CN210103633U - 一种高浓度肼类废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种高浓度肼类废水处理装置，包括反应器、与反应器的废水入口联通的废水池、以及与反应器的处理水出口联通的气液分离罐；废水入口联通有臭氧输送装置，气液混合泵连接废水池；所述废水池通过管道联通活性炭过滤塔。本实用新型采用多级氧化复合技术，可实现高浓度肼类废水的快速降解，结合活性炭过滤技术，可确保实现处理后废水各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》。另外，通过优化装置结构设计，使得过氧化氢‑光催化技术和臭氧‑光催化技术共用一套光反应器，减少装置的体积，易于工业化应用。而且，过氧化氢初级氧化技术，可以使高浓度废水的COD值快速降低，有利于降低肼类废水在工业应用的处理成本。

Description

一种高浓度肼类废水处理装置

技术领域

本实用新型涉及环保领域，尤其涉及环保领域的废水治理技术，特别涉及一种高浓度肼类废水处理装置。

背景技术

肼类废水是指水中含有甲基肼、偏二甲肼或肼为主的废水。其中甲基肼和偏二甲肼作为液体火箭和导弹动力推进剂中的还原剂，至今仍广泛使用；而肼一般为火箭等飞行器姿态控制的单组元推进剂。肼类燃料在储存、运输以及使用过程中都会产生大量的含肼类物质废水，如该废水得不到有效的处理，将给环境带来恶劣的影响。目前肼类废水处理方法有分离提纯法、自然降解法、吸附过滤法、氧化降解法等。

其中氧化降解法相对其它方法处理效率较高，目前得到了广泛的研究。该方法的基本原理是采用氧化剂将肼类物质氧化为无害的水和二氧化碳等物质。

例如，CN 1171800 C公开了一种偏二甲肼废水的光催化氧化处理方法，该现有技术采用过氧化氢和氧气作为氧化剂，以二价铜离子为助催化剂，以二氧化钛为光催化剂，利用的紫外光催化原理，将废水中的偏二甲肼氧化成无害的无机小分子，从而达到废水的无害化处理。类似的，CN 106554114 A公开了一种过氧化氢-臭氧-紫外线联合处理偏二甲肼污水的方法，该现有技术首先对偏二甲肼污水进行了过氧化氢、氧气预处理，然后向废水体系中加入臭氧，并打开紫光灯，在臭氧和紫外光的共同作用去除偏二甲肼污染物。

上述现有技术对氧化降解法的原理介绍十分详细，然而在工程上实现的结构却太过简略，处理废水的效率很低，能耗却很高，而实际上可以处理的废水浓度则相当有限，原理上看起来可行，应用于工业化生产则成本实在太高，几乎不具备实用价值。

例如，CN 1171800 C仅仅公开废水在催化反应箱内反复循环催化，也就是从废水的初始浓度开始，反复添加过氧化氢和氧气，一直到废水中的偏二甲肼全部氧化至符合排放标准为止。本领域技术人员可以想象，初始添加到反应箱内的废水浓度较高，而后在循环氧化过程中偏二甲肼的浓度显然会发生变化。从工业上来说，反应箱中的偏二甲肼的浓度是很难做到线性变化的，则在循环反应过程中的氧化剂的投入量相对实际需要量来说，只能永远保持在过量的水平下，氧化剂的成本就会变得很大，而且持续投放还非常浪费。当偏二甲肼的浓度下降到较低水平之后，循环氧化的效率将会变得极低，仍然沿用原有的催化氧化模式需要的时间非常长，导致一箱废水从加入到达到排放标准所需的时间完全不具备工业化生产的水平。该处理方法处理偏二甲肼废水时间太长而成本太高，不适合工业化应用。

CN 106554114 A公开的技术解决方案未公布附图，只能通过文字描述猜想其结构。该现有技术在通过氧气-过氧化氢-臭氧进行紫外光催化联合处理(高浓度氧气一直在持续通入没有停止过)之前，增加了一个预处理步骤。这个预处理步骤在文件记载的效果是，在没有经过后续的联合处理的前提下，通过24小时的预处理步骤，在过氧化氢的添加量不变、持续通入氧气的情况下，预处理步骤单独氧化偏二甲肼的去除率可以达到99.30％以上。这个去除率数值非常令人疑惑，文件中记载，后续的联合处理仅仅是将去除率从99.30％提高到99.999％，增加了不到0.7％而已，似乎该现有技术的实用新型主题所重点提出的联合处理技术，反倒有些多余，其处理效果还远不如前面的预处理步骤。因而可以推断，该现有技术的技术效果是不真实的，正常情况下本领域技术人员绝不可能参照该现有技术进行改造，也无法获得其声称的技术效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种高浓度肼类废水处理装置，以减少或避免前面所提到的问题。

具体来说，实用新型人针对现有技术的不足，经过多年研究、试验，设计出一种高浓度肼类废水处理装置，可以实现高浓度肼类废水的逐级快速降解处理，处理后的废水能够满足《航天推进剂水污染物排放标准》，过滤后可以向环境直接排放。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种高浓度肼类废水处理装置，包括一个反应器，所述反应器的下部具有一个废水入口，上部具有一个处理水出口，其中，所述肼类废水处理装置进一步包括与所述废水入口通过管道联通的废水池以及与所述处理水出口通过管道联通的气液分离罐；所述气液分离罐的气体出口端连接有臭氧破坏器，所述气液分离罐的液体出口端通过回水管将处理水返回所述废水池；所述废水入口进一步联通有臭氧输送装置，所述臭氧输送装置包括臭氧发生器和气液混合泵，所述气液混合泵的液体入口通过管道连接所述废水池，所述气液混合泵的气体入口通过管道连接所述臭氧发生器，所述气液混合泵的出口连接所述废水入口；所述废水池通过管道联通活性炭过滤塔。

较优地，所述废水池通过第一管道连接所述废水入口，所述第一管道中设置有邻近所述废水池一侧的废水输送泵以及邻近所述废水入口一侧的第一阀门，所述废水输送泵和第一阀门之间设置有一个四通管；所述四通管的第一端连接所述第一阀门，第二端通过设置有第二阀门的第二管道联通所述废水池，第三端通过设置有第三阀门的第三管道连接所述气液混合泵的液体入口，第四端连接所述废水输送泵。

较优地，连接所述气液混合泵的所述第三管道中设置有一个缓存罐。

较优地，连接所述臭氧破坏器和所述气液分离罐的管道中设置有风机。

较优地，所述反应器包括位于底部的联通所述废水入口的曝气盘以及叠置于所述曝气盘的上端出口的反应罐，反应罐的顶端设置有盖子；所述反应罐内部设置有紫外光灯管阵列，所述紫外光灯管阵列通过上下两个蜂窝孔板均匀分隔在所述反应罐的长度方向；所述紫外光灯管阵列的每个灯管的外侧均固定设置有多个首尾相接的光催化剂载体结构。

较优地，所述光催化剂载体结构包括三个可与所述灯管形成紧密配合的套环，围绕所述套环的外周等间隔分布有多个放射性向外延伸的多孔半圆隔板，相邻所述多孔半圆隔板之间形成有环形加强筋，所述多孔半圆隔板和环形加强筋的外表面均匀负载有光催化剂。

本实用新型的高浓度肼类废水装置与现有的技术相比，具有以下优点：

1)采用多级氧化复合技术，可实现高浓度肼类废水的快速降解，结合活性炭过滤技术，可确保实现处理后废水各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》。

2)优化装置结构设计，过氧化氢-光催化技术和臭氧-光催化技术共用一套光反应器，减少装置的体积，易于工业化应用。

3)过氧化氢初级氧化技术，可以使高浓度废水的COD值快速降低，有利于降低肼类废水在工业应用的处理成本。

4)优化的光催化剂剂载体结构，可以实现气液混合液最大限度在光催化剂载体表面流动，同时充分利用各个方向的紫外光，大大提高了光催化效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，

图1显示的是根据本实用新型的一个具体实施例的高浓度肼类废水处理装置的连接结构示意图；

图2显示的是根据本实用新型的另一个具体实施例的用于高浓度肼类废水处理装置的反应器结构分解示意图；

图3显示的是图2所示反应器内部的灯管及光催化剂载体结构的结构示意图；

图4显示的是图2和图3所示光催化剂载体结构的立体结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术之不足，本实用新型提供了一种高浓度肼类废水处理装置，可以实现高浓度肼类废水的逐级快速降解处理。具体如图1所示，其显示的是根据本实用新型的一个具体实施例的高浓度肼类废水处理装置的连接结构示意图。

参见图1，本实用新型的高浓度肼类废水处理装置，包括一个反应器4，反应器4的下部具有一个废水入口41，上部具有一个处理水出口42。如图，本实用新型的肼类废水处理装置进一步包括与废水入口41通过管道联通的废水池3以及与处理水出口42通过管道联通的气液分离罐5；气液分离罐5的气体出口端连接有臭氧破坏器6，气液分离罐5的液体出口端通过回水管51将处理水返回废水池3；废水入口41进一步联通有臭氧输送装置1，臭氧输送装置1包括臭氧发生器11和气液混合泵12，气液混合泵12的液体入口通过管道连接废水池3，气液混合泵12的气体入口通过管道连接臭氧发生器11，气液混合泵12的出口连接废水入口41；废水池3通过管道联通活性炭过滤塔8。进一步地，在一个具体实施例中，废水池3通过第一管道31连接废水入口41，第一管道31中设置有邻近废水池3一侧的废水输送泵32以及邻近废水入口41一侧的第一阀门33，废水输送泵32和第一阀门33之间设置有一个四通管34；四通管34的第一端连接第一阀门33，第二端通过设置有第二阀门35的第二管道36联通废水池3，第三端通过设置有第三阀门37的第三管道38连接气液混合泵12的液体入口，第四端连接废水输送泵32。

在一个具体实施例中，连接气液混合泵12的第三管道38中还可以设置一个缓存罐10，用于避免气液混合泵12工作时，由于废水在管道中的输送滞后发生液体断流。优选气液缓冲罐的体积大于15L，可以保证实际运行中气液混合泵12运行稳定。

在另一个具体实施例中，连接臭氧破坏器6和气液分离罐5的管道中可以设置一个风机111，用于强制气体流动，避免气液分离罐5的气体阻塞断流，同时提高气体排放处理的速度。

进一步地，为了提高光催化效率，本实用新型还提供了一种优化结构的反应器，如图2-4所示，其中，图2显示的是根据本实用新型的另一个具体实施例的用于高浓度肼类废水处理装置的反应器结构分解示意图；图3显示的是图2所示反应器内部的灯管及光催化剂载体结构的结构示意图；图4显示的是图2和图3所示光催化剂载体结构的立体结构示意图。

如图，本实用新型的一个优化结构的反应器4包括位于底部的联通废水入口41的曝气盘7以及叠置于曝气盘7的上端出口的反应罐43，反应罐43的顶端设置有盖子44；反应罐43内部设置有紫外光灯管阵列45，紫外光灯管阵列45通过上下两个蜂窝孔板46均匀分隔在反应罐43的长度方向；紫外光灯管阵列45的每个灯管451的外侧均固定设置有多个首尾相接的光催化剂载体结构452。进一步地，光催化剂载体结构452包括三个可与灯管451形成紧密配合的套环4521，围绕套环4521的外周等间隔分布有多个放射性向外延伸的多孔半圆隔板4522，相邻多孔半圆隔板4522之间形成有环形加强筋4523，多孔半圆隔板4522和环形加强筋4523的外表面均匀负载有光催化剂。

本实用新型的上述具体实施例的光催化剂剂载体结构452设计成了开孔透水结构，光催化剂负载在的载体表面，从而保证了光催化剂的重复使用；光催化剂载体结构的套环4521直径与紫外灯外径大体上相同，可以保证套环4521与紫外灯管可以通过紧固摩擦力相对固定。另外，气液混合泵产生的气液混合液，通过反应器4底部的曝气盘7形成臭氧气泡，保证气液进入反应罐43的气泡均匀，提高氧化效果，有利于获得更大的光催化效率。

具体来说，臭氧发生器11可以选用山美水美公司的产品，型号为CF-YG100，也可以选用类似技术指标的臭氧发生器。臭氧发生器产生的臭氧在气液混合泵12作用下，分散为微米级的气泡进入反应器4。气液混合泵12可以选用海泰美信公司的产品，型号50GLM-12，也可以选用类似技术指标的气液混合泵。灯管451可以选用雪莱特公司产品，型号ZW80D19Y(W)-Z846，也可以选用类似技术指标的紫外灯。灯管451通过两个蜂窝孔板46均匀分隔在反应罐43中，灯管451的间距控制在140cm～145cm，保证有较高的催化效率。附着在光催化剂载体结构表面的光催化剂载体，可以选择福州大学提供的产品，光催化载体采用聚四氟乙烯材料，保证光催化材料的重复使用寿命，光催化剂采用稀土元素对二氧化钛掺杂，可以保证有较高的光催化效率。当然，光催化剂及其载体也可以例如背景技术中提及的任何现有技术的可实现紫外光催化功能的产品。风机111可以选用德冠风机，型号为4DG210V75，也可以选用类似技术指标的高压风机。气液分离罐5优选体积大于20L，保证未反应的臭氧在废水中有效分离，较优地，气液分离罐5的直径大于25cm，高度大于50cm。臭氧破坏器6可以选用南京春威环保科技公司XCHM型号产品，与风机111相连，未反应完全的臭氧高温分解为无害的氧气，直接排放空气中。活性炭过滤塔8可以选用国营908厂生产的活性炭过滤器，炭床为内填8～12目的椰壳活性炭，吸附炭层厚度40cm～80cm，保证炭层有高的吸附效率。较优地，废水池3中废水量的体积与反应器4的体积比大于50，有利于保证光催化降解过程中紫外灯产生的热量在水中得到有效的扩散，提高臭氧-光催化效率。

下面参照图1具体说明本实用新型的高浓度肼类废水的处理方法，所述方法利用图1所示的装置进行处理，包括以下步骤：

步骤S100：将COD值为1500mg/L～3000mg/L的肼类废水投入废水池3，并对废水池3中的废水的COD值和废水量进行测量，计算出废水所需的理论需氧量，向废水池3中投入过氧化氢；而后关闭第一阀门33和第三阀门37，打开第二阀门35，启动废水输送泵32，实现废水在废水池循环搅拌4～8天，促进过氧化氢有效的氧化处理肼类物质；当废水中的COD值降低到700mg/L～1000mg/L时，结束本阶段废水处理，进入下个步骤S200进行处理。

较优地，本步骤中过氧化氢的投入量为理论需求量的1.5～2倍。

步骤S200：打开第一阀门33，关闭第二阀门35和第三阀门37，使废水池3中的废水在废水输送泵32的作用下，进入反应器4，打开反应器4中的紫外灯，反应器4中的废水通过气液分离罐5，返回废水池3，补加适量的过氧化氢，进而实现了废水进行过氧化氢-紫外光催化反应；当废水中的COD值降低到400mg/L～500mg/L时，结束本阶段废水处理，进入下个步骤S300进行处理。

较优地，本步骤中补加的过氧化氢的投入量为废水需氧量理论值的0.5～1倍。

步骤S300：启动废水输送泵32，打开第三阀门37，关闭第一阀门33和第二阀门35，使废水进入气液混合泵12，而后启动臭氧发生器11，实现臭氧气体和废水的气液混合；气液混合液在气液混合泵12的压力下进入反应器4，打开反应器中的紫外灯，进行臭氧光催化反应；光催化反应后废水进入气液分离罐5，液体返回废水池3，含臭氧的气体通过臭氧破坏器6分解后排出；当废水的各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》，结束本阶段处理，进入下个步骤S400进行处理。

较优地，本步骤中废水的流量与臭氧气体流量在9：1～5:1的比例，可实现肼类混合气体在吸收液中分散为5um～20um级的气泡。

较优地，本步骤中水泵32的流量为气液混合泵12的理论流量的1～1.5倍。风机111的流量为臭氧发生器12的理论产期量的5～20倍。

步骤S400：将废水池3中的废水输入活性炭过滤塔8，过滤后进入排放池自然放置15天，排放池中的植物、鱼类未发生显著变化，即可将废水向环境水体直接排放。

较优地，本步骤中活性炭过滤塔8中的炭床为内填8～12目的椰壳活性炭，椰壳活性炭的炭层厚度40cm～80cm。

本实用新型的上述处理方法，相对现有技术采用多级氧化复合技术，可实现高浓度肼类废水的快速降解，结合活性炭过滤技术，可确保实现处理后废水各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》。另外，通过优化装置结构设计，使得过氧化氢-光催化技术和臭氧-光催化技术共用一套光反应器，减少装置的体积，易于工业化应用。而且，过氧化氢初级氧化技术，可以使高浓度废水的COD值快速降低，有利于降低肼类废水在工业应用的处理成本。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行更进一步的描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

(1)配置COD值为2000mg/L的偏二甲肼废水5t，加入30％过氧化氢142kg倒入废水池3中，启动废水输送泵32，实现废水在反应池中反复循环搅拌，反应8天，废水的COD值为1200mg/L；

(2)向废水池3中补加过氧化氢20kg，打开光反应器紫外灯451，实现废水在光催化反应器和废水池3之间连续流动进行处理，处理时间48h，废水的COD值降低到380mg/L；

(3)启动废水输送泵32、气液混合泵12、臭氧破坏器6，打开臭氧发生器11、光催化反应器紫外灯451，开始臭氧-光催化废水，处理时间35h，废水的各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》；

(4)启动水泵15，将处理后的废水进行活性炭过滤，过滤后直接废水转让排放池，自然放置15天，水中植物、鱼类未发生显著变化，而后废水向环境水体直接排放。

实施例2

(1)配置COD值为1900mg/L的甲基肼废水5t，加入30％过氧化氢135kg倒入废水池3中，启动废水输送泵32，实现废水在反应池中反复循环搅拌，反应8天，废水的COD值为1050mg/L；

(2)向废水池3中补加过氧化氢20kg，打开光反应器紫外灯451，实现废水在光催化反应器和废水池3之间连续流动进行处理，处理时间48h，废水的COD值降低到365mg/L；

(3)启动废水输送泵32、气液混合泵12、臭氧破坏器6，打开臭氧发生器11、光催化反应器紫外灯451，开始臭氧-光催化废水，处理时间34h，废水的各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》；

(4)启动水泵15，将存放后的活性炭过滤，过滤后直接废水转让排放池，自然放置15天，水中植物、鱼类未发生显著变化，而后废水向环境水体直接排放。

实施例3

(1)配置COD值为2100mg/L的肼废水5t，加入30％过氧化氢150kg倒入废水池3中，启动废水输送泵32，实现废水在反应池中反复循环搅拌，反应8天，废水的COD值为920mg/L；

(2)向废水池补加过氧化氢20kg，打开光反应器紫外灯451，实现废水在光催化反应器和废水池3之间连续流动进行处理，处理时间48h，废水的COD值降低到330mg/L；

(3)启动废水输送泵32、气液混合泵12、臭氧破坏器6，打开臭氧发生器11、光催化反应器紫外灯451，开始臭氧-光催化废水，处理时间29h，废水的各项指标满足《航天推进剂水污染物排放标准》；

(4)启动水泵15，将存放后的活性炭过滤，过滤后直接废水转让排放池，自然放置15天，水中植物、鱼类未发生显著变化，而后废水向环境水体直接排放。

本领域技术人员应当理解，虽然本实用新型是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本实用新型的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种高浓度肼类废水处理装置，包括一个反应器(4)，所述反应器(4)的下部具有一个废水入口(41)，上部具有一个处理水出口(42)，其特征在于，所述肼类废水处理装置进一步包括与所述废水入口(41)通过管道联通的废水池(3)以及与所述处理水出口(42)通过管道联通的气液分离罐(5)；所述气液分离罐(5)的气体出口端连接有臭氧破坏器(6)，所述气液分离罐(5)的液体出口端通过回水管(51)将处理水返回所述废水池(3)；所述废水入口(41)进一步联通有臭氧输送装置(1)，所述臭氧输送装置(1)包括臭氧发生器(11)和气液混合泵(12)，所述气液混合泵(12)的液体入口通过管道连接所述废水池(3)，所述气液混合泵(12)的气体入口通过管道连接所述臭氧发生器(11)，所述气液混合泵(12)的出口连接所述废水入口(41)；所述废水池(3)通过管道联通活性炭过滤塔(8)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述废水池(3)通过第一管道(31)连接所述废水入口(41)，所述第一管道(31)中设置有邻近所述废水池(3)一侧的废水输送泵(32)以及邻近所述废水入口(41)一侧的第一阀门(33)，所述废水输送泵(32)和第一阀门(33)之间设置有一个四通管(34)；所述四通管(34)的第一端连接所述第一阀门(33)，第二端通过设置有第二阀门(35)的第二管道(36)联通所述废水池(3)，第三端通过设置有第三阀门(37)的第三管道(38)连接所述气液混合泵(12)的液体入口，第四端连接所述废水输送泵(32)。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，连接所述气液混合泵(12)的所述第三管道(38)中设置有一个缓存罐(10)。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，连接所述臭氧破坏器(6)和所述气液分离罐(5)的管道中设置有一个风机(111)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述反应器(4)包括位于底部的联通所述废水入口(41)的曝气盘(7)以及叠置于所述曝气盘(7)的上端出口的反应罐(43)，反应罐(43)的顶端设置有盖子(44)；所述反应罐(43)内部设置有紫外光灯管阵列(45)，所述紫外光灯管阵列(45)通过上下两个蜂窝孔板(46)均匀分隔在所述反应罐(43)的长度方向；所述紫外光灯管阵列(45)的每个灯管(451)的外侧均固定设置有多个首尾相接的光催化剂载体结构(452)。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光催化剂载体结构(452)包括三个可与所述灯管(451)形成紧密配合的套环(4521)，围绕所述套环(4521)的外周等间隔分布有多个放射性向外延伸的多孔半圆隔板(4522)，相邻所述多孔半圆隔板(4522)之间形成有环形加强筋(4523)，所述多孔半圆隔板(4522)和环形加强筋(4523)的外表面均匀负载有光催化剂。

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