申请日2014.11.28
公开(公告)日2015.04.08
IPC分类号F23G7/04; C02F9/10
摘要
一种节能石油化工废水深度处理系统，该系统包括正渗透膜浓缩装置和多效蒸发器，正渗透膜浓缩装置包括FO 膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO 膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。该系统针对石油化工废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液，利用溶液的依数性差异带来的渗透压差，使石油化工废水得到高效浓缩的同时回收循环利用水资源，产生电能;运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整运行方式。
权利要求书
1.一种节能石油化工废水处理系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，其特征是：正渗 透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换 箱至少设置一级，汲取液回收利用装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水 回收装置与汲取液回收利用装置连接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且 均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接。
2.根据权利要求1所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述FO膜密闭交换箱的 内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取液区，母液区的上部设 置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交换箱中母液区的底部通 过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同时每一级FO膜密闭交换 箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级FO膜密闭交换箱中汲取液 区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液交换箱连接，各自的汲取 液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱中汲取液区的底部均设置 有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿箱之间通过汲取液补偿管 连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
3.根据权利要求2所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液区的外部设置 有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置有汲取液循环泵。
4.根据权利要求2所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述母液区和汲取液区内 均设置有搅拌器和温度调节装置;母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离子浓度 计。
5.根据权利要求1所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液回收利用装置 包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶解箱、汲取液补偿箱和溶 药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气阀，并通过交换箱电动阀 门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电动阀门与汲取液中间箱连 接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与汲取液多效蒸发器连接; 汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接;汲取液补偿箱的底部通过补偿箱进口电动阀门与汲 取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲取液补偿箱的底部连接。
6.根据权利要求5所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液溶解箱和溶药 箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
7.根据权利要求5所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述汲取液补偿箱内设置 有离子浓度计。
8.根据权利要求1所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：所述清水装置包括清水箱、 清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清水箱连接，清水泵连接在清 水管上，清水管与溶药箱连接。
9.根据权利要求1所述的节能石油化工废水处理系统，其特征是：还包括渗透能量利用装置， 该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶轮与涡轮 发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动排气阀，转子箱通过转子箱进水电动阀门与 汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间箱连接。
说明书
一种节能石油化工废水深度处理系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于石油化工废水的深度处理系统，属于废水深度治理技术领域。
背景技术
石油化学工业简称石油化工，指以石油和天然气为原料，生产石油产品和石油化工产品 的加工工业。石油化学工业是基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻 工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供配套和服务，在国民经济中占有举足轻重的地 位。
石油产品又称油品，主要包括各种燃料油(汽油、煤油、柴油等)和润滑油以及液化石 油气、石油焦碳、石蜡、沥青等。生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制，简称炼油。 石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是 对原料油和气(如丙烷、汽油、柴油等)进行裂解，生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、 二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料(约200种) 及合成材料(塑料、合成纤维、合成橡胶)。这两步产品的生产属于石油化工的范围。有机 化工原料继续加工可制得更多品种的化工产品，习惯上不属于石油化工的范围。在有些资料 中，以天然气、轻汽油、重油为原料合成氨、尿素，甚至制取硝酸也列入石油化工。
石油化工废水是用炼油生产的副产气体以及石脑油等轻油或重油为原料进行热裂解生产 乙烯、丙烯、丁烯等化工原料，进一步反应合成各种有机化学产品，构成石油化工联合企业 排出的废水。
石油化工产业是我国重要工业，其生产量大，而且生产工艺较为复杂，因此生产过程中 产生的废水多，并且因生产工艺的不同废水产量变化范围也很广泛;在石油的裂解、精炼、 分馏及合成等炼化过程中所排放的废水含有多种有毒的有机污染物，如苯并芘、苯并蒽及其 它多环芳烃类物质，具有致癌、致畸或致突变作用，同时还含有苯、酚、硫类化合物、汽油、 原油等污染物，该类废水排放到环境中，可对地表水、地下水和土壤造成严重的污染，而且 因为石油化工废水中的污染物组分复杂，这些有机污染物有的难降解或是不能被生物降解， 所以其处理难度大。
对石油化工废水的高效处理已成为水处理行业研究的热点，常用的处理技术主要包括物 理法、化学法和生物法。
针对石油化工废水中污染物种类复杂、浓度高以及可生化性差等特点，一般采用物化法 进行预处理，然后采用生化法进行进一步降解。采用吸附法、膜分离法及高级氧化法等可以 进行出水的深度净化，实现废水的回用。但处理效果不理想，出水达标率不高，主要表现为 出水COD、NH4+-N及色度等指标的超标。
中国专利文献CN102452766A公开的《石油化工废水处理工艺》，CN1079946公开的《石 油化工废水的处理方法及其所用装置》、CN1669941公开的《一种处理石油化工废水的方法》 以及CN103641269A公开的《石油化工废水处理工艺》，都是对常规方法的改进，处理效果有 待提高。
为此，有必要重新分析石油化工废水的特性，在生化处理的基础上，开发节能、高效的 石油化工废水深度处理技术。
渗透作用是两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过 的膜)，水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。其发生 的条件有两个：一是有半透膜，二是半透膜两侧有物质的量浓度差。
渗透作用又可分为正渗透(FO)、反渗透(RO)和压力阻尼渗透(PRO)。
正渗透(FO)过程是以半透膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从高水化学势 区(低离子浓度溶液)通过半透膜向低水化学势区(高离子浓度溶液)传递，而溶质分子或 离子被阻挡的一种渗透过程。
反渗透(RO)过程是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为 它和正渗透的方向相反，故称反渗透。可以利用不同物料的渗透压差异，使用大于渗透压的 反渗透压力，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
压力阻尼渗透(PRO)是介于正渗透和反渗透过程的中间过程，是指在渗透压差的反方向 上施加压力，与反渗透过程相似，然而水分子仍然是扩散到高离子浓度一侧，与正渗透过程 相似。
稀溶液(包含石油化工废水)的依数性是指稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、 沸点升高和渗透压的数值，只与溶液中溶质的量有关，与溶质的本性无关，溶液的依数性为 开发特种汲取液提供了理论依据，即只要配置一定依数性的汲取液，使其渗透压高于待处理 石油化工废水，利用渗透作用，就可以将石油化工废水进一步浓缩。
为此，亟需在生化处理的基础上，开发节能的石油化工废水深度处理系统，利用渗透作 用尤其是正渗透(FO)作用和溶液的依数性差异带来的渗透压差，实现石油化工废水有效处 置、循环利用水资源的同时，充分利用正渗透(FO)产生的压差获得电能，节约能源。
发明内容
本实用新型针对现有石油化工废水处理技术存在的不足，依据生化处理后石油化工废水 的特性，利用溶液的依数性，提供一种处理效果好、节能的石油化工废水深度处理系统。同 时提供一种该系统对石油化工废水的深度处理方法。
本实用新型的节能石油化工废水深度处理系统，采用以下技术方案：
该系统，包括正渗透膜浓缩装置和母液焚烧炉，正渗透膜浓缩装置包括FO膜密闭交换 箱、汲取液回收利用装置和清水回收装置，FO膜密闭交换箱至少设置一级，汲取液回收利用 装置与各级FO膜密闭交换箱分别通过电动阀门连接，清水回收装置与汲取液回收利用装置连 接，各级FO膜密闭交换箱依次通过排液电动阀门连接，且均通过超越电动阀门与母液焚烧炉 连接。母液焚烧炉配套有助燃燃料(天然气、柴油或焦炉煤气等)燃烧器和尾气净化装置。
FO膜密闭交换箱的内部设置膜元件，膜元件将FO膜密闭交换箱内部分为母液区和汲取 液区，母液区的上部设置有进水管，该进水管上设置有进水电动阀门;上一级FO膜密闭交 换箱中母液区的底部通过排液电动阀门与下一级FO膜密闭交换箱中母液区的上部连接，同 时每一级FO膜密闭交换箱中母液区的底部均通过超越电动阀门与母液焚烧炉连接;每一级 FO膜密闭交换箱中汲取液区的上部分别通过汲取液输送管与汲取液回收利用装置中的汲取液 交换箱连接，各自的汲取液输送管上均设置有汲取液出口电动阀门;每一级FO膜密闭交换箱 中汲取液区的底部均设置有汲取液补偿电动阀门，且与汲取液回收利用装置中的汲取液补偿 箱之间通过汲取液补偿管连接，汲取液补偿管上连接有汲取液补偿泵。
汲取液区的外部设置有连接汲取液区上部和下部的汲取液循环管，汲取液循环管上设置 有汲取液循环泵。通过汲取液循环泵将汲取液在汲取液区上部和下部形成循环。
母液区和汲取液区内均设置有搅拌器和温度调节装置。
母液区设置有COD在线监测仪，汲取液区设置有离子浓度计。
汲取液回收利用装置包括汲取液交换箱、汲取液中间箱、汲取液多效蒸发器、汲取液溶 解箱、汲取液补偿箱和溶药箱，汲取液交换箱上部设置有交换箱电动阀门和交换箱电动排气 阀，并通过交换箱电动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液交换箱的底部通过交换箱超越管电 动阀门与汲取液中间箱连接;汲取液中间箱上部设置有中间箱电动排气阀，汲取液中间箱与 汲取液多效蒸发器连接;汲取液溶解箱与汲取液多效蒸发器连接，;汲取液补偿箱的底部通过 补偿箱进口电动阀门与汲取液溶解箱的底部连接;溶药箱的底部通过溶药出口电动阀门与汲 取液补偿箱的底部连接。
汲取液溶解箱和溶药箱内均设置有搅拌器和离子浓度计。
汲取液补偿箱内设置有离子浓度计。
清水装置包括清水箱、清水泵和清水管，清水箱与汲取液多效蒸发器连接，清水管与清 水箱连接，清水泵连接在清水管上，清水管与溶药箱连接。
上述系统，还包括渗透能量利用装置，该装置包括密闭的转子箱和涡轮发电机组，转子 箱内设置有涡轮机叶轮，涡轮机叶轮与涡轮发电机组连接，转子箱的底部设置有转子箱电动 排气阀，转子箱通过转子箱进水电动阀门与汲取液交换箱连接，同时转子箱也与汲取液中间 箱连接。
上述系统的处理方法，是：
首先分析计算石油化工废水的渗透物质的量浓度(溶液中的离子态物质的量与分子态物 质的量之和)S1(运行过程中以COD在线监测仪显示数据近似折算)，按照所需渗透压力(△ π，由是否用于发电等实际需求决定)得出所需第一级FO膜密闭交换箱汲取液的离子浓度 J1，J1大于S1，且得出需要的FO膜密闭交换箱的级数n和每级FO膜密闭交换箱的个数i; 然后通过汲取液回收利用装置配制离子浓度J1的汲取液，使汲取液充满第一级FO膜密闭交 换箱;开启石油化工废水进水电动阀门，石油化工废水流入第一级FO膜密闭交换箱内，与 汲取液交换，使石油化工废水中的水分子自由传至汲取液，稀释后体积增大的汲取液通过汲 取液回收利用装置中的多效蒸发器实现汲取液溶质(一般为气体)和水(溶剂)的分离，实 现汲取液溶质的回收和再利用，多余的水进入清水装置，实现水资源的回收利用;石油化工 废水通过逐级FO膜密闭交换箱进行浓缩，最后无法再浓缩的或根据需要无需进一步浓缩(一 般COD在600000mg/L以上时)的母液进入母液焚烧炉进行焚烧处理。
本实用新型针对石油化工废水的高渗透压特性，通过配制依数性更高的汲取液，利用溶 液的依数性差异带来的渗透压差，使石油化工废水得到高效浓缩的同时，回收循环利用水资 源，生产电能;同时，运行过程实现自动联锁控制，可根据不同进水条件调整运行方式，便 于实施。具有以下特点：
1.充分利用溶液的依数性，通过配制依数性较高的汲取液(如NH4HCO3等)，利用其与石 油化工废水的高渗透压差，实现石油化工废水高效浓缩的同时，可回收大量水资源;
2.采用的FO膜具有膜通量大，浓差极化现象少的特性，可保障渗透功能的顺利实现;
3.采用的母液焚烧炉为通用设备，专门处理高浓度有机废液，利用高温(850-1100℃) 热解，可充分分解废液中的有机物和含氯、苯、酚类的有害化合物，并具有以下特点：
(1)微负压设计，燃烧安全性高，控制程序中设有炉内点火前不排除易燃易爆气体就不 能点火的功能，以防气爆;
(2)自动化程度高，全方位在线检测控制，燃烧稳定。
(3)采用雾化喷枪，喷出极细微的颗粒，保证在炉内空中气化，氧化分解，不会滴落。
(4)采用切线燃烧雾化装置内部混合式二流体雾化器，其混合程度，雾化效果燃烧速度 极高，过剩空气低，可节约大量燃料。
(5)涡流效果好，燃烧滞留时间达2秒以上，燃烧无死角。
(6)低氮燃烧技术，无烟无臭，无有害气体，可同时焚烧有机废气及少量固体。
(7)配套完善合理的尾气处理净化装置，保证环保排放达标。
4.采用的渗透能量利用装置可将系统产生的渗透能转化为电能，从而降低废水处理成本;
5.通过自动化仪器仪表使运行过程实现自动联锁控制，便于根据不同进水条件调整运行 方式;
6.模块化设计，可根据石油化工废水实际浓度和其他实施条件，自由组合，具有较强的 灵活性。