銘盛環(huán)境——工業(yè)污水,工業(yè)廢水處理專家,提供污水處理解決方案
以元壩氣田、普光氣田為代表的高含硫氣田在開發(fā)作產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量含硫污水,形成四周土壤污染和管道腐蝕,同時由于污水中的S2-會轉(zhuǎn)化為H2S,形成人體危害和環(huán)境污染。氣田污水的達(dá)標(biāo)回注處置既能防止環(huán)境污染,又到達(dá)了注水保壓的目的,有效保證了含硫氣田的穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)。臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用臭氧的強(qiáng)氧化性,在工業(yè)污水處理過程中具有時間短、效果好的特性,且處置后無二次污染,契合水處置技術(shù)的現(xiàn)代環(huán)保理念,但臭氧的水溶性較差,本錢較高,生產(chǎn)過程能耗大,且在高濃度含硫污水中難以高效應(yīng)用,這嚴(yán)重限制了臭氧氧化的工業(yè)化應(yīng)用。
超重力技術(shù)是近年興起的一種傳質(zhì)強(qiáng)化技術(shù),該技術(shù)經(jīng)過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的向心力場來模仿產(chǎn)生超重力環(huán)境。在此作用下,液體飛速甩出,氣液兩相的相間接觸面積增加,能大幅提升臭氧氧化的處置效果。本文旨在研討超重力強(qiáng)化臭氧氧化含硫污水的處置效果,將含硫污水和臭氧通入旋轉(zhuǎn)填料床實行反響,經(jīng)過探求不同要素對超重力臭氧氧化處置效果的影響,肯定超重力臭氧氧化的最優(yōu)工藝參數(shù)。
一、實驗設(shè)備與流程
1.1實驗器材
實驗過程中的主要實驗設(shè)備包括超重力旋轉(zhuǎn)填料床和臭氧發(fā)作器,其中,旋轉(zhuǎn)填料床為臭氧氧化提供反響場所,臭氧發(fā)作器為實驗提供臭氧。
(1)旋轉(zhuǎn)填料床
實驗所用旋轉(zhuǎn)填料床采用氣液逆流接觸方式,轉(zhuǎn)子內(nèi)部裝置傳質(zhì)效果較好的304不銹鋼規(guī)整填料,主要構(gòu)造參數(shù)包括:外殼外徑為400mm、寬度為180mm;填料轉(zhuǎn)子外徑300mm、轉(zhuǎn)子內(nèi)徑60mm、填料層軸向厚度70mm。圖1所示為旋轉(zhuǎn)填料床的實驗主體局部。
旋轉(zhuǎn)填料床的殼體上設(shè)有液體進(jìn)口、液體出口、氣體進(jìn)口、氣體出口。經(jīng)過變頻調(diào)理器可控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動可產(chǎn)生強(qiáng)大的離心作用場,能夠來模仿超重力環(huán)境。超重力機(jī)構(gòu)成的超重力場運(yùn)用超重力因子實行權(quán)衡。超重力因子是旋轉(zhuǎn)填料床的均勻超重力加速度與重力加速度之比,為無因次量,用來描繪旋轉(zhuǎn)填料床中超重力場的強(qiáng)度。計算公式如式(1)所示。
式中:β-超重力因子;棕為角速度,1/s;r1、r2-分別為填料的內(nèi)、外半徑,m;g-重力加速度,9.8m/s2。
(2)臭氧發(fā)作器
實驗過程中所需臭氧由CF-G-3-10g型臭氧發(fā)作器制備,以高純氧為原料氣,根本原理為介質(zhì)阻撓放電法,工作原理如圖2所示。
臭氧發(fā)作器工作過程中,電子加速運(yùn)動產(chǎn)生極高的能量,氧氣與電子碰撞合成為氧原子;經(jīng)過施加并升高交流電壓,在被介電體阻隔的電極和放電空間產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象,當(dāng)枯燥的氧氣流過臭氧發(fā)作器的電暈放電區(qū),與氧原子經(jīng)過三體碰撞反響生成臭氧。
實驗過程中,氣相臭氧濃度采用便攜式臭氧檢測儀MS400-O3測定,分辨率為0.01mg/L。
(3)實驗用水質(zhì)狀況
實驗過程中,采用九水硫化鈉作為溶質(zhì)配制一定S2-濃度的溶液來替代含硫污水,實驗所用水質(zhì)S2-濃度為80mg/L;為減少溶液中雜質(zhì)離子對實驗結(jié)果的影響,采用蒸餾水實行模仿污水配制;氫氧化鈉和草酸用于調(diào)整污水溶液的pH值。
1.2實驗流程
實驗過程中配制S2-濃度為80mg/L的含硫污水,進(jìn)液量設(shè)置為100L/h。在超重力臭氧氧化處置含硫污水實驗中,由臭氧發(fā)作器產(chǎn)生的臭氧經(jīng)過超重力旋轉(zhuǎn)填料床氣體入口進(jìn)入超重力旋轉(zhuǎn)填料床,與來自超重力旋轉(zhuǎn)填料床液體入口的含硫污水在旋轉(zhuǎn)填料床中發(fā)作臭氧氧化反響,反響后的氣體從超重力旋轉(zhuǎn)填料床氣體出口排出,液體則從超重力旋轉(zhuǎn)填料床液體出口排出至廢液處置系統(tǒng)。
1.3實驗指標(biāo)及檢測設(shè)備
污水中S2-的脫除效果用脫硫率η來表征,其計算公式如式2所示。
式中:η-脫硫率,%;ρ1-脫硫前污水中S2-質(zhì)量濃度,mg/L;ρ2-脫硫后污水中S2-質(zhì)量濃度,mg/L。污水中S2-的質(zhì)量濃度采用ZZW水質(zhì)多參數(shù)現(xiàn)場測試儀實行測定。該設(shè)備將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)剖析、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)顯現(xiàn)等多系統(tǒng)實行微電子集成,既完成了設(shè)備的微型化,又可以快速精確丈量污水中S2-濃度。
1.4取樣時間確實定
在超重力中臭氧氧化處置含硫污水實驗中,為了防止因旋轉(zhuǎn)填料床運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定形成的實驗誤差,肯定后續(xù)實驗的取樣時間,在實驗之初實行反復(fù)性實驗,以肯定最佳取樣時間。
設(shè)置旋轉(zhuǎn)填料床轉(zhuǎn)速為0r/min、600r/min和1200r/min,分別處置S2-濃度為80mg/L的含硫污水,在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)5min、10min、15min、20min分別取樣得出S2-脫除率,實驗結(jié)果如圖4所示。
經(jīng)過在不同時間取樣對實驗實行反復(fù)性剖析,由圖4可知,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之初S2-脫除率變化較大,10min之后脫除效果逐步穩(wěn)定,剖析緣由:由于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之初旋轉(zhuǎn)填料床的氣、液相流量均不穩(wěn)定,對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾,10min各局部均進(jìn)入正常狀態(tài),實驗結(jié)果比擬牢靠。由上述數(shù)據(jù)綜合剖析能夠得出,10min之后該實驗的反復(fù)性較好,實驗設(shè)備、操作辦法和取樣時間(10min)可用于后續(xù)實驗。這也與旋轉(zhuǎn)填料床到達(dá)穩(wěn)定時間短,便于開停車,易于操作的特性相吻合。
二、超重力臭氧氧化工藝參數(shù)研討
本小節(jié)針對液體流量、超重力因子、含硫污水pH值、臭氧濃度、液相進(jìn)口壓力和溶液溫度,剖析不同參數(shù)對超重力臭氧氧化的影響規(guī)律,以肯定最優(yōu)的工藝參數(shù)。
2.1超重力因子
為探求超重力因子對脫硫率的影響規(guī)律,經(jīng)過變頻器調(diào)理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來改動超重力因子,調(diào)查超重力因子β對S2-脫除率的影響,其實驗結(jié)果如圖5所示。
從圖5中能夠看出,隨著超重力因子的增大,S2-的脫除率先增大后逐步趨于穩(wěn)定,當(dāng)超重力因子β從0增加到257.82時,臭氧氧化實驗中S2-脫除率可從41%增加到84%,當(dāng)超重力因子β大于145.02時,S2-脫除率上升速度均變緩。
剖析緣由,旋轉(zhuǎn)填料床能夠?qū)⒑蛭鬯八毫岩睘橐昂蛭鬯畬右?,大大減小了液滴的尺寸,縮短了氣相的擴(kuò)散間隔,使其能夠快速抵達(dá)含硫污水外表,從而增加傳質(zhì)效率;同時,隨著轉(zhuǎn)速的增加,液體邊境層受旋轉(zhuǎn)填料的作用更新速率加快,傳質(zhì)效果變化明顯。隨著超重力因子進(jìn)一步增加,液體在旋轉(zhuǎn)填料床中的停留時間減少,氣液間的傳質(zhì)時間降低,含硫污水層不能與氣體實行充沛?zhèn)髻|(zhì),但超重力因子對脫硫率傳質(zhì)的促進(jìn)作用依然占主導(dǎo)位置,宏觀表現(xiàn)為脫硫率上升,但增速降低。除此之外,隨著超重力因子的增加,相應(yīng)的本錢增加,故綜合思索S2-脫除效果和經(jīng)濟(jì)性,肯定超重力臭氧氧化實驗較適合的最優(yōu)超重力因子β=145.02,對應(yīng)轉(zhuǎn)速為1200r/min,并將該轉(zhuǎn)速作為后續(xù)的研討條件。
2.2含硫污水pH值
臭氧氧化含硫污水的處置過程中,一方面O3分子直接氧化S2-,另一方面O3在水中發(fā)作自合成反響產(chǎn)生氧化才能更強(qiáng)的羥基自在基(•OH),這也是臭氧氧化工藝具有高氧化才能的緣由[20]。其中,pH值經(jīng)過影響(•OH)的含量進(jìn)而影響污水氧化處置效果,為探求含硫污水pH值對超重力臭氧氧化的處置規(guī)律,設(shè)置超重力因子β為145.02,經(jīng)過向含硫污水中參加草酸、氫氧化鈉調(diào)理相應(yīng)的pH值,pH值分別為7.0、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5、11.0,實行不同pH值下的臭氧氧化實驗,實驗結(jié)果如圖6所示。
從圖6中能夠看出,隨著pH值增大,臭氧氧化效果先上升后降落,在pH值為9.0時,臭氧的氧化除硫效果最優(yōu),脫硫率為81%。剖析緣由,臭氧氧化除硫可經(jīng)過臭氧分子直接氧化和羥基自在基(•OH)間接氧化兩種方式,其中羥基自在基(•OH)生動性好,氧化性強(qiáng)。在pH值較小時,自在基數(shù)量比擬少,含硫污水氧化處置主要是經(jīng)過臭氧分子的直接氧化,隨著pH的增加,臭氧在水中的溶解度增大,更多臭氧被合成產(chǎn)生氧化性較強(qiáng)的羥基自在基,脫硫效果顯著上升,此時臭氧分子直接氧化和自在基間接氧化同時存在。隨著pH值趨近于9.0,自在基間接反響氧化處置含硫污水占領(lǐng)主要位置,氧化除硫效果趨于最優(yōu)工況,在此根底上繼續(xù)增大pH值,(•OH)的生成遭到抑止,臭氧氧化除硫效果呈現(xiàn)降落趨向。因而,綜合思索脫硫率,肯定最優(yōu)pH值為9.0,并將該pH值作為后續(xù)研討條件。
2.3臭氧濃度
調(diào)理污水pH值為9.0,旋轉(zhuǎn)填料床轉(zhuǎn)速為1200r/min,臭氧濃度由臭氧發(fā)作器控制,濃度分別設(shè)置為20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L,實驗結(jié)果如圖7所示。
從圖7中能夠看出,在實驗范圍內(nèi),隨著臭氧濃度的增加,含硫污水的脫除率先上升后趨于穩(wěn)定。當(dāng)臭氧濃度低于30mg/L時,隨著臭氧濃度的升高,脫硫率逐步上升,至臭氧濃度為30mg/L時,脫硫率為81%,進(jìn)一步加大臭氧濃度,脫除率固然呈現(xiàn)持續(xù)上升趨向,但是變化幅度相對較小。因而,綜合思索S2-脫除效果和臭氧制取本錢等方面,在實驗范圍內(nèi)選取較適合的臭氧濃度為30mg/L,并將該臭氧濃度作為后續(xù)研討條件。
2.4液相進(jìn)口壓力
液相進(jìn)口壓力影響液體進(jìn)入填料層的放射速度,液相壓力大,放射速度高。為探求不同壓力對脫硫效果的影響規(guī)律,調(diào)理臭氧濃度為30mg/L、pH值為9.0、轉(zhuǎn)速為1200r/min,實行不同液相進(jìn)口壓力下的臭氧氧化實驗,液相進(jìn)口壓力分別為0.15MPa、0.25MPa、0.35MPa、0.45MPa、0.55MPa,實驗結(jié)果如圖8所示。
從圖8中能夠看出,臭氧氧化效果隨著液相進(jìn)口壓力的升高而遲緩上升,在轉(zhuǎn)速為1200r/min工況下,液相進(jìn)口壓力根本不影響臭氧氧化效果。根據(jù)傳質(zhì)定律,在重力場下液相進(jìn)口壓力越大,氣液兩相間的傳質(zhì)推進(jìn)力增大,脫硫率逐步上升,但是這一影響非常有限;思索到水泵的能耗及綜合脫硫率,在實驗范圍內(nèi)肯定最佳液相進(jìn)口壓力為0.15MPa,并將此壓力作為后續(xù)研討條件。
2.5溶液溫度
在超重力臭氧氧化過程中,溫度會影響臭氧與S2-的化學(xué)反響速率,溫度越高,氧化速率越快,但高溫條件必然帶來能量損耗的增大。為探求溫度對脫硫效果的影響規(guī)律,設(shè)置臭氧濃度為30mg/L,pH值為9.0,液相進(jìn)口壓力為0.15MPa,轉(zhuǎn)速為1200r/min,實行不同溫度下旋轉(zhuǎn)填料床的臭氧氧化實驗,實驗溫度分別設(shè)置為25℃、30℃、40℃、50℃、60℃,實驗結(jié)果如圖9所示。
從圖中能夠看出,在實驗條件下,溫度越高S2-脫除效果越好,隨著溫度升高,脫硫率逐步趨于穩(wěn)定;當(dāng)溫度低于50℃時,隨著溫度升高,S2-脫除率逐步增加;溫度高于50℃時,隨著溫度升高,S2-脫除率增加遲緩,且曲線趨于平緩。剖析緣由,污水溫度的升高影響了氧化反響的化學(xué)反響速率,從而招致脫硫率上升的趨向,但是溫度的持續(xù)升高會加快臭氧合成為氧氣,表現(xiàn)為脫硫率增速降低并逐步趨于平緩。因而,綜合思索S2-脫除效果和處置本錢,在實驗范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)填料床較適合的處置溫度為50℃。
綜合上述不同要素對超重力臭氧氧化處置含硫污水效果的影響研討,肯定在實驗條件下的最優(yōu)工藝參數(shù)為:超重力因子β=145.02,含硫污水pH值為9.0,臭氧濃度為30mg/L,液相進(jìn)口壓力為0.15MPa,實驗溫度為50℃。從圖9能夠看出,在最優(yōu)工況下,S2-脫除率可達(dá)99.2%,處置后污水中S2-濃度僅有0.64mg/L,到達(dá)污水排放請求。
三、結(jié)論
針對臭氧氧化技術(shù)存在的問題,本文將超重力技術(shù)與臭氧氧化技術(shù)相分離應(yīng)用于含硫污水處置范疇,經(jīng)過單要素對旋轉(zhuǎn)填料床脫硫效果的影響研討,得到如下結(jié)論:
(1)經(jīng)過超重力臭氧氧化實考證明,應(yīng)用超重力技術(shù)實行含硫污水的處置具有處置周期短、處置效果好的優(yōu)點(diǎn),具有較高的工業(yè)化應(yīng)用價值。
(2)在單要素對超重力臭氧氧化實驗中,隨著pH值增加,脫硫率呈現(xiàn)先上升后降落的趨向;隨著超重力因子增加,脫硫率增加,且增幅逐步降低;隨著臭氧濃度的增加,脫硫率逐步增加,且增幅逐步降低;液相進(jìn)口壓力增加,脫硫率根本不變;隨著溫度增加,脫硫率逐步增加,且增幅逐步降低。綜合脫硫率與運(yùn)轉(zhuǎn)本錢,肯定超重力臭氧氧化的最優(yōu)工藝參數(shù)為:pH值為9.0,超重力因子為145.02,臭氧濃度為30mg/L,液相進(jìn)口壓力為0.15MPa,溫度為50℃。在最優(yōu)工況下,S2-脫除率可達(dá)99.2%,處置后污水中S2-濃度僅有0.64mg/L,到達(dá)污水排放請求。