气储气罐。
6.根据权利要求1所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器、液动式微界面发生器或气液联动性式微界面发生器。
7.根据权利要求1所述的微界面强化湿式氧化系统，其特征在于，所述检测控制元件包括：
第一流量泵，所述第一流量泵设置在连接所述进液口的管道上，以对进入所述氧化塔的污水流量进行实时检测；
第二流量泵，所述第二流量泵设置在连接所述进气口的管道上，以对进入所述氧化塔的气体流量进行实时检测；
第一压力检测元件，所述第一压力检测元件设置在所述微界面发生器内，以对所述微界面发生器内的实时压力值进行测量；以及
第二压力检测元件，所述第二压力检测元件设置在所述氧化塔内，以对所述氧化塔内的实时压力值进行测量。
8.一种使用权利要求1-7中任一项所述的微界面强化湿式氧化系统的微界面强化湿式氧化方法，其特征在于，所述方法包括：
将一定量的污水经过加热通入氧化塔中，同时在所述氧化塔中通入压缩空气或压缩氧气，使得所述污水在所述氧化塔中发生氧化反应；
其中，进入所述氧化塔的压缩气体在与所述污水进行反应前先经过微界面发生器进行破碎，所述微界面发生器将所述气体破碎成气泡，进而增大所述气体与所述污水的相界面积，所述气泡和所述污水以气液乳化物的形式发生所述氧化反应；
所述污水从所述氧化塔的下方进入，所述污水在所述氧化塔内发生所述氧化反应后形成氧化水，所述氧化水从所述氧化塔的上方排出，离开所述氧化塔的所述氧化水通过换热器与未加热的所述污水换热。
9.根据权利要求8所述的微界面强化湿式氧化方法，其特征在于，控制器分别接收第一流量泵的污水流量和第二流量泵的气体流量，控制器设定微界面发生器内的基准压力P0，气体基准流量Q10，污水基准流量Q20，通过微界面发生器内的实时压力值P与基准压力P0的比较，确定污水基准流量，通过调节第一流量泵，使实时检测的气体流量Q1与气体基准流量Q10一致。
10.根据权利要求8所述的微界面强化湿式氧化方法，其特征在于，所述气泡的直径大于等于1μm且小于1mm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113666563A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-11-19 | 南京万德斯环保科技股份有限公司 | 一种垃圾填埋场渗滤液处理方法 |
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