科技成果

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成果名称: 多元耦合一体化臭氧气浮关键技术装备与应用

成果登记号: 9612020Y0470

第一完成单位: 西安建筑科技大学

联 系 人: 马苑馨

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 环境保护

应用行业: 水利、环境和公共设施管理业

成果简介:

(1)课题来源与背景 在水处理领域,气浮法是去除水体中轻质污染物的常用固液分离技术,被广泛地应用于城市污水和工业污废水处理领域。

目前,气浮法中溶气气浮法的应用最为广泛,然而溶气气浮法长期面临着溶气效率低、溶解性有机物去除效果有限、能耗高、占地面积大等瓶颈问题。

为了解决上述问题,申请人以课题组2004年申请并授权的"气浮水分离装置(ZL200410073500.4)"为基础,经过近10年的持续研究,于2014年申报了发明专利"一种多级臭氧气浮一体化装置(ZL 201410616487.6)",并形成了多元耦合一体化臭氧气浮关键技术。

该技术有效提高了气浮的溶气效率,提升了溶解性有机物的去除率,大幅降低了处理能耗和占地面积,具有更切实有效的工业应用价值,真正实现了产业化。

(2)技术原理及性能指标 与现有臭氧气浮工艺相比,该技术中存在多个处理单元的协同增效机制,臭氧氧化、混凝、气浮、消毒等处理工序并非简单组合。

其中,金属盐混凝剂可以作为催化剂,促进臭氧自分解产生氧化性强、选择性小的羟基自由基,相比于单独臭氧氧化,金属盐混凝剂催化臭氧氧化的处理效果更好,去除效率大幅提高,与预臭氧化-混凝工艺及预混凝-臭氧化工艺不同,本技术中臭氧氧化、羟基自由基氧化及混凝工艺在同一体系中同时作用,相互耦合,不存在反应的先后顺序。

同时,臭氧氧化与羟基自由基氧化可以通过改变有机物结构,增加有机物中羟基、羧基等含氧官能团数量,改善其凝聚性能,从而提高其固液分离效率。

由于受到臭氧气体溶解度的限制,很大一部分臭氧不能溶解于装置的回流水中,造成臭氧气体的浪费,增加了尾气处理装置的负荷。

为了减少臭氧气体的浪费,提高臭氧气体的利用效率,通过该装置内部合理分区,将装置分为臭氧溶气气浮区和第二级臭氧氧化区,将未溶解的多余臭氧引入第二级氧化区,充分利用未溶解的臭氧进行第二级氧化。

同时,通过两个区域的竖向布置,充分利用水的重力压差,节约了装置的处理能耗(吨水能耗<1.5kW/m3,与同类技术相比,处理能耗降低25%),在第二级氧化区,通过合理设置隔板、跌水等,进一步提高氧化过程中臭氧的利用效率。

(3)技术的创造性与先进性 1)多元耦合一体化臭氧气浮关键技术从根本上实现了物理、物化、化学处理技术的融合,在一个处理单元内同时实现臭氧氧化、混凝、气浮分离、消毒等过程。

同时能够对臭氧发生器所产生的臭氧气体进行多级利用,提高了臭氧的利用率和复合型污染物的去除效率。

2)传统的污、废水处理是以处理水达标排放为目的,当进行再生利用时,又将达到排放标准的处理水作为"原水”进行深度处理,从而形成了"废水处理+给水处理"的传统处理模式,具有流程长、耗能高等突出弱点。

本次申报的多元耦合一体化臭氧气浮关键技术突破了传统处理工艺的流程界限,将废水处理与深度处理融合在一个单元内完成,高度集成化,处理效率高,停留时间短。

3)在多元耦合一体化臭氧气浮关键技术中,臭氧氧化和混凝工艺在同一体系内进行反应,不是若干个独立处理单元的简单叠加组合,而是不同处理单元间的协同增效:一方面促进混凝剂生成聚合态的水解产物以改善混凝对溶解性有机物的去除效率;另一方面,利用金属盐混凝剂本身促进臭氧通过链式反应分解为羟基自由基,具有臭氧催化氧化的特点,大幅降低了对污染去除的选择性。

(4)技术的成熟程度,适用范围和安全性 多元耦合一体化臭氧气浮关键技术目前应用的领域有城市污水深度处理与再生利用、油气田作业废水处理与资源化、印染废水深度处理与再生利用等方面,实施最长的处理设施已经运行了近5年,处理效果稳定,均达到了设计要求与处理标准。

该技术主要针对的是污、废水中难处理、高色度的有机污染物,可作为预处理来改善污水中有机物的生化处理性或者提高有机物的凝聚性,如作为预处理达到造纸黑液的预处理生化改性、皮革废水的生化性提高、医药废水有机物去除和微生物灭活等目的,或者作为各种达标排放水的资源化利用深度处理等目的。

此外,本专利技术也适用于微污染地表水的饮用深度处理。

5)应用情况 该多元耦合一体化臭氧气浮关键技术装备主要应用于中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司以及忻州煤层气分公司位于陕西、甘肃、宁夏、内蒙以及山西5省区20多个生产作业单位生产废水的深度处理及再生利用;中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司等下属近167个采油作业区采出水的深度处理及再生利用;浙江省多家印染企业,如桐乡市荣翔染整有限公司、桐乡市龙欣印染有限公司以及桐乡市德胜染整有限公司印染废水的深度处理及资源化利用工程;城市雨污水的深度处理及再生回用工程,如西安陕鼓动力股份有限公司生态园区的雨污水再生利用工程和西安国家航空高新技术产业基地污水处理与再生利用工程等。

(6)历年获奖情况 2018年获“第四届中国循环经济协会专利金奖”; 2018年获“第二十届中国专利优秀奖”