CN215102208U

CN215102208U - 一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统

Info

Publication number: CN215102208U
Application number: CN202120038168.7U
Authority: CN
Inventors: 李国文; 杨春红; 张学辉; 王天德; 赵春强
Original assignee: Beijing Biotechina Environment Corp ltd
Current assignee: Beijing Biotechina Environment Corp ltd
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2031-01-07

Abstract

本实用新型提供了一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，包括：在废水进料系统的输送泵与升压泵之间的管路安装用于测定废水COD浓度的COD检测仪，在压缩空气系统的管路安装用于测定氧气浓度的氧气检测仪，以及同时在放空气系统的管路安装用于测定放空气中余氧浓度的余氧检测仪，用以根据废水COD浓度的变化调节压缩空气系统中氧气浓度，并通过余氧反馈浓度调整修正进气端氧气浓度含量。本实用新型将进水COD浓度与进气的氧气、氮气联锁，可以提高反应效率，增加处理能力，减少能耗，精确控制，保证稳定运行。

Description

一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统

技术领域

本实用新型属于高浓度废水处理技术领域，特别涉及一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统。

背景技术

催化湿式氧化技术是一种处理有毒、有害、高浓度有机废水的有效处理方法，它是在高温(200～300℃)和高压(3～10MPa)条件下，以空气中的氧气为氧化剂，在填充专用催化剂的反应器中，使水保持液相状态，将有机污染物氧化为CO₂和水等无机物或小分子有机物的化学过程，并同时脱臭、脱色及杀菌消毒，达到净化处理废水的目的。

常规的催化湿式氧化技术采用高压空气进行氧化反应，氧气体积含量为21％，适用的废水COD处理范围为5000～300000mg/L，最佳处理范围为20000～80000mg/L，按照废水COD浓度情况，可划分为如下三种工况：

(1)超高COD工况(80000mg/L＜COD≤300000mg/L)

通常采用稀释废水浓度的方法，将废水稀释到正常浓度范围再进行处理。

(2)正常COD工况(20000mg/L≤COD≤80000mg/L)

常规催化湿式氧化技术的最佳处理范围。

(3)超低COD工况(5000mg/L≤COD＜20000mg/L)

需要通入蒸汽、导热油加热的方式额外补充热量，或者采用浓缩的方法，将废水浓缩到正常浓度范围再进行处理。

现有催化湿式氧化技术三种工况，都存在一定的缺点：

(1)超高COD工况(80000mg/L＜COD≤300000mg/L)

由于有机物含量较大，不容易控制反应器温度，会出现反应器内飞温现象，无法正常运行，通常采用稀释废水浓度的方法，将废水稀释到正常浓度范围再进行处理。废水稀释后水量偏大，超过装置处理能力，无法满足处理要求。

(2)正常COD工况(20000mg/L≤COD≤80000mg/L)

利用高压空气进行氧化反应，氧气浓度含量为21％，氮气含量为78％，催化湿式氧化的本质为利用空气中的氧气进行化学反应，空气中含有的氮气在反应器内并不参与反应，反而带走大量热量，能耗较高。

(3)超低COD工况(5000mg/L≤COD＜20000mg/L)

COD过低情况下，反应放出的热量较少，无法建立热量平衡，需要通入蒸汽、导热油加热的方式额外补充热量，或者采用浓缩的方法，将废水浓缩到正常浓度范围再进行处理。

装置实际运行过程中，废水COD浓度有时会存在波动状态，对于波动较大的情况，出现从正常工况波动到超高工况，从正常工况波动到超低工况时，无法及时进行稀释浓缩，不容易控制COD浓度，不能保证废水浓度稳定，无法满足处理要求，严重情况下会造成装置停车，影响生产运行。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，将进水COD浓度与进气的氧气、氮气联锁，可以提高反应效率，增加处理能力，减少能耗，精确控制，保证稳定运行。

为达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，包括：在废水进料系统的输送泵与升压泵之间的管路安装用于测定废水COD浓度的COD检测仪，在压缩空气系统的管路安装用于测定氧气浓度的氧气检测仪，以及同时在放空气系统的管路安装用于测定放空气中余氧浓度的余氧检测仪，用以根据废水COD浓度的变化调节压缩空气系统中氧气浓度，并通过余氧反馈浓度调整修正进气端氧气浓度含量。

由上，针对催化湿式氧化技术无法处理超高超低COD浓度、波动较大的废水问题，对进水进气状态过程状态进行了改进，提出了根据废水COD浓度的变化，调节压缩空气中氧气浓度的方式，根据COD浓度实现氧气浓度的自动控制，并通过余氧反馈浓度进行调整修正，保证适合的氧气供应量，提高了反应效率。

进一步的，还包括：在废水进料系统的输送泵与升压泵之间的管路安装用于测定进水流量的电磁流量计，以及同时在压缩空气系统的管路安装用于测定进气流量的质量流量计。

由上，通过电磁流量计测定废水的进水流量，通过质量流量计测定空气的进气流量。进气的氧气浓度和进水COD浓度、进气流量、放空气氧气浓度自动联锁，通过联锁控制，实现自动调节。

进一步的，所述废水进料系统包括通过管路依次连接的废水储罐、输送泵、升压泵；所述压缩空气系统包括与压缩机连接的用于输送氧气的管路和用于输送氮气的管路，以及与位于压缩机后方与其连接的缓冲罐；分别连接所述升压泵与缓冲罐的两条管路汇合成一条管路后依次与预热器、发应器连接。

更进一步的，所述放空气系统包括与所述预热器连接的冷却器以及与所述冷却器连接的气液分离器。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的氧气浓度调节步骤框图；

图3为本实用新型的空气流量调节步骤框图。

具体实施方式

下面参照附图1-3对本实用新型所述的处理高浓度废水的催化湿式氧化系统的具体实施方式进行详细的说明。

一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，如图1所示，包括废水进料系统、压缩空气系统、预热器60、发应器70以及放空气系统，其中，所述废水进料系统包括通过管路依次连接的废水储罐10、输送泵20、升压泵30；所述压缩空气系统包括与压缩机40连接的用于输送氧气的管路和用于输送氮气的管路，以及与位于压缩机40后方与其连接的缓冲罐50；分别连接所述升压泵30与缓冲罐50的两条管路汇合成一条管路后依次与预热器60、发应器70连接；所述放空气系统包括与所述预热器60连接的冷却器80以及与所述冷却器80连接的气液分离器90。来自废水储罐的废水由输送泵20、升压泵30升压后和压缩机40送来的压缩空气混合，气液混合物经过预热器60预热后进入反应器70，在反应器70内完成氧化反应，反应后经预热器60换热、冷却器80冷却、气液分离器90分离，完成废水的净化处理，净化水送入污水系统混合排放，放空气送入锅炉燃烧或就地排放。

本实用新型是在上述常规技术方案上进行的改进，在废水进料系统的输送泵20与升压泵30之间的管路安装用于测定废水COD浓度的COD检测仪201，以及在压缩空气系统的管路安装用于测定氧气浓度的氧气检测仪401，同时在放空气系统的管路安装用于测定放空气中余氧浓度的余氧检测仪801。进一步，同时在废水进料系统的输送泵20与升压泵30之间的管路安装用于测定进水流量的电磁流量计202，以及在压缩空气系统的管路安装用于测定进气流量的质量流量计402。进气的氧气浓度和进水COD浓度、进气流量、放空气氧气浓度自动联锁，通过联锁控制，实现自动调节。

上述联锁控制，通过设置COD检测仪201、氧气检测仪401、电磁流量计202、质量流量计402等仪表发出的信号，设定特定阈值，信号超过此阈值则判断为触发联锁，进而产生一系列动作，如减小气动/电动阀开度、停泵等，对这些信号的产生源发生负反馈作用，最终使这些信号重新回到正常范围内。本实用新型采用PLC可编程控制器或DCS集散控制系统的I/O输入输出信号模块实现模拟-数字信号转换、CPU通过预设程序判断和执行，实现这些功能。

本实用新型的氧气浓度和压缩空气量、废水流量、废水COD浓度满足关系式：

V_空气×C＝7.35×10^-4×COD×V_废水

各符号含义为：

V_空气：空气流量，mL/min

C：空气氧气浓度，％

COD：化学需氧量，mg/L

V：废水流量，m³/h

则：C＝7.35×10^-4×COD×V_废水/V_空气

本实用新型的控制回路图如图2-3所示，根据废水进水三种浓度工况，采用不同的控制方式，氧气浓度分为富氧和贫氧两种状态，相对于空气中21％的氧气体积浓度，浓度≥21％称为富氧，浓度＜21％称为贫氧，具体控制方式如下：

(1)超高COD工况(80000mg/L＜COD≤300000mg/L)

废水测量浓度在此范围下，联锁切换至贫氧状态。根据氧气检测仪输出信号，控制氮气和空气管路上的调节阀，达到对应的浓度要求。

常规处理方法为加水稀释，本实用新型是加氮气，降低压缩空气浓度。防止出现反应器局部或整个反应器中温度大幅度上升的飞温现象。

(2)正常COD工况(20000mg/L≤COD≤80000mg/L)

废水测量浓度在此范围下，联锁切换至富氧状态。氧气浓度输出信号和制氧机联锁，制氧采用纯度、流量可控调节的变压吸附法，通过制氧机直接输出相应浓度的富氧空气。对于固定高浓度氧气源的情况，也可通过高浓度氧气和空气混合。

富氧状态可以提高反应系统中的氧分压，加快氧化反应速度，提高反应效率；压缩空气流量减少，可以降低压缩机能耗；压缩空气中不参与反应的氮气含量降低，减少氮气带走热量，减少能量损失，有利于维持反应热平衡。

(3)超低COD工况(5000mg/L≤COD＜20000mg/L)

废水测量浓度在此范围下，联锁切换至富氧状态。减少氮气带走热量，维持反应的正常运行。

富氧的浓度控制范围为：21％～90％，贫氧的浓度控制范围为：10％～20％，工程中反应器和管道一般选取钛合金或哈氏合金材质。

上述三种工况下，由于有机物成分较复杂，干扰因素较多，实际反应所需的氧气量会存在偏差，为保证最佳的氧气供应量，氧气进气浓度同时和余氧检测仪联锁，可以根据余氧反馈的氧气含量，调整修正进气端氧气浓度含量。一般控制范围为2％～6％，当放空气中氧气浓度＞6％时，说明反应器中氧气过量，进气氧气量超高，相应降低氧气浓度，当放空气中氧气浓度＜2％时，说明反应器中氧气不足，相应增加氧气浓度。

本实用新型根据COD浓度实现氧气浓度的自动控制，保证适合的氧气供应量，提高了反应效率。在保证反应稳定运行的前提下，减少压缩氮气的无效做功，降低压缩机功率，节约能耗，以氧气来源为变压吸附制氧机为例，单位产气能耗为0.45Kwh/Nm³O₂，湿式氧化提供高压空气的往复式压缩机的单位产气能耗：0.34Kwh/Nm³，产生1Nm³ O₂所需的能耗约为0.34×5＝1.7Kwh/Nm³，则反应所需的每Nm³O₂节约的能耗为1.7-(0.45+0.34)＝0.91Kwh。满足超高超低不稳定工况的处理要求，增加了处理范围，加大了系统处理能力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术分范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在范明的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的范围为准。

Claims

1.一种处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，其特征在于，包括：在废水进料系统的输送泵与升压泵之间的管路安装用于测定废水COD浓度的COD检测仪，在压缩空气系统的管路安装用于测定氧气浓度的氧气检测仪，以及同时在放空气系统的管路安装用于测定放空气中余氧浓度的余氧检测仪，用以根据废水COD浓度的变化调节压缩空气系统中氧气浓度，并通过余氧反馈浓度调整修正进气端氧气浓度含量；所述放空气系统包括与预热器连接的冷却器以及与所述冷却器连接的气液分离器。

2.根据权利要求1所述的处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，其特征在于，还包括：在废水进料系统的输送泵与升压泵之间的管路安装用于测定进水流量的电磁流量计，以及同时在压缩空气系统的管路安装用于测定进气流量的质量流量计。

3.根据权利要求1所述的处理高浓度废水的催化湿式氧化系统，其特征在于，所述废水进料系统包括通过管路依次连接的废水储罐、输送泵、升压泵；所述压缩空气系统包括与压缩机连接的用于输送氧气的管路和用于输送氮气的管路，以及与位于所述压缩机后方与压缩机连接的缓冲罐；分别连接所述升压泵与缓冲罐的两条管路汇合成一条管路后依次与预热器、反应器连接。