CN113087248B - 一种羟基喹啉生产中废水的处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种羟基喹啉生产中废水的处理系统及方法。该处理系统包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水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从所述热源进口进入废水换热器中，热源出口连接有成品罐，物料进口与原水罐连接，物料出口连接废水加热器；氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生器，微界面发生器上设置有进气口以及废水进口。本发明的处理系统通过布设了微界面发生系统后，提高反应相界面的接触，在操作条件比较温和的条件下，也可保证良好的废水处理效果。

Description

一种羟基喹啉生产中废水的处理系统及方法

技术领域

本发明涉及羟基喹啉生产中废水处理领域，具体而言，涉及一种羟基喹啉生产中废水的处理系统及方法。

背景技术

8-羟基喹啉为白色或淡黄色结晶或结晶性粉末，不溶于水和乙醚，溶于乙醇、丙酮、氯仿、苯或稀酸，能升华，腐蚀性较小，低毒，广泛用于金属的测定和分离，还有制染料和药物的中间体，另外还可以作为杀菌剂之用，用途非常广泛，鉴于其应用的广泛性，因此其生产量也比较大，现如今主要合成方法是由邻氨基苯酚、邻硝极苯酚、甘油和浓硫酸经Skaup反应而得，由于生产量比较大，合成工艺中会产生大量的废水废液。

8-羟基喹啉主要用于生产酸性染料、直接染料、活性染料和变色酸，其在合成制备过程中会产生大量的废水废液，该类废水的特点为：高浓度、高色度、高含盐量、高悬浮物、毒性大。这些产生的废水废液pH一般在6-8之间，COD在1万mg/L左右，有机物含量比较高，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水，如果后续不加以很好的处理，会对环境以及人类有很大的危害，污染环境。

现有技术中，针对该类废液的处理方法主要依靠吸附法、混凝法、萃取法、光催化氧化法、催化湿式氧化法、Fenton及类Fenton氧化法、电化学法以及各种综合处理工艺，但是这些处理工艺操作比较复杂，大多数处理工艺处理后的废水并不达标，还需要进行进一步的深化处理后才能达到排放标准，这样一来无形之中增加了操作成本，延长了操作周期，配套的人力、物力成本也随之上升。

其中，采用的湿式氧化技术是在较高的温度和压力下，温度可达150-200℃，压力可达3-5MPa，如此高温、高压操作条件下，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羟基喹啉生产中废水的处理系统，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，使得氧气可以与羟基喹啉生产中废水更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率，使得氧气在羟基喹啉生产中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，从而操作温度与压力可以适当的降低，避免了高温高压带来的一系列安全隐患的发生，具有能耗低、成本低、处理效果优异等优点。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述处理系统进行羟基喹啉生产中废水的处理方法，该处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的羟基喹啉生产中废水中，有害物去除率可达99％。

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处理羟基喹啉生产中废水的废水处理系统，包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水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从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述物料进口与所述原水罐连接，所述物料出口连接所述废水加热器；

所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生器，所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气。

本发明所需处理的羟基喹啉生产中废水，该废水的特点为：高浓度，高色度，高含盐量，高悬浮物，毒性大，不仅COD值高，而且盐含量也较高，可生化性差，现有技术中主要采用的是吸附法、混凝法、萃取法、光催化氧化法、催化湿式氧化法、Fenton及类Fenton氧化法、电化学法，其中比较常用的为湿式氧化法，该方法是在较高的温度和压力下，温度可达150-200℃，压力可达3-5MPa，如此高温、高压操作条件下，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羟基喹啉生产中废水处理的处理系统，该处理系统通过在氧化反应器的外侧设置微界面发生器，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，使得氧气尽可能的多融入到废水中，这样通过提升了传质效果后，可充分降低温度和压力的操控条件，压力1.5-2MPa之间，温度130-140℃之间，可保证在温和的操作条件下对废水进行处理。

另外，本发明的微界面发生器优选为气动式微界面发生器，通过将压缩后的空气或氧气通入微界面发生器后，与废水接触后破碎形成微气泡的形式，提高传质效果。

本发明的微界面发生器是放置在氧化反应器外侧的，之所以采用外置的方式，因为这种方式维修方便，易拆卸，方便操作。

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可实现在多相反应介质进入反应器之前，将多相反应介质中的气相和/或液相在微界面发生器中通过机械微结构和/或湍流微结构，以预设作用方式破碎成直径为微米级别的微气泡和/或微液滴，以增大反应过程中气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积，提高各反应相之间的传质效率，在预设温度和/或预设压强范围内强化多相反应。

该微界面发生器可用于气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固等多相反应介质进行的反应，其具体结构可根据流经介质的不同进行自由选择，关于其具体结构以及具体功能作用之前的专利、文献中也有相应的记载，在此不做额外赘述。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，在本发明的方案中，为了回收羟基喹啉生产中废水中的资源、降低羟基喹啉生产中废水的湿式氧化难度、提高废水的COD去除率，最好在湿式氧化之前先对羟基喹啉生产中废水进行预处理，预处理的方法包括中和、沉淀、脱色等预处理手段，当然根据实际的工况，对于其他的一些预处理方式也可以相应的采用。

因此，在本发明羟基喹啉生产中废水的处理系统中，还包括了中和池、沉淀池，所述原水罐依次连接所述中和池以及所述沉淀池。在中和池中添加稀硫酸先对废水进行中和，中和处理后的废水进入沉淀池中，添加混凝剂沉淀后继续进行下个环节的处理。

优选地，所述处理系统还包括第一过滤池、脱色池、以及第二过滤池，所述沉淀池依次连接所述第一过滤池、所述脱色池以及所述第二过滤池。由于羟基喹啉生产中的废水本身色度比较高，因此脱色也是至关重要的，所以该处理系统先经过过滤环节后，在脱色池中添加氧化脱色剂、絮凝剂进行脱色处理，脱色处理后的废水再在第二过滤池中过滤处理，就可以进入后续的湿式氧化工段进行进一步的有机物的去除操作。

优选地，所述处理系统还包括烘干器，所述沉淀池以及所述第二过滤池的底部通过管道与所述烘干器连接，以用于沉淀、过滤残渣的烘干。沉淀池以及第二过滤池的底部会有一部分的沉淀和残渣，将这部分废物从底部排出后为了便于后续的无害化处理，增加了烘干器烘干处理，烘干处理后的沉淀和残渣可实现迅速取出，提高了工作效率。

优选地，所述第二过滤池与所述废水换热器之间设置有输送泵。

优选地，所述氧化反应器的侧上部设置有氧化水出口，所述氧化水出口通过管道与热源进口连接。

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。从空压装置来的压缩空气或氧气最好先在气体加热装置中加热，再进入到微界面发生器中，气体加热装置优选为换热器，因此在空压装置与微界面发生器上的进气口之间连接的管道上还设置有气体加热装置。

优选地，所述处理系统还包括气液分离罐，所述氧化水出口出来的氧化水进入所述气液分离罐实现气液分离后，从所述热源进口进入到所述废水换热器中。

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。

本发明的羟基喹啉生产中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。

除此之外，本发明还提供了一种羟基喹啉生产中废水的处理方法，包括如下步骤：

羟基喹啉生产中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系统进行分散破碎。

上述氧化反应的反应温度为130-140℃之间，反应压力为1.5-2MPa之间，通过采用了微界面发生系统后，充分降低了操作温度和压力，使得整个操作过程更加温和，也提升了操作的安全性。

本发明的羟基喹啉生产中废水的处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的羟基喹啉生产中废水中，有害物、COD去除率可达99％，减少了工业废物的排放，更加环保，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)本发明羟基喹啉生产中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，使得氧气可以与羟基喹啉生产中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系统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)本发明的处理系统充分降低了操作温度以及操作压力，操作温度基本在130-140℃之间，反应压力维持在1.5-2MPa之间，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为本发明实施例提供的羟基喹啉生产中废水的处理系统的结构示意图。

附图说明：

10-原水罐； 20-中和池；

30-沉淀池； 40-第一过滤池；

50-脱色池； 60-第二过滤池；

70-烘干器； 80-废水换热器；

81-物料进口； 82-物料出口；

83-热源进口； 84-热源出口；

90-废水加热器； 100-氧化反应器；

101-氧化水出口； 102-微界面发生器；

1021-进气口； 1022-废水进口；

103-气体加热装置； 104-空压装置；

105-放空口； 110-气液分离罐；

120-输送泵； 130-成品罐。

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，为本发明实施例的羟基喹啉生产中废水的处理系统，其包括了依次连接的原水罐10、废水换热器80、废水加热器90、氧化反应器100以及空压装置104。

其中，废水换热器80上分别有物料进口81、物料出口82、热源进口83以及热源出口84，氧化反应器100出来的氧化水从所述热源进口83进入废水换热器80中，所述热源出口84连接有成品罐130，物料进口81与原水罐10连接，物料出口82连接废水加热器90，在废水换热器50中，通过将氧化反应器100反应后的氧化水与待处理的羟基喹啉生产中废水换热，从而达到充分利用能源的效果。

氧化反应器100的外侧设置有微界面发生器102，微界面发生器102用于分散破碎气体成气泡，在微界面发生器102上分别设置有进气口1021与废水进口1022，空压装置104与进气口1021连通，通过空压装置104压缩后的空气或氧气通过进气口1021进入到微界面发生器102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104优选为空气压缩机。空压装置压缩后的空气或氧气先经过气体加热装置103预加热后，再进入微界面发生器102中，以提高反应的效率。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。废水进口1022进来的液相为从氧化反应器100内循环回来的废水。

微界面发生器102的类型为气动式微界面发生器，微界面发生器102可采用管道加固的方式。

氧化反应器100的侧上部设置有氧化水出口101，氧化水出口101出来的氧化水先经过气液分离罐110进行气液分离，然后从气液分离罐110的底部出来通过管道与热源进口83连接，氧化反应器100出来的氧化水去废水换热器80进行换热，换热后冷却下来输送到成品罐130中储存。成品罐130出来的水可以继续进行后续的除盐处理，除盐采用现有技术的常规手段即可。氧化反应器的顶部设置有放空口105。

该处理系统还包括了中和池20、沉淀池30、第一过滤池40、脱色池50、第二过滤池60、烘干器70的预处理系统，经过预处理系统脱离杂质后的废水经过输送泵120进入到废水换热器80中。

在上述实施例中，微界面发生器并不局限于个数，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，尤其是微界面发生器的安装位置不限，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羟基喹啉生产中废水的处理系统的工作过程和原理：

首先，氮气吹扫原水罐10、废水换热器80、废水加热器90、氧化反应器100的管线以及氧化反应器100内部后，原水罐10内的羟基喹啉生产中废水送到中和池20中添加硫酸中和、中和处理后的废水进入沉淀池30中，添加混凝剂沉淀后继续进行下个环节的处理。

紧接着，废水在第一过滤池40过滤后，在脱色池50中添加氧化脱色剂、絮凝剂进行脱色处理，再在第二过滤池60中过滤处理。沉淀池30以及第二过滤池60的底部通过管道与烘干器70连接，以用于沉淀、过滤残渣的烘干。

然后，羟基喹啉生产中废水经过输送泵120送入到废水换热器80中进行换热后，再经过废水加热器90进行进一步的加热，加热后的羟基喹啉生产中废水进入到氧化反应器100中进行氧化处理，压缩空气或压缩氧气从氧化反应器100的侧方的微界面发生器102进入，经过微界面发生器102的分散破碎成微气泡后，以达到强化氧化反应进行的效果，提高相界面的传质效率，为了提高安全性，在氧化反应器100的顶部设置有放空口105。

最后，氧化反应器100中氧化反应后的氧化水从氧化反应器的顶部返回废水换热器80中换热冷却处理后，输送到成品罐130中储存。

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，保证了湿式氧化在比较温和的压力与温度条件下进行。与现有技术羟基喹啉生产中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，本发明的羟基喹啉生产中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、COD去除率可达99％。

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 (8)

1.一种羟基喹啉生产中废水的处理系统，其特征在于，包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水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从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述物料进口与所述原水罐连接，所述物料出口连接所述废水加热器；

所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生器，所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气；

所述微界面发生器为气动式微界面发生器；

所述羟基喹啉生产中废水的处理方法包括如下步骤：

羟基喹啉生产中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系统进行分散破碎；

氧化反应的温度控制在130-140℃之间，压力控制在1.5-2MPa之间。

2.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中和池、沉淀池，所述原水罐依次连接所述中和池以及所述沉淀池。

3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括第一过滤池、脱色池、以及第二过滤池，所述沉淀池依次连接所述第一过滤池、所述脱色池以及所述第二过滤池。

4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括烘干器，所述沉淀池以及所述第二过滤池的底部通过管道与所述烘干器连接，以用于沉淀过滤残渣的烘干；

所述第二过滤池与所述废水换热器之间设置有输送泵。

5.根据权利要求1-4任一项所述的处理系统，其特征在于，所述氧化反应器的侧上部设置有氧化水出口，所述氧化水出口通过管道与所述热源进口连接。

6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括气液分离罐，所述氧化水出口出来的氧化水进入所述气液分离罐实现气液分离后，从所述热源进口进入到所述废水换热器中。

7.根据权利要求1-4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。

8.根据权利要求7所述的处理系统，其特征在于，所述空压装置与所述进气口连通的管道上设置有气体加热装置。

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