CN114477370A

CN114477370A - 一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法

Info

Publication number: CN114477370A
Application number: CN202210052741.9A
Authority: CN
Inventors: 杨强; 朱华曈; 卢浩; 李裕东
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明提供了一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法，所述装置包括介质聚结器，所述介质聚结器的上部设有进水口，顶部设有轻油相出口，下部设有出水口，底部设有重油相出口，所述介质聚结器内从上至下依次设有液体分布器，液体整流器和异性介质聚结过滤模块，所述异性介质聚结过滤模块位于所述出水口的上方，包括两级或两级以上由不同形貌或亲疏水性介质填充的介质聚结床层；借助不同性质介质组合的聚结过滤床层使得酚氨废水中的乳化油滴快速聚并长大，同时有效拦截颗粒悬浮物，实现酚氨废水中乳化油滴及悬浮颗粒物的同步高效去除；所述装置和方法具有结构紧凑、操作简单、处理量大、效率高、能耗低、运行成本低等优点。

Description

一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法

技术领域

本发明属于煤化工的废水处理技术领域，具体涉及一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法。

背景技术

在煤化工生产过程中通常会产生大量废水，其特征在于水量大、水质复杂。根据现有工艺，转化1t煤通常会产生0.8～1.1t的酚氨废水。这些废水中往往含有大量的有毒和难降解的酚类化合物、油、氨氮及大量颗粒悬浮物。由于废水中所含的油具有巨大的再利用价值，而颗粒悬浮物的存在则会对下游酚氨废水的深度处理造成影响，因此需要回收酚氨废水中的乳化油并除去颗粒悬浮物。当前对于酚氨废水中乳化油滴及颗粒悬浮物的常规处理方法包括化学沉淀、生物絮凝、膜过滤等，但这些方法普遍存在工艺和设备成本高、效率低、操作复杂、后续处理困难等问题。

卢浩等(Chem.Eng.J.,2020,393:124657)研究发现了油滴内循环流动表面更新可捕获污水中微纳悬浮颗粒的现象；CN 201410175459.5公开了一种废水中重金属离子旋流强化萃取方法及其装置，该方法及装置弥补了传统萃取分离会引入二次污染的不足，但其应用于废水中溶解重金属的去除；CN 201410211202.0公开了一种适用于油水分离的X型纤维编织方法，该方法将亲水疏油纤维与亲油疏水纤维采用X型编织方式，通过调节亲水疏油纤维与亲油疏水纤维的角度，进而满足对不同油水分离过程的要求，但是其主要应用于油滴的破乳分离，未涉及针对废水中颗粒悬浮物的去除；CN202010973814.9公开了一种异质纤维组合脱油协同维纳悬浮颗粒脱除装置及脱除方法，该发明可以将水中的乳化油滴及微纳颗粒有效去除，但未涉及对大颗粒悬浮物的脱除。目前，国内外尚未见有可同时将酚氨废水中的乳化油滴及0.1μm-3000μm的悬浮颗粒物有效分离的技术及设备的相关报道。

因此急需开发一种可以高效处理酚氨废水中所含的乳化油及颗粒悬浮物的装置和工艺方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法，借助不同性质介质来使得酚氨废水中的乳化油滴快速聚并长大，同时有效拦截颗粒悬浮物，实现酚氨废水中乳化油滴及悬浮颗粒物的同步高效去除。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置，所述酚氨废水除油除悬的装置包括介质聚结器，所述介质聚结器的上部设有进水口，顶部设有轻油相出口，下部设有出水口，底部设有重油相出口，所述介质聚结器内从上至下依次设有液体分布器，液体整流器和异性介质聚结过滤模块，所述异性介质聚结过滤模块位于所述出水口的上方，包括两级或两级以上由不同形貌或亲疏水性介质填充的介质聚结床层。

本发明进一步设置为，所述液体分布器为分布盘结构，与所述进水口连通，用于均匀分配所述介质聚结器的进液。

本发明进一步设置为，所述液体整流器与所述介质聚结器的内壁沿周向相连，为均匀设有圆形孔或方形孔的圆盘结构，用于平衡所述介质聚结器内进液的流动状态。

本发明进一步设置为，所述介质聚结床层均为单一尺寸或分别由不同尺寸介质填充，所述介质聚结床层中填充的介质包括颗粒类介质和纤维类介质，其中颗粒类介质为粒径为0.2～5mm的球形或异形颗粒，纤维类介质为直径为50～300μm的纤维丝；所述介质聚结床层中填充的介质的材料包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯(PP)和不锈钢。

本发明进一步设置为，所述介质聚结床层之间的堆叠方式为互不接触式模块化堆叠或直接接触式堆叠。

本发明进一步设置为，所述异性介质聚结过滤模块中的介质聚结床层的填充高度为0.5～2m，填充密度为30％～90％。

本发明还提供了一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的方法，采用所述的酚氨废水除油除悬的装置，包括以下步骤：

(1)待处理的酚氨废水从所述进水口进入所述介质聚结器中，经所述液体分布器均匀分配；

(2)经所述液体分布器分配后的酚氨废水通过所述液体整流器整流，实现在所述介质聚结器的横截平面上均匀分布；

(3)经整流后的酚氨废水进入所述异性介质聚结过滤模块，酚氨废水中所携带的微米级悬浮物被拦截在所述介质聚结床层的表面，形成滤饼层，实现微米级悬浮颗粒物的分离；在所述介质聚结床层中对乳化油滴捕获、聚结、破乳形成分散油滴，与酚氨废水中所含分散油聚并，且油滴发生剪切流引起的油滴内循环捕获酚氨废水中的亚微米及纳米级悬浮颗粒，得到携带微纳悬浮颗粒物的油相和净化水；

(4)步骤(3)中得到的携带微纳悬浮颗粒物的油相中的轻、重油相分别上浮和下沉，轻油相从所述轻油相出口排出，重油相从所述重油相出口排出，净化水从所述出水口排出。

本发明进一步设置为，所述介质聚结器中的操作温度为40～60℃，压力为0.2～0.4MPa，截面流速为0.002～0.02m/s。

本发明进一步设置为，所述异性介质聚结过滤模块下方设置反洗装置，所述反洗装置包括反洗气进口、反洗水进口和与所述反洗水进口连通的反洗水分布器；当所述异性介质聚结过滤模块两端的压降大于0.05Mpa时，所述反洗气进口连通外接氮气，截面流速为0.005～0.03m/s，所述反洗水进口连通净化水，截面流速为0.005～0.02m/s，反洗时间为5-30min。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和方法，具有结构紧凑、操作简单、处理量大、效率高、能耗低、运行成本低等优点，借助不同性质介质组合的聚结过滤床层来使得酚氨废水中的乳化油滴快速聚并长大，同时可有效拦截颗粒悬浮物，实现酚氨废水中乳化油滴及悬浮颗粒物的同步高效去除。

(2)经过本发明的工艺和装置处理后的酚氨废水中，粒径大于100μm的悬浮颗粒物可完全脱除，粒径大于0.1μm的悬浮颗粒物的脱除效率不低于90％；粒径大于15μm的分散态油滴的脱除效率不低于95％，粒径大于5μm的乳化油滴的脱除效率不低于50％；出水中的油含量<100mg/L、悬浮颗粒物含量<10mg/L。

附图说明

图1为本发明的介质聚结器(互不接触式模块化堆叠)结构示意图；

图2为本发明的介质聚结器(直接接触式堆叠)结构示意图；

图3为本发明的介质聚结器并联的工艺流程图和反洗流程图；

其中，1-进水口、2-轻油相出口、3-出水口、4-重油相出口、5-液体分布器、6-液体整流器、7-异性介质聚结过滤模块、7-1一级介质聚结床层、7-2二级介质聚结床层、8-反洗气进口、9-反洗水进口、10-反洗水分布器、11-床层支架、12-排气口。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。应理解，以下实施例仅用于对本发明作进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置，如图1和图2所示，所述酚氨废水除油除悬的装置包括介质聚结器，所述介质聚结器可根据酚氨废水的实际处理量及实际水质状况多个串并联使用，所述介质聚结器的上部设有进水口1，顶部设有轻油相出口2，下部设有出水口3，底部设有重油相出口4，所述介质聚结器内从上至下依次设有液体分布器5，液体整流器6和异性介质聚结过滤模块7，其中：

所述液体分布器5为分布盘结构，与所述进水口1连通，用于均匀分配来自上游的进液；

所述液体整流器6与所述介质聚结器的内壁沿周向相连，为均匀设有圆形孔或方形孔的圆盘结构，用于平衡所述介质聚结器内进液的流动状态；

所述异性介质聚结过滤模块7位于所述出水口3的上方，所述异性介质聚结过滤模块7包括两级或两级以上由不同形貌或亲疏水性介质填充的介质聚结床层，用于对来自上游的进液中的乳化油滴进行捕获聚结并上浮或下沉，且将固体悬浮物截留于床层表面，图1和2所示的异性介质聚结过滤模块7均包括一级介质聚结床层7-1和二级介质聚结床层7-2，所述介质聚结床层均为单一尺寸或分别由不同尺寸介质填充，所述介质聚结床层中填充的介质包括颗粒类介质和纤维类介质，其中颗粒类介质为粒径为0.2～5mm的球形或异形颗粒，纤维类介质为直径为50～300μm的纤维丝；所述介质聚结床层中填充的介质材料包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯(PP)，不锈钢等；经所述介质聚结器处理后的酚氨废水，轻油相上浮由所述轻油相出口2排出，水相通过所述异性介质聚结过滤模块7后从所述出水口3排出，重油相从所述重油相出口4排出。

进一步的，所述异性介质聚结过滤模块7下方设置反洗装置，用于释放所述介质聚结床层中拦截积累的颗粒悬浮物，所述反洗装置包括反洗气进口8、反洗水进口9和与所述反洗水进口9连通的反洗水分布器10，用于反洗时将反洗水的进液更加均匀。

进一步的，所述异性介质聚结过滤模块7放置于床层支架11上，每级介质聚结床层之间的堆叠方式可采用互不接触式模块化堆叠(图1)和直接接触式堆叠(图2)；所述互不接触式模块化堆叠的方式将每级介质聚结床层内的填充介质以模块化填充，若所述异性介质聚结过滤模块7中局部颗粒堵塞严重，可更换其中任一级介质聚结床层，操作灵活方便。

进一步的，所述异性介质聚结过滤模块7中每级介质聚结床层的填充高度为0.5～2m，填充密度为30％～90％。

进一步的，所述介质聚结器的顶部设有排气口12，供所述介质聚结器中进液携带少量气体时排放及反洗时反洗气的排放。

利用所述异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置处理酚氨废水的方法，具体包括如下步骤：

(1)待处理的酚氨废水从所述进水口1进入所述介质聚结器中，经所述液体分布器5均匀分配；

(2)经所述液体分布器5分配后的酚氨废水通过所述液体整流器6整流，使来液在所述介质聚结器的横截平面上实现均匀分布；

(3)经整流后的酚氨废水进入所述异性介质聚结过滤模块7，酚氨废水中所携带的微米级悬浮物被拦截在所述介质聚结床层的表面，形成滤饼层，从而实现微米级悬浮颗粒物的分离；在所述介质聚结床层中对乳化油滴捕获、聚结、破乳，形成分散油滴，与酚氨废水中所含分散油聚并，且油滴发生剪切流引起的油滴内循环捕获酚氨废水中的亚微米及纳米级悬浮颗粒，得到携带微纳悬浮颗粒物的油相和净化水；

(4)步骤(3)中得到的携带微纳悬浮颗粒物的油相中的轻、重油相分别上浮和下沉，轻油相从所述轻油相出口2排出，重油相从所述重油相出口4排出，净化水从所述出水口3排出。

进一步的，所述介质聚结器中的操作温度为40～60℃，压力为0.2～0.4MPa，截面流速为0.002～0.02m/s。

进一步的，所述介质聚结器根据酚氨废水的处理量可采用多台并联使用；所述酚氨废水中悬浮颗粒物的粒径大小为0.1～3000μm，浓度为20～3000mg/L，经所述介质聚结器处理后的酚氨废水中，粒径大于100μm的悬浮颗粒物可完全脱除，粒径大于0.1μm的悬浮颗粒物的脱除效率不低于90％；所述酚氨废水中的油含量为800～10000mg/L，经所述介质聚结器处理后的酚氨废水中，粒径大于15μm的分散态油滴的脱除效率不低于95％，粒径大于5μm的乳化油滴的脱除效率不低于50％；所述介质聚结器出水中的油含量<100mg/L、悬浮颗粒物含量<10mg/L。

进一步的，当所述异性介质聚结过滤模块7两端的压降大于0.05Mpa时，可进行气、水联合反洗操作，以释放出介质聚结床层中拦截积累的悬浮物。结合图3所示，如有多台介质聚结器，在反洗时采用逐台反洗方式，将需要反洗的介质聚结器的进口管线通过人工或自动切换至反洗管线，具体的，所述反洗气进口8连通外接氮气，截面流速为0.005～0.03m/s，所述反洗水进口9连通净化水，截面流速为0.005～0.02m/s，反洗时间为5-30min，反洗后的反洗水从所述轻油相出口2排出，反洗气从所述排气口12排出。

实施例2

现有某煤化工厂的酚氨废水流量为300m³/h，主要成分为轻质油、重质油、颗粒悬浮物及水，其中进水中油类含量小于7000mg/L，悬浮物含量为20-1000mg/L；采用实施例1所述的异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置和工艺对所述酚氨废水进行除油除悬深度高效处理。

所述介质聚结器的操作温度为40～60℃，压力为0.2～0.3MPa，截面流速为0.002～0.02m/s，单台介质聚结器的处理量为100m³/h，根据处理量采用3开1备的方式布置，具体工艺流程如图3所示。

进一步的，所述异性介质聚结过滤模块包括一级介质聚结床层和二级介质聚结床层，所述一级介质聚结床层和二级介质聚结床层由不同形态，不同大小及不同表面润湿性的介质组成，当所述酚氨废水进入到所述一级介质聚结床层和二级介质聚结床层内部后，经过不同表面润湿性介质的拦截、聚结作用，对酚氨废水中的悬浮物进行过滤、对微小油滴进行聚结。不同形态的介质可以提供很高的比表面积，介质表面存在微小通道，酚氨废水中的微小油滴在流动过程中被捕获在介质表面，通过介质对油滴的捕获及聚结作用，极大的提高油水分离能力。

具体处理工艺包括如下流程：

(1)待处理的酚氨废水从所述进水口进入所述介质聚结器中，经所述液体分布器粗分布；

(2)酚氨废水通过所述液体整流器整流，实现在所述介质聚结器的横截平面上均匀分布；

(3)经整流后的酚氨废水进入所述异性介质聚结过滤模块，酚氨废水中所携带的100μm以上的悬浮物被拦截在所述介质聚结床层的表面，形成滤饼层，从而实现大粒径悬浮颗粒物的分离；在所述介质聚结床层中对乳化油滴捕获、聚结、破乳，形成分散油滴，与酚氨废水中所含分散油聚并，且油滴发生剪切流引起的油滴内循环捕获酚氨废水中100μm以下的亚微米及纳米级悬浮颗粒，得到携带微纳悬浮颗粒物的油相和净化水；

(4)步骤(3)中得到的携带微纳悬浮颗粒物的油相中的轻、重油相在自身重力及浮力的共同作用下，分别上浮和下沉，轻油相从所述轻油相出口排出，重油相从所述重油相出口排出，净化水从所述出水口排出。

经过以上步骤，出水口排出的净化水中的油含量小于100mg/L，颗粒悬浮物含量小于10mg/L，该处理方法达到预期效果，满足要求。

进一步的，当所述介质聚结器的异性介质聚结过滤模块两端的压降大于0.05Mpa时，可进行气、水联合反洗操作，反洗结束后切断反洗水及反洗气，等待另外三台工作中的介质聚结器中的一台进入反洗周期后重新替代其切换至正常处理流程。

Claims

1.一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述酚氨废水除油除悬的装置包括介质聚结器，所述介质聚结器的上部设有进水口，顶部设有轻油相出口，下部设有出水口，底部设有重油相出口，所述介质聚结器内从上至下依次设有液体分布器，液体整流器和异性介质聚结过滤模块，所述异性介质聚结过滤模块位于所述出水口的上方，包括两级或两级以上由不同形貌或亲疏水性介质填充的介质聚结床层。

2.根据权利要求1所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述液体分布器为分布盘结构，与所述进水口连通，用于均匀分配所述介质聚结器的进液。

3.根据权利要求1所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述液体整流器与所述介质聚结器的内壁沿周向相连，为均匀设有圆形孔或方形孔的圆盘结构，用于平衡所述介质聚结器内进液的流动状态。

4.根据权利要求1所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述介质聚结床层均为单一尺寸或分别由不同尺寸介质填充，所述介质聚结床层中填充的介质包括颗粒类介质和纤维类介质，其中颗粒类介质为粒径为0.2～5mm的球形或异形颗粒，纤维类介质为直径为50～300μm的纤维丝。

5.根据权利要求4所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述介质聚结床层中填充的介质的材料为聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯(PP)或不锈钢。

6.根据权利要求1所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述介质聚结床层之间的堆叠方式为互不接触式模块化堆叠或直接接触式堆叠。

7.根据权利要求1所述的酚氨废水除油除悬的装置，其特征在于，所述异性介质聚结过滤模块中的介质聚结床层的填充高度为0.5～2m，填充密度为30％～90％。

8.一种异性介质聚结过滤的酚氨废水除油除悬的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～7中任一项所述的酚氨废水除油除悬的装置，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的酚氨废水除油除悬的方法，其特征在于，所述介质聚结器中的操作温度为40～60℃，压力为0.2～0.4MPa，截面流速为0.002～0.02m/s。

10.根据权利要求8所述的酚氨废水除油除悬的方法，其特征在于，所述异性介质聚结过滤模块下方设置反洗装置，所述反洗装置包括反洗气进口、反洗水进口和与所述反洗水进口连通的反洗水分布器；

当所述异性介质聚结过滤模块两端的压降大于0.05Mpa时，所述反洗气进口连通外接氮气，截面流速为0.005～0.03m/s，所述反洗水进口连通净化水，截面流速为0.005～0.02m/s，反洗时间为5-30min。