CN113087062A - 一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，包括空气压缩机、泡沫分离塔和内套筒，所述空气压缩机的输出端连接有稳压阀，且稳压阀的输出端连接有气体缓冲瓶，所述泡沫分离塔的顶端连接有泡沫液收集箱，且泡沫液收集箱的外侧连接有调节阀，所述调节阀的一侧连接有压力表。本发明泡沫分离塔的套筒和塔壁之间的空隙可以形成有效的环流，套筒内部的液体在气体的作用下向上运动，而在套筒和塔壁之间的空隙里液体向下流动；细小的气泡由于受到的浮力很小，会被夹带在环流的液体中，不能离开液面到达泡沫层；这样，构成泡沫层的气泡都是较大的气泡；而较大的气泡所构成的泡沫的持液率是比较低的，这样就提高了泡沫分离的富集比。
Description
技术领域
本发明涉及活性剂废水处理技术领域，具体为一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺。
背景技术
表面活性剂具有优良的润湿、起泡、乳化、去污、分散及渗透等特性，它的应用领域依然在不断扩大。表面活性剂在给各种生产工业提供作用和支持的同时，也同样给生活带来了污染。目前绝大部分的表面活性剂使用后都未经妥善处理就排放到河流、海洋等自然水体中，造成水体污染，废水中的表面活性剂会在水体形成大量的泡沫，不仅影响水体美观，而且降低水体中的溶解氧浓度；水体缺氧严重时造成水生生物呼吸困难，生物死亡，水体腐败，变臭。
泡沫分离主要依靠形成的泡沫夹带出所要分离的目标物质来进行分离。可以去除废水中的表面活性剂物质，回收有机物。泡沫分离设备是一种新型的处理表面活性剂废水的装置，具有能耗低常温和高压下均可进行分离、设备简单、投资小、可以连续进行等优点。但是，现有的气浮分离设备不具备多级分离功能，存在分离不彻底，分离效率低等缺点，不能很好的满足人们的使用需求，针对上述情况，我们提供一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，解决了现有的气浮分离设备不具备多级分离功能，存在分离不彻底，分离效率低等缺点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，包括空气压缩机、泡沫分离塔和内套筒，所述空气压缩机的输出端连接有稳压阀，且稳压阀的输出端连接有气体缓冲瓶，所述气体缓冲瓶的输出端连接有转子流量计，且转子流量计的输出端连接有导管，所述泡沫分离塔连接于导管的末端，所述泡沫分离塔的下端安装有气体分布器，所述泡沫分离塔的下端面连通有进水管，所述泡沫分离塔的右侧下端连接有出水管，且泡沫分离塔的右侧上端连接有取样口，所述内套筒安装于泡沫分离塔的内部，且内套筒的内侧设置有导流区，所述内套筒外侧面与泡沫分离塔的内侧面设置有环隙区，所述内套筒的底端连接有支架，所述泡沫分离塔的顶端连接有泡沫液收集箱，且泡沫液收集箱的外侧连接有调节阀，所述调节阀的一侧连接有压力表。
优选的，所述泡沫分离塔的材质为有机玻璃材质，且泡沫分离塔的直径为50mm，并且泡沫分离塔塔高为1200mm，所述内套筒直径为28mm，且内套筒高为320mm。
优选的，所述气体分布器的内部开设有分布通孔和装配孔，且分布通孔位于装配孔的内侧。
优选的，所述气体分布器的材质为不锈钢材质，且分布通孔的孔径范围为150±10μm，孔间距为4mm，并且分布通孔于气体分布器的内部呈等距均匀分布。
优选的，所述工艺的具体过程如下：
1)实验采用模拟表面活性剂废水十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液为体系，浓度为100mg/L，实验为间歇操作，每批废水的处理量为350mL；在模拟工业废水中通过加入HCl或NaOH调节溶液的pH值；
2)表面活性剂废水溶液经取样口由塔体的顶部注入，装液量高度350mm，气速＝300mL/min，实验的温度维持在(22±1)℃，液体样品从侧面的取样口15收集；
3)包括空气压缩机、稳压阀、导管、气体缓冲瓶、转子流量计、泡沫分离塔、气体分布器、分布通孔、装配孔、进水管、出水管、导流区、内套筒、环隙区、泡沫液收集箱、压力表、取样口、调节阀和支架；
4)泡沫分离塔由同轴圆筒形内壁和外壁构成，内壁内侧是导流区，内壁外侧与外壁内侧之间是环隙区；泡沫分离塔底部设有特制的微孔分布器，气体由空气压缩机提供，经稳压阀、导管、气体缓冲瓶和转子流量计进入泡沫分离塔底部，再经气体分布器进入泡沫分离塔中；在气浮过程中，气体通过气体分布器后可产生微小而均匀的气泡，并在塔内形成环流；
5)泡沫分离塔体顶部设有泡沫液收集箱，泡沫液收集箱安装压力表指示操作压力，调节阀用于调节塔内液面压力的大小；
6)分离技术的分离效率由富集比E和回收率R来评价分离效果:
回收率：
富集比：
式中，Ci表示分离前表面活性剂溶液的初始浓度，Vi表示分离前加入的表面活性剂溶液的体积，Ce表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的浓度，Ve表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的体积。Cf表示分离结束时收集器中泡沫溶液的表面活性剂浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明泡沫分离塔的设置显著提高了废水中表面活性剂的富集比和回收率；环流泡沫分离塔是由简单泡沫塔发展而来，它是将一个套筒插入到简单泡沫塔的液池中，在内套筒和塔壁之间的空隙形成有效的环流；较普通的泡沫分离塔相比，环流泡沫塔中内套筒结构的安装主要有两个目的：一是套筒和塔壁之间的空隙可以形成有效的环流，套筒内部的液体在气体的作用下向上运动，而在套筒和塔壁之间的空隙里液体向下流动；细小的气泡由于受到的浮力很小，会被夹带在环流的液体中，不能离开液面到达泡沫层；这样，构成泡沫层的气泡都是较大的气泡；而较大的气泡所构成的泡沫的持液率是比较低的，这样就提高了泡沫分离的富集比；另外，气泡随液体循环流动，气泡停留时间长，气液接触好；内套筒还有增加紊流强度和混合作用，使气泡再分散或破碎，以增加溶气和气液吸附速率；因而对于表面合成剂等分子较大扩散慢的体系，应该有更优的分离效果。
2、工艺要求第一级的残液作为第二级的进料液。第二级泡沫分离过程中，随着气体流量从100mL/min增大到300mL/min，CTAB富集比从10.5减小到3.0，回收率从79.5％增大到92.5％。在气体流量为200mL/min时，富集比为6.0，回收率为85.3％，第二级消泡液中CTAB的浓度达到第一级进料液浓度，此消泡液浓度为3.0g·L-1，返回到第一级泡沫分离塔作为进料液。第二级泡沫分离的气体流量为200mL/min。采用两级泡沫分离工艺处理CTAB表面活性剂废水，最终的富集比为7.0，回收率为99.8％。两级泡沫分离大大提高了废水中CTAB的的回收率和富集比。二级处理效果大大优于单级；设置的二级处理效果明显优于一级。
附图说明
图1为本发明单级分离工艺流程示意图；
图2为本发明气体分布器结构示意图；
图3为本发明内套筒与泡沫分离塔塔底出连接结构示意图；
图4为本发明双级分离工艺流程示意图；
图5为本发明普通泡沫分离塔与环流泡沫分离塔塔结构对表面活性剂废水的分离效率对比示意图；
图6为本发明单级分离和两级分离分离效果对比示意图。
图中：1、空气压缩机；2、稳压阀；3、导管；4、气体缓冲瓶；5、转子流量计；6、泡沫分离塔；7、气体分布器；701、分布通孔；702、装配孔；8、进水管；9、出水管；10、导流区；11、内套筒；12、环隙区；13、泡沫液收集箱；14、压力表；15、取样口；16、调节阀；17、支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
具体实施例一
请参阅图1、2、4和5，一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，实验采用模拟表面活性剂废水十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液为体系，浓度为100mg/L，实验为间歇操作，每批废水的处理量为350mL；在模拟工业废水中通过加入HCl或NaO H调节溶液的pH值；表面活性剂废水溶液经取样口15由塔体的顶部注入，装液量高度350mm，气速＝300mL/min，实验的温度维持在(22±1)℃，液体样品从侧面的取样口15收集；内循环流泡沫分离塔6操作系统，包括空气压缩机1、稳压阀2、导管3、气体缓冲瓶4、转子流量计5、泡沫分离塔6、气体分布器7、分布通孔701、装配孔702、进水管8、出水管9、导流区10、内套筒11、环隙区12、泡沫液收集箱13、压力表14、取样口15、调节阀16和和支架17；空气压缩机1的输出端连接有稳压阀2，且稳压阀2的输出端连接有气体缓冲瓶4，气体缓冲瓶4的输出端连接有转子流量计5，且转子流量计5的输出端连接有导管3，泡沫分离塔6连接于导管3的末端，泡沫分离塔6的下端安装有气体分布器7，气体分布器7的内部开设有分布通孔701和装配孔702，且分布通孔701位于装配孔702的内侧，气体分布器7的材质为不锈钢材质，且分布通孔701的孔径范围为150±10μm，孔间距为4mm，并且分布通孔701于气体分布器7的内部呈等距均匀分布；泡沫分离塔6的下端面连通有进水管8，泡沫分离塔6的右侧下端连接有出水管9，且泡沫分离塔6的右侧上端连接有取样口15，内套筒11安装于泡沫分离塔6的内部，且内套筒11的内侧设置有导流区10，泡沫分离塔6的材质为有机玻璃材质，且泡沫分离塔6的直径为50mm，并且泡沫分离塔6塔高为1200mm，内套筒11直径为28mm，且内套筒11高为320mm；内套筒11外侧面与泡沫分离塔6的内侧面设置有环隙区12，内套筒11的底端连接有支架17，泡沫分离塔6的顶端连接有泡沫液收集箱13，且泡沫液收集箱13的外侧连接有调节阀16，调节阀16的一侧连接有压力表14；泡沫分离塔6由同轴圆筒形内壁和外壁构成，内壁内侧是导流区，内壁外侧与外壁内侧之间是环隙区12；泡沫分离塔6底部设有特制的微孔分布器，气体由空气压缩机1提供，经稳压阀2、导管3、气体缓冲瓶4和转子流量计5进入泡沫分离塔6底部，再经气体分布器7进入泡沫分离塔6中；在气浮过程中，气体通过气体分布器7后可产生微小而均匀的气泡，并在塔内形成环流；泡沫分离塔6体顶部设有泡沫液收集箱13，泡沫液收集箱13安装压力表14指示操作压力，调节阀16用于调节塔内液面压力的大小；分离技术的分离效率由富集比E和回收率R来评价分离效果；泡沫分离塔6的设置显著提高了废水中表面活性剂的富集比和回收率；回收率：
富集比：
式中，Ci表示分离前表面活性剂溶液的初始浓度，Vi表示分离前加入的表面活性剂溶液的体积，Ce表示分离后塔内中表面活性剂溶液的浓度，Ve表示分离后塔内中表面活性剂溶液的体积，Cf表示分离结束时收集器中泡沫溶液的表面活性剂浓度。环流泡沫分离塔6是由简单泡沫塔发展而来，它是将一个套筒插入到简单泡沫塔的液池中，在内套筒11和塔壁之间的空隙形成有效的环流；较普通的泡沫分离塔6相比，环流泡沫塔中内套筒11结构的安装主要有两个目的：一是套筒和塔壁之间的空隙可以形成有效的环流，套筒内部的液体在气体的作用下向上运动，而在套筒和塔壁之间的空隙里液体向下流动；细小的气泡由于受到的浮力很小，会被夹带在环流的液体中，不能离开液面到达泡沫层；这样，构成泡沫层的气泡都是较大的气泡；而较大的气泡所构成的泡沫的持液率是比较低的，这样就提高了泡沫分离的富集比；另外，气泡随液体循环流动，气泡停留时间长，气液接触好；内套筒11还有增加紊流强度和混合作用，使气泡再分散或破碎，以增加溶气和气液吸附速率；因而对于表面合成剂等分子较大扩散慢的体系，应该有更优的分离效果，通过图5中可以看出，环流泡沫分离明显优于普通直塔处理效果。
具体实施例二
请参阅图1-6，一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，实验采用模拟表面活性剂废水十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液为体系，CTAB浓度均为3.0g·L-1，实验为间歇操作，每批废水的处理量为350mL；在模拟工业废水中通过加入HCl或NaO H调节溶液的pH值；表面活性剂废水溶液经取样口15由塔体的顶部注入，装液量高度350mm，气速＝300mL/min，实验的温度维持在(22±1)℃，液体样品从侧面的取样口15收集；内循环流泡沫分离塔6操作系统，包括空气压缩机1、稳压阀2、导管3、气体缓冲瓶4、转子流量计5、泡沫分离塔6、气体分布器7、分布通孔701、装配孔702、进水管8、出水管9、导流区10、内套筒11、环隙区12、泡沫液收集箱13、压力表14、取样口15、调节阀16和支架17；空气压缩机1的输出端连接有稳压阀2，且稳压阀2的输出端连接有气体缓冲瓶4，气体缓冲瓶4的输出端连接有转子流量计5，且转子流量计5的输出端连接有导管3，泡沫分离塔6连接于导管3的末端，泡沫分离塔6的下端安装有气体分布器7，气体分布器7的内部开设有分布通孔701和装配孔702，且分布通孔701位于装配孔702的内侧，气体分布器7的材质为不锈钢材质，且分布通孔701的孔径范围为150±10μm，孔间距为4mm，并且分布通孔701于气体分布器7的内部呈等距均匀分布；泡沫分离塔6的下端面连通有进水管8，泡沫分离塔6的右侧下端连接有出水管9，且泡沫分离塔6的右侧上端连接有取样口15，内套筒11安装于泡沫分离塔6的内部，且内套筒11的内侧设置有导流区10，泡沫分离塔6的材质为有机玻璃材质，且泡沫分离塔6的直径为50mm，并且泡沫分离塔6塔高为1200mm，内套筒11直径为28mm，且内套筒11高为320mm；内套筒11外侧面与泡沫分离塔6的内侧面设置有环隙区12，内套筒11的底端连接有支架17，泡沫分离塔6的顶端连接有泡沫液收集箱13，且泡沫液收集箱13的外侧连接有调节阀16，调节阀16的一侧连接有压力表14；泡沫分离塔6由同轴圆筒形内壁和外壁构成，内壁内侧是导流区，内壁外侧与外壁内侧之间是环隙区12；泡沫分离塔6底部设有特制的微孔分布器，气体由空气压缩机1提供，经稳压阀2、导管3、气体缓冲瓶4和转子流量计5进入泡沫分离塔6底部，再经气体分布器7进入泡沫分离塔6中；在气浮过程中，气体通过气体分布器7后可产生微小而均匀的气泡，并在塔内形成环流；泡沫分离塔6体顶部设有泡沫液收集箱13，泡沫液收集箱13安装压力表14指示操作压力，调节阀16用于调节塔内液面压力的大小；分离技术的分离效率由富集比E和回收率R来评价分离效果；回收率：
富集比：
式中，Ci表示分离前表面活性剂溶液的初始浓度，Vi表示分离前加入的表面活性剂溶液的体积，Ce表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的浓度，Ve表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的体积，Cf表示分离结束时收集器中泡沫溶液的表面活性剂浓度。工艺要求第一级的残液作为第二级的进料液。第二级泡沫分离过程中，随着气体流量从100mL/min增大到300mL/min，CTAB富集比从10.5减小到3.0，回收率从79.5％增大到92.5％。在气体流量为200mL/min时，富集比为6.0，回收率为85.3％，第二级消泡液中CTAB的浓度达到第一级进料液浓度，此消泡液浓度为3.0g·L-1，返回到第一级泡沫分离塔作为进料液。第二级泡沫分离的气体流量为200mL/min。采用两级泡沫分离工艺处理CTAB表面活性剂废水，最终的富集比为7.0，回收率为99.8％。两级泡沫分离大大提高了废水中CTAB的的回收率和富集比；二级处理效果大大优于单级；设置的二级处理效果明显优于一级；通过图6中可以看出第二级最优分离时气体流量，在200时处理效果最好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，包括空气压缩机(1)、泡沫分离塔(6)和内套筒(11)，其特征在于：所述空气压缩机(1)的输出端连接有稳压阀(2)，且稳压阀(2)的输出端连接有气体缓冲瓶(4)，所述气体缓冲瓶(4)的输出端连接有转子流量计(5)，且转子流量计(5)的输出端连接有导管(3)，所述泡沫分离塔(6)连接于导管(3)的末端，所述泡沫分离塔(6)的下端安装有气体分布器(7)，所述泡沫分离塔(6)的下端面连通有进水管(8)，所述泡沫分离塔(6)的右侧下端连接有出水管(9)，且泡沫分离塔(6)的右侧上端连接有取样口(15)，所述内套筒(11)安装于泡沫分离塔(6)的内部，且内套筒(11)的内侧设置有导流区(10)，所述内套筒(11)外侧面与泡沫分离塔(6)的内侧面设置有环隙区(12)，所述内套筒(11)的底端连接有支架(17)，所述泡沫分离塔(6)的顶端连接有泡沫液收集箱(13)，且泡沫液收集箱(13)的外侧连接有调节阀(16)，所述调节阀(16)的一侧连接有压力表(14)。
2.根据权利要求1所述的一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，其特征在于：所述泡沫分离塔(6)的材质为有机玻璃材质，且泡沫分离塔(6)的直径为50mm，并且泡沫分离塔(6)塔高为1200mm，所述内套筒(11)直径为28mm，且内套筒(11)高为320mm。
3.根据权利要求1所述的一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，其特征在于：所述气体分布器(7)的内部开设有分布通孔(701)和装配孔(702)，且分布通孔(701)位于装配孔(702)的内侧。
4.根据权利要求3所述的一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，其特征在于：所述气体分布器(7)的材质为不锈钢材质，且分布通孔(701)的孔径范围为150±10μm，孔间距为4mm，并且分布通孔(701)于气体分布器(7)的内部呈等距均匀分布。
5.根据权利要求1-4所述的一种采用泡沫分离塔处理表面活性剂废水的工艺，其特征在于：所述工艺的具体过程如下：
1)实验采用模拟表面活性剂废水十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液为体系，浓度为100mg/L，实验为间歇操作，每批废水的处理量为350mL；在模拟工业废水中通过加入HCl或NaO H调节溶液的pH值；
2)表面活性剂废水溶液经取样口(15)由塔体的顶部注入，装液量高度350mm，气速＝300mL/min，实验的温度维持在(22±1)℃，液体样品从顶部的取样口(15)收集；
3)内循环流泡沫分离塔操作系统，包括空气压缩机(1)、稳压阀(2)、导管(3)、气体缓冲瓶(4)、转子流量计(5)、泡沫分离塔(6)、气体分布器(7)、分布通孔(701)、装配孔(702)、进水管(8)、出水管(9)、导流区(10)、内套筒(11)、环隙区(12)、泡沫液收集箱(13)、压力表(14)、取样口(15)、调节阀(16)和支架(17)；
4)泡沫分离塔(6)由同轴圆筒形内壁和外壁构成，内壁内侧是导流区，内壁外侧与外壁内侧之间是环隙区；泡沫分离塔(6)底部设有特制的微孔分布器，气体由空气压缩机(1)提供，经稳压阀(2)、导管(3)、气体缓冲瓶(4)和转子流量计(5)进入泡沫分离塔(6)底部，再经气体分布器(7)进入泡沫分离塔(6)中；在气浮过程中，气体通过气体分布器(7)后可产生微小而均匀的气泡，并在塔内形成环流；
5)泡沫分离塔(6)体顶部设有泡沫液收集箱(13)，泡沫液收集箱(13)安装压力表(14)指示操作压力，调节阀(16)用于调节塔内液面压力的大小；
6)分离技术的分离效率由富集比E和回收率R来评价分离效果:
回收率：
富集比：
式中，Ci表示分离前表面活性剂溶液的初始浓度，Vi表示分离前加入的表面活性剂溶液的体积，Ce表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的浓度，Ve表示分离后分离柱中表面活性剂溶液的体积，Cf表示分离结束时收集器中泡沫溶液的表面活性剂浓度。
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