CN113087251A

CN113087251A - 一种苯类废水的处理系统及方法

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Publication number: CN113087251A
Application number: CN201911334001.9A
Authority: CN
Inventors: 张志炳; 周政; 张锋; 李磊; 孟为民; 王宝荣; 杨高东; 罗华勋; 杨国强; 田洪舟; 曹宇
Original assignee: Nanjing Institute of Microinterface Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Institute of Microinterface Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-07-09

Abstract

本发明提供了一种苯类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，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；氧化反应器内下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，进气口与所述微界面发生器通过管道连接。本发明的处理系统通过布设了微界面发生器后，充分降低了废水处理系统的温度与压力，实现了能耗低，操作成本低的效果。

Description

一种苯类废水的处理系统及方法

技术领域

本发明涉及苯类废水处理领域，具体而言，涉及一种苯类废水的处理系统及方法。

背景技术

苯类废水指废水中混有苯类有机污染物的污水。苯类有机污染物如苯、甲苯、氯苯、二甲苯是比较常见的污染物，这些有机物都是石油化工行业中的重要原料，在其生产力口工、贮存运输、使用过程中造成的泄漏都会影响环境地表水、地下水，从而造成水的污染问题。这类污染物均是毒性较强，具有“致癌、致畸、致突变”等作用，它们一旦进入水体，将对人类健康构成极大的威胁，因此关于水体中苯类有机污染物的控制与修复己引起人们越来越广泛的关注。

苯类污染物性质稳定，在环境中不易降解，常规的吸附、絮凝等处理工艺很难有效处理。目前的处理方法主要有吸附法、化学氧化法、微生物法等。

化学氧化法包括臭氧氧化，芬顿氧化，湿式氧化等。湿式氧化适用性广，处理效果好，应用该方法处理苯类废水的研究日益受到重视。湿式氧化法(WAO)是一种以氧作为氧化剂，在高温、高压下处理高浓度的有机废水的方法。WAO通常是在高温(125～320℃)、高压(0.5～20MPa)条件下通入空气(或纯氧)，使苯类废水中的高分子有机物直接氧化降解为无机物或小分子有机物，如CO₂、N₂、NH₃和H₂O等物质。

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苯类废水的处理系统，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，使得氧气可以与苯类废水更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率，同时由于苯类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，使得氧气在苯类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苯类废水的处理方法，该处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的苯类废水中，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处理苯类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；

所述氧化反应器内下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通过管道连接。

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，操作过程也更为繁杂。

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种专门针对苯类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。

本发明所述的苯类废水是指含有下述结构化合物的一种或多种：

其中，Y为H、OH、CN、CH₂CN、XCN、C1-C6的烷基、烯烃基、炔烃基、饱和或不饱和环烃基、-Cl、-F、-Br、-I、卤代烷基、卤代烯烃基或羟基烷基：XCN的X为C2-C6的烷基、烯烃基、炔烃基、氨基。

上述苯类废水中苯类有机污染物的浓度为0.01-5％之间。

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下部，每个微界面发生器的底部连接有支管，所有支管汇总后与总管连接，所述总管连通所述进气口；为了增加传质效果，微界面发生器的个数可以为多个。

优选地，所述微界面发生器的个数为3个，既可以兼顾到成本，又能保证传质效果。

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。

本发明的微界面发生器通过内设管道的方式将其设置在氧化反应器内中下部的位置，管道可以起到固定支撑微界面发生器的作用，每个微界面发生器都与一个支管连接，然后所有支管汇总到一个总管，总管再与进气口连接，这样设计微界面发生器的位置，可以使得分散打碎后的气体与液体更好的实现两相之间的传质。

另外，在本发明的方案中，先将苯类废水经过废水换热器、废水加热器进行加热后，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，所以需要对苯类废水预先加热，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，可以将其通入废水换热器中对待处理的苯类废水进行加热。

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200-220℃，反应压力控制在2-3MPa之间。

为了回收苯类废水中的资源、降低苯类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苯类废水进行预处理，所述预处理包括过滤以及离子膜交换等预处理手段，当然根据实际的工况对于其他的一些预处理方式也可以采用。

因此，在本发明苯类废水的处理系统中，还包括了过滤器，所述过滤器与原水罐连接；

优选地，所述过滤器与所述原水罐的连接管道上设置有原水泵。

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、多介质过滤器中的任意一种，优选地为多介质过滤器，多介质过滤器内的多介质滤料可以为优质均粒砾石、石英砂、磁铁矿、无烟煤等滤料，这些滤料根据其比重和粒径的大小在过滤器罐体内科学有序的分布，如比重小而粒径稍大的无烟煤放在滤床的最上层，比重适中和粒径小的石英砂放在滤床的中层，比重大和粒径大的砾石放在滤床的最下层。这样的配比保证了过滤器在进行反洗的时候不会产生乱层现象，从而保证了滤料的截留能力。通过过滤器后，以去除污水中的杂质、吸附油等，使水质符合要求。

优选地，所述处理系统还包括离子交换器，所述离子交换器位于所述过滤器与所述废水换热器之间。离子交换器的作用用于软化水质，除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，避免硬度太大、处理液中的盐过饱和容易阻塞设备和管道，降低盐对设备和管道的腐蚀。

优选地，所述废水换热器与所述离子交换器的连接管道上设置有输送泵。

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。

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。

本发明的苯类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苯类废水的处理方法，包括如下步骤：

苯类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200-220℃，反应压力2-3MPa。

本发明的苯类废水的处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的苯类废水中，有害物、COD去除率可达99％左右，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)本发明苯类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，使得氧气可以与苯类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200℃左右，反应压力维持在2MPa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为本发明实施例提供的苯类废水的处理系统的结构示意图。

附图说明：

10-原水罐； 20-过滤器；

30-离子交换器； 40-原水泵；

50-废水换热器； 51-物料进口；

52-物料出口； 53-热源进口；

54-热源出口； 60-废水加热器；

70-氧化反应器； 71-氧化水出口；

72-微界面发生器； 73-进气口；

74-空压装置； 75-放空口；

80-输送泵； 90-成品罐；

100-气液分离罐。

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，为本发明实施例一的苯类废水的处理系统，其包括了依次连接的原水罐10、废水换热器50、废水加热器60、氧化反应器70以及空压装置74。

其中，废水换热器50上分别有物料进口51、物料出口52、热源进口53以及热源出口54，氧化反应器70出来的氧化水从所述热源进口53进入所述废水换热器50中，所述热源出口54连接有成品罐90，所述物料进口51与所述原水罐10连接，所述物料出口52连接所述废水加热器60，在废水换热器50中，通过将氧化反应器70反应后的氧化水与待处理的苯类废水换热，从而达到充分利用能源的效果。

氧化反应器70的侧上部设置有氧化水出口71，氧化水出口71通过管道与热源进口53连接，氧化反应器70内下部设置有微界面发生器72，所述微界面发生器72用于分散破碎气体成气泡，所述氧化反应器70的底璧上设置有进气口73，所述进气口73与所述微界面发生器72通过管道连接，空压装置74与进气口73连通，通过空压装置74压缩后的空气或氧气通过进气口73进入到微界面发生器72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74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，再进入氧化反应装置中。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72的类型为气动式微界面发生器72，微界面发生器72的个数为3个，并排设置在氧化反应器70的下部，每个微界面发生器72的底部连接有支管，所有支管汇总后与总管连接，总管连通所述进气口73。氧化反应器70出来的氧化水会含有一部分的氧气，因此先在气液分离罐100中进行气液分离，气体从气液分离罐100的顶部回收，液相为氧化水从气液分离罐100的底部去废水换热器50进行换热，换热后冷却下来输送到成品罐90中储存。

该处理系统还包括了过滤器20、离子交换器30，过滤器20与原水罐10连接，过滤器20与原水罐10的连接管道上设置有原水泵40，过滤器20的类型为多介质过滤器20。离子交换器30的设置位置位于过滤器20与废水换热器50之间，废水换热器50与离子交换器30的连接管道上设置有输送泵80。通过设置过滤以及离子交换等预处理环节，达到软化水质，除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物的目的。

在上述实施例中，微界面发生器72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72，尤其是微界面发生器72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72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苯类废水的处理系统的工作过程和原理：

氮气吹扫原水罐10、废水换热器50、废水加热器60、氧化反应器70的管线以及氧化反应器70内部后，原水罐10内的苯类废水通过原水泵40送到多介质过滤器20中过滤残渣，过滤处理后的废水输送到离子交换器30中进行软化处理。

经过离子交换器30软化后的苯类废水经过输送泵80送入到废水换热器50中进行换热后，再经过废水加热器60进行进一步的加热，加热后的苯类废水进入到氧化反应器70中进行氧化处理，压缩空气或压缩氧气从氧化反应器70的底部通入，先经过微界面发生器72处理后再进行氧化反应，以提高相界面的传质效率，氧化反应器的顶部设置有放空口75。

氧化反应器70的反应温度为200-220℃，反应压力2-3MPa。

氧化反应器70中氧化反应后的氧化水从氧化反应器70的顶部返回废水换热器50中换热冷却处理后，输送到成品罐90中储存。

成品罐90出来的水继续进行后续的除盐处理，以回收可以再利用的产品。

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。与现有技术苯类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，本发明的苯类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

1.一种苯类废水的处理系统，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；

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过滤器，所述过滤器与原水罐连接；

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离子交换器，所述离子交换器位于所述过滤器与所述废水换热器之间。

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下部，每个微界面发生器的底部连接有支管，所有支管汇总后与总管连接，所述总管连通所述进气口。

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。

7.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述废水换热器与所述离子交换器的连接管道上设置有输送泵。

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，所述过滤器为多介质过滤器。

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

优选地，所述氧化反应的温度为200-220℃，反应压力2-3MPa。