一种高效的废水湿式空气氧化反应器.docx
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一种高效的废水湿式空气氧化反应器
一种高效的废水湿式空气氧化反应器
早期的湿式空气氧化反应曾使用单筒式反应器，使用表明，由于废水湿式空气氧化反应是一个强烈的放热反应，随着反应的进行，反应物的温度不断升高，使反应物料出口端达到很高的温度，对设备材质的要求很苛刻，设备造价昂贵[1]。
其次，这种结构的反应器不能直接利用反应热加热被处理的废水，废水要求预先加热至氧化反应的起始温度后才进入氧化反应器，故处理系统要增加废水预热器，增加了废水处理流程的复杂性，同时也增加了设备的故障率，使废水处理成本上升。
为了克服单筒式反应器的上述不足之处，发展了一种双筒式反应器，也没有任何活动部件，它不但使整个反应器内的物料温度均匀，而且还能有效地利用反应热直接加热进人的废水和利用高压空气的压头实现反应物在反应器内进行循环、提高了反应效率及处理系统的稳定性和安全性。
这种双层筒式湿式空气氧化反应器的简图如图1所示。
采用这种双层筒式反应器，被处理的废水由进口管8进入反应器内外简之间的空间，向下流至底部，与底部从压缩空气进口管15进入的高压空气混合，由于高压空气的喷射作用使气液混合物在内简内迅速上升至内筒顶端与上封头之间的自由空间，然后转向外筒与内简之间的空间再与进入的废水混合，下流至内简下端（如图1中箭头所示），形成循环。
在循环过程中反应产生的反应热直接加热被处理的废水。
循环的次数将视处理的要求而定。
因而，这种反应器具有混合完全、温度均匀，反应效率高，热回收效率高，设备体积小，造价低，运行稳定可靠等优点。
为了实现上述目的，反应器的设计颇为重要，反应器的设计要点如下：
①内外筒直径的确定
为了确保处理物料能够形成循环，混合完全、温度均匀，充分回收反应热。
废水的上升空间及其下降空间的截面积有一定要求，要适当选择。
通常物料的上升空间与下降空间的截面积之比为3.5：
1至1：
3。
如果物料的下降空间过于狭窄，则流体阻力增大，物料的循环量减少，热交换效率下降，难以将进入的废水加热到氧化反应的起始温度，将导致氧化反应难以继续进行。
相反，如果废水的上升空间过于狭窄，则由反应器底部高压空气喷射作用产生的微小空气粒子会结合成大颗粒，减少了废水氧化反应所必须的气液接触面积，也会妨碍氧化反应的继续进行和氧化效率的提高。
②内筒上下端面的位置
内筒上下端面的位置也有一定的要求。
通常，内筒上端面位于外筒上封头法兰端面之下一定距离，而内筒的下端面要与外筒下封头法兰端面对齐或法兰端面以上一定距离，这样才能保证内筒顶端以上和内简下端以下的自由空间，以保证物料的循环量。
③废水进口管的位置
废水进口管的位置要位于内筒顶端面以下一定距离。
如果距离不够，则废水进入反应器后不是往下流进行循环，而会向上流至反应物的出口，使被处理废水走短路，导致处理失败。
④压缩空气进口管出口位置压缩空气进口管的出口位置要位于内简下端面以上一定距离，以便利用其喷嘴的喷射力作为物料混合和循环的动力，使物料在内筒内迅速上升，保证物料的混合和循环的顺利进行。
⑤蒸汽进口管出口位置
蒸汽出口管出口位置要低于压缩空气进口管出口位置，一般要低50mm左右。
按照上述设计要点设计的双层筒式氧化反应器，曾使用1400kPa的压缩空气对国内某炼油厂的废碱液进行氧化处理，其处理效果如表1所示。
表1某炼油厂废碱液的处理结果
废水
工艺条件
污染物
进水/（mg.L-1）
出水/（mg.L-1）
去除率/%
炼厂废碱液
150℃，900kPa
CODcr
270000
40000
85.2
停留时间2h
挥发酚
90000
6000
93.3
处理能力2t/h
硫化物
90000
10
99.99
由此可知，这种双层筒式氧化反应器是集氧化反应、物料循环和物料换热于一体的。
它完全适用于石油、化工、制药等行业含有难降解的有机废水的湿式空气氧化处理，值得推广使用。
一种新型超滤膜技术介绍
膜技术是一门崭新的跨学科实用技术。
半个世纪以来，膜技术已成功地在饮用水净化、工业用水处理、食品加工、医药制造以及化学工业得到广泛地应用，被公认为是当代最有前途的高新技术之一。
膜的过滤是固液分离技术，它通过膜孔把水滤过，并将水中杂质截留，而不发生化学变化。
根据膜截留原水颗粒的大小，膜孔从粗到细分为微滤膜（MF），超滤膜（UF），纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）。
一德国公司生产的超滤膜（UF）是目前世界上最好的超精、超细过滤膜之一，本文着重介绍这种新型超滤膜技术。
1．超滤膜
这种新型超滤膜以其特有专利技术“MultiboreTM”，生产出多孔毛细管过滤膜，它具有较高强度，较好的安全性能，能避免对毛细管的损坏或粘附。
不同的过滤膜结构允许不同的渗入和渗出情况，而“MultiboreTM”多孔过滤膜技术使得该膜在饮用水处理过程中获得了最佳的处理方式，并且依赖该技术,废水处理也得以令人信服的实现和完成。
用这种新型超滤膜加工而成的膜组是一个中空的纤维过滤膜块,它允许的平均分子量为150KD，一个直径为225毫米的膜组包含约1800个多孔毛细管膜,每个多孔毛细管包含七个甚至更多的（目前最新的一种为九孔）内径为0.8毫米的纤维。
这种纤维的组成材料是含有添加剂（PESM）的聚乙烯和一种亲水的防有机污垢的材料。
膜组的结构如图1所示。
图1.膜组的结构
水在膜组中的流动模式是由内向外渗出，也就是说,注入的原水流经膜组时就会通过多孔毛细管壁呈向外辐射状的渗出。
膜组中的过滤膜被设计用来清除杂质微粒的。
水被加压后渗出隔膜,而微粒被留在了隔膜的表面。
由于隔膜孔的尺寸小,所有的悬浮固体颗粒包括微生物都被有效的阻隔了下来，这些微粒汇集增多形成了一个污垢层聚在膜表面,因此必须定期进行反洗以便清除这些微粒物质。
通过提供不同尺寸的膜组产品,可以适合不同的具体需求，并且为了确保经过过滤膜时水流分配均匀,一种特殊的栅格结构分流装置已经开发出来并被很好地整合到每一个膜组中。
此外,这种膜组技术所拥有的去除细菌病毒能力使得这种模块成为处理地表水和地下水用于饮用水的最理想的选择，而且它在去除胶状物方面出有独特之处，因而该系统对于反渗透系统的原水也能进行很好的预处理。
2．膜组的去杂质能力
对病毒和细菌去除能力的度量用单位“log”表示（例如:
5log的减少量）。
用以下的公式可以把log转换为百分比。
2．1．MS2噬菌体的去除量
膜组对病毒和MS2噬菌体的去除能力是很难测定清楚的。
这是由于膜组超强的过滤能力使得被膜阻隔下来的高浓度的噬菌体需要长时间的药物清除。
技术上所能达到的指标是每升含有10万个噬菌体的浓度，但是膜组的去除噬菌体浓度却高于这个指标，所以我们已经很难通过技术指标来确定膜组除菌的能力了。
经测，MS2噬菌体通过膜组后，它的减少量大于99.999%（5log）。
图2.膜组除菌能力
图2给出了膜组的除菌能力指数：
反洗一小段时间后含菌量指数和反洗前含菌量指数（反洗前有少量附着物,反洗后无附着物），第三个指数是在两次反洗之间记录下来的。
2．2．隐孢子（Cryptosporidia）的减少量
在广泛的试验中,隐孢子（尺寸为4—6微米）通过膜组过滤系统时，其减少量如下图3所示。
图3．隐孢子的减少量
2．3．浊度的降低
过滤后的水的质量并不随原水的质量变化而变化。
特别是当原水浊度很高时，膜组也能保证持续高效的过滤质量。
而且，此过程可以轻易的全自动操作，
在实际测试某市政污水排放处，膜组被证明具有如下图所示降低混浊程度的能力。
图4．浊度的降低
2．4．降低淤泥浓度（SDI）指数
SDI指数作为水的过滤能力指标,它的降低主要由注入过滤器的原水的粘度决定。
除了某些特殊的物质，胶状污物和溶解有机物也影响SDI指数。
我们可以通过使用该新型超滤膜，能彻底清除胶状污物和溶解有机物，然而对溶解有机物的清除，还要由其分子大小决定。
此外，通过添加凝聚剂的方法，可以显著提高过滤效果和SDI指数。
有时根据原水质量的不同，甚至可以不加凝聚剂，也可以得到范围从1到4波动的SDI指数.
2．5．总有机物含量（TOC）的降低
TOC指特殊的胶状物，而且包含部分溶解有机物。
由于超滤膜（UF）根据分子重量的不同过滤各种不同杂质，但整个过滤效果只体现在单个数据上。
在UF系统之前，加入凝聚剂，可以帮助提高对低分子有机物的过滤效果。
通过提高凝聚剂的凝聚程度和改善原水ph值的方法，优化凝聚剂的投入量，以便最大程度去除溶解有机物。
比起传统的处理方法，不必顾忌沉淀物或者装置的过滤能力，因为UF的过滤性能和过滤装置的大小及重量是没有直接关系的。
从下表中可以看到，TOC的过滤指标可以达到60%。
测量项目
移除量
TOC降低量（无凝聚剂）
0---25%
TOC降低量
25%---60%
3．广阔的应用前景
我国的人均水资源占有量仅为世界的人均的1/4，排名这世界第109位。
如何缓解缺水矛盾，已成为我国社会和国民经济可持续发展的一重大战略问题。
在城市供水中生产用水占90％，居民生活用水占9％，而饮用水仅占1％。
分质供水就是把这1％的水使用膜技术进行深度处理，使之达到饮用水标准。
城市污水是一个重要的潜在水资源，使用膜生物反应器进行城市污水处理，可以生产出不同用途的再生水，是解决水资源匮乏的重要方法。
上面介绍这种新型超滤膜以其优秀的过滤性能，让我们看到了其广阔的应用前景。
该膜除了在饮用水和中水处理方面的应用，在医药制造、化学工业等方面也有着具大的市场潜力。
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