CN113087112A - 一种工业碱渣废水的处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业碱渣废水的处理系统及方法。该处理系统包括：依次连接的碱渣储罐、碱渣换热器、碱渣加热器、氧化反应器以及水洗塔，碱渣换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；氧化反应器出来的氧化水一部分从热源进口进入碱渣换热器中，另一部分进入水洗塔中洗涤碱渣，热源出口连接有中间罐Ⅰ，物料进口与碱渣储罐连接，物料出口连接碱渣加热器；氧化反应器内底部设置有微界面发生器，所述微界面发生器用于分散破碎气体成气泡，所述氧化反应器的底璧上设置有进气口，所述进气口与所述微界面发生器连通。本发明的处理系统操作温度与压力比较低，避免了高温高压带来的安全隐患的发生，实现了能耗低，操作成本低的效果。

Description

一种工业碱渣废水的处理系统及方法

技术领域

本发明涉及工业碱渣废水处理领域，具体而言，涉及一种工业碱渣废水的处理系统及方法。

背景技术

石油炼制与石油化工过程中会产生含有高浓度硫化物和难降解有机物的碱渣废水，其CODcr、硫化物和酚的排放量高达炼油厂污染物排放总量的40％～50％，直接影响到污水处理设施的正常运转和污水的达标排放；同时由于碱渣废水具有强碱性，且含有具有回收价值的有机物。在进入污水处理厂前一般都要用强酸进行中和处理。在中和过程中，废水中的硫化物反应转化为硫化氢，极易逸出，造成环境污染和操作人员中毒，因此碱渣废水的处理一直是困扰石油化工企业的难题。

其中，碱渣缓和湿式氧化脱臭技术是在较高的温度和压力下，温度可达150-200℃，反应压力1-5MPa，通过湿式氧化技术将废碱渣中的无机硫化物和有机硫化物在液相条件下氧化为硫酸盐，从而除去碱渣中的硫化物，避免酸化时产生恶臭物质污染环境。

但是，目前的湿式氧化技术普遍操作温度比较高，压力也比较大，这样不仅对设备要求比较高，能耗高，成本高，也降低了操作安全性，设备容易老化损坏，并且在反应氧化过程中氧气在反应器中的停留时间短，大部分的氧气未进行充分的反应便浮出反应器，这样一来降低了反应效率也增加了处理成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种工业碱渣废水的处理系统，该处理系统通过布设微界面发生器后，提高了两相之间的传质效果，该微界面发生器可以将气泡打碎成微米级别的气泡，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与碱渣废水更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率，同时由于碱渣废水中的氧气被打碎成小气泡后，气体体积变小，从而减缓了气泡上浮的浮力，使得氧气在工业碱渣废水中停留的时间更长，进一步提高反应效率，增加了反应相界面的传质效果后，操作温度与压力也可以适当的降低，从而避免了高温高压带来的一系列安全隐患的发生，实现了能耗低，操作成本低的效果。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述处理系统进行工业碱渣废水的处理方法，该处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的碱渣废水中，有害物去除率可达99％左右，值得广泛推广应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种用于工业碱渣废水处理的处理系统，包括：依次连接的碱渣储罐、碱渣换热器、碱渣加热器、氧化反应器以及水洗塔，碱渣换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；

氧化反应器出来的氧化水一部分从热源进口进入碱渣换热器中，另一部分进入水洗塔中洗涤碱渣，热源出口连接有中间罐Ⅰ，物料进口与碱渣储罐连接，物料出口连接碱渣加热器；

氧化反应器内底部设置有微界面发生器，微界面发生器用于分散破碎气体成气泡，氧化反应器的底璧上设置有进气口，进气口与微界面发生器连通。

现有技术中的湿式氧化技术普遍操作温度比较高，压力也比较大，这样不仅对设备要求比较高，能耗高，成本高，也降低了操作安全性，设备容易老化损坏，并且在反应氧化过程中氧气在反应器中的停留时间短，大部分的氧气未进行充分的反应便浮出反应器，这样一来降低了反应效率也增加了处理成本。

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种专门针对工业碱渣废水处理的处理系统，该处理系统通过在氧化反应器底部设置有微界面发生器，将进入氧化反应器的空气或氧气打碎分散成气泡，使得气泡与废水形成气液乳化物，从而增加了气体与废水之间的相界面积，进一步提高了反应效率，增加了反应相界面的传质效果后，操作温度与压力也可以适当的降低，从而避免了高温高压带来的一系列安全隐患的发生，实现了能耗低，操作成本低的效果。

优选地，所述微界面发生器为气动式微界面发生器。

优选地，所述微界面发生器的个数为2个以上，并排设置在所述氧化反应器的底部，为了增加传质效果，微界面发生器的个数可以为多个。

本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器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反应器、以及其他设备的连接，包括连接结构、连接位置，根据微界面发生器的结构而定，此不作限定。关于微界面发生器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，对本系统中的氧化反应器的高度、长度、直径、废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。

另外，本发明的方案中，先将工业碱渣废水经过碱渣换热器、碱渣加热器进行加热后，再进入氧化反应器中，因为氧化反应的发生需要在高温高压的状态下进行，所以需要对工业碱渣废水预先加热，同时经过氧化反应器反应后的氧化水温度比较高，为了充分利用这部分热量，可以将其通入碱渣换热器中对碱渣废水进行换热。

从氧化反应器中出来的氧化水一部分返回碱渣换热器中用于换热，此时出来的氧化水已经可以实现回用，在用户要求不高的情况下换热后冷却下来的氧化水可以通过中间罐Ⅰ去往中间罐Ⅱ，作为成品进行使用，当用户要求比较高的情况下，氧化水从中间罐Ⅰ继续进入水洗塔进行水洗除渣，经过水洗除渣后的净化水可以直接回用，储存在中间罐Ⅲ中。

当然本发明通过采用了微界面发生器，已经将反应的温度和压力充分降低，氧化反应的温度控制在120-140℃，反应压力控制在0.5-0.6MPa之间。

优选地，碱渣储罐的侧壁设置有碱渣进口，碱渣储罐的底部设置有碱渣出口，从所述碱渣进口进来的碱渣废水沿所述碱渣储罐的侧壁向下延伸一段距离；

所述碱渣出口连接有过滤器，所述过滤器与所述碱渣换热器的物料进口连接。

之所以需要将碱渣废水沿所述碱渣储罐的侧壁向下延伸一段距离，一般是直接将碱渣进口连接一段竖直的管道以实现该功能，目的是如果碱渣废水直接进入碱渣储罐，会造成储罐中的碱渣废水发生波动，所以最好深入到靠近碱渣储罐的下部为好。

优选地，所述过滤器与所述碱渣换热器的连接管道上设置有输送泵。

优选地，所述过滤器的类型可以为板框压滤机、真空压滤机、硅藻土过滤器、板式压滤机、隔膜式压滤机、陶瓷过滤机中的任意一种，优选地为板框压滤机，因为板框压滤机本身造价低，过滤固体杂质的效果也比较好。

优选地，所述处理系统还包括浮油池，所述碱渣储罐的侧壁上还设置有浮油出口，所述浮油池内的底面覆盖有吸附剂层。进入浮油池的废水中还有一部分净水，为了充分回收这部分净水，在浮油池的侧壁靠上的位置上设置有净水出水口，浮油被底部的吸附剂充分吸附后可由浮油池的底部排出，净水则由净水出水口排出。

此外，为了提高浮油池的处理效果在浮油池的进口还设置有隔渣箱，将碱渣充分隔离。

优选地，所述氧化反应器的顶部设置有氧化水出口，所述氧化水出口与所述水洗塔的进料口连通，所述水洗塔的侧壁设置有洗涤水进口，所述洗涤水进口进来的洗涤液经过喷淋头对所述氧化水喷淋除渣。

优选地，所述水洗塔的底部设置有洗涤水出口，所述洗涤水出口出来的洁净水一部分返回所述水洗塔作为冷却洗涤水循环使用，另一部分做为成品采出存放在中间罐Ⅲ中。

在水洗塔内通入洗涤水喷淋与进入的氧化水逆向接触以实现氧化水的净化，为了降低能耗，净化后的氧化水一部分返回水洗塔作为冷却洗涤水循环使用，而另一部分做为成品采出。

优选地，所述水洗塔的顶部设置有放空口用于剩余空气或剩余氧气的排出。

优选地，所述处理系统还包括空压装置，所述空压装置与所述进气口连通，经过空压装置压缩的空气或压缩的氧气通过进气口进入微界面发生器进行分散打碎。

本发明的处理系统中可根据实际需要在相应的连接管道上设置泵体。

本发明的工业碱渣废水的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物去除率可达99％左右，包括一些硫化物、CODcr、以及酚类等有机物。

本发明还提供了一种工业碱渣废水的处理方法，包括如下步骤：

工业碱渣废水经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生氧化反应；

进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器进行分散破碎。

优选地，所述氧化反应的温度为120-140℃，反应压力0.5-0.6MPa。

本发明的工业碱渣废水的处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的碱渣废水中，有害物去除率可达99％左右，值得广泛推广应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的工业碱渣废水的处理系统通过布设了微界面发生器后，提高了两相之间的传质效果，该微界面发生器可以将气泡打碎成微米级别的气泡，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与碱渣废水更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率；

(2)本发明的废水处理系统，结构简单，三废少，实现了氧气的充分回收利用，占地面积小；

(3)本发明的废水处理系统通过布设微界面发生器提高了两相之间的传质效果，降低了能耗以及生产成本，显著提高了氧化反应效率；

(4)充分降低了操作温度以及操作压力，操作温度基本在100℃左右，反应压力维持在0.5MPa左右，实现了能耗低，操作成本低的效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的工业碱渣废水的处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的工业碱渣废水的处理系统的结构示意图。

附图说明：

10-碱渣储罐； 11-碱渣进口；

12-碱渣出口； 13-浮油出口；

20-碱渣换热器； 21-物料进口；

22-物料出口； 23-热源进口；

24-热源出口； 30-碱渣加热器；

40-氧化反应器； 41-氧化水出口；

42-微界面发生器； 43-进气口；

44-空压装置； 50-水洗塔；

51-进料口； 52-洗涤水进口；

53-洗涤水出口； 54-放空口；

60-过滤器； 70-浮油池；

80-中间罐Ⅰ； 90-中间罐Ⅱ；

100-输送泵； 110-气液分离罐；

120-中间罐Ⅲ。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”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“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

参阅图1所示，为本发明实施例一的工业碱渣废水的处理系统，其包括了依次连接的碱渣储罐10、碱渣换热器20、碱渣加热器30、氧化反应器40、水洗塔50以及空压装置44。

其中，碱渣储罐10的侧壁设置有碱渣进口11，碱渣储罐10的底部设置有碱渣出口12，从碱渣进口11进来的碱渣废水沿碱渣储罐10的侧壁向下延伸一段距离，之所以需要往下延伸一段距离，是为了避免进来的碱渣废水对碱渣储罐10里面的液体造成波动，影响后续分离效果。

碱渣换热器20上分别有物料进口21、物料出口22、热源进口23以及热源出口24，氧化反应器40出来的氧化水一部分从热源进口23进入碱渣换热器20中，另一部分进入水洗塔50中洗涤碱渣，热源出口24连接有中间罐Ⅰ80，物料进口21与碱渣储罐10连接，物料出口22连接碱渣加热器30。在碱渣换热器20中，通过将氧化反应器40反应后的氧化水与待处理的碱渣废水实现换热，充分利用了能源，节省了操作成本。

氧化反应器40的顶部设置有氧化水出口41，氧化水出口41与水洗塔50的进料口51连通，氧化水出口出来的氧化水会含有一部分的氧气，因此先在气液分离罐110中进行气液分离，气体从气液分离罐110的顶部回收，液相为氧化水从气液分离罐110的底部去水洗塔50。

水洗塔50的侧壁设置有洗涤水进口52，洗涤水进口52进来的洗涤液经过喷淋头对所述氧化水喷淋除渣。氧化反应器40内底部设置有微界面发生器42，微界面发生器42用于分散破碎气体成气泡，氧化反应器40的底璧上设置有进气口43，进气口43与微界面发生器42连通，空压装置44与进气口43连通，通过空压装置44压缩后的空气或氧气通过进气口43进入到微界面发生器42中，实现气体的粉碎分散，以加强两相之间的传质效果。空压装置44优选为空气压缩机，压缩后的空气或氧气先经过换热器加热后，再进入氧化反应器40中。空气压缩机的类型可以选择为离心式空气压缩机，该种类型的压缩机造价低，使用方便。微界面发生器42的类型为气动式微界面发生器42，微界面发生器42的个数为2个以上，并排设置在氧化反应器40的底部。氧化反应器40出来的氧化水直接去碱渣换热器20进行换热，然后进入中间罐Ⅰ80中，为了满足高质量客户的需求，进一步处理后以提高水体的质量，可从中间罐Ⅰ80一部分去水洗塔50进行精制后处理，另一部分直接存放在中间罐Ⅱ120中。

另外，水洗塔50的底部设置有洗涤水出口53，所述洗涤水出口53出来的洁净水一部分返回所述水洗塔50作为冷却洗涤水循环使用，另一部分做为成品采出存放在中间罐Ⅲ90中，水洗塔50的顶部设置有放空口54用于剩余空气或剩余氧气的排出。除了添加的新鲜洗涤水对氧化水进行洗涤除杂以外，循环返回的洗涤水也可以实现对氧化水进行洗涤除杂，通过循环利用的方式以降低能耗。

参见图2所示，作为本发明的实施例二的工业碱渣废水的处理系统，该处理系统还包括了过滤器60和浮油池70，碱渣储罐10的碱渣出口12连接有过滤器60，过滤器60与碱渣换热器20的物料进口21连接，过滤器60与碱渣换热器20的连接管道上设置有输送泵100。

碱渣储罐10侧壁上的浮油出口13连接有浮油池70，在浮油池70内的底面覆盖有吸附剂层以实现对浮油更好的吸附。通过在处理系统中增设过滤器60与浮油池70，以实现更好的去浮油与残渣的效果。

该过滤器60的类型可以为板框压滤机、真空压滤机、硅藻土过滤器、板式压滤机、隔膜式压滤机、陶瓷过滤机中的任意一种，优选地为板框压滤机。

在上述两个实施例中，微界面发生器42并不局限于一个，为了增加分散、传质效果，也可以多增设额外的微界面发生器42，尤其是微界面发生器42的安装位置不限，可外置也可内置，内置时还可以采用安装在釜内的侧壁上相对设置的方式，以实现从微界面发生器42的出口出来的微气泡发生对冲。

在上述两个实施例中，泵体的个数并没有具体要求，可根据需要在相应的位置上设置。

以下简要说明本发明的工业碱渣废水的处理系统的工作过程和原理：

氮气吹扫碱渣储罐10、碱渣换热器20、碱渣加热器30、氧化反应器40、水洗塔50的管线以及氧化反应器40内部后，工业碱渣废水通过碱渣进口11通入到碱渣储罐10中，为了避免液体的波动从碱渣进口11进来的工业碱渣废水通过罐内竖直的管道沿罐壁向下延伸一段距离，碱渣储罐10内的工业碱渣废水从碱渣储罐10底部去过滤器60过滤残渣，浮在废水表面的浮油通过溢流的方式从浮油出口13去浮油池70进行进一步的处理。

经过过滤器60去杂的工业碱渣废水经过输送泵100送入到碱渣换热器20中进行换热后，再经过碱渣加热器30进行进一步的加热，加热后的碱渣废水进入到氧化反应器40中进行氧化处理，压缩空气或压缩氧气从氧化反应器40的底部通入，先经过微界面发生器42处理后再进行氧化反应，以提高相界面的传质效率。

氧化反应器40的反应温度为120-140℃，反应压力0.5-0.6MPa。

氧化反应器40中氧化反应后的氧化水从氧化反应器40的顶部一部分返回碱渣换热器20中换热冷却处理后，输送到中间罐Ⅱ120中储存，另一部分进入到水洗塔50中采用洗涤水水洗除杂后，送往中间罐Ⅲ90储存。

水洗塔50中的洗涤水既可以采用新鲜补充的洗涤水喷淋洗涤，也可以采用洗涤后的氧化水循环返回水洗塔50作为洗涤水喷淋洗涤，节约能源。

中间罐Ⅱ120以及中间罐Ⅲ90出来的水继续进行后续的处理，比如除盐后，回收有价值的成分。

以上各个工艺步骤循环往复，以使整个处理系统平稳的运行。

本发明的处理系统通过铺设微界面发生系统，降低了氧化反应器的压力以及温度，充分降低了能耗。与现有技术工业碱渣废水的处理系统相比，本发明的处理系统设备组件少、占地面积小、能耗低、成本低、安全性高、反应可控，值得广泛推广应用。

总之，本发明的工业碱渣废水的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物去除率可达99％左右，包括一些硫化物、CODcr、以及酚类等有机物。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种工业碱渣废水的处理系统，其特征在于，包括：依次连接的碱渣储罐、碱渣换热器、碱渣加热器、氧化反应器以及水洗塔，所述碱渣换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；

所述氧化反应器出来的氧化水一部分从所述热源进口进入所述碱渣换热器中，另一部分进入所述水洗塔中洗涤碱渣，所述热源出口连接有中间罐Ⅰ，所述物料进口与所述碱渣储罐连接，所述物料出口连接所述碱渣加热器；

所述氧化反应器内底部设置有微界面发生器，所述微界面发生器用于分散破碎气体成气泡，所述氧化反应器的底璧上设置有进气口，所述进气口与所述微界面发生器连通。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述碱渣储罐的侧壁设置有碱渣进口，所述碱渣储罐的底部设置有碱渣出口，从所述碱渣进口进来的碱渣废水沿所述碱渣储罐的侧壁向下延伸一段距离；

所述碱渣出口连接有过滤器，所述过滤器与所述碱渣换热器的物料进口连接；

优选地，所述过滤器与所述碱渣换热器的连接管道上设置有输送泵。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括浮油池，所述碱渣储罐的侧壁上还设置有浮油出口，所述浮油池内的底面覆盖有吸附剂层。

4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器。

5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述微界面发生器的个数为2个以上，并排设置在所述氧化反应器的底部。

6.根据权利要求1-5任一项所述的处理系统，其特征在于，所述氧化反应器的顶部设置有氧化水出口，所述氧化水出口与所述水洗塔的进料口连通，所述水洗塔的侧壁设置有洗涤水进口，所述洗涤水进口进来的洗涤液经过喷淋头对所述氧化水喷淋除渣。

7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述水洗塔的底部设置有洗涤水出口，所述洗涤水出口出来的洁净水一部分返回所述水洗塔作为冷却洗涤水循环使用，另一部分做为成品采出；

优选地，所述水洗塔的顶部设置有放空口用于剩余空气或剩余氧气的排出。

8.根据权利要求1-5任一项所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括空压装置，所述空压装置与所述进气口连通。

9.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述过滤器为板框压滤机。

10.采用权利要求1-9任一项所述处理系统的工业碱渣废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

工业碱渣废水经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生氧化反应；

进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器进行分散破碎；

优选地，所述氧化反应的温度为120-140℃，反应压力0.5-0.6MPa。

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