CN113735302A - 一种去除冷轧生化出水中scod和总氮的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，包括：所述冷轧生化出水通过进水泵进入臭氧催化塔，在臭氧催化塔中水流和气流为同向流，都从底部流向顶部；臭氧反应器的供气量70～175Nm3/h，臭氧浓度为105～185mg/L，冷却水量为1.5～2Nm3/h；臭氧催化塔中放置锰铁改性炭基催化剂，占整个臭氧催化塔体积的80～95％；冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为25～45min；上述得到的冷轧生化出水通过一级提升泵进入改性活性炭吸附塔，改性活性炭吸附塔中放置改性活性炭，改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的75～85％；冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为20～35min。本发明处理效果稳定，生产运行成本低，属于钢铁绿色环保生产工艺系统。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种冷轧生化出水中溶解性化学需氧量(Solluted Chemical oxigen demand,简称SCOD)和总氮的技术方案。
背景技术
钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。
冷轧废水主要来自轧机机组、磨辊间和带钢脱脂机组等各机组的油库排水。经过常规处理后的冷轧废水含有很高的溶解性有机污染物和总氮。表征溶解性有机物的指标为溶解性化学需氧量(Solluted Chemical oxigen demand,简称SCOD)。冷轧生化出水若未经处理而直接排放，势必会对水体环境产生极大的危害。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，根据冷轧废水生化出水的水质水量情况，开发出高效的处理工艺和装置。开发冷轧生化出水处理工艺和装置，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
本发明的技术方案是，一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，
a.所述冷轧生化出水通过进水泵进入臭氧催化塔，在臭氧催化塔中水流和气流为同向流，都从底部流向顶部；臭氧反应器的供气量70～175Nm3/h，臭氧浓度为105～185mg/L，冷却水量为1.5～2Nm3/h；
臭氧催化塔中放置锰铁改性炭基催化剂，占整个臭氧催化塔体积的80～95％；冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为25～45min；所述锰铁改性炭基催化剂由煤制活性炭粉末经稀盐酸溶液清洗后，按比例在每升11～17％质量比的硫酸锰溶液中，加入67～89mg的三氯化铁形成混合溶液，进混合溶液浸渍后，370～430℃烧结冷却而得；
b.上述得到的冷轧生化出水通过一级提升泵进入改性活性炭吸附塔，改性活性炭吸附塔中放置改性活性炭，改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的75～85％；冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为20～35min。
经过处理的冷轧生化出水通过排水泵排放。上述硫酸锰溶液以金属元素计算。
步骤a中，反应器会发热，所以需要冷却。改性活性炭为木质活性炭浸渍后，经低温焙烧而得。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，步骤a所述臭氧塔的底部为臭氧进气口；所述臭氧反应器的气源为空气源。
处理前冷轧生化出水中的水质特征：pH为7.1～8.3，SCOD为47～82mg/L，总氮为11～16mg/L。
经过臭氧催化塔后，冷轧生化出水中pH为7.1～8.3，SCOD为23～37mg/L，总氮为7～12mg/L。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为28～40min；冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为22～30min。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，所述锰铁改性炭基催化剂制备方法如下：
1)活性炭载体的选型：选取煤制活性炭粉末，比表面积850～960m2/g，总孔容积0.8～1.1cm3/g，亚甲基蓝吸附值130～180mg/g；
2)载体的清洗：活性炭载体用0.1～0.5％稀盐酸溶液清洗1～3次，再用清水清洗2-5次，然后在100-120℃烘干设备中烘干1～1.5小时，冷却；
3)溶液的配制：配制溶液浓度为11～17％(以金属元素计算)硫酸锰溶液，按比例在每升硫酸锰溶液中加入67～89mg的三氯化铁，然后搅拌2～3小时，形成浸渍溶液；
4)载体浸渍：活性炭载体在浸渍溶液中，在60-80℃的恒温箱中浸渍6～11小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干；
5)高温烧结：将活性炭载体放在放入以氮气作为保护气体的高温炉中，先5～7℃/min升温至120～130℃，恒温焙烧1～2小时，然后3～6℃/min升温至370～430℃，恒温焙烧2～4小时，然后自然冷却，制备得到锰铁改性炭基催化剂。
该催化剂可以产生高浓度的羟基自由基，羟基自由基浓度高达126.7×10-6～789.72×10-6mol/L。
锰铁改性炭基催化剂针对冷轧生化出水中的SCOD专门开发的，催化剂将臭氧分解为羟基活性基团,羟基活性基团能有效的降解冷轧生化出水中SCOD，将它们转化为二氧化碳和小分子有机物。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，步骤1)所述煤质活性炭的粒度为180～210目；步骤2)所述烘干设备为鼓风干燥箱；步骤3)所述搅拌速度为75～95转/分钟。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，步骤4)所述恒温箱的温度为65-75℃。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，所述改性活性炭的制备为：
1)选取木质活性炭，比表面积890～1050m2/g，总孔容积0.9～1.2cm3/g，亚甲基蓝吸附值110～140mg/g；
2)溶液的配制：配制溶液浓度为2～6％氢氧化钠溶液，在每升氢氧化钠溶液中加入50～120mg的氯化镁，形成碱性氯化镁浸渍溶液；
3)载体浸渍：木质活性炭在浸渍溶液中，在40～45℃的恒温箱中浸渍10～13小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干；
4)低温焙烧：将载体放在130～155℃条件下恒温焙烧2～4小时，然后自然冷却,制备得到改性活性炭。
改性活性炭针对冷轧生化出水特性而专门开发。
分别采用煤质活性炭和木质活性炭两种活性炭来制备本发明的改性催化剂和改性活性炭，可以产生浓度更高的羟基自由基。
进一步地，步骤1)所述木质活性炭的粒度为100～150目；步骤4)所述恒温焙烧设备为鼓风加热箱。
根据本发明的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，优选的是，经过改性活性炭吸附塔处理后冷轧生化出水pH为7.2～8.3，SCOD为11～22mg/L，总氮为4～8mg/L。
本发明还提供了上述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理装置，包括进水泵，与所述进水泵连接的臭氧催化氧化塔，所述臭氧催化氧化塔下端连接有臭氧发生器，锰铁改性炭基催化剂置于所述臭氧催化氧化塔内，所述臭氧催化氧化塔顶部出口与一级提升泵连接，所述一级提升泵与改性活性炭吸附塔连接，改性活性炭置于所述改性活性炭吸附塔内；改性活性炭吸附塔出口连接有排水泵；
锰铁改性炭基催化剂占整个臭氧催化塔体积的80～95％，
改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的75～85％。
本发明的有益效果是：
本发明首次提出了完整的去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的技术方案。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺系统。通过采用特定的锰铁改性炭基催化剂和改性活性炭，处理后冷轧生化出水pH为7.2～8.3，SCOD为11～22mg/L，总氮为4～8mg/L。处理效果稳定，生产运行成本低。
附图说明
图1本发明的去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理工艺。
图中，进水泵1、臭氧催化氧化塔2、臭氧发生器3、锰铁改性炭基催化剂4、一级提升泵5、改性活性炭吸附塔6、改性活性炭7，排水泵8。
具体实施方式
实施例1：
一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理系统，包括进水泵、臭氧催化氧化塔、臭氧发生器、锰铁改性炭基催化剂、一级提升泵、改性活性炭吸附塔、改性活性炭，排水泵。
所述冷轧生化出水中的水质特征：pH为7.4，SCOD为66mg/L，总氮为14mg/L。
所述冷轧生化出水通过进水泵进入臭氧催化塔，臭氧塔的底部为臭氧进气口，在臭氧催化塔中水流和气流为同向流，都从底部流向顶部。臭氧反应器为空气源，供气量135Nm3/h，臭氧浓度为145mg/L，冷却水量为2Nm3/h。臭氧催化塔中放置锰铁改性炭基催化剂，占整个臭氧催化塔体积的85％。冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为35min。经过臭氧催化塔后，冷轧生化出水中pH为7.5，SCOD为29mg/L，总氮为9mg/L。
锰铁改性炭基催化剂针对冷轧生化出水特性而专门开发。锰铁改性炭基催化剂制备：1)活性炭载体的选型：选取煤制活性炭，粒度为200目，比表面积910m2/g，总孔容积0.9cm3/g，亚甲基蓝吸附值160mg/g。2)载体的清洗：活性炭载体用0.3％稀盐酸溶液清洗2次，再用清水清洗3次，然后在110℃鼓风干燥箱中烘干1小时，冷却。3)溶液的配制：配制溶液浓度为13％(以金属元素计算)硫酸锰溶液，在每升混合溶液中加入73mg的三氯化铁，然后以80转/分钟的速度搅拌2小时，形成浸渍溶液4)载体浸渍：活性炭载体在浸渍溶液中，在70℃的恒温箱中浸渍9小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干。5)高温烧结：将活性炭载体放在放入以氮气作为保护气体的高温炉中，先6℃/min升温至125℃,恒温焙烧2小时，然后4℃/min升温至410℃,恒温焙烧2小时，然后自然冷却,制备得到锰铁改性炭基催化剂。锰铁改性炭基催化剂针对冷轧生化出水中的SCOD专门开发的，催化剂将臭氧分解为羟基活性基团,羟基活性基团能有效的降解冷轧生化出水中SCOD，将它们转化为二氧化碳和小分子有机物。
所述冷轧生化出水通过一级提升泵进入改性活性炭吸附塔，改性活性炭吸附塔中放置改性活性炭，改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的80％。冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为30min。
改性活性炭针对冷轧生化出水特性而专门开发。改性活性炭的制备：1)选取木质活性炭，粒度为150目，比表面积955m2/g，总孔容积1.1cm3/g，亚甲基蓝吸附值135mg/g。2)溶液的配制：配制溶液浓度为3％氢氧化钠溶液，在每升氢氧化钠溶液中加入75mg的氯化镁，形成碱性氯化镁浸渍溶液3)载体浸渍：木质活性炭在浸渍溶液中，在45℃的恒温箱中浸渍11小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干。4)低温焙烧：将载体放在130℃条件的鼓风加热箱中恒温焙烧2小时，然后自然冷却,制备得到改性活性炭。
经过改性活性炭吸附塔处理后冷轧生化出水pH为7.6，SCOD为18mg/L，总氮为7mg/L。
经过处理的冷轧生化出水通过排水泵排放。
实施例2：
所述冷轧生化出水中的水质特征：pH为8.1，SCOD为73mg/L，总氮为15mg/L。
所述冷轧生化出水通过进水泵进入臭氧催化塔，臭氧塔的底部为臭氧进气口，在臭氧催化塔中水流和气流为同向流，都从底部流向顶部。臭氧反应器为空气源，供气量175Nm3/h，臭氧浓度为165mg/L，冷却水量为1.5Nm3/h。臭氧催化塔中放置锰铁改性炭基催化剂，占整个臭氧催化塔体积的90％。冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为42min。经过臭氧催化塔后，冷轧生化出水中pH为8.2，SCOD为31mg/L，总氮为10mg/L。
锰铁改性炭基催化剂针对冷轧生化出水特性而专门开发。锰铁改性炭基催化剂制备：1)活性炭载体的选型：选取煤制活性炭，粒度为180～210目，比表面积960m2/g，总孔容积1.1cm3/g，亚甲基蓝吸附值165mg/g。2)载体的清洗：活性炭载体用0.4％稀盐酸溶液清洗2次，再用清水清洗3次，然后在110℃鼓风干燥箱中烘干1小时，冷却。3)溶液的配制：配制溶液浓度为14％(以金属元素计算)硫酸锰溶液，在每升混合溶液中加入82mg的三氯化铁，然后以95转/分钟的速度搅拌3小时，形成浸渍溶液4)载体浸渍：活性炭载体在浸渍溶液中，在70℃的恒温箱中浸渍10小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干。5)高温烧结：将活性炭载体放在放入以氮气作为保护气体的高温炉中，先7℃/min升温至127℃,恒温焙烧2小时，然后4℃/min升温至425℃,恒温焙烧2小时，然后自然冷却,制备得到锰铁改性炭基催化剂。锰铁改性炭基催化剂针对冷轧生化出水中的SCOD专门开发的，催化剂将臭氧分解为羟基活性基团,羟基活性基团能有效的降解冷轧生化出水中SCOD，将它们转化为二氧化碳和小分子有机物。
所述冷轧生化出水通过一级提升泵进入改性活性炭吸附塔，改性活性炭吸附塔中放置改性活性炭，改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的85％。冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为28min。
改性活性炭针对冷轧生化出水特性而专门开发。改性活性炭的制备：1)选取木质活性炭，粒度为100目，比表面积940m2/g，总孔容积1.0cm3/g，亚甲基蓝吸附值125mg/g。2)溶液的配制：配制溶液浓度为3％氢氧化钠溶液，在每升氢氧化钠溶液中加入60mg的氯化镁，形成碱性氯化镁浸渍溶液3)载体浸渍：木质活性炭在浸渍溶液中，在42℃的恒温箱中浸渍13小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干。4)低温焙烧：将载体放在155℃条件的鼓风加热箱中恒温焙烧4小时，然后自然冷却,制备得到改性活性炭。
经过改性活性炭吸附塔处理后冷轧生化出水pH为8.0，SCOD为17mg/L，总氮为8mg/L。
经过处理的冷轧生化出水通过排水泵排放。
综上所述，本发明所述的去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的方法，一次性投资低，废液处理效果稳定，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.所述冷轧生化出水通过进水泵进入臭氧催化塔，在臭氧催化塔中水流和气流为同向流，都从底部流向顶部；臭氧反应器的供气量70～175Nm3/h，臭氧浓度为105～185mg/L，冷却水量为1.5～2Nm3/h；
臭氧催化塔中放置锰铁改性炭基催化剂，占整个臭氧催化塔体积的80～95％；冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为25～45min；所述锰铁改性炭基催化剂由煤制活性炭粉末经稀盐酸溶液清洗后，按比例在每升11～17％质量比的硫酸锰溶液中，加入67～89mg的三氯化铁形成混合溶液，进混合溶液浸渍后，370～430℃烧结冷却而得；
b.上述得到的冷轧生化出水通过一级提升泵进入改性活性炭吸附塔，改性活性炭吸附塔中放置改性活性炭，改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的75～85％；冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为20～35min。
2.根据权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：步骤a所述臭氧塔的底部为臭氧进气口；所述臭氧反应器的气源为空气源。
3.根据权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：冷轧生化出水在臭氧催化塔中的停留时间为28～40min；冷轧生化出水在改性活性炭吸附塔中的停留时间为22～30min。
4.根据权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：所述锰铁改性炭基催化剂制备方法如下：
1)活性炭载体的选型：选取煤制活性炭粉末，比表面积850～960m2/g，总孔容积0.8～1.1cm3/g，亚甲基蓝吸附值130～180mg/g；
2)载体的清洗：活性炭载体用0.1～0.5％稀盐酸溶液清洗1～3次，再用清水清洗2-5次，然后在100-120℃烘干设备中烘干1～1.5小时，冷却；
3)溶液的配制：配制溶液浓度为11～17％(以金属元素计算)硫酸锰溶液，按比例在每升硫酸锰溶液中加入67～89mg的三氯化铁，然后搅拌2～3小时，形成浸渍溶液；
4)载体浸渍：活性炭载体在浸渍溶液中，在60-80℃的恒温箱中浸渍6～11小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干；
5)高温烧结：将活性炭载体放在放入以氮气作为保护气体的高温炉中，先5～7℃/min升温至120～130℃，恒温焙烧1～2小时，然后3～6℃/min升温至370～430℃，恒温焙烧2～4小时，然后自然冷却，制备得到锰铁改性炭基催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：步骤1)所述煤质活性炭的粒度为180～210目；步骤2)所述烘干设备为鼓风干燥箱；步骤3)所述搅拌速度为75～95转/分钟。
6.根据权利要求4所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：步骤4)所述恒温箱的温度为65-75℃。
7.根据权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：
所述改性活性炭的制备为：
1)选取木质活性炭，比表面积890～1050m2/g，总孔容积0.9～1.2cm3/g，亚甲基蓝吸附值110～140mg/g；
2)溶液的配制：配制溶液浓度为2～6％氢氧化钠溶液，在每升氢氧化钠溶液中加入50～120mg的氯化镁，形成碱性氯化镁浸渍溶液；
3)载体浸渍：木质活性炭在浸渍溶液中，在40～45℃的恒温箱中浸渍10～13小时；然后将活性炭载体取出，在室温下晾干；
4)低温焙烧：将载体放在130～155℃条件下恒温焙烧2～4小时，然后自然冷却,制备得到改性活性炭。
8.根据权利要求7所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：步骤1)所述木质活性炭的粒度为100～150目；步骤4)所述恒温焙烧设备为鼓风加热箱。
9.根据权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理方法，其特征在于：经过改性活性炭吸附塔处理后冷轧生化出水pH为7.2～8.3，SCOD为11～22mg/L，总氮为4～8mg/L。
10.实施权利要求1所述的一种去除冷轧生化出水中SCOD和总氮的处理装置，其特征在于：包括进水泵，与所述进水泵连接的臭氧催化氧化塔，所述臭氧催化氧化塔下端连接有臭氧发生器，锰铁改性炭基催化剂置于所述臭氧催化氧化塔内，所述臭氧催化氧化塔顶部出口与一级提升泵连接，所述一级提升泵与改性活性炭吸附塔连接，改性活性炭置于所述改性活性炭吸附塔内；改性活性炭吸附塔出口连接有排水泵；
锰铁改性炭基催化剂占整个臭氧催化塔体积的80～95％，
改性活性炭占整个活性炭吸附塔体积的75～85％。
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