含吡啶杂环类化合物的废水处理系统及其工艺

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申请日 20200925

公开（公告）日 20201215

IPC分类号 C02F9/10; B01J8/06; B01D53/18; C02F1/70; C02F101/38

摘要

本发明提供了一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统及其工艺，包括依次连接的废液储罐、固定床反应器、换热器、填料吸收塔以及一次水储罐；本发明通过设置含有钌基催化剂的固定床反应器，易与废水中含吡啶杂环类化合物发生还原反应，将吡啶环中的氮以氨的形式脱出，达到去除废水中含吡啶杂环污染物的目的，克服了现有的固定床反应器内放置常规催化剂，在200℃以内难以将吡啶环破坏的问题，提高了废水处理效果。此外，本发明每个反应支管外部还设有双层螺旋保温套，使温度分布更加均匀，避免热量直接与反应支管侧壁直接接触造成反应支管内的催化剂局部烧焦，影响其催化性能。



权利要求书

1.一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，包括依次连接的废液储罐(1)、固定床反应器(2)、换热器(3)、填料吸收塔(4)以及一次水储罐(5)；

所述固定床反应器(2)与所述废液储罐(1)的连接处分别设有流量计(20)和废液进料泵(21)，所述换热器(3)与固定床反应器(2)之间构成循环回路，所述填料吸收塔(4)通过水封罐(6)连接有气柜(60)，一次水储罐(5)与填料吸收塔(4)的连接处设有补水循环泵(50)，一次水储罐(5)为水封罐(6)供水，一次水储罐(5)上设有液位计(51)；

所述固定床反应器(2)包括内部由上至下依次为第一反应腔(220)、分隔腔(221)以及第二反应腔(222)的反应壳体(22)、分别设于所述第一反应腔(220)和第二反应腔(222)内的反应管架(23)、设于分隔腔(221)内的加热元件(24)，第一反应腔(220)和第二反应腔(222)侧壁均设有废水进口(223)和排空阀(224)，第一反应腔(220)和第二反应腔(222)底端设有出口(225)；

所述反应管架(23)包括上连接板(230)、下连接板(231)以及位于所述上连接板(230)和下连接板(231)之间且上下两端分别贯穿所述上连接板(230)和下连接板(231)设置的多个反应支管(232)，每个所述反应支管(232)内沿竖直方向上交错分布有多个导向板(2320)，反应支管(232)外部由内至外分别设有螺旋保温套一(2321)和螺旋保温套二(2322)，且所述螺旋保温套一(2321)和螺旋保温套二(2322)之间构成螺旋保温加热腔(2323)；

所述加热元件(24)分别与各个螺旋保温加热腔(2323)底端贯通连接。

2.根据权利要求1所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述第一反应腔(220)和第二反应腔(222)对应的废水进口(223)底端分别设有匀液盘(226)，每个所述匀液盘(226)底端设有与反应支管(232)一一对应的插接口(2260)，每个反应支管(232)上端均贯穿上连接板(230)且延伸至外部，所述插接口(2260)可插接在对应的反应支管(232)上端外壁。

3.根据权利要求1所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述第一反应腔(220)、分隔腔(221)以及第二反应腔(222)侧壁均设有检修口(227)，每个所述反应支管(232)内均放置有钌基催化剂。

4.根据权利要求1所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述废液储罐(1)内设有水平过滤网(10)，废液储罐(1)底端中心处设有排泥口(11)，废液储罐(1)底端为弧形结构，且底端设有沿所述排泥口(11)周向分布的多条引泥槽(110)。

5.根据权利要求1所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述插接口(2260)的直径小于反应支管(232)的直径。

6.根据权利要求1所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述填料吸收塔(4)包括底端设有进气口(400)且上端设有出气口(401)的吸收壳体(40)、由上至下依次分布于所述吸收壳体(40)内的喷淋件(41)、填料压紧件(42)以及填料层(43)，所述填料压紧件(42)包括对称设于吸收壳体(40)左右两侧且侧壁由上至下均匀设有多个卡接圆孔(4200)的调节架(420)、设于吸收壳体(40)内且位于填料层(43)上端的压紧架(421)、分别设于吸收壳体(40)外壁左右两侧且与所述压紧架(421)左右两侧分别固定连接的两个弧形扣板(422)，所述吸收壳体(40)侧壁上且位于两个弧形扣板(422)的位置处设有竖直限位槽(402)，所述弧形扣板(422)通过滑套(4220)与调节架(420)外壁连接，且所述滑套(4220)上设有固定圆孔(4221)，所述固定圆孔(4221)与卡接圆孔(4200)之间通过螺栓连接。

7.根据权利要求6所述的一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，其特征在于，所述竖直限位槽(402)的高度与位于最上端与最下端的卡接圆孔(4200)之间的距离相等，且弧形扣板(422)的高度大于竖直限位槽(402)的高度，弧形扣板(422)内壁设有密封贴层(4222)。

8.一种利用权利要求1-7任意一项所述系统处理含吡啶杂环类化合物的废水的工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：污水流入废液储罐(1)时，通过水平过滤网(10)过滤掉废水中的固体杂质后，暂存于废液储罐(1)中；

S2：启动加热元件(24)，通过加热元件(24)对固定床反应器(2)进行加热，此时，热量通过各个螺旋保温加热腔(2323)的底端流入其内部，并沿着螺旋保温加热腔(2323)内呈螺旋状向上扩散，由于螺旋保温套二(2322)与反应支管(232)之间分开设置，热量可通过螺旋保温套二(2322)间接传递至反应支管(232)并对其内部进行加热，避免热量直接与反应支管(232)侧壁直接接触造成反应支管(232)内的催化剂局部烧焦，影响其催化性能；

S3：当固定床反应器(2)内温度达到350℃时，稳定30-60min，启动废液进料泵(21)，利用废液进料泵(21)将废水由废液储罐(1)内经两个废水进口(223)，分别抽至第一反应腔(220)和第二反应腔(222)内部上端，同时，通过流量计(20)控制进水量，以保证固定床催化剂床层的温度稳定，此时，水流经匀液盘(226)底端的插接口(2260)分别均匀分散至不同的反应支管(232)内，废水与反应支管(232)内的钌基催化剂进行反应，经还原反应后的水体进入换热器(3)内，换热、降温后进入填料吸收塔(4)内，通过填料吸收塔(4)内水将反应后的氨吸收后形成氨水并进行收集，含甲烷、二氧化碳的气体进入气柜储存，处理后的水体进入一次水储罐(5)内储存；

S4：可回收上述过程中换热器(3)内的热量，并重新使其进入固定床反应器(2)内，通过水质检测仪(52)检测处理后的水质是否达标，若不达标，则通过补水循环泵(50)将水体重新抽至填料吸收塔(4)内即可。

说明书

一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统及其工艺

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体是涉及一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统及其工艺。

背景技术

吡啶及吡啶衍生物是一类非常重要的精细化工原料或产品，广泛应用于工业溶剂、医药、农药、饲料、染料等领域，被誉为杂环类医药、农药和兽药的“芯片”。正因其应用广泛，许多工业废水中都能检测到吡啶及吡啶衍生物的存在。而吡啶及吡啶衍生物往往具有恶臭和刺激性，部分还具有潜在的致癌作用、生物富集性或者高迁移性，对人体和自然界的微生物都具有一定的毒害作用，因此高效去除此类有机废水意义重大。

由于含吡啶杂环类化合物化学性质稳定，目前能工业化处理含吡啶杂环类化合物的有机废水的方法仅有焚烧处理方法。然而，吡啶环中含有氮原子，焚烧处理时不仅会产生大量CO2，还会形成大量的NOx，增加了焚烧炉的尾气处理负荷和排放浓度，同时焚烧处理还需要消耗大量能量，这些缺陷在一定程度上限制了焚烧技术进一步发展。因此，针对含吡啶杂环类化合物的废水处理应用需求以及含吡啶杂环类化合物特性，开发一种处理效率高、分解彻底且节能环保的废水处理系统和工艺具有良好的应用前景。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种处理效率高、分解彻底且节能环保的含吡啶杂环类化合物的废水处理系统及其工艺。

本发明的技术方案是：一种含吡啶杂环类化合物的废水处理系统，包括依次连接的废液储罐、固定床反应器、换热器、填料吸收塔以及一次水储罐；

所述固定床反应器与所述废液储罐的连接处分别设有流量计和废液进料泵，所述换热器与固定床反应器之间构成循环回路，所述填料吸收塔通过水封罐连接有气柜，一次水储罐与填料吸收塔的连接处设有补水循环泵，一次水储罐为水封罐供水，一次水储罐上设有液位计；

所述固定床反应器包括内部由上至下依次为第一反应腔、分隔腔以及第二反应腔的反应壳体、分别设于所述第一反应腔和第二反应腔内的反应管架、设于分隔腔内的加热元件，第一反应腔和第二反应腔侧壁均设有废水进口和排空阀，第一反应腔和第二反应腔底端设有出口；

所述反应管架包括上连接板、下连接板以及位于所述上连接板和下连接板之间且上下两端分别贯穿所述上连接板和下连接板设置的多个反应支管，每个所述反应支管内沿竖直方向上交错分布有多个导向板，反应支管外部由内至外分别设有螺旋保温套一和螺旋保温套二，且所述螺旋保温套一和螺旋保温套二之间构成螺旋保温加热腔；

所述加热元件分别与各个螺旋保温加热腔底端贯通连接。

进一步地，所述第一反应腔和第二反应腔对应的废水进口底端分别设有匀液盘，每个所述匀液盘底端设有与反应支管一一对应的插接口，每个反应支管上端均贯穿上连接板且延伸至外部，所述插接口可插接在对应的反应支管上端外壁，通过匀液盘可将进入第一反应腔和第二反应腔内的废水均匀分布在反应管架上端，同时，通过在每个反应支管上端连接对应的插接口，可使废水在均匀分布的同时，能够更加精准的进入对应的反应支管内，提高污水处理效果，避免污水洒落至固定床反应器内壁造成内部器件发生污染。

进一步地，所述第一反应腔、分隔腔以及第二反应腔侧壁均设有检修口，每个所述反应支管内均放置有钌基催化剂，含吡啶杂环类化合物难以被氧化，但是容易被还原，选择了易发生还原反应的钌基催化剂，将吡啶环中的氮以氨的形式脱出，其他碳、氢、氧原子也以CO2、CH4、H2O的形式释放出来，达到去除废水中含吡啶杂环污染物的目的，通过检修口的设置方便对每个所述反应支管内均放置的钌基催化剂及时更滑，提高废水处理效果。

进一步地，所述废液储罐内设有水平过滤网，废液储罐底端中心处设有排泥口，废液储罐底端为弧形结构，且底端设有沿所述排泥口周向分布的多条引泥槽，通过水平过滤网过滤掉废水中的固体杂质，通过沿排泥口周向分布的多条引泥槽，使废水沉淀的污泥经各个引泥槽引至排泥口，最后排出，提高排泥效率。

进一步地，所述填料吸收塔包括底端设有进气口且上端设有出气口的吸收壳体、由上至下依次分布于所述吸收壳体内的喷淋件、填料压紧件以及填料层，所述填料压紧件包括对称设于吸收壳体左右两侧且侧壁由上至下均匀设有多个卡接圆孔的调节架、设于吸收壳体内且位于填料层上端的压紧架、分别设于吸收壳体外壁左右两侧且与所述压紧架左右两侧分别固定连接的两个弧形扣板，所述吸收壳体侧壁上且位于两个弧形扣板的位置处设有竖直限位槽，所述弧形扣板通过滑套与调节架外壁连接，且所述滑套上设有固定圆孔，所述固定圆孔与卡接圆孔之间通过螺栓连接，通过调节滑套在调节架上的高度，完成压紧架与填料层之间距离的调节，当需要更换填料层时，可将滑套在调节架上向上移动，并通过螺栓插入对应高度的固定圆孔与卡接圆孔内完成固定，使压紧架与填料层分离，然后进行更换，当更换完毕后，可通过将滑套在调节架上向下移动，并通过螺栓插入对应高度的固定圆孔与卡接圆孔内完成固定，使压紧架压紧填料层，当填料吸收塔下方上升的气流较大时，压紧架不会发生移位，能够很好地压紧填料层。

进一步地，所述竖直限位槽的高度与位于最上端与最下端的卡接圆孔之间的距离相等，且弧形扣板的高度大于竖直限位槽的高度，弧形扣板内壁设有密封贴层，通过设置长度大于竖直限位槽的弧形扣板，使压紧架在向上或向下移动的过程中，竖直限位槽不会遮挡不住，造成漏气，从而影响填料吸收塔的正常使用。

更进一步地，所述一次水储罐内设有水质检测仪、搅动元件，所述搅动元件为现有的搅拌桨即可，通过水质检测仪检测处理后的水质是否达标，防止二次污染，通过搅拌元件对处理后的水体进行搅拌，避免因使用不及时，造成水体底端缺氧再次污染。

上述含吡啶杂环类化合物的废水处理系统的工艺具体包括以下步骤：

S1：污水流入废液储罐时，通过水平过滤网过滤掉废水中的固体杂质后，暂存于废液储罐中；

S2：启动加热元件，通过加热元件对固定床反应器进行加热，此时，热量通过各个螺旋保温加热腔的底端流入其内部，并沿着螺旋保温加热腔内呈螺旋状向上扩散，由于螺旋保温套二与反应支管之间分开设置，热量可通过螺旋保温套二间接传递至反应支管并对其内部进行加热，避免热量直接与反应支管侧壁直接接触造成反应支管内的催化剂局部烧焦，影响其催化性能；

S3：当固定床反应器内温度达到350℃时，稳定30-60min，启动废液进料泵，利用废液进料泵将废水由废液储罐内经两个废水进口，分别抽至第一反应腔和第二反应腔内部上端，同时，通过流量计控制进水量，以保证固定床催化剂床层的温度稳定，此时，水流经匀液盘底端的插接口分别均匀分散至不同的反应支管内，废水与反应支管内的钌基催化剂进行反应，经还原反应后的水体进入换热器内，换热、降温后进入填料吸收塔内，通过填料吸收塔内水将反应后的氨吸收后形成氨水并进行收集，含甲烷、二氧化碳的气体进入气柜储存，处理后的水体进入一次水储罐内储存；

S4：可回收上述过程中换热器内的热量，并重新使其进入固定床反应器内，通过水质检测仪检测处理后的水质是否达标，若不达标，则通过补水循环泵将水体重新抽至填料吸收塔内即可。

本发明的有益效果是：

(1)本发明含吡啶杂环类化合物在钌基催化剂的固定床反应器发生还原反应，将吡啶环中的氮以氨的形式脱出，其他碳、氢、氧原子也以CO2、CH4、H2O的形式释放出来，有效降解了废水中含吡啶杂环污染物，解决了含吡啶杂环有机废水难处理行业难题，同时本发明的系统具有处理效率高、分解彻底且节能环保的优点，适合大量推广。

(2)本发明的固定床反应器内设有两个反应腔，将废水分两批进行单独处理，同时，每个反应腔内设有多个装有钌基催化剂的反应支管，且每个反应支管上端连接对应的插接口，可使废水在均匀分布的同时，能够更加精准的进入对应的反应支管内，提高污水处理效果，避免污水洒落至固定床反应器内壁造成内部器件发生污染，每个反应支管外部还设有双层螺旋保温套，使温度分布更加均匀，避免热量直接与反应支管侧壁直接接触造成反应支管内的催化剂局部烧焦，影响其催化性能，通过螺旋状的保温套，可延长热量经过螺旋保温加热腔的时间，保证加热充分。

(3)本发明的每个反应支管内沿竖直方向上交错分布有多个导向板，通过导向板的设置，使废水经过反应支管时的停留时间充分，使其内部的污染物能够充分分解。

(4)本发明通过在填料吸收塔内设置压紧架，同时，压紧架与填料层之间的距离可调，可避免当填料吸收塔下方上升的气流较大时，压紧架发生移位，导致调料流失的问题。

发明人 （吕路;王林平;芮杰;黄前霖;张炜铭;潘丙才;）






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