專利名稱：處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器，屬于廢水生物處理裝置技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前石化行業(yè)廢水處理工藝中生物廢水處理單元設(shè)備廣泛使用的仍是傳統(tǒng)曝氣池。而傳統(tǒng)曝氣池因耗能巨大，抗沖擊負(fù)荷能力低，出水水質(zhì)差，一直是困擾我國(guó)石化工業(yè)廢水處理的難題。近年來，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和加工深度的日益提高，尤其是進(jìn)口高硫原油加工量的增加，造成污水處理場(chǎng)來水的成分日趨復(fù)雜，濃度日益升高。原有廢水處理工藝與設(shè)備不能滿足要求。其中NH3-N，COD達(dá)不到新排放標(biāo)準(zhǔn)要求的矛盾更加突出。為解決這一問題，國(guó)內(nèi)煉油廠一般采取新建污水處理場(chǎng)或加長(zhǎng)污水處理流程等辦法。即在“老三套”工藝基礎(chǔ)上先后增加了二級(jí)浮選、生物接觸氧化、后絮凝、沙濾及活性炭過濾等設(shè)施，構(gòu)成了相對(duì)完整的煉油廢水處理系統(tǒng)。這種外延發(fā)展的路子使投資增加，一般可達(dá)10～15萬元/噸/時(shí)；運(yùn)行費(fèi)用也隨之升高，約為7-10元/噸。目前，中國(guó)石化集團(tuán)公司煉油廢水處理系統(tǒng)的固定資產(chǎn)已近30億元，但效果卻仍不夠理想，經(jīng)處理后的COD值低于100mg/L者僅約占1/3左右。。環(huán)流反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳質(zhì)傳熱性能好、能耗低、對(duì)細(xì)胞損傷小等優(yōu)點(diǎn)，在生物化工、環(huán)保尤其是廢水生物處理領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與相同規(guī)模的傳統(tǒng)曝氣池相比，平均節(jié)能33.8％。為了獲得良好的環(huán)流效果和較高的傳質(zhì)性能，傳統(tǒng)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比需要達(dá)到7以上，這對(duì)環(huán)流式反應(yīng)器的大型化極為不利。此外，對(duì)于大型環(huán)流反應(yīng)器，過高的高徑比使得反應(yīng)器內(nèi)液面高度過高，從而能耗相應(yīng)增加。因此，開發(fā)低高徑比的用于石化行業(yè)廢水厭氧或好氧處理的大型環(huán)流生物反應(yīng)器勢(shì)在必行。
中國(guó)實(shí)用新型專利(專利號(hào)96243397.7)公開了一種“低高徑比氣體環(huán)流生物反應(yīng)器”，該反應(yīng)器采用外筒和單個(gè)內(nèi)導(dǎo)流筒，并通過設(shè)置特別設(shè)計(jì)的噴嘴和擋板來提高混合和傳質(zhì)性能，但是由于該種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)備改造費(fèi)用增加，同時(shí)由于是單個(gè)內(nèi)導(dǎo)流筒，因而不符合我國(guó)石化行業(yè)廢水生物處理單元設(shè)備的大型低高徑比的實(shí)際要求。中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)02129483.6)公開了一種“低高徑比同心多導(dǎo)流筒氣升式環(huán)流反應(yīng)器”。該反應(yīng)器由外筒和內(nèi)部同心安裝的多重內(nèi)套筒組成，并由含有氣體噴嘴的底部氣體分布裝置來實(shí)現(xiàn)布?xì)?。但是由于該裝置是以徑向方向交替形成多個(gè)等截面積的環(huán)形升液區(qū)域和降液區(qū)，致使底部氣體分布裝置在徑向方向上不能有效地均勻布?xì)?。同時(shí)，由于該裝置沿著徑向方向上環(huán)形升液區(qū)域和降液區(qū)因等截面積的限制，套筒之間的距離越來越小，流體流動(dòng)時(shí)所受的阻力也相應(yīng)大大增大，使得動(dòng)力消耗相應(yīng)增大，而多個(gè)套筒的同心度問題也使得該反應(yīng)器在設(shè)計(jì)、建造及大型化時(shí)難度增大，相應(yīng)的設(shè)備及建設(shè)費(fèi)用大大增加，不利于該反應(yīng)器大型化。另外，該發(fā)明專利的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樯锘?，特別是發(fā)酵工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，而對(duì)石化行業(yè)廢水處理領(lǐng)域則不一定適合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器，該反應(yīng)器能有效克服傳統(tǒng)氣升式環(huán)流反應(yīng)器高徑比過大或結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜而帶來的關(guān)鍵技術(shù)缺陷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作彈性大，易于大型化，設(shè)備造價(jià)低廉，出水水質(zhì)優(yōu)良。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種厭氧或好氧處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括一個(gè)下部為較小直徑或邊長(zhǎng)的反應(yīng)段和上部為較大直徑或邊長(zhǎng)的分離段。所述的反應(yīng)段包括殼體、殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒、導(dǎo)流筒下部對(duì)其同心位置設(shè)置的帶噴嘴的布?xì)饣虿家合到y(tǒng)。其特征在于，當(dāng)殼體為圓柱體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為圓形陣列式分布，殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒一個(gè)以與殼體同心布置，其余的導(dǎo)流筒以其圓心至殼體中心等距且沿周向均勻分布布置，并且導(dǎo)流筒的軸向橫截面積之和與殼體軸向橫截面積的比值為0.4～0.6；當(dāng)殼體為矩形體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為矩形陣列式分布，殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒的中心至殼體的邊心距以及導(dǎo)流筒之間的中心距均以相等尺寸布置，并且導(dǎo)流筒的軸向橫截面積之和與殼體軸向橫截面積的比值為0.4～0.6；上述的殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒個(gè)數(shù)至少為4個(gè)，導(dǎo)流筒高2～8米。
上述的反應(yīng)器殼體直徑為1～20米，或殼體的長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)為1～30米，短邊邊長(zhǎng)為1～20米。
上述布?xì)饣虿家合到y(tǒng)所用噴嘴為單孔噴嘴或多孔噴嘴。
本發(fā)明的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流生物反應(yīng)器，其特點(diǎn)在于反應(yīng)器殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴采用陣列式分布的形式，噴嘴噴出的氣體或液體在多個(gè)導(dǎo)流筒內(nèi)部形成升液區(qū)，而在相鄰導(dǎo)流筒之間、導(dǎo)流筒與殼體之間形成均勻的流體降液區(qū)域。該設(shè)計(jì)不僅客觀上有效增加了反應(yīng)器內(nèi)局部的高徑比，提高了傳質(zhì)效率，大大降低了傳統(tǒng)氣升式環(huán)流反應(yīng)器較高高徑比的要求，而且反應(yīng)器容積在保持總高度不變的情況下，可根據(jù)工藝的要求任意增大，便于反應(yīng)器的大型化設(shè)計(jì)。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備及建設(shè)費(fèi)用低廉，設(shè)備操作彈性大，出水水質(zhì)優(yōu)良，出水中所含COD和氨氮濃度低于石油行業(yè)的一級(jí)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的COD和氨氮濃度(GB 8978-1996)。


圖1殼體為圓柱體的本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A截面示意圖；圖3殼體為矩形體的本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的B-B截面示意圖。
圖中1為分離段，2為導(dǎo)流筒，3為殼體，4為噴嘴，5為反應(yīng)段。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器的研究。
大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括設(shè)置在頂部的分離段1，設(shè)置在外筒內(nèi)的陣列式分布的內(nèi)導(dǎo)流筒2，反應(yīng)器殼體3，安裝在反應(yīng)器底部的帶有噴嘴4的布?xì)庀到y(tǒng)。反應(yīng)器頂部分離區(qū)殼體直徑為2.2m，反應(yīng)區(qū)殼體直徑為1.6m，內(nèi)設(shè)7個(gè)直徑為0.42m，高4m的內(nèi)導(dǎo)流筒。反應(yīng)器有效裝液高度為5.2m，總體高徑比僅為3.75，而局部高徑比為9.35。
反應(yīng)器內(nèi)導(dǎo)流筒及其下部的噴嘴呈圓形陣列式分布。當(dāng)噴嘴向其正上方相應(yīng)的導(dǎo)流筒中噴射氣體時(shí)，可在導(dǎo)流筒內(nèi)部推動(dòng)液體向上流動(dòng)，形成多個(gè)升液區(qū)；而在相鄰導(dǎo)流筒之間、導(dǎo)流筒與殼體之間，流體在導(dǎo)流筒內(nèi)外壓差和流體慣性力的推動(dòng)下，向下運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)反應(yīng)器底部，然后被均勻地吸入各個(gè)陣列式分布的導(dǎo)流筒內(nèi)，從而形成均勻的降液區(qū)。
需要生物處理的液體從反應(yīng)器中部進(jìn)入降液區(qū)，一邊與微生物接觸、被降解凈化，一邊向下運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)反應(yīng)器底部，然后被吸入導(dǎo)流筒內(nèi)，進(jìn)入升液區(qū)。在升液區(qū)內(nèi)，液體與氣體或液體與微生物進(jìn)行比較劇烈的混合和傳質(zhì)行為，并在噴嘴噴出的氣體的推動(dòng)作用下在導(dǎo)流筒內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)導(dǎo)流筒上沿時(shí)，液體跨過導(dǎo)流筒上沿進(jìn)入降液區(qū)，形成多次環(huán)流，從而被快速、徹底地分解、凈化。反應(yīng)器內(nèi)一部分被分解、凈化后的液體向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入沉降分離區(qū)，最后形成上清液，并以溢流的形式排出反應(yīng)器。由于導(dǎo)流筒及其相對(duì)應(yīng)的底部噴嘴為陣列式均勻排布，使得反應(yīng)器傳質(zhì)效果更好，流體流動(dòng)均勻，流動(dòng)阻力相對(duì)較小，因而消耗的動(dòng)力較小。
本實(shí)施例中，表觀氣速范圍為0.01m/s～0.15m/s，采用床層膨脹法測(cè)定反應(yīng)器的氣含率，電極響應(yīng)曲線法測(cè)定反應(yīng)器環(huán)流速度，化學(xué)氧化法測(cè)定反應(yīng)器體積平均傳質(zhì)系數(shù)，多導(dǎo)流筒氣升式環(huán)流反應(yīng)器與同等規(guī)模的單導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器相比，氣含率提高12～31％，單位時(shí)間內(nèi)的循環(huán)液量提高48～65.1％，傳質(zhì)系數(shù)提高10.5～42.8％，COD和NH3-N的去除率分別提高了6～15％和13.5～25％，出水水質(zhì)達(dá)到石油行業(yè)的一級(jí)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，采用大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器與傳統(tǒng)的環(huán)流反應(yīng)器相比，不僅具有更好的環(huán)流效果和更高傳質(zhì)效率，而且出水水質(zhì)更加優(yōu)良。
實(shí)施例2中國(guó)石化股份有限公司某煉油分公司大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器工業(yè)示范裝置。
該裝置主體結(jié)構(gòu)形式與圖1相同，反應(yīng)器由1984年建設(shè)的舊容器改造而成，反應(yīng)器底部直徑3.6m，頂部直徑6.0m，總高度12m，有效反應(yīng)體積約為120m3。經(jīng)過兩個(gè)月的工業(yè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)水COD濃度為385-700mg/L，NH3-N濃度為40-140mg/L的廢水經(jīng)處理后出水中的COD和NH3-N分別降至100mg/L和15mg/L以下，低于石油行業(yè)的一級(jí)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的COD和氨氮濃度(GB 8978-1996)。
該實(shí)施例表明，大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器工業(yè)示范裝置操作彈性大、抗沖擊能力強(qiáng)、出水水質(zhì)優(yōu)良，易于二次啟動(dòng)，占地面積小、投資及操作費(fèi)用低，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。
上述兩個(gè)實(shí)施例表明，大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器不僅是一種新型的環(huán)流生物反應(yīng)器形式，具有更好的環(huán)流效果和更高傳質(zhì)效率，而且符合大型化、低高徑比的工業(yè)放大設(shè)計(jì)理念。反應(yīng)器操作彈性大、抗沖擊能力強(qiáng)、易于二次啟動(dòng)，出水水質(zhì)優(yōu)良(達(dá)到石油行業(yè)的一級(jí)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn))，同時(shí)占地面積小、投資及操作費(fèi)用低，并可利用現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行改建，是一種在石化工業(yè)廢水處理領(lǐng)域極具有工業(yè)應(yīng)用前景的生物反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括一個(gè)下部為較小直徑或邊長(zhǎng)的反應(yīng)段和上部為較大直徑或邊長(zhǎng)的分離段，所述的反應(yīng)段包括殼體、殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒、導(dǎo)流筒下部對(duì)其同心位置設(shè)置的帶噴嘴的布?xì)饣虿家合到y(tǒng)，其特征在于，當(dāng)殼體為圓柱體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為圓形陣列式分布，殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒一個(gè)以與殼體同心布置，其余的導(dǎo)流筒以其圓心至殼體中心等距且沿周向均勻分布布置，并且導(dǎo)流筒的軸向橫截面積之和與殼體軸向橫截面積的比值為0.4～0.6；當(dāng)殼體為矩形體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為矩形陣列式分布，殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒的中心至殼體的邊心距以及導(dǎo)流筒之間的中心距均以相等尺寸布置，并且導(dǎo)流筒的軸向橫截面積之和與殼體的軸向橫截面積的比值為0.4～0.6。
2.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器殼體內(nèi)的導(dǎo)流筒個(gè)數(shù)至少為4個(gè)，導(dǎo)流筒高2～8米。
3.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器殼體直徑為1～20米；或殼體長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)為1～30米，短邊邊長(zhǎng)為1～20米。
4.按照權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器布?xì)饣虿家合到y(tǒng)所用噴嘴為單孔噴嘴或多孔噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理煉油廢水的大型陣列式多導(dǎo)流筒環(huán)流反應(yīng)器，屬于廢水生物處理裝置技術(shù)。該反應(yīng)器上部為分離段，下部為反應(yīng)段。所述反應(yīng)段包括殼體、導(dǎo)流筒、噴嘴。其特征在于，當(dāng)殼體為圓柱體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為圓形陣列式分布，導(dǎo)流筒的橫截面積之和與殼體橫截面積的比值為0.4～0.6；當(dāng)殼體為矩形體時(shí)，導(dǎo)流筒及其下部同心位置設(shè)置的噴嘴為矩形陣列式分布，導(dǎo)流筒的橫截面積之和與殼體橫截面積的比值為0.4～0.6。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，大大降低了傳統(tǒng)氣升式環(huán)流反應(yīng)器較高的高徑比，而且反應(yīng)器容積在保持總高度不變的情況下，可根據(jù)工藝的要求進(jìn)行放大，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作彈性大，出水水質(zhì)達(dá)到石油行業(yè)的一級(jí)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C02F3/02GK1631812SQ20041009385
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月7日
發(fā)明者聞建平, 馮偉, 賈曉強(qiáng), 聞建華 申請(qǐng)人:天津大學(xué)