CN202400887U - 一种三维粒子电解催化氧化污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三维粒子电解催化氧化污水处理装置，本实用新型装置包括筒体、上封头和装置基座，筒体内下部设置进水管和气体分布器，筒体上部设置出水管，筒体内部设置电解阴极和电解阳极，电解阴极和电解阳极与直流电源以电路方式连通，电解阴极和电解阳极周围设置催化剂，在筒体上部设置出水挡板，出水挡板下端高度低于出水管。本装置可用于炼化系统的含盐废水的处理以及生活污水的深度处理。本设备具有体积小、处理效率高、投资和运行费用较低的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三维粒子电解催化氧化处理污水装置，特别是炼化系统高低浓度的含盐废水和生活污水的深度处理的装置。
背景技术
随着高硫、高酸原油加工比例在逐年递增，使得油品加工过程产生的污水中的乳化油、难降解性有机污染物、硫化物、氨氮以及无机盐等浓度不断增加，特别是具有明显乳化和较高含盐量的电脱盐排水以及污染物含量较高的油品罐区切水。尽管这二类废水的排放量占企业总污水排放量的比例较小，但污染物总量却要占总污染负荷的50％以上，且由于污水性质较差，对污水处理场的隔油－浮选除油单元的除油效果、生化处理单元的生化稳定性均造成频繁的冲击性影响，已严重威胁到企业污水的稳定达标排放和综合合格率。所以对该类废水应进行分类处理。对于含盐高浓度难生物降解有机废水目前可采用的主要方法是湿式氧化、高级氧化或催化氧化、厌氧或酸化水解等或这些技术与好氧生化技术形成的组合工艺等。
US6576144提出一种化学氧化法处理废碱液及其它废水的处理方法，将铁、铜、镍、钛、钒、钼、钴等金属离子催化剂和过氧化氢、高锰酸钾、臭氧、二氧化氯、次氯酸钠等氧化剂分别连续投加到废碱液及其它废水中，在活塞流反应器中发生催化氧化反应，通过控制投加量和pH调节以达到脱除废碱液及其它废水中的硫化物、氨、挥发酚和其它有机污染物的处理目的，但该方法由于需要连续投加催化金属离子和氧化药剂，存在出水重金属污染和化学药剂消耗问题，且对高浓度废水难以获得较好的处理出水。CN03133960.3提出一种多相多元催化电解氧化污水处理方法和装置，以活性炭等颗粒做固体吸附材料；以石墨、贵重金属或普通碳钢为电极；以水溶解性铁、铝、镁或锰金属盐为催化剂；以空气为氧化介质，通过施加36v以下的电解电压，使固体吸附材料、电极材料、催化剂载体、液相催化、气相氧化剂与电解等过程相结合，组成一个具有综合脱除过程的污水物理－化学－电解处理装置，用于生化前的预处理及生化后的污水深度处理。该方法通过电解产生自由基和金属盐的催化氧化作用可达到深度降解有机污染物、提高废水生化性的目的效果，但由于需要连续补充金属盐催化剂，一方面造成金属盐的消耗，另一方面使得出水中的金属含量增加，易形成出水发生重金属污染。
另外，目前循环水场排污水、化学水站的离子交换树脂再生排出的酸碱废水、蒸汽锅炉排污等低浓度的含盐废水，一直没有进入污水处理场处理，随着循环水场补充水使用回用水，以及标准的提高，该类水已经不能满足达标排放的要求。目前对该类废水最为典型的方法是采用超滤－反渗透（“双膜法”）或膜生物反应器－超滤－反渗透（“三膜法”）组合工艺对循环水系统的排污水进行深度脱盐处理，处理后的出水回用作锅炉给水、化学水站或循环水的补充水。这种处理方式目前存在的最主要问题有两个：第一是源水中的有机污染物不能得到有效控制，易导致超滤膜和反渗透膜发生污染，致使处理过程无法长期运行；其二是反渗透浓缩液排水中的COD浓度较高，不能满足水质达标排放要求。
综上分析，采用目前的各种方法处理炼化系统高浓度含盐混合废水均存在着或者不适合、或者处理效果不足、或者投资大和运行费用高、或者易产生金属离子二次污染等诸多问题。而石化企业的循环水排污、污水反渗透脱盐处理的尾水等低浓度含盐废水尚没有有效的达标处理措施。
发明内容
本实用新型针对炼油高浓度含盐污水和石油化工企业循环水排污、污水反渗透脱盐系统的含盐高，污染物低的污水具有较高的电导率的性质，提出一种三维粒子电解催化氧化处理反应装置。
本实用新型三维粒子电解催化氧化污水处理装置，包括筒体、上封头和装置基座，筒体内下部设置进水管和气体分布器，筒体上部设置出水管，筒体内部设置电解阴极和电解阳极，电解阴极和电解阳极与直流电源以电路方式连通，电解阴极和电解阳极周围设置催化剂，在筒体上部设置出水挡板，出水挡板下端高度低于出水管。
本实用新型装置中，筒体上部通过法兰与上封头固定连接；筒体底部通过法兰与装置基座固定；电解阳极和电解阴极为板式结构或棒状结构；电解阳极和电解阴极的数量根据装置的规模设置一组或若干组；在装置底部可以设置倾斜的折流板，使催化剂流到筒体中心处循环反应。
本实用新型装置中，直流电源的电压为5～30V，最好为10～25V；阳极材料选用Ti-Zn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、或石墨板，阴极材料选用Ti-Zn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、石墨板或不锈钢板；反应器内填充占反应器体积5%～50%的催化剂颗粒，催化剂颗粒为活性炭颗粒负载金属组分，载体粒径0.5～2mm，金属组分包括钴、铜、铁、锰、镍、钒和钛中的一种或几种，金属含量为活性炭质量的1％～15％。
本实用新型装置用于电解催化氧化污水时，废水由进水管1连续进入反应器，反应器阴阳极板间所施加为直流电，电压为5～36V，最好为15～30V；反应器内阳极与阴极均制成板状或者棒状，选用一组阳极板和阴极板，或者多组阳极板和阴极板交替分布，阳极选用Ti-Sn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、或石墨板，阴极选用Ti-Sn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、石墨板或不锈钢板；筒体内填充占筒体体积2%～50%的催化剂颗粒，催化剂颗粒选用颗粒状的活性炭、载有催化活性金属的活性炭、分子筛或其中几种的混合物，载体粒径0.3～5mm，催化剂颗粒负载金属组分包括钴、铜、铁、锰、镍、钒或钛，金属含量为活性炭质量的1％～15％；同时气体氧化剂由进气管[2]进入反应器，与折流板6在共同作用下，使催化剂颗粒7在电极间处于流化状态，同时进行电解催化氧化反应，气体氧化剂选择空气、氧气或含臭氧的气体；为保证废水达到有效的氧化处理效果，控制废水在反应器的液体空速为1.0～10.0h-1，最好是2.0～5.0h-1，直流电源电流控制在0.1～10A，最好是0.5～5A。上述具体操作条件可以根据进水水质情况及出水质量要求具体确定。
本实用新型装置基于含盐废水具有较高电导率的特性，依据电解、催化氧化、流化反应等技术原理，将电解氧化、催化氧化、流化床三者有机地结合在一体，形成流化床电解催化氧化处理方法和反应装置。采用本实用新型的方法处理炼油高浓度含盐污水可采用活性污泥法进一步进行生化处理，从而可实现达标排放或者回用；通过本反应装置处理后的石化企业含盐高，污染物低的污水，可满足新的严格排放标准控制指标要求。
本装置可用于石化企业的高有机物浓度含盐废水的预处理，进一步生化处理可达标排放，还可用于炼化系统低有机物浓度含盐废水以及生活污水的深度处理。本设备具有体积小、处理效率高、处理出水无金属离子二次污染、投资和运行费用较低的优点。
附图说明
图1是本实用新型一种三维粒子电解催化氧化反应装置的结构示意图。
图中1-进水管；2-进气管；3-装置基座；4-下法兰；5-固定螺栓；6-折流板；7-催化剂颗粒；8-电极板或棒；9-可选电极板或棒；10-出水挡板；11-出水口；12-上法兰；13-固定螺栓；14-上封头；15-直流稳压电源；16-气体分布器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型装置及使用该装置的工艺过程进行具体说明。
废水由进水管1连续进入反应器内，与循环废水和催化剂颗粒7混合向上流动，同时启动直流稳压电源15，使阴阳电极板或棒8以及催化剂颗粒7之间产生电流场，在电解电极的作用下，发生电解催化氧化反应，此时的催化剂颗粒7即充当三维电解粒子，又起到氧化催化剂的作用。同时在气体氧化剂和折流板6的共同作用下，废水和催化剂颗粒7在反应器内循环运动；装置处理后的出水反应器上部的出水管11排出装置。
本实用新型所提出的电解催化氧化反应装置中，阳极板和阴极板由电解反应器上部的上法兰12固定。电解催化氧化反应器中的填充催化剂颗粒7可选用具有一定导电性的颗粒状材料，如常规活性炭；金属组分包括钴、铜、铁、锰、镍、钒或钛，金属含量为活性炭质量的1％～15％。其制备方法可采用US6797184的描述的方法进行制备；分子筛或其中几种的混合物。
采用本实用新型的电解催化氧化反应装置和处理方法对石化企业含盐废水进行处理，可使废水中难生物降解性有机组分得到70%以上的去除，高有机物浓度含盐废水进一步生化处理可达标排放，低有机物浓度含盐废水以及生活污水的可直接达标排放或回用。
下面通过实施例进一步说明本实用新型使用效果。
实施例1
采用本实用新型装置对国内某炼油厂电脱盐装置排水、油品罐区切水二种高浓度混合废水进行达标处理。混合废水COD 4000 mg/L、硫化物1200 mg/L、石油类120 mg/L、氨氮 120 mg/L、pH值11.0。采用本实用新型电解催化氧化－SBR组合工艺处理，电解催化氧化反应器为有机玻璃材料制成的槽体，有效容积6L。槽体中间分别按设二个Ti-Mn合金板和二个石墨板，交替分布，并分别接入直流稳压电源的负极和正极上。槽体底部分别开口布设二个用以充氧的微孔曝气器和一连续进水的进水口，并用空压机供应空气；槽体侧壁上部布设出水口，用以连续排水。槽体内充装一种载活性钴金属的活性炭颗粒，装填量300g（375mL）。其中活性炭采用10～16目的果壳活性炭，并按照US6797184描述的方法将活性金属钴载入活性炭上，金属钴含量为活性炭质量的5％。
SBR反应器为有效容积为12L的有机玻璃制成，采用搅拌和微孔曝气器充氧曝气，并用电磁阀、可编程控制器（PLC）程序控制系统控制废水和空气的进入。进入电解催化氧化反应器的废水流速2L／h、反应器两端施加电压15V、电流0.8A、空气鼓入量160mL／min，温度为30℃。
电解催化氧化反应器出水水质为：COD 1280 mg/L、硫化物12 mg/L、石油类 10mg/L、氨氮64 mg/L、pH值9。电解催化氧化反应器出水又中间槽由泵送入SBR反应器处理，主要控制条件为3周期／日，周期进水时间4h、周期进水流速4L／h、周期鼓风流速200 mL／min、周期沉降时间0.5h。经本实用新型的电解催化氧化－SBR组合工艺处理后的主要废水水质为：COD 78 mg/L、硫化物0.5 mg/L、石油类3 mg/L、氨氮15 mg/L、pH值8.5～9，满足直接达标排放的要求。
实施例2
采用本实用新型装置对某炼油厂循环水系统（已实施炼油污水全部回用作循环水系统的补充水）排污水进行处理。废水中的主要污染物COD 130 mg/L、BOD5 30 mg/L、总溶固2600 mg/L、石油类<1mg/L、NH3-N<5mg/L。
采用本实用新型的流化床电解催化氧化反应装置和处理方法对上述废水进行实验室处理试验。电解催化氧化反应器同实施例1。主要工艺运行条件：进水量4L/h；提升气体采用空气，进气量25L/h。试验处理效果：通过本实用新型的方法处理后，循环水系统排污水中的COD降低到40mg/L、BOD5 降低到4 mg/L，其它污染组分基本没有改变。
实施例3
采用本实用新型的处理装置对生活污水进行深度处理，生活污水经过沉降和生化处理后，COD接近100 mg/L，采用同实施例1相同结构的反应器，其中载体选用常规活性炭颗粒，粒径1mm，连续进行实验处理，进水量4L/h，水力停留时间1.5h。试验处理效果：出水COD降至45 mg/L。
Claims (9)
1.一种三维粒子电解催化氧化污水处理装置，其特征在于包括筒体、上封头和装置基座，筒体内下部设置进水管和气体分布器，筒体上部设置出水管，筒体内部设置电解阴极和电解阳极，电解阴极和电解阳极与直流电源以电路方式连通，电解阴极和电解阳极周围设置催化剂，在筒体上部设置出水挡板，出水挡板下端高度低于出水管。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：筒体上部通过法兰与上封头固定连接；筒体底部通过法兰与装置基座固定。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：电解阳极和电解阴极为板式结构或棒状结构；电解阳极和电解阴极设置一组或若干组。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在装置底部设置倾斜的折流板。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：直流电源的电压为5～30V。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：直流电源的电压为10～25V。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：阳极材料选用Ti-Zn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、或石墨板，阴极材料选用Ti-Zn合金板、Ti-Mn合金板、Ti-Ni合金板、石墨板或不锈钢板。
8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：筒体内填充占筒体体积5%～50%的催化剂颗粒。
9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：直流电源电流控制在0.1～10A。
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