一种海水源循环水的溶解氧快速提升系统及工艺的制作方法

1.本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种海水源循环水的溶解氧快速提升系统及工艺，该系统以组合式固定床为基础，对海水源循环水进行快速处理，在取出海水源循环水中的污染物的同时，有效提高海水源循环水中的溶解氧。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.海滨电厂建设在海边，有着明显的地理位置优势，有着煤炭运输方便，水源取用便捷的优势。因此海滨电厂通常采用海水作为冷却水，海水作为冷却水的优势在于取水量大，浓缩倍率低，带走热量迅速，较中水作为循环水具有不容易结垢等优势。随着环保要求的不断提升，海滨电厂的各类废水的排放均收到了明确且日益严格的限制。特别是海水冷却水的排放需要符合标准《海水冷却水排放要求》(gb/t39361-2020)的相关要求，包括悬浮物、ph值、cod以及各类重金属等指标。目前各类水处理设备，已针对各类排放指标进行优化，降低海水冷却水的各项指标，以满足海水冷却水的排放要求。
4.海水的溶解氧指标虽然不属于常规的环保指标，但溶解氧是一项重要的生态指标，溶解氧跟空气里氧的分压、大气压、水温和水质有密切的关系，有些有机化合物在喜氧菌作用下发生生物降解，要消耗水里的溶解氧。当水中的溶解氧值降到5mg/l时，大部分鱼类的呼吸就发生困难。溶解氧通常有两个来源：一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。因此水中的溶解氧会由于空气里氧气的溶入及绿色水生植物的光合作用而得到不断补充。但当水体受到有机物污染，耗氧严重，溶解氧得不到及时补充，水体中的厌氧菌就会很快繁殖，有机物因腐败而使水体变黑、发臭。同时溶解氧值是研究水自净能力的一种依据。水里的溶解氧被消耗，要恢复到初始状态，所需时间短，说明该水体的自净能力强，或者说水体污染不严重。否则说明水体污染严重，自净能力弱，甚至失去自净能力。
5.海水作为冷却水在经过换热装置之后，温度急速增加，使得水中溶解氧含量迅速降低，即使其它环保指标符合排放要求，但海水含氧量迅速降低后，则会造成排放区域水质恶化，最终造成严重的环境后果。虽然有部分电厂采用曝气装置对海水进行曝气处理，但由于海水量较大，海水溶解氧指标恢复不佳。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种海水源循环水的溶解氧快速提升系统及工艺。该处理工艺可以解决当前滨海电厂海水源循环水外排过程中无法满足溶解氧达标的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供一种海水源循环水的溶解氧快速提升系统，包括混合器、复合反应床层和曝气装置，混合器的进口端分别与循环水源和双氧水源连接，混合器的出口
端与复合反应床层的进口连接；
9.复合反应床层的底部设置有气体分布器，气体分布器与曝气装置连接；
10.在复合反应床层的壳体内部，自下而上依次设置有第一熔融石英石层、第二熔融石英石层和复合颗粒层，第一熔融石英石层的颗粒粒径大于第二熔融石英石层的颗粒粒径；
11.复合颗粒层中的颗粒由二氧化硅、二氧化锰和铁粉的混合物经煅烧制备而成。
12.第二方面，本发明提供一种海水源循环水的溶解氧快速提升工艺，包括如下步骤：
13.将高温海水源循环水降温后，向其中投加双氧水，并混合均匀；
14.将投加双氧水的海水源循环水自下方注入复合反应床层，同时向复合反应床层内曝气，使海水源循环水在复合反应床层内与空气充分接触，对空气中的氧气进行溶解；溶解的双氧水对海水源循环水中的污染物进行氧化去除；
15.当海水源循环水流经复合颗粒层时，剩余双氧水分解为氧气，并溶解在海水中，以增加海水中的溶解氧含量。
16.上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
17.(1)本发明的复合反应床层由经过高速水冲的石英砂和高温煅烧的颗粒组成，机械强度优异，可避免因水流冲刷、气体冲刷、颗粒碰撞而造成的磨损，机械强度优异，为海水与空气接触提供了稳定且可观的接触面积；
18.复合反应床层展现出优异的机械强度和表面抗污染性能，具有优异的物理稳定性和化学稳定性。避免了水力冲刷、机械摩擦等而导致复合创新的颗粒理化性质发生变化。
19.(2)本发明所述快速提升海水溶解氧的方法，利用高速的传质，可快速提升海水的溶解氧含量，同时双氧水在高速传质的过程中，可快速与海水中的部分污染物发生反应，从而降低海水中部分污染物的含量(如cod、bod5)，提升海水水质；
20.(3)本发明所述复合颗粒，置于床层的最上层，对双氧水的分解效率极高，当海水中残留的双氧水经过时，发生原位反应被快速分解为水和氧气，产生的氧气会快速溶解在海水中，从而额外增加海水中的溶解氧含量；由于海水源循环水中投加的双氧水被分解完全，在外排水中检测不出过氧化氢，充分保护了海水领域的生态稳定性，避免了海水局部水质发生变化而导致海水水质恶化等问题的出现。
21.(4)本发明所述海水处理工艺，具有处理效率极高，对原有工艺改动较小，且稳定性极佳，不会因物理化学性质发生改变而造成危废或者固废的产生。
22.(5)本发明通过制备非均相混合型固定床层，床层填充物以设备的形状和尺寸进行筛选和制备，按照先后顺序填装在反应器内，制备成固定床反应器，当循环水流经混合床层时，保证气液固三相充分混合。同时加入的少量双氧水一方面可对流经循环水进行快速氧化，另一方面在经过混合床层后，双氧水快速分解为氧气和水，能够快速增加溶解氧的含量。考虑到海水的高含盐量，以及具有显著的腐蚀性等因素，本发明所述催化床层具有优异的机械强度和稳定性，可以避免海水冲刷和腐蚀，保证本工艺具有预期的循环水中溶解氧提升效率和稳定性。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是本发明实施例的反应床层的结构示意图；
25.图2是本发明实施例的海水处理的工艺流程图。
26.其中，1、反应器主体；2、复合颗粒层；3、第二熔融石英石层；4、第一熔融石英石层；5、下层承接层；6、海水混合装置；7、双氧水加药罐；8、混合器；9、复合反应床层；10、曝气装置；11、排气装置；a为海水源循环水源，b为海水原水源。
具体实施方式
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.第一方面，本发明提供一种海水源循环水的溶解氧快速提升系统，包括混合器、复合反应床层和曝气装置，混合器的进口端分别与循环水源和双氧水源连接，混合器的出口端与复合反应床层的进口连接；
29.复合反应床层的底部设置有气体分布器，气体分布器与曝气装置连接；
30.在复合反应床层的壳体内部，自下而上依次设置有第一熔融石英石层、第二熔融石英石层和复合颗粒层，第一熔融石英石层的颗粒粒径大于第二熔融石英石层的颗粒粒径；
31.复合颗粒层中的颗粒由二氧化硅、二氧化锰和铁粉的混合物经煅烧制备而成。
32.曝气装置可以为空气压缩机、引风机等能够为空气流动提供动力的装置。
33.在一些实施例中，第一熔融石英石层的熔融石英石的粒径为1.8-2.cm。
34.在一些实施例中，第二熔融石英石层的熔融石英石的粒径为1.2-1.5cm。
35.优选的，熔融石英石经过高速水洗，洗去熔融石英石表面不稳定部分。高速水洗的水流速度为50m/s以上。
36.在一些实施例中，第一熔融石英石层的下方设置有第一过滤网，复合颗粒层的上方设置有第二过滤网。
37.第一过滤网一方面可以用于承托复合反应床层的颗粒物，保证复合反应床层中颗粒物的聚集；另一方面可以对海水源循环水起到一定程度的过滤，将循环水中的较大颗粒的固体物质除去，防止将复合反应床层堵塞，影响传质效率。
38.第二过滤网和第一过滤网配合，用于将复合反应床层中的颗粒物进行固定，避免颗粒物在海水源循环水的冲击作用下流失。
39.第一过滤网和第二过滤网均为317l不锈钢滤网。
40.在一些实施例中，复合颗粒层中，二氧化硅、二氧化锰和铁粉的质量比为15-25:1-3:0.5-1.5。二氧化硅是复合颗粒的基础，使得复合颗粒层有良好的机械强度和耐磨性，如果仅对二氧化锰进行煅烧，机械强度较低，不利于转移和抗击水流冲击；二氧化锰是活性位点，可使得过氧化氢分解；铁粉是高温粘合剂，增加固相的流动性，同时铁粉也可以使得颗粒机械强度增加和分解过氧化氢。
41.优选的，将二氧化硅、二氧化锰和铁粉球磨后，过200目筛，然后干法压制成球状颗粒，最后将球状颗粒进行煅烧。
42.优选的，煅烧的温度为750-950℃，煅烧时间为3-6h。
43.进一步优选的，煅烧的升温速率为3-6℃/min。
44.作为较佳的实施方式，煅烧温度为800℃，升温速率为4℃/min，煅烧时间为4.5h。
45.进一步优选的，煅烧完毕后，将球形颗粒进行振摇水洗，去除未烧结的部分。
46.优选的，复合颗粒层中的颗粒的平均直径为0.8cm。
47.在一些实施例中，第一熔融石英石层、第二熔融石英石层和复合颗粒层的厚度分别不低于80cm、50cm和20cm。
48.在一些实施例中，还包括海水混合装置，海水混合装置的进口分别与循环水源和海水源连接。
49.循环水源提供高温的海水源循环水，海水源提供低温海水，将两者通过海水混合装置混合，可以实现海水源循环水的快速降温。
50.在一些实施例中，所述混合器为静态混合器。
51.本发明的耐磨性复合反应床层，用于提供海水与空气高效接触的固液面，最终用于海滨电厂循环水排水的处理，由于本发明中所涉及的循环水排水的处理均使用催化床层(复合颗粒层)进行连续化反应，且可以长时间应用。实验结果可以证明，催化床层在可以保证循环水顺利通过的同时，使得循环水内溶解氧含量的快速增加，从而避免因大量循环水排放而造成局部水域溶解氧迅速降低而导致水质恶化的问题。同时在循环水流经床层时，对循环水加入少量的双氧水，少量的双氧水有抑制循环水内菌类生长的作用，并且与循环水进行高速混合之后，能够快速高效的降低循环水内的菌类物质含量或抑制其活性，避免因菌类繁殖而造成循环水溶解氧降低，并且加入一定量的双氧水可降低循环水的cod、bod5等指标，未参与反应的双氧水在流经富含二氧化锰的颗粒床层时，可实现过氧化氢快速分解，将过氧化氢分解为水和氧气，由于过氧化氢在水中是分布式状态，过氧化氢分解属于原位反应，分解产生的氧气能够快速溶解在水中，从而迅速提升循环水中溶解氧的含量。
52.此外，由于本发明的复合反应床层采用熔融石英石、烧结的二氧化硅\二氧化锰复合颗粒等，物理化学性质极其稳定，可避免海水腐蚀冲刷等因素，保持高效稳定的循环水排水处理效果，因此可满足海滨电厂循环水溶解氧指标快速提升的需求。
53.第二方面，本发明提供一种海水源循环水的溶解氧快速提升工艺，包括如下步骤：
54.将高温海水源循环水降温后，向其中投加双氧水，并混合均匀；
55.将投加双氧水的海水源循环水自下方注入复合反应床层，同时向复合反应床层内曝气，使海水源循环水在复合反应床层内与空气充分接触，对空气中的氧气进行溶解；溶解的双氧水对海水源循环水中的污染物进行氧化去除；
56.当海水源循环水流经复合颗粒层时，剩余双氧水分解为氧气，并溶解在海水中，以增加海水中的溶解氧含量。
57.在一些实施例中，双氧水的加入体积与海水体积之比为1:8000-12000，双氧水的纯度不低于25％，％为质量百分数；双氧水的最大纯度为28％，％为质量百分数。
58.在一些实施例中，向海水中投加双氧水之前，将海水降温至不超过40℃。以防止双氧水受热分解。
59.在一些实施例中，单位时间内的曝气体积与水流体积之比为3-6:1，优选为4-6:1，更优选为5:1。
60.对海水充分曝气，使海水在复合反应床层与空气充分接触，提高海水中氧气的溶解量。海水与空气接触后，从管道内排出，气体从复合反应床层的顶部排出。
61.下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
62.实施例1
63.1.复合反应床层的制备：
64.1)复合颗粒层中的固体颗粒的制备：
65.将二氧化硅(晶体)、二氧化锰和铁粉按照质量比为20：2：1混合后，放入球磨机内球磨4h后，研磨均匀，将粉末过200目筛，然后将粉末进行干法压制，压成直径为0.8cm的球状颗粒，而后转入马弗炉内进行煅烧，煅烧温度为800℃，升温速率为4℃/min，煅烧时间为4.5h，形成烧结的球状颗粒，而后将球形颗粒进行振摇水洗，去除未烧结的部分，即得。
66.2)熔融石英石的预处理：采用高速水刷洗熔融石英石。
67.3)复合反应床层的铺设，如图1所示：
68.首先在固定床层容器底部安装第一过滤网(317l不锈钢滤网)，第一过滤网距离容器底部的距离为10cm左右；
69.在第一过滤网上铺设粒径为1.8-2.0cm的熔融石英石，得第一熔融石英石层4，其厚度为90cm；
70.在第一熔融石英石层4上铺设粒径为1.2-1.5cm之间的熔融石英石，得第二熔融石英石层3，其厚度为60cm；
71.在第二熔融石英石层3上铺设复合颗粒层2，其厚度为30cm；
72.装填完毕后，在复合颗粒层2的顶部安装第二过滤网(317l不锈钢滤网)，用于覆盖床层顶部，形成复合反应床层。
73.2.海水源循环水的溶解氧快速提升系统包括海水混合装置6、混合器8、双氧水加药罐7、复合反应床层9、排气装置11和曝气装置10，海水混合装置6的进口端分别与海水源循环水源a和海水原水源b连接，海水混合装置6的出口端与混合器8的进口连接，混合器8采用静态混合器；
74.混合器8的进口端与双氧水加药罐7连接，混合器8的出口端与复合反应床层9的进口连接；
75.复合反应床层9的底部设置有气体分布器，气体分布器与曝气装置10连接；复合反应床层9的顶部与排气装置11连接，用于向外排放未溶解的气体。曝气装置10为空气压缩机，排气装置11为引风机。
76.3.以华能八角电厂为应用场所，将海水循环水与常温的海水按体积比为1:3进行混合，使循环水温度快速降低，而后在进入复合反应床层之前，加入一定量的双氧水(纯度为25％，杂质含量不高于0.1％，％为质量百分数)，双氧水的加入体积与海水的体积比为1：10000，双氧水的加入量由计量泵控制，根据补水量控制双氧水的加入量。并确保加药前温度不宜超过40℃。保证在进入床层前，双氧水在海水中充分分散。对海水进行曝气处理，曝气从反应器底部经过气体分布装置进行曝气，单位时间空气的曝气量与水流量体积比例为5：1，使得海水在床层内与空气充分接触，而后气体由床层顶部排出，海水从管道内排出。
77.海水在复合反应床层的停留时间为2min。
78.3.定期取样，对经过处理前后的海水的溶解氧、cod、bod5等指标进行分析，分析数
据见表1。
79.表1
[0080][0081][0082]
实施例2
[0083]
1.复合反应床层的制备：
[0084]
1)复合颗粒层中的固体颗粒的制备：
[0085]
将二氧化硅(晶体)、二氧化锰和铁粉按照质量比为25：3：1.5混合后，放入球磨机内研磨均匀，将粉末过200目筛，然后将粉末进行干法压制，压成直径为1cm的球状颗粒，而后转入马弗炉内进行煅烧，煅烧温度为700℃，升温速率为3℃/min，煅烧时间为6h，形成烧结的球状颗粒，而后将球形颗粒进行振摇水洗，去除未烧结的部分，即得。
[0086]
2)熔融石英石的预处理：采用高速水刷洗熔融石英石。
[0087]
3)复合反应床层的铺设：
[0088]
首先在固定床层容器底部安装第一过滤网(317l不锈钢滤网)，第一过滤网距离容器底部的距离为8cm左右；
[0089]
在第一过滤网上铺设粒径为1.8-2.0cm的熔融石英石，得第一熔融石英石层，其厚度为100cm；
[0090]
在第一熔融石英石层上铺设粒径为1.2-1.5cm之间的熔融石英石，得第二熔融石英石层，其厚度为55cm；
[0091]
在第二熔融石英石层上铺设复合颗粒层，其厚度为40cm；
[0092]
装填完毕后，在复合颗粒层的顶部安装第二过滤网(317l不锈钢滤网)，用于覆盖床层顶部，形成复合反应床层。
[0093]
2.海水源循环水的溶解氧快速提升系统包括海水混合装置、混合器、双氧水加药罐、复合反应床层、排气装置和曝气装置，海水混合装置的进口端分别与海水源循环水源和海水原水源连接，海水混合装置的出口端与混合器的进口连接，混合器采用静态混合器；
[0094]
混合器的进口端与双氧水加药罐连接，混合器的出口端与复合反应床层的进口连接；
[0095]
复合反应床层的底部设置有气体分布器，气体分布器与曝气装置连接；复合反应床层的顶部与排气装置连接，用于向外排放未溶解的气体。曝气装置为空气压缩机，排气装置为引风机。
[0096]
3.以华能威海电厂的循环水冷却水系统为实施对象，处理过程同实施例1。
[0097]
4.分析过程同实施例1，分析数据见表2。
[0098]
表2
[0099][0100][0101]
实施例3
[0102]
1.复合反应床层的制备：
[0103]
1)复合颗粒层中的固体颗粒的制备：
[0104]
将二氧化硅(晶体)、二氧化锰和铁粉按照质量比为15：1：0.5混合后，放入球磨机内研磨均匀，将粉末过200目筛，然后将粉末进行干法压制，压成直径为0.7cm的球状颗粒，而后转入马弗炉内进行煅烧，煅烧温度为950℃，升温速率为6℃/min，煅烧时间为3h，形成烧结的球状颗粒，而后将球形颗粒进行振摇水洗，去除未烧结的部分，即得。
[0105]
2)熔融石英石的预处理：采用高速水刷洗熔融石英石。
[0106]
3)复合反应床层的铺设：
[0107]
首先在固定床层容器底部安装第一过滤网(317l不锈钢滤网)，第一过滤网距离容器底部的距离为15cm左右；
[0108]
在第一过滤网上铺设粒径为1.8-2.0cm的熔融石英石，得第一熔融石英石层，其厚度为95cm；
[0109]
在第一熔融石英石层上铺设粒径为1.2-1.5cm之间的熔融石英石，得第二熔融石英石层，其厚度为65cm；
[0110]
在第二熔融石英石层上铺设复合颗粒层，其厚度为45cm；
[0111]
装填完毕后，在复合颗粒层的顶部安装第二过滤网(317l不锈钢滤网)，用于覆盖床层顶部，形成复合反应床层。
[0112]
2.海水源循环水的溶解氧快速提升系统包括海水混合装置、混合器、双氧水加药罐、复合反应床层、排气装置和曝气装置，海水混合装置的进口端分别与海水源循环水源和海水原水源连接，海水混合装置的出口端与混合器的进口连接，混合器采用静态混合器；
[0113]
混合器的进口端与双氧水加药罐连接，混合器的出口端与复合反应床层的进口连接；
[0114]
复合反应床层的底部设置有气体分布器，气体分布器与曝气装置连接；复合反应床层的顶部与排气装置连接，用于向外排放未溶解的气体。曝气装置为空气压缩机，排气装置为引风机。
[0115]
3.以华电莱州电厂的循环水冷却水系统为实施对象，处理过程同实施例1。
[0116]
4.分析过程同实施例1，分析数据见表3。
[0117]
表3
[0118][0119]
[0120]
实施例4
[0121]
对实施例1-3处理后的海水循环水进行了过氧化氢含量的检测，过氧化氢含量检测情况如表4所示。
[0122]
表4
[0123]
水样华能八角华能威海华电莱州过氧化氢含量未检出未检出未检出
[0124]
本发明主要通过构建基于高稳定性复合床层为基础的海水循环水快速处理工艺，实现了对多个海滨电厂循环水中溶解氧含量的快速提升，以及bod5、cod指标的快速降低，且处理后海水循环水中无过氧化氢残留。一方面实现了海水循环水中溶解氧含量的快速提升，避免局部海域因溶解氧含量迅速降低而导致局部生态环境发生破坏，且bod5、cod等污染性指标有所降低，也避免了海水环境被破坏，另一方面根据过氧化氢的残留量分析试验证明，在海水处理过程中，过氧化氢已经全部参与反应和分解。因此，该工艺可以快速提升海水循环水的溶解氧含量，降低多个循环水的化学耗氧量等污染性指标，同时物理化学稳定性强，催化床层稳定性强，不易受到水力、摩擦等损失，因此该工艺具有广阔的应用前景，并且有望用于更多的水处理体系。
[0125]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。