一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法和裝置與流程
2023-07-20 03:11:06
本發明屬於水處理技術領域，具體涉及一種高效去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的工藝和方法。
背景技術：
作為我國的基礎產業，鋼鐵工業自改革開放以來，快速發展，近年來一直處於高速發展階段，鋼年產量增幅在15％～22％。可是鋼鐵工業是一個高能耗、高資源、高汙染的產業，其水資源消耗巨大，約佔全國工業用水量的14％。
鋼鐵企業在軋鋼過程中會產生大量的稀油廢水。主要有帶鋼軋制過程中冷卻和潤滑產生的含乳化油廢水和冷卻帶鋼在退火前脫脂中產生的稀油廢水，稀油廢水中大量含氮雜環的有機物。總有機氮是指有機化合物中所含有的氮元素，包括所有脂肪烴和芳香烴的硝基、亞硝基、氨基、醯胺基、脒基等含氮有機物中的氮。
電吸附技術是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質在電極的表面富集濃縮而實現水的淨化的一種新型水處理技術。電吸附的產生的淨水可應用回用於生產，而產生的濃水需要進行深度處理。
冷軋稀油廢水的處理工藝為：氣浮除油+好氧生化反應池+過濾+電吸附。電吸附的產水水質可滿足鋼鐵應用工業水的要求，可回用於前道工序，但是電吸附的濃水中總有機氮汙染嚴重。
技術實現要素：
本發明的目的就是根據冷軋稀油電吸附濃水的水質水量情況，開發去除濃水中總有機氮的技術方案，以綠色工藝和節能減排為主要任務，減少環境染，積極應對日益嚴格的環境保護法規。
本發明提供了一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法技術方案，採用本發明的達標處理系統，運行操作簡單，生產處理成本較低，是環境友好型的 鋼鐵廢水綠色環保處理工藝。
本發明的一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法的技術方案如下：
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，所述方法使用高效催化反應塔，其特徵在於，所述高效催化反應塔內依次設置有水氣平衡分布器，支撐板，支撐板上設置有催化劑，催化劑的上層放置填料壓板，
在支撐板和填料壓板之間設置的催化劑為堇青石負載錳/釕絡合催化劑，
所述冷軋稀油電吸附濃水和臭氧分別通過管道從高效催化反應塔底部進入高效催化反應塔，並通過平衡分布器均勻布，
通過平衡分布器均勻布的稀油電吸附濃水從支撐板流出，再從出水口排放，通過平衡分布器均勻布的臭氧水氣氣體從支撐板流出後，從高效催化反應塔的排氣口排放，
經過上述流程，冷軋稀油電吸附濃水的出水水質為7800～10100us/cm，總有機氮為3～7mg/L。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，所述冷軋稀油電吸附濃水的電導率為7800～10100us/cm，總有機氮23～47mg/L。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，其特徵在於，高效催化反應塔內的臭氧濃度為300～500g/L，所述冷軋稀油電吸附濃水在高效催化反應塔內的停留時間為26～47min。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，其特徵在於，上面放置堇青石負載錳/釕絡合催化劑的支撐板的開孔率為30～35％，孔徑為6～8mm。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，其特徵在於，堇青石負載錳/釕絡合催化劑上放置的填料壓板的開孔率為50％，孔徑為8mm。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，其特徵在於，在支撐板和填料壓板之間放置的堇青石負載錳/釕絡合催化劑佔整個高效催化反應塔體積的65～85％。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的方法，其特徵在於，堇青石負載錳/釕絡合催化劑的製備方法如下：
1)載體的篩選：所述堇青石的主要成分為：SiO2：46～57％(質量)，Al2O3：35～45％(質量)；MgO：9～15％；Fe2O3(質量)：0.1～1.5％(質量)；TiO2：0.1～1.7％(質量)；Na2O+K2O：0.1～0.5％(質量)；
2)載體的清洗：堇青石載體放在15～25％的硝酸溶液中浸漬40～60min，再用純水洗至溶液呈中性，然後在110-120℃鼓風乾燥箱中乾燥2-3小時，冷卻後備用；
3)混合溶液的配製：將0.8～1.5mol/L的硝酸錳溶液、0.2～0.7mol/L三氯化釕溶液、0.01-0.005mol/L的正矽酸脂乙醇溶液按照體積比18-20：14-15：1混合，調節PH為1.5，配製成混合溶液；
4)載體浸泡：堇青石載體按固液比1：5-7浸泡在配製好的混合溶液中120～360min，然後將堇青石載體取出，烘乾；
5)高溫燒結：得到堇青石負載錳/釕絡合催化劑。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的處理方法，優選的是，
在步驟1)載體的篩選：
所述堇青石線膨脹係數為2.1～2.8(20～800℃)10-6/℃；吸水率為21～29％。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的處理方法，優選的是，
在步驟3)混合溶液的配製：
硝酸錳溶液，三氯化釕溶液，正矽酸脂乙醇溶液按照體積比20：15：1混合，超聲波震蕩混合10～20min，隨後滴加硝酸至PH為1.5，最終配製成混合溶液。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的處理方法，優選的是，在步驟5)高溫燒結：
將堇青石載體加熱爐中以4℃/min升溫至890℃,恆溫煅燒4～7小時後自然冷卻，得到堇青石負載錳/釕絡合催化劑。
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的裝置，所述裝置包括高效催化反應塔，其特徵在於，所述高效催化反應塔內依次設置有水氣平衡分布器，支撐板和填料壓板，在支撐板和填料壓板之間放置負載型兩元絡合分子篩催化劑，
所述冷軋稀油電吸附濃水和臭氧分別通過管道從高效催化反應塔底部進入高效催化反應塔，並通過平衡分布器均勻分布，
通過平衡分布器均勻分布的稀油電吸附濃水從支撐板流出，再從出水口排放，通過平衡分布器均勻分布的臭氧水氣氣體從支撐板流出後，從高效催化反應塔的排氣口排放。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的裝置，其特徵在 於，上面放置負載型兩元絡合分子篩催化劑的支撐板的開孔率為30～35％，孔徑為6～8mm。
根據本發明所述一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的裝置，其特徵在於，負載型兩元絡合分子篩催化劑上放置的填料壓板的開孔率為50％，孔徑為8mm。
本發明提出了冷軋稀油電吸附濃水深度處理方案，此技術方案有效解決了濃水中總有機氮汙染環境的問題。因此本發明屬於鋼鐵綠色環保生產工藝，具有良好的社會效益和環境效益。
附圖說明
圖1為冷軋稀油廢水電吸附處理工藝流程(濃水產生的工藝流程)示意圖。
圖2為去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮裝置示意圖。
圖中，高效催化反應塔1、臭氧進氣口2、進水口3、水氣平衡分布器4、支撐板5、堇青石負載錳/釕絡合催化劑催化劑6、催化劑壓板7、出水口8、出氣口9。
具體實施方式
為了更好地理解本發明專利，下面結合實施例進一步闡明本發明專利的內容，但本發明專利的內容不僅僅局限於下面的實施例。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
實施例1：
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的技術方案。
冷軋稀油廢水的處理工藝為：氣浮除油+好氧生化反應池+過濾+電吸附。電吸附的產水水質可滿足鋼鐵應用工業水的要求，可回用於前道工序，但是電吸附的濃水中總有機氮汙染嚴重。
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮工藝系統，包括高效催化反應塔、臭氧進氣口、進水口、水氣平衡分布器、支撐板、堇青石負載錳/釕絡合催化劑、催化劑壓板、出水口、出氣口。
所述冷軋稀油電吸附濃水的電導率為8200us/cm，總有機氮46mg/L。
所述冷軋稀油電吸附濃水通過管道從高效催化反應塔進水口進入反應塔，臭 氧通過管道從高效催化反應塔底部進入，濃水和臭氧水氣通過平衡分布器均勻布水流和氣流。臭氧濃度為500g/L，濃水在高效催化反應塔內的停留時間為33min。
支撐板層的上面放置堇青石負載錳/釕絡合催化劑，支撐板的開孔率為31％，孔徑為7mm。催化劑的上層放置填料壓板，填料壓板的開孔率為50％，孔徑為8mm。在支撐板和填料壓板之間放置負載型兩元絡合分子篩催化劑，催化劑佔整個高效催化反應塔的體積的75％。
堇青石負載錳/釕絡合催化劑催化劑針對冷軋稀油電吸附濃水的特點，開發高效去除總有機氮的催化劑的製備方法。選擇堇青石作為催化劑因為堇青石化學穩定性好，不與催化劑塗層或活性組分發生固相反應，同時又有足夠的機械強度，耐衝擊符合。
催化劑的製備：1)載體的篩選：所述堇青石的主要成分(質量百分比)為：SiO2：51％，Al2O3：37％；MgO：10％；Fe2O3：1.1％；TiO2：0.8％；Na2O+K2O：0.1％。所述堇青石線膨脹係數2.3(20～800℃)10-6/℃；吸水率為25％。2)載體的清洗：堇青石載體放在在21％的硝酸溶液中浸漬55min，再用純水洗至溶液呈中性，然後在120℃鼓風乾燥箱中乾燥2小時，冷卻後備用。3)混合液的配製：將1.1mol/L的硝酸錳溶液、0.4mol/L三氯化釕溶液、0.01mol/L的正矽酸脂乙醇溶液按照體積比20：15：1混合，超聲波震蕩混合13min，隨後滴加硝酸至PH為1.5，最終配製成混合溶液。4)載體浸泡：堇青石載體按固液比1：6浸泡在配製好的混合溶液中320min，然後將堇青石載體取出，在紅外燈下烘乾。4)高溫燒結：將堇青石載體加熱爐中以4℃/min升溫至890℃,恆溫煅燒5小時，然後自然冷卻,製備得到堇青石負載錳/釕絡合催化劑。堇青石負載錳/釕絡合催化劑在廢水臭氧催化氧化過程中，將臭氧轉化自由基，自由基具有極強的氧化性，可使電吸附濃水中總有機氮中的碳氮雙鍵、碳氮三鍵開環或氧化成小分子，從而降低稀油電吸附濃水中總有機氮的含量。
稀油電吸附濃水從支撐板流出，再從出水口排放，氣體從高效催化反應塔的排氣口排放。
經過整個工藝流程，冷軋稀油電吸附濃水的出水水質8250us/cm，總有機氮5mg/L。
實施例2
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮的技術方案。
冷軋稀油廢水的處理工藝為：氣浮除油+好氧生化反應池+過濾+電吸附。電吸 附的產水水質可滿足鋼鐵應用工業水的要求，可回用於前道工序，但是電吸附的濃水中總有機氮汙染嚴重。
一種去除冷軋稀油電吸附濃水中總有機氮裝置，包括高效催化反應塔、臭氧進氣口、進水口、水氣平衡分布器、支撐板、堇青石負載錳/釕絡合催化劑、催化劑壓板、出水口、出氣口。
所述冷軋稀油電吸附濃水的電導率為8200us/cm，總有機氮46mg/L。
所述冷軋稀油電吸附濃水通過管道從高效催化反應塔進水口進入反應塔，臭氧通過管道從高效催化反應塔底部進入，濃水和臭氧水氣通過平衡分布器均勻布水流和氣流。臭氧濃度為500g/L，濃水在高效催化反應塔內的停留時間為33min。
支撐板層的上面放置堇青石負載錳/釕絡合催化劑，支撐板的開孔率為31％，孔徑為7mm。催化劑的上層放置填料壓板，填料壓板的開孔率為50％，孔徑為8mm。在支撐板和填料壓板之間放置負載型兩元絡合分子篩催化劑，催化劑佔整個高效催化反應塔的體積的75％。
堇青石負載錳/釕絡合催化劑催化劑針對冷軋稀油電吸附濃水的特點，開發高效去除總有機氮的催化劑的製備方法。選擇堇青石作為催化劑因為堇青石化學穩定性好，不與催化劑塗層或活性組分發生固相反應，同時又有足夠的機械強度，耐衝擊符合。
催化劑的製備：1)載體的篩選：所述堇青石的主要成分(質量百分比)為：SiO2：51％，Al2O3：37％；MgO：10％；Fe2O3：1.1％；TiO2：0.8％；Na2O+K2O：0.1％。所述堇青石線膨脹係數2.3(20～800℃)10-6/℃；吸水率為25％。2)載體的清洗：堇青石載體放在在21％的硝酸溶液中浸漬55min，再用純水洗至溶液呈中性，然後在120℃鼓風乾燥箱中乾燥2小時，冷卻後備用。3)混合液的配製：將1.1mol/L的硝酸錳溶液、0.4mol/L三氯化釕溶液、0.01mol/L的正矽酸脂乙醇溶液按照體積比20：15：1混合，超聲波震蕩混合13min，隨後滴加硝酸至PH為1.5，最終配製成混合溶液。4)載體浸泡：堇青石載體按固液比1：6浸泡在配製好的混合溶液中320min，然後將堇青石載體取出，在紅外燈下烘乾。4)高溫燒結：將堇青石載體加熱爐中以4℃/min升溫至890℃,恆溫煅燒5小時，然後自然冷卻,製備得到堇青石負載錳/釕絡合催化劑。堇青石負載錳/釕絡合催化劑在廢水臭氧催化氧化過程中，將臭氧轉化自由基，自由基具有極強的氧化性，可使電吸附濃水中總有機氮中的碳氮雙鍵、碳氮三鍵開環或氧化成小分子，從而降低稀油電吸附濃水中總有機氮的含量。
稀油電吸附濃水從支撐板流出，再從出水口排放，氣體從高效催化反應塔的排氣口排放。
經過整個工藝流程，冷軋稀油電吸附濃水的出水水質8250us/cm，總有機氮5mg/L。
綜上所述，本發明所述的平整液源頭減排的處理系統實現了平整液廢水的達標排放，本發明工藝一次性投資低；廢液處理效果穩定；生產運行成本低；自動化程度高，操作簡單。本發明充分體現了節能減排的效果，是環境友好型的綠色鋼鐵生產工藝。
當然，本技術領域內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明本發明，而非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對上述實施例的變換、變形都將落在本發明權利要求的範圍內。