一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法及裝置製造方法
2023-09-19 07:39:20 2
一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法與裝置。該方法包括如下步驟：在旋流脫氧裝置中通過汙水自身的流動形成的離心場與壓力梯度場對汙水中溶解的氧氣進行分離，脫氧後的汙水進入厭氧區處理；分離出來的富氧氣相則可排放到好氧區進行利用；好氧區產生的高濃度溶氧硝酸鹽混合液也可通過旋流離心脫氧對汙水中溶解的氧氣進行分離，脫去溶解氧的硝酸鹽液相進入缺氧區進行硝化反應，氧氣相收集回好氧區。本發明實現對溶氧汙水中微小氣泡及溶解氧氣進行有效去除，操作簡單、運轉周期長，有效地提高了厭氧工藝中的汙水處理效率、降低了汙水處理過程的能耗。
【專利說明】—種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用於厭氧工藝的富有機物汙水脫氧的方法及裝置，尤其對進入厭氧區前的汙水和對好氧區產生的高濃度溶氧硝酸鹽混合液的高效脫氧技術。
【背景技術】
[0002]當前，水資源匱乏是世界各國普遍面臨的急需解決的問題之一。在水資源日益緊張的情況下，人們對石油化工、製藥、化肥廠等企業在排放工業汙水方面的關注度日益提聞。富有機物汙水是以聞濃度有機汙染物為主的汙水，易於造成周圍環境的水質富營養化，危害較大。厭氧工藝處理富有機物汙水方法是工業廢水和生活汙水中普遍採用的一項常用技術。厭氧生物處理汙水工藝主要是生物脫氮工藝(A/0)、生物脫氮除磷工藝(A2/0)。其中，A2/0生物脫氮除磷工藝主要是通 過硝化和反硝化兩個生化過程完成的。硝化過程的汙水中含氮化合物經異養型氨化細菌作用分解成NH/-N，然後在好氧條件下，通過亞硝酸菌和硝酸菌的作用將氨氮氧化成亞硝酸氮(Ν02_-Ν)和硝酸氮(no3_-n)。反硝化過程在缺氧條件下，兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用下，在氫供給體充分的條件下，將Ν02_-Ν和NCV-N還原成N2排入空氣。期間，在其他好氧生物的作用下降解水中的有機物。廢水進入好氧區，聚磷菌再吸收，利用汙水中殘剩的可生物降解有機物的同時，主要通過分解體內儲存的PHB (聚β羥基丁酸)釋放能量來維持自生生長繁殖，同時過量攝取回用環境中的溶解磷，最終完成脫氮除磷和去除有機物的功能厭氧工藝的汙水處理方法及裝置的設備能耗低，佔地少，厭氧反應器容積能耗遠低於好氧法，單位反應器容積的有機物去除量高。厭氧工藝汙水處理方法備受關注，所應用行業越來越廣。
[0003]目前厭氧工藝汙水處理主要是工業汙水稍作脫氧處理或直接進入厭氧池，進行處理。在好氧區生成的硝酸鹽混合液，也未能在脫氧的情況下進入缺氧或厭氧池，未能合理利用好汙水處理產物的資源(管位農，朱曉玫，潘新明.厭氧生物技術在汙水處理中的應用[J].甘肅科技，2004，20(11):29.33)。其中，厭氧反應器主要採用上流失厭氧汙泥床(UASB)0 UASB上流失厭氧汙泥床在反應底部濃度很高且沉降性能良好的顆粒汙泥形成的，反應器進水應與汙泥保持良好的接觸。汙水從反應器的底部通過配水系統輸配到反應器內部。反應器內汙泥在高速攪拌器的作用下，和有機物發酵。但是，由於厭氧區中的汙泥沉重，需要不停的攪動，耗能明顯增加。並且，攪拌沉重的汙泥，不可避免使大部分的汙泥落入厭氧區底部，無法及時高效處理溶氧汙水(管錫，鄭西來.現行UASB反應器的設計問題及改良的可行性[J].環境工程，2004，20(2): 17-19)。目前在厭氧工藝汙水處理方面應用較廣泛的是一種預脫氧-厭氧-缺氧-多級好氧/缺氧設備。中國發明專利CN101723510A中介紹了一種預脫氧-厭氧-缺氧-多級好氧/缺氧生物脫氮除磷的方法(趙衛兵，馬殿旗，李雲飛，耿天甲，姜楠.預脫氧-厭氧-缺氧-多級好氧/缺氧生物脫氮除磷的方法和裝置[P].中國:CN101723510A，2008)，但該工藝的裝置每一節都需要內置潛水攪拌器進行不間斷的攪拌，增加了能耗和維修難度，且在處理脫氧方面的性能也有待提高，操作複雜，不利於後期維修。目前汙水通過底部牆壁的孔洞流經厭氧區、缺氧區、好氧區，其流體流量難以控制，非常不利於厭氧工藝中物質間的有效接觸，即降低了厭氧反應的效率。因此需採用便於控制反應需要的流量、且使反應充分混合的旋流脫氧技術，實現更高效、節能、便於維修更換的厭氧工藝汙水脫氧處理一體化技術的處理。
【發明內容】
[0004]為了提高上述現有技術的處理效率，本發明提供了一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法與裝置，對溶氧汙水中的微小氣泡及氧氣進行有效去除，操作簡單、運轉周期長，有效地提高了厭氧工藝的汙水處理效率、降低了汙水處理過程的能耗。
[0005]具體的技術方案為:[0006]一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法，包括以下步驟:
[0007](I)利用汙水自身流動形成的壓力梯度場和離心場，在5~45°C下於旋流脫氧裝置中對所述汙水進行脫氧處理；脫氧後得到液相汙水和富氧氣相，所述液相汙水流入厭氧區，所述富氧氣相排入好氧區形成高濃度溶氧硝酸鹽混合液；
[0008]所述汙水的進口壓力為0.05~0.8MPa，所述壓力梯度場的最低進口壓力為-0.05~0.4MPa，所述液相汙水的溶氧量DO效果為0.1~0.2mg/L ;出水COD < 55mg/L、氨氮 < 0.2mg/L ；
[0009](2)在5~45°C下於所述旋流脫氧裝置中對所述高濃度溶氧硝酸鹽混合液進行脫氧處理(脫除溶解的氧氣及微小氣泡)，得到氧氣富集氣相和硝酸鹽混合液液相，所述硝酸鹽混合液液相流入缺氧區，所述氧氣富集氣相排回好氧區；
[0010]所述高濃度溶氧硝酸鹽混合液的壓力為0.1~0.4MPa。
[0011]所述汙水是富有機物的汙水。
[0012]一種實現前述厭氧工藝脫氧方法的汙水脫氧裝置，所述汙水脫氧裝置是旋流脫氧裝置，所述旋流脫氧裝置包括腔體和設置於所述腔體內的旋流脫氧管；
[0013]所述腔體的頂部具有氣相出口、底部具有液相出口，所述腔體的下半部設置有汙水進口，並且，在所述腔體的上半部和下半部各設有一個液位計；
[0014]所述旋流脫氧管包括由脫氧管腔和位於所述脫氧管腔上部的脫氧管外溢流管腔組成的封閉腔體，所述脫氧管腔的上部具有脫氧管液氣兩相切向進口、下部具有脫氧管液相出口，所述脫氧管腔的底部內表面上設有脫氧管內椎體；所述脫氧管外溢流管腔的頂部具有脫氧管氣相出口、下半部具有脫氧管二次液出口。
[0015]所述脫氧管液氣兩相切向進口從所述脫氧管腔的上表面中心以切向方向插入所述脫氧管腔的內部，所述脫氧管液相出口從所述脫氧管腔的下表面以切向方向伸出所述脫
氧管腔。
[0016]所述脫氧管氣相出口的上方依次連接著脫氧管第一溢流管腔、脫氧管環形槽和脫氧管第二溢流管腔，所述脫氧管氣相出口的兩端設置有脫氧管溢流管倒錐。
[0017]所述脫氧管內椎體的底部直徑大於所述脫氧管內椎體的頂部直徑，並且，所述脫氧管內椎體的底部直徑略小於所述脫氧管腔的底部直徑。
[0018]所述旋流脫氧管並聯設置。
[0019]本發明的有益效果在於:本發明採用旋流脫氧的方法利用溶氧汙水自身的流動形成的離心場與壓力梯度場對溶氧富有機物汙水進行脫氧處理，該壓力下的溶解於汙水的氧氣和微小氣泡依靠徑向截面自外向內壓力逐漸降低的壓力梯度場和內置內錐對氧氣氣相及微小氣泡向上的作用力被有效的去除。
[0020]本發明所述方法中，如工藝中富有機物汙水依靠流體自身的流動旋流形成離心場脫氧，這樣可減少厭氧工藝中設備需要的能耗。如汙水在進厭氧池之前先旋流分離脫氧、後在好氧區產生的高濃度硝酸鹽混合液經過旋流脫氧流回缺氧區，這樣既可以提高整個厭氧汙水處理的效率，又可以回收利用工藝流程中的氧氣資源。
[0021]本發明採用的設備具有操作簡單、佔地面積小、脫氣效率高、便於後期維修更換、厭氧工藝集成化等優點，避免了目前富有機物汙水進入好氧區或厭氧區前攪動產生的耗能高、厭氧區汙水處理反應不充分使得BOD、COD沒有明顯下降的問題，可廣泛應用於石油化工過程、製藥過程、製紙過程的厭氧工藝汙水處理過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是利用本發明的汙水脫氧裝置進行脫氧處理的工藝流程圖；
[0023]圖2是實施例1的汙水脫氧裝置的結構示意圖；
[0024]圖3是實施例中旋流脫氧管的結構示意圖；
[0025]圖4是旋流脫氧管的截面的壓力雲圖。
[0026]符號說明:
[0027]I腔體；11氣相出口 ；12汙水脫氧裝置上腔；13旋流脫氧管；14液相出口 ；
[0028]20脫氧管腔；21脫氧管外溢流管腔；22脫氧管液氣兩相切向進口 ；
[0029]23脫氧管液相出口 ；24脫氧管內椎體；25脫氧管氣相出口 ；26脫氧管二次液出Π ；
[0030]27脫氧管第一溢流管腔；28脫氧管環形槽；29脫氧管第二溢流管腔；
[0031]30脫氧管溢流管倒錐。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合實施例進一步闡明本發明的內容，但這些實施例並不限制本發明的保護範圍。
[0033]實施例1
[0034]如圖1所示，厭氧工藝中，溶氧富有機物汙水在進入厭氧區之前，先在旋流離心脫氣裝置中通過汙水自身的流動形成的離心場與壓力梯度場對其中溶解的氧氣進行分離，依靠旋流離心脫氣裝置的壓力梯度及離心力場的加速汙水沉降和強化液氣分離過程，溶解於富有機物汙水的氧氣由於壓力梯度場分壓的降低而實現脫除，脫氧後的汙水進入厭氧區進行硝化反應過程，而分離出來的富氧氣相則可排放到好氧區進行利用；好氧區產生的高濃度溶氧硝酸鹽混合液流入旋流離心脫氣裝置通過自身的流動形成的離心場與壓力梯度場對汙水中溶解的氧氣進行分離，脫氧後的硝酸鹽混合液進入缺氧區為反硝化菌的反硝化處理提供硝酸鹽和汙水中可生物降解的有機物為主的碳源，達到同時降低有機物與脫氮的目的，氧氣氣相收集回好氧區。本發明實現對溶氧富有機物汙水中的氧氣及微小氣泡進行有效去除，達到同時降低有機物與脫氮除磷、提高資源利用率和厭氧工藝汙水處理效率的目的。[0035]如圖2和圖3所示，作為汙水脫氧裝置的旋流脫氧裝置，包括腔體I和設置於腔體內的旋流脫氧管13 ;腔體I的頂部具有氣相出口 11、底部具有液相出口 14，腔體I的下半部設置有汙水進口，並且，在腔體I的上半部和下半部各設有一個液位計。氣相出口 11在汙水脫氧裝置上腔12的上面。
[0036]旋流脫氧管13包括由脫氧管腔20和位於脫氧管腔20上部的脫氧管外溢流管腔21組成的封閉腔體，脫氧管腔20的上部具有脫氧管液氣兩相切向進口 22、下部具有脫氧管液相出口 23，脫氧管腔20的底部內表面上設有脫氧管內椎體24 ;脫氧管外溢流管腔21的頂部具有脫氧管氣相出口 25、下半部具有脫氧管二次液出口 26，脫氧管二次液出口 26使得脫氧管溢流口氣相中的微小液滴因重力分離更有效地排出脫氧管。
[0037]脫氧管內椎體24的底部直徑大於脫氧管內椎體24的頂部直徑，並且，脫氧管內椎體24的底部直徑略小於脫氧管腔20的底部直徑。脫氧管內椎體24的頂部是一較小直徑的圓臺，為旋流脫氧管13中心軸低壓處的氧氣提供向上的作用力，有利於汙水中氧氣氣相的脫除。
[0038]脫氧管液氣兩相切向進口 22從脫氧管腔20的上表面中心以切向方向插入脫氧管腔20的內部，脫氧管液相出口 23從脫氧管腔20的下表面以切向方向伸出脫氧管腔20。
[0039]脫氧管氣相出口 25的上方依次連接著脫氧管第一溢流管腔27、脫氧管環形槽28和脫氧管第二溢流管腔29，脫氧管氣相出口 25的兩端設置有脫氧管溢流管倒錐30，流體依靠自身的流動形成離心場產生壓力梯度，造成腔體內中心軸處壓力明顯偏低，便於析出汙水中的氧氣。旋流脫氧管13可由多個進行並聯設置。
[0040]為了便於觀察，其餘附圖中的旋流離心脫氣脫氧管不再作細節標識。
[0041]厭氧汙水處理工藝流程通常通過以下步驟實現:溶氧富有機物汙水未脫氧或未充分脫氧進入厭氧池經攪拌進行攪拌反應處理，分離出的液相進一步通過缺氧區和好氧區。
[0042]表1為某石油化工廠厭氧工藝處理汙水裝置中溶氧富有機物汙水的性質及操作參數。
[0043]表1
【權利要求】
1.一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)利用汙水自身流動形成的壓力梯度場和離心場，在5~45°C下於旋流脫氧裝置中對所述汙水進行脫氧處理；脫氧後得到液相汙水和富氧氣相，所述液相汙水流入厭氧區，所述富氧氣相排入好氧區形成高濃度溶氧硝酸鹽混合液； 所述汙水的進口壓力為0.05~0.8MPa，所述壓力梯度場的最低進口壓力為-0.05~0.4MPa，所述液相汙水的溶氧量DO效果為0.1~0.2mg/L ； (2)在5~45°C下於所述旋流脫氧裝置中對所述高濃度溶氧硝酸鹽混合液進行脫氧處理，得到氧氣富集氣相和硝酸鹽混合液液相，所述硝酸鹽混合液液相流入缺氧區，所述氧氣富集氣相排回好氧區； 所述高濃度溶氧硝酸鹽混合液的壓力為0.1~0.4MPa。
2.根據權利要求1的汙水脫氧方法，其特徵在於，所述汙水是富有機物的汙水。
3.一種適用於厭氧工藝中的汙水脫氧裝置，其特徵在於，所述汙水脫氧裝置是旋流脫氧裝置，所述旋流脫氧裝置包括腔體和設置於所述腔體內的旋流脫氧管； 所述腔體的頂部具有氣相出口、底部具有液相出口，所述腔體的下半部設置有汙水進口，並且，在所述腔體的上半部和下半部各設有一個液位計； 所述旋流脫氧管包括由脫氧管腔和位於所述脫氧管腔上部的脫氧管外溢流管腔組成的封閉腔體，所述脫 氧管腔的上部具有脫氧管液氣兩相切向進口、下部具有脫氧管液相出口，所述脫氧管腔的底部內表面上設有脫氧管內椎體；所述脫氧管外溢流管腔的頂部具有脫氧管氣相出口、下半部具有脫氧管二次液出口。
4.根據權利要求3所述的汙水脫氧裝置，其特徵在於，所述脫氧管液氣兩相切向進口從所述脫氧管腔的上表面中心以切向方向插入所述脫氧管腔的內部，所述脫氧管液相出口從所述脫氧管腔的下表面以切向方向伸出所述脫氧管腔。
5.根據權利要求3所述的汙水脫氧裝置，其特徵在於，所述脫氧管氣相出口的上方依次連接著脫氧管第一溢流管腔、脫氧管環形槽和脫氧管第二溢流管腔，所述脫氧管氣相出口的兩端設置有脫氧管溢流管倒錐。
6.根據權利要求3所述的汙水脫氧裝置，其特徵在於，所述脫氧管內椎體的底部直徑大於所述脫氧管內椎體的頂部直徑，並且，所述脫氧管內椎體的底部直徑略小於所述脫氧管腔的底部直徑。
7.根據權利要求3所述的汙水脫氧裝置，其特徵在於，所述旋流脫氧管並聯設置。
【文檔編號】C02F1/20GK103833097SQ201410125602
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】王朝陽, 楊強, 汪華林, 陳秀榮, 許蕭, 盧浩 申請人:華東理工大學