申请/专利权人：中石化石油工程技术服务有限公司;中石化江汉石油工程设计有限公司;中国石油大学(华东)

申请日：2019-06-05

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110078196B

主分类号：C02F1/78

分类号：C02F1/78;C02F1/34;C02F103/10;C02F101/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.01#著录事项变更;2019.08.27#实质审查的生效;2019.08.02#公开

摘要：本发明提供了一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其包括污水罐、泵、流量计、调压阀组件、第一压力表、孔板空化发生器、第二压力表、臭氧供入管道。污水罐、泵、孔板空化发生器依次通过管道连接并形成循环回路，第一压力表监测孔板空化发生器上游管道的压力，调压阀组件调节孔板空化发生器上游管道的压力，第二压力表监测孔板空化发生器下游管道的压力；臭氧供入管道设置在孔板空化发生器下游管道中的压力在大气压附近的位置处，臭氧供入管道用于向孔板空化发生器出口与第二压力表之间的管道通入臭氧，以使臭氧与空化的含硫污水反应。臭氧供入管道的通入位置提高了臭氧氧化含硫污水中的硫化物的能力，进而提高了对含硫污水的脱硫效果。

主权项：1.一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，包括污水罐（1）、泵（2）、流量计（3）、调压阀组件（4）、第一压力表（5）、孔板空化发生器（6）、第二压力表（7），污水罐（1）、泵（2）、孔板空化发生器（6）依次通过管道连接并形成循环回路，污水罐（1）内存储有含硫污水，含硫污水在管道中流动并经过孔板空化发生器（6）时发生空化作用，流量计（3）、调压阀组件（4）、第一压力表（5）依次设置在泵（2）与孔板空化发生器（6）连接的管道上，第一压力表（5）监测孔板空化发生器（6）上游管道的压力，调压阀组件（4）设置于流量计（3）与第一压力表（5）之间以调节孔板空化发生器（6）上游管道的压力值，第二压力表（7）设置在孔板空化发生器（6）与污水罐（1）连接的管道上，第二压力表（7）监测孔板空化发生器（6）下游管道的压力值；水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括臭氧供入管道（8），接入在孔板空化发生器（6）与第二压力表（7）之间的管道上且设置在孔板空化发生器（6）下游管道中的压力回升至大气压的位置处，臭氧供入管道（8）用于向孔板空化发生器（6）下游的管道通入臭氧，以使臭氧与空化的含硫污水反应；其中，第一压力表（5）的压力值设定为2bar、4bar或6bar。

全文数据：水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统技术领域本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统。背景技术在高含硫气田的开采过程中，由于天然气含硫，导致气田进入污水处理站的硫化物含量高达600-800mgL，甚至更高。目前经常采用的处理方法包括气体吹脱法、氧化法、沉淀法等。吹脱法及氧化法需要对含硫污水投加大量药剂，过程复杂，且容易造成二次污染；沉淀法操作相对简单，去除效率高，但会使污水在处理后生成大量的含重金属锌的污泥，处理成本高且环境危害极大。而水力空化和制备容易的臭氧联合处理含硫污水的新方法开发效率高且成本低，同时不会造成二次污染。水力空化是一种独特的水力现象，在其生成过程中会生成高温高压等极端物理条件以及·OH、H2O2等氧化剂。水力空化产生的氧化剂和注入的臭氧由于自身的强氧化性，具有氧化含硫污水中硫化物的能力。而水力空化产生的未溃灭的小气泡则会增强臭氧的传质效果，进而增强臭氧氧化效果。于2018年07月24日授权公告的中国专利CN207645883U提供了一种超重力机联合水力空化及臭氧处理含硫污水的方法，但其水力空化装置不明确，也未明确说明增强脱硫效果的水力空化和臭氧的耦合方式。发明内容鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其能够提升水力空化和臭氧联合处理含硫污水时的脱硫效果，且操作简单。为了实现上述目的，本发明提供了一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其包括污水罐、泵、流量计、调压阀组件、第一压力表、孔板空化发生器、第二压力表。污水罐、泵、孔板空化发生器依次通过管道连接并形成循环回路，污水罐内存储有含硫污水，含硫污水在管道中流动并经过孔板空化发生器时发生空化作用，流量计、调压阀组件、第一压力表依次设置在泵与孔板空化发生器连接的管道上，第一压力表监测孔板空化发生器上游管道的压力，调压阀组件设置于流量计与第一压力表之间以调节孔板空化发生器上游管道的压力值，第二压力表设置在孔板空化发生器与污水罐连接的管道上，第二压力表监测孔板空化发生器下游管道的压力值；水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括臭氧供入管道，接入在孔板空化发生器与第二压力表之间的管道上且设置在孔板空化发生器下游管道中的压力在大气压附近的位置处，臭氧供入管道用于向孔板空化发生器出口与第二压力表之间的管道通入臭氧，以使臭氧与空化的含硫污水反应。在一实施例中，将污水罐、泵、孔板空化发生器连接的管道的直径为10cm-80cm。在一实施例中，孔板空化发生器设有贯通的圆孔，圆孔为多个并间隔布置。在一实施例中，孔板空化发生器的厚度为1cm。在一实施例中，臭氧供入管道设置在距离孔板空化发生器出口端10cm处。在一实施例中，第一压力表的压力值设定为6bar-8bar。在一实施例中，水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括进流管道和出流管道；进流管道接入在污水罐与泵之间的管道上，用于向污水罐供入含硫污水；出流管道接入在泵与流量计之间的管道上，以将脱硫处理的污水排出。在一实施例中，水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括旁通管道，旁通管道连接在泵与流量计之间的管道与污水罐之间。在一实施例中，调压阀组件包括细调阀和粗调阀，细调阀和粗调阀并联连接在流量计与第一压力表之间的管道上，细调阀对流量计与第一压力表之间的管道的压力进行微调，粗调阀对流量计与第一压力表之间的管道的压力进行粗调。在一实施例中，污水罐与泵之间的管道设有第一阀。本发明的有益效果如下：本发明的臭氧供入管道设置在孔板空化发生器下游管道中的压力在大气压附近的位置处，即在具有最多的分散均匀的小气泡处通入臭氧，使得小气泡最大限度地增强臭氧的传质效果，进而有效地提高了臭氧对含硫污水中的硫化物的氧化效果，从而提升了对含硫污水的脱硫效果。附图说明图1是根据本发明的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统的示意图。图2是从孔板空化发生器入口端的上游3cm到孔板空化发生器出口端10cm的管道内的压力分布的数值模拟图，其中，坐标0.1m为孔板空化发生器的入口端的坐标，坐标0.11m为孔板空化发生器出口端的坐标。图3是孔板空化发生器的入口端的压力分别为2bar、4bar、和6bar的情况下，臭氧供入管道设置在孔板空化发生器出口端10cm处时，管道中的含硫污水在循环回路中处理40分钟后的硫离子累积去除量。图4是臭氧供入管道距离孔板空化发生器出口端不同位置所对应的硫离子在经过40分钟处理后的累积去除量。图5是图1中的孔板空化发生器的一实施例的示意图。图6是图1中的孔板空化发生器的另一实施例的示意图。其中，附图标记说明如下：1污水罐8臭氧供入管道2泵L1进流管道3流量计L2出流管道4调压阀组件L3旁通管道41细调阀V1第一阀42粗调阀V2第二阀5第一压力表V3第二阀6孔板空化发生器V4第二阀7第二压力表具体实施方式附图示出本发明的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本发明。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1所示，根据本发明的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统包括污水罐1、泵2、流量计3、调压阀组件4、第一压力表5、孔板空化发生器6、第二压力表7、臭氧供入管道8。本发明的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括进流管道L1、出流管道L2、旁通管道L3、第一阀V1、第二阀V2、第三阀V3以及第四阀V4。污水罐1、泵2、孔板空化发生器6依次通过管道连接并形成循环回路，污水罐1内存储有含硫污水，含硫污水在管道中流动并经过孔板空化发生器6时发生空化作用。污水罐1与泵2之间的管道设有第一阀V1，用于控制污水罐1与泵2之间的连通与断开。需要补充的是，水力空化是一种独特的水力现象，根据大量实验研究发现，含硫污水在管道中流动经过孔板空化发生器6后，会出现射流空化现象，含硫污水中的溶解气会大量释放从而产生高密度的气泡团，且孔板空化发生器6的入口端的压力越大，孔板空化发生器6下游的压力就会越低具体地，孔板空化发生器6下游管道的一段距离内的压力值会低于大气压，则溶液就会释放更多的气泡，密集气泡群在孔板空化发生器6下游的一定距离得到充分发展。例如参照图2，0.1m坐标位置为孔板空化发生器6的入口端位置，0.07m-0.1m为孔板空化发生器6上游管道的坐标位置；0.11m坐标位置为孔板空化发生器6的出口端位置。0.11m-0.21m为孔板空化发生器6的下游管道的坐标位置。从图中可以看出，孔板空化发生器6入口端的压力依次约为6bar、4bar、2bar，从3条压力曲线变化可以看出，孔板空化发生器6的入口端压力控制为6bar时，对应地，孔板空化发生器6的出口端压力分别小于入口端压力为4bar和2bar时所对应的出口端压力值；即，入口端压力越大，对应地，孔板空化发生器6下游管道的压力越低，从而从理论上分析可知，空化的含硫污水将会释放的气泡就会越多，且密集气泡群在一定距离得到充分发展，且气泡随着距离孔板空化发生器6的出口端越远，将逐渐均匀分散在含硫污水中，结合图2和图4，在孔板空化发生器6下游管道的压力初次回升至大气压附近的位置处即，在图2所示的距离孔板空化发生器6出口端10cm处具有最多的分散均匀的小气泡。而水力空化产生的未泯灭的小气泡会增强臭氧的传质效果，进而增强臭氧氧化效果，结合图4图4的横坐标代表距离孔板空化发生器6出口端的距离，纵坐标代表管道中的含硫污水在40分钟后的硫离子累积去除量可以看出，距离孔板空化发生器6出口端10cm处可以达到最优的硫离子累积去除量。综上所述，如若在孔板空化发生器6下游管道的具有最多的分散均匀的小气泡的位置处通入臭氧，则能够提升臭氧氧化含硫污水中的硫化物的能力。由此根据这一发现，若将下文所述的臭氧供入管道8接入在孔板空化发生器6下游管道的压力初次回升至大气压附近的位置处此处为气泡团充分发展的最强区域时，则可以最大限度增强臭氧的传质效果，从而提高对含硫污水的脱硫效果。泵2为多级离心泵。流量计3、调压阀组件4、第一压力表5依次设置在泵2与孔板空化发生器6连接的管道上。如图1所示，流量计3设置在泵2的下游，以便计量泵2与第一压力表5之间的管道内通过泵2泵出的含硫污水的流量。调压阀组件4设置在流量计3的下游并位于孔板空化发生器6的上游，以调节孔板空化发生器6上游管道的压力值。如上文所述，如图2所示，孔板空化发生器6上游管道内的液体的压力越大，孔板空化发生器6下游管道内的压力则会越低，空化的含硫污水在孔板空化发生器6的下游就会释放更多的气泡，密集气泡群在一定距离会充分发展，在气泡团充分发展的最强区域通入臭氧相比于在孔板空化发生器6下游的其它区域通入臭氧而言，可以最大限度增强臭氧的传质效果，从而提高对含硫污水的脱硫效果，从图3的实验结果分析也可以证实上述的原理是正确的在图3所示的曲线中，臭氧注入在孔板空化发生器6的下游管道10cm处，即，孔板空化发生器6上游的压力越大，硫离子去除量随着进口压力的升高而增大，因此，为了提高含硫污水的脱硫效果，还可以适当增加孔板空化发生器6上游管道内的液体的压力值。调压阀组件4包括细调阀41和粗调阀42，细调阀41和粗调阀42并联连接在流量计3与第一压力表5之间的管道上，细调阀41对流量计3与第一压力表5之间的管道的压力进行微调，粗调阀42对流量计3与第一压力表5之间的管道的压力进行粗调，细调阀41与粗调阀42协调作用，能够有效地将孔板空化发生器6上游管道内的液体的压力值调节到所需的数值。具体地，在一实施例中，细调阀41为针阀，粗调阀42为球阀。第一压力表5设置于孔板空化发生器6入口端的上游并位于调压阀组件4的下游，第一压力表5监测孔板空化发生器6上游管道的压力；因此，可根据第一压力表5显示的值来通过调压阀组件4将空化发生器6上游管道的压力值调节至所需的压力值。优选地，第一压力表5的压力值设定为6bar-8bar。在一实施例中，即，在图2至图4所示的曲线图中，孔板空化发生器6的厚度为1cm；且孔板空化发生器6的主视图如图5所示，孔板空化发生器6上的圆孔为8个且各圆孔的直径为2mm，当然不限于此，圆孔的个数也可以为其它的数量参照图6且圆孔的直径也可以为其它的数值，具体的实验结果可根据具体的情况具体说明，需要说明的是，无论孔板空化发生器6的结构发生何种变化，下文所述的臭氧供入管道8仍然通入在孔板空化发生器6下游管道中的压力在大气压附近的位置处，才能实现最佳的脱硫效果。第二压力表7设置在孔板空化发生器6与污水罐1连接的管道上，第二压力表7监测孔板空化发生器6下游管道内液体的压力值。臭氧供入管道8接入在孔板空化发生器6与第二压力表7之间的管道上且设置在孔板空化发生器6下游管道中的压力初次回升至大气压附近的位置处，臭氧供入管道8用于向孔板空化发生器6出口与第二压力表7之间的管道通入臭氧，以使臭氧与空化的含硫污水反应。臭氧供入管道8连通外部的臭氧发生器，臭氧发生器可以向臭氧供入管道8供入臭氧，臭氧发生器可为空气源型臭氧发生器，也可为氧气源型臭氧发生器。在根据本发明的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统中，含硫污水在通过孔板空化发生器6会出现射流空化现象，且孔板空化发生器6下游管道内的液体的压力在一定距离内低于大气压，在这段距离内，含硫污水中溶解气会大量释放并产生高密度的气泡群，气泡群中的气泡随着距离孔板空化发生器6的出口端越远，将逐渐均匀分散在含硫污水中，且在孔板空化发生器6下游管道的压力初次回升至大气压附近的位置处具有最多的分散均匀的小气泡。而水力空化产生的未泯灭的小气泡会增强臭氧的传质效果，本发明的臭氧供入管道8设置在孔板空化发生器6下游管道中的压力在大气压附近的位置处即，小气泡最多的位置处，使得小气泡最大限度地增强臭氧的传质效果，进而有效地提高了臭氧对含硫污水中的硫化物的氧化效果；从而提升了对含硫污水的脱硫效果；此外，上述的孔板空化发生器6的入口端的压力越大，能够进一步提高臭氧对含硫污水的脱硫效果，因此，调压阀组件4的设置还可以实现将孔板空化发生器6的入口端的压力调节到尽量大，从而实现最佳的脱硫效果。通常，孔板空化发生器6下游管道中的压力回升到大气压附近的位置可根据管道的直径、孔板空化发生器6的结构形状等不同而发生对应的改变，优选地，污水罐1、泵2以及孔板空化发生器6连接的管道的直径为10cm-80cm。在一实施例中，污水罐1、泵2以及孔板空化发生器6连接的管道的直径为20cm，孔板空化发生器6的厚度为1cm且主体图为如图5所示的空化发生器时，经过多次实验和研究表明，距离孔板空化发生器6出口端10cm处参照图2和图4，图2中横坐标为0.21m位置，图4中横坐标为10cm位置为孔板空化发生器6下游管道内的液体压力初次回升至大气压附近的位置处，臭氧供入管道8设置在距离孔板空化发生器6出口端10cm处能够对含硫污水产生最佳的脱硫效果。具体地实验研究分析如图4所示，图4是臭氧供入管道8距离孔板空化发生器6出口端不同位置所对应的硫离子在经过40分钟处理后的累积去除量。从图中可以看出，孔板空化发生器6的入口端压力为2bar和6bar时，在距离孔板空化发生器6出口端10cm的位置处，硫离子去除量分别达到最大值，而从图2中可以看出，距离孔板空化发生器6出口端10cm处的位置为管道压力初次回升至大气压附近的位置处，从而可以证明当孔板空化发生器6为1cm厚、孔板空化发生器6的圆孔为如图5所示的布置，管道直径为20cm时，臭氧供入管道8设置在距离孔板空化发生器6出口端10cm处为最佳的选择。当然，如果孔板空化发生器6的结构或者将污水罐、泵2以及孔板空化发生器6连接的管道的直径发生变化，孔板空化发生器6下游管道的压力初次回升至大气压附近的位置处也会相应地改变，对应地，可根据具体的数据的改变来选择臭氧供入管道8的最佳的通入位置，并不限于距离孔板空化发生器6出口端10cm处。如图1所示，进流管道L1接入在污水罐1与泵2之间的管道上，用于向污水罐1供入含硫污水；出流管道L2接入在泵2与流量计3之间的管道上，以将脱硫处理的污水排出。进流管道L1能够延续不断地向污水罐1供入含硫污水，且进流管道L1设有第三阀V3，第三阀V3的设置能够控制进流管道L1与污水罐1与泵2之间的管道的连通和断开。出流管道L2设有第四阀V4，第四阀V4的设置能够及时将符合要求的脱硫污水及时排出。旁通管道L3连接在泵2与流量计3之间的管道与污水罐1之间。旁通管道L3设有第二阀V2。当从泵2泵出的含硫污水的量超出所需值时，第二阀V2开启，从而超出的含硫污水可以经由旁通管道L3流回到污水罐1中。上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。

权利要求：1.一种水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，包括污水罐1、泵2、流量计3、调压阀组件4、第一压力表5、孔板空化发生器6、第二压力表7，污水罐1、泵2、孔板空化发生器6依次通过管道连接并形成循环回路，污水罐1内存储有含硫污水，含硫污水在管道中流动并经过孔板空化发生器6时发生空化作用，流量计3、调压阀组件4、第一压力表5依次设置在泵2与孔板空化发生器6连接的管道上，第一压力表5监测孔板空化发生器6上游管道的压力，调压阀组件4设置于流量计3与第一压力表5之间以调节孔板空化发生器6上游管道的压力值，第二压力表7设置在孔板空化发生器6与污水罐1连接的管道上，第二压力表7监测孔板空化发生器6下游管道的压力值；水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括臭氧供入管道8，接入在孔板空化发生器6与第二压力表7之间的管道上且设置在孔板空化发生器6下游管道中的压力回升至大气压附近的位置处，臭氧供入管道8用于向孔板空化发生器6下游的管道通入臭氧，以使臭氧与空化的含硫污水反应。2.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，将污水罐1、泵2、孔板空化发生器6连接的管道的直径为10cm-80cm。3.根据权利要求2所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，孔板空化发生器6设有贯通的圆孔，圆孔为多个并间隔布置。4.根据权利要求3所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，孔板空化发生器6的厚度为1cm。5.根据权利要求4所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，臭氧供入管道8设置在距离孔板空化发生器6出口端10cm处。6.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，第一压力表5的压力值设定为6bar-8bar。7.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括进流管道L1和出流管道L2；进流管道L1接入在污水罐1与泵2之间的管道上，用于向污水罐1供入含硫污水；出流管道L2接入在泵2与流量计3之间的管道上，以将脱硫处理的污水排出。8.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统还包括旁通管道L3，旁通管道L3连接在泵2与流量计3之间的管道与污水罐1之间。9.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，调压阀组件4包括细调阀41和粗调阀42，细调阀41和粗调阀42并联连接在流量计3与第一压力表5之间的管道上，细调阀41对流量计3与第一压力表5之间的管道的压力进行微调，粗调阀42对流量计3与第一压力表5之间的管道的压力进行粗调。10.根据权利要求1所述的水力空化和臭氧联合处理含硫污水的系统，其特征在于，污水罐1与泵2之间的管道设有第一阀V1。

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