專利名稱:焦化廢水深度處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種廢水處理技術(shù),具體說(shuō)是一種焦化廢水深度處理系統(tǒng)。
背景技術(shù):
焦化廢水主要是煤在高溫干餾過(guò)程中及煤氣凈化、化學(xué)產(chǎn)品精制過(guò)程中形成的廢 水,其成分復(fù)雜,含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等多種高濃度的有毒有害物質(zhì),是 一種典型的高濃度難降解有毒有害工業(yè)廢水。它的超標(biāo)排放對(duì)人類、水產(chǎn)、農(nóng)作物等構(gòu)成了 很大危害,即使作為熄焦用水,也會(huì)對(duì)熄焦、篩焦系統(tǒng)設(shè)施造成腐蝕,影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。如 何改善和解決焦化廢水對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題,已成為擺在人們面前的一個(gè)急需解決的課題。然而焦化廢水的治理到目前為止仍然是一項(xiàng)世界性的難題,我國(guó)焦化廢水治理起 步晚,技術(shù)相對(duì)落后,有80%的焦化企業(yè)存在著氨氮和COD排放不達(dá)標(biāo)的情況。焦化廢水治 理技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)清潔煤轉(zhuǎn)換技術(shù)的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)目前有1300多家焦化企業(yè),其焦化廢水處理大多是采用蒸氨和酚萃 取進(jìn)行預(yù)處理,以不同形式的A/0工藝作為生物處理的主體工藝,其生物處理工藝的泥水 回流比在2 5倍,生物系統(tǒng)水力停留時(shí)間(HRT)普遍大于60h,COD、氨氮、色度3個(gè)指標(biāo) 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放存在一定的困難。一些研究表明,通過(guò)強(qiáng)化硝化/反硝化過(guò)程,可以實(shí)現(xiàn)氨氮 排放達(dá)標(biāo)的目標(biāo)。然而在有限的HRT值下,焦化廠二級(jí)生化工藝處理后的出水中含有可用 COD值表達(dá)的難降解有機(jī)物的濃度普遍在200 300mg/L,在實(shí)際工程中表現(xiàn)為出水COD值 超標(biāo)。因此必須采用有效的深度處理工藝降解這些難生物降解的有機(jī)物,使得出水COD值 能夠達(dá)標(biāo)。臭氧氧化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù),是目前普遍采用的廢水深度處理方法,也 是氧化有毒有害難降解有機(jī)物的有效方法。臭氧能夠氧化許多有機(jī)物,如鏈型不飽和化合 物、芳香族、染料、腐殖質(zhì)等,它可以破壞有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu),使水中部分難以生物降解 的大分子有機(jī)物氧化為小分子有機(jī)物,如芳香族化合物可以被臭氧打開(kāi)苯環(huán)、長(zhǎng)鏈的大分 子化合物被氧化成短鏈的小分子物質(zhì)或分子的某些基團(tuán)被改變,從而使原來(lái)不能被生物降 解的有機(jī)物變?yōu)榭缮锝到獾挠袡C(jī)物,提高了焦化廢水的可生化性。然而單獨(dú)臭氧氧化對(duì) 長(zhǎng)鏈脂肪烴、小分子有機(jī)酸、酯類、醇類和腐殖質(zhì)類物質(zhì)的氧化速率較低,而這些物質(zhì)也存 于焦化廢水A/0工藝處理的出水中。為了提高臭氧氧化對(duì)有機(jī)物的去除效率,一般采用投 加催化劑強(qiáng)化臭氧生成羥基自由基來(lái)提高臭氧氧化效率,即采用催化臭氧氧化工藝,而其 中的非均相催化臭氧工藝是通過(guò)投加固體催化劑來(lái)提高臭氧氧化效率,是一種更有前途的 高級(jí)氧化工藝。非均相催化臭氧氧化過(guò)程是一個(gè)氣-液-固三相反應(yīng)體系,其反應(yīng)過(guò)程涉及到一 系列傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、吸附和脫附等過(guò)程。焦化廢水中有機(jī)物的臭氧氧化反應(yīng)大多屬于慢 速或中速反應(yīng)區(qū),傳質(zhì)對(duì)有機(jī)物的去除效率具有重要的影響,而影響傳質(zhì)最直接的因素是 臭氧氧氣混合氣體的流速和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),即反應(yīng)器構(gòu)造直接影響著催化臭氧氧化過(guò)程 中的傳質(zhì)速率和反應(yīng)速率,并最終決定催化臭氧氧化工藝的效率。目前應(yīng)用最為廣泛的氣-液-固三相反應(yīng)器主要有三相膨脹式反應(yīng)器、三相旁路內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、順流串聯(lián)式反應(yīng) 器以及氣液逆流式反應(yīng)器等幾類。但是以上各類反應(yīng)器各自都存在著一定的缺陷,如未能 很好的解決臭氧在溶液中傳質(zhì)的問(wèn)題、臭氧的利用率偏低、反應(yīng)器體積利用并不充分等,這 些都將導(dǎo)致有機(jī)物的去除率下降。因此,現(xiàn)有的催化臭氧氧化工藝由于反應(yīng)器存在的一些缺陷無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的 深度處理焦化廢水。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種臭氧的利用率和有機(jī)物的去除率高的焦化廢水深度處 理系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的焦化廢水深度處理系統(tǒng),包括臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、氣液分 離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、尾氣吸收裝置; 所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的底部設(shè)有進(jìn)氣口,該進(jìn)氣口與所述臭氧發(fā)生器的出 氣口相連;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部側(cè)邊設(shè)有進(jìn)水口,該進(jìn)水口引入焦化廢水生 化工藝的出水,所述進(jìn)水口以上為三段重復(fù)結(jié)構(gòu),每一段重復(fù)結(jié)構(gòu)分為三小段,所述三小段 由下至上分別為臭氧吸收段、催化劑床層及催化反應(yīng)段,所述催化劑床層的高度從下到上 的高度依次減半,從上之下依次是活性炭上載釕顆粒催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化 鐵催化劑,所述臭氧吸收段與催化反應(yīng)段的高度比為1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的上部側(cè)邊設(shè)有出水口,出水依次流經(jīng)所述氣液分離 裝置進(jìn)水口和出水口、所述緩沖柱進(jìn)水口和出水口、所述生物活性炭反應(yīng)器進(jìn)水口和出水 口,最后從所述生物活性炭反應(yīng)器出水口流出;所述氣液分離裝置的尾氣經(jīng)所述尾氣吸收裝置排出。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出,本發(fā)明所述的焦化廢水深度處理系統(tǒng), 由于采用催化臭氧氧化——生物活性炭工藝,并采用新型的催化臭氧氧化反應(yīng)器解決臭氧 在溶液中傳質(zhì)的問(wèn)題,提高了臭氧的利用率和有機(jī)物的去除率,減少尾氣中的臭氧。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的新型催化臭氧氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖中各標(biāo)號(hào)為1_臭氧發(fā)生裝置;2-氣體流量計(jì);3-催化臭氧氧化反應(yīng)器;4-氣 液分離器;5-尾氣吸收裝置;6-緩沖柱;7-生物活性炭反應(yīng)器;8-臭氧吸收段;9-催化劑 層;10-催化反應(yīng)段;11-孔徑30 50 μ m的布?xì)獍澹?2-孔徑50 70 μ m的穿孔板;13-孔 徑100 1000 μ m的布?xì)獍濉?br>
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的焦化廢水深度處理系統(tǒng),其較佳的具體實(shí)施方式
如圖1所示,包括臭氧 發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、氣液分離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、尾氣吸收裝置;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的底部設(shè)有進(jìn)氣口,該進(jìn)氣口與所述臭氧發(fā)生器的出氣口相連;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部側(cè)邊設(shè)有進(jìn)水口,該進(jìn)水口弓I入焦化廢水生化 工藝的出水,所述進(jìn)水口以上為三段重復(fù)結(jié)構(gòu),每一段重復(fù)結(jié)構(gòu)分為三小段,所述三小段由 下至上分別為臭氧吸收段、催化劑床層及催化反應(yīng)段,所述催化劑床層的高度從下到上的 高度依次減半,從上之下依次是活性炭上載釕顆粒催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化鐵 催化劑,所述臭氧吸收段與催化反應(yīng)段的高度比為1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的 上部側(cè)邊設(shè)有出水口,出水依次流經(jīng)所述氣液分離 裝置進(jìn)水口和出水口、所述緩沖柱進(jìn)水口和出水口、所述生物活性炭反應(yīng)器進(jìn)水口和出水 口,最后從所述生物活性炭反應(yīng)器出水口流出;所述氣液分離裝置的尾氣經(jīng)所述尾氣吸收裝置排出。所述催化臭氧氧化反應(yīng)器的底部設(shè)有布?xì)獍?,所述布?xì)獍迳系目椎目讖綖?0 50 μ m,所述催化劑床層底部設(shè)有穿孔板,所述穿孔板上的孔的孔徑為50 70 μ m,廢水在 所述催化臭氧氧化反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10 30min。所述緩沖柱的高徑比為10 1 30 1,廢水在緩沖柱中的停留時(shí)間為10 30mino所述生物活性炭反應(yīng)器的高徑比為10 1 30 1,所述生物活性炭反應(yīng)器的底 端設(shè)有布?xì)饪?,所述布?xì)饪椎目讖綖?00 1000 μ m。廢水在所述生物活性炭反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10 30min。本發(fā)明的焦化廢水深度處理系統(tǒng)中,焦化廢水由進(jìn)水口進(jìn)入催化臭氧氧化反應(yīng) 器,與此同時(shí)臭氧氣體從催化臭氧氧化反應(yīng)器底部鼓入反應(yīng)器,經(jīng)孔徑為30 50 μ m的布 氣板布?xì)?,臭氧就有充分的時(shí)間以微小氣泡的形式與溶液接觸。此外,催化臭氧氧化反應(yīng)器 的三段式疊加設(shè)計(jì)使得臭氧可以多次通過(guò)溶液吸收段、催化反應(yīng)段,溢出催化劑床層的未 溶解臭氧在催化劑床層上部的溶液段充分溶解,進(jìn)入下一個(gè)催化劑床層發(fā)揮催化臭氧氧化 的功效,這就很好的解決了臭氧在溶液中傳質(zhì)的問(wèn)題。焦化廢水與臭氧一起自下而上通過(guò) 反應(yīng)器臭氧吸收段,液相中的臭氧濃度迅速達(dá)到飽和,促進(jìn)焦化廢水中易降解的有機(jī)物快 速地與溶解性臭氧反應(yīng),先盡量提高溶液中容易與單獨(dú)臭氧反應(yīng)的有機(jī)物完全轉(zhuǎn)化。當(dāng)焦 化廢水經(jīng)過(guò)催化劑層時(shí),在催化劑作用下,廢水中難被臭氧直接氧化降解的那部分有機(jī)物 在催化劑的作用下迅速降解。同時(shí)由于反應(yīng)器從下到上臭氧濃度逐漸減少,催化劑床層高 度也逐漸減少,增強(qiáng)了單位催化劑的利用效率。根據(jù)有機(jī)物的降解過(guò)程中中間產(chǎn)物的類型 以及催化劑對(duì)每類化合物具有最佳活性的特點(diǎn),從上到下依次選擇了活性炭上載釕顆粒 催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化鐵催化劑組合。由于臭氧氧化,焦化廢水中可生物降 解物質(zhì)的增多,廢水的可生化性大大提高了,接著采用生物活性炭處理工藝對(duì)其中的可生 化有機(jī)物進(jìn)一步降解,這部分有機(jī)物通常是難被臭氧氧化的小分子物質(zhì),但是其可生化性 較好??傊ㄟ^(guò)催化臭氧氧化_生物活性炭組合能實(shí)現(xiàn)焦化廢水深度處理后達(dá)標(biāo)排放的目 的。生物活性炭工藝先吸附后降解的獨(dú)特降解機(jī)理使得污染物停留時(shí)間要比水力停留時(shí)間 長(zhǎng),因而處理效果好。此外,微生物活動(dòng)對(duì)活性炭起到了再生作用,能使20% 24%的活性 炭得到再生,因此生物活性炭大大延長(zhǎng)了活性炭的再生周期,而活性炭也可減輕焦化廢水 中有害物質(zhì)對(duì)微生物的影響,從而能發(fā)揮了微生物的生物降解作用。本發(fā)明采用催化臭氧 氧化和生物活性炭聯(lián)用工藝一方面采用投加催化劑強(qiáng)化臭氧生成羥基自由基來(lái)提高臭氧氧化效率繼而提高臭氧氧化對(duì)有機(jī)物的去除效率,同時(shí)提高了焦化廢水的可生化性為后續(xù) 的生物活性炭工藝提供了良好的條件;另一方面利用生物活性炭工藝能夠有效去除廢水中 氨氮的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提高出水水質(zhì),實(shí)現(xiàn)高效深度處理焦化廢水的目的,滿足其排放標(biāo)準(zhǔn)。為了便于理解,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)施例提供一種焦化廢水深度處理工藝,如圖1所示,該工藝主要是由臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、氣液分離裝置、尾氣吸收裝置組 成。其中所述的臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、氣液分離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng) 器順次相連,所述的尾氣吸收裝置與氣液分離裝置相連。所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器為三段重復(fù)結(jié)構(gòu),每一段重復(fù)結(jié)構(gòu)又分為三小段,每 小段由下至上分別為臭氧吸收段、催化劑床層以及催化反應(yīng)段。這樣臭氧就可以多次通過(guò) 溶液吸收段、催化反應(yīng)段,溢出催化劑床層的未溶解臭氧在催化劑床層上部的溶液段充分 溶解,進(jìn)入下一個(gè)催化劑床層發(fā)揮催化臭氧氧化的功效。所述的催化劑床層的高度從下到 上高度依次減半,從上之下依次是活性炭上載釕顆粒催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化 鐵催化劑,臭氧吸收段與催化反應(yīng)段高度比為1 1 1 3。所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器底部設(shè)有布?xì)獍?,布?xì)獍蹇讖綖?0 50μπι,催化劑 床層底部設(shè)有穿孔板,穿孔板孔徑為50 70 μ m,緩沖柱的高徑比為10 1 30 1。廢 水在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10 30min。所述的緩沖柱的高徑比為10 1 30 1,廢水在緩沖柱中的停留時(shí)間為10 30mino所述的生物活性炭反應(yīng)器的高徑比為10 1 30 1,底端設(shè)有布?xì)饪?,布?xì)饪?孔徑為100 1000 μ m。廢水在生物活性炭反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10 30min。催化臭氧 氧化處理后提高了焦化廢水的可生化性,繼而提高了這一階段生物活性炭處理工藝的處理效率。在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在催化臭氧氧化反應(yīng)器之后連接了采用重力分離原理的氣 液分離裝置和尾氣收集裝置。焦化廢水中剩余的臭氧氣體朝著水流方向聚集到氣液分離器 的上部,之后進(jìn)入尾氣吸收裝置,廢水則由氣液分離裝置的出水口排出由緩沖柱進(jìn)水口進(jìn) 入緩沖柱。下面結(jié)合附圖對(duì)上述焦化廢水深度處理工藝作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示,該焦化廢水深度處理工藝主要是由臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng) 器、氣液分離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、尾氣吸收裝置組成。本發(fā)明是這樣工作的焦化廢水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)器的臭氧吸收段8,催化反 應(yīng)過(guò)程中,由臭氧發(fā)生裝置1生成的臭氧經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)2后從反應(yīng)器底部鼓入反應(yīng)器。臭 氧通過(guò)孔徑30 50 μ m的布?xì)獍?1,此時(shí)氣相中的臭氧傳質(zhì)到液相中,然后當(dāng)臭氧吸收段 內(nèi)的臭氧飽和溶液與氣相臭氧一同經(jīng)過(guò)催化劑床層9時(shí),在催化劑作用下,溶液中的有機(jī) 物被迅速降解,提高了廢水的可生化性。催化臭氧氧化反應(yīng)器的三段式疊加設(shè)計(jì)使得臭氧 可以多次通過(guò)溶液吸收段、催化反應(yīng)段,溢出催化劑床層的未溶解的臭氧在催化劑床層上 部的溶液段充分溶解,進(jìn)入下一個(gè)催化劑床層發(fā)揮催化臭氧氧化的功效,很好的解決了臭 氧在溶液中傳質(zhì)的問(wèn)題。同時(shí)根據(jù)臭氧濃度的不斷減少,將催化劑床層高度依次減小,提高 催化劑利用率。反應(yīng)器里面從上之下依次放置活性炭上載釕顆粒催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化鐵催化劑,能夠使隨著反應(yīng)階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物,在相應(yīng)的最佳催化劑的催化 氧化作用下被降解。此后,廢水進(jìn)入采用重力分離原理的氣液分離器4。廢水中剩余的臭氧 氣體朝著水流方向聚集到氣液分離器的上部,之后進(jìn)入尾氣吸收裝置5,多余的臭氧就被吸 收;廢水由于重力原因由下端出水口進(jìn)入緩沖柱6,緩沖后的水流同樣由下端進(jìn)水口進(jìn)入 生物活性炭反應(yīng)器7,前置的催化臭氧氧化處理工藝提高了該焦化廢水的可生化性,繼而提 高了這一階段生物活性炭處理工藝的處理效率。焦化廢水經(jīng)過(guò)一系列的吸附降解過(guò)程由生 物活性炭反應(yīng)器上端出水口排出。 以上所述,僅為 本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此, 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換, 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種焦化廢水深度處理系統(tǒng),其特征在于包括臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、 氣液分離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、尾氣吸收裝置;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的底部設(shè)有進(jìn)氣口,該進(jìn)氣口與所述臭氧發(fā)生器的出氣口 相連;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部側(cè)邊設(shè)有進(jìn)水口,該進(jìn)水口弓I入焦化廢水生化工藝 的出水,所述進(jìn)水口以上為三段重復(fù)結(jié)構(gòu),每一段重復(fù)結(jié)構(gòu)分為三小段,所述三小段由下至 上分別為臭氧吸收段、催化劑床層及催化反應(yīng)段,所述催化劑床層的高度從下到上的高度 依次減半,從上之下依次是活性炭上載釕顆粒催化劑、蜂窩陶瓷催化劑和羥基氧化鐵催化 劑,所述臭氧吸收段與催化反應(yīng)段的高度比為1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器的上部側(cè)邊設(shè)有出水口,出水依次流經(jīng)所述氣液分離裝置 進(jìn)水口和出水口、所述緩沖柱進(jìn)水口和出水口、所述生物活性炭反應(yīng)器進(jìn)水口和出水口,最 后從所述生物活性炭反應(yīng)器出水口流出;所述氣液分離裝置的尾氣經(jīng)所述尾氣吸收裝置排出。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的焦化廢水深度處理系統(tǒng),其特征在于所述催化臭氧氧化反應(yīng)器 的底部設(shè)有布?xì)獍?,所述布?xì)獍迳系目椎目讖綖?0 50 ym,所述催化劑床層底部設(shè)有穿 孔板,所述穿孔板上的孔的孔徑為50 70i!m,廢水在所述催化臭氧氧化反應(yīng)器中的停留 時(shí)間為10 30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焦化廢水深度處理系統(tǒng),其特征在于所述緩沖柱的高徑比 為10 1 30 1,廢水在緩沖柱中的停留時(shí)間為10 30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述焦化廢水深度處理系統(tǒng),其特征在于所述生物活性炭反應(yīng)器 的高徑比為10 1 30 1,所述生物活性炭反應(yīng)器的底端設(shè)有布?xì)饪?,所述布?xì)饪椎目?徑為 100 1000 iim。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述焦化廢水深度處理系統(tǒng),其特征在于廢水在所述生物活性炭 反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10 30min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種焦化廢水深度處理系統(tǒng),主要由臭氧發(fā)生器、催化臭氧氧化反應(yīng)器、氣液分離裝置、緩沖柱、生物活性炭反應(yīng)器、尾氣吸收裝置組成,催化臭氧氧化反應(yīng)器為三段重復(fù)結(jié)構(gòu),每一段重復(fù)結(jié)構(gòu)又分為三小段,由下至上分別為臭氧吸收段、催化劑床層以及催化反應(yīng)段。利用三段疊加方式強(qiáng)化了臭氧在溶液中傳質(zhì)的問(wèn)題,提高了臭氧的利用率;通過(guò)催化臭氧氧化工藝提高了焦化廢水的可生化性,繼而提高了后續(xù)生物活性炭工藝的處理效率,實(shí)現(xiàn)了高效深度處理焦化廢水的目的。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102001767SQ201010527008
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者何緒文, 李亞男, 王建兵, 王金龍, 秦強(qiáng), 蔣雯婷, 許翠華 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)