申请日2016.10.25
公开(公告)日2017.02.01
IPC分类号C02F9/04; C02F103/34; C02F101/38
摘要
本发明为一种泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法。该方法通过第一级泡沫分离得到塔顶消泡液是喹啉及捕获剂的浓缩液，塔底流出液中喹啉浓度为7.6～25.1mg/L，SDS浓度为5.6～12.1mg/L，可经普通生化法处理后排放，塔顶消泡液经收集并调节pH后作为第二级泡沫分离的进料液;第二级泡沫分离塔顶得到可循环使用的高浓度捕获剂，塔底流出液为喹啉浓缩液。本发明不仅可以显著地降低废水中喹啉的浓度，同时还实现了喹啉的浓缩及分离，该发明克服了其它技术难以高效处理低浓度喹啉废水且设备成本高、操作工艺复杂和易造成环境污染等缺陷。
摘要附图
权利要求书
1.一种泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为包括以下步骤：
第一步，制药废水的收集与十二烷基硫酸钠和硫酸钾的加入
将喹啉浓度为132～492mg/L的待处理废水注入第一调节池中，向第一调节池中加入捕获剂十二烷基硫酸钠(SDS)和硫酸钾，使第一调节池中溶液中SDS含量为100～200mg/L，硫酸钾含量为50～150mg/L;
第二步，待处理废水的pH调节
再向第一调节池中加入氢氧化钠水溶液或硫酸水溶液，使池中溶液的pH值为4.0～4.2;
第三步，两级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离：将第一调节池中将待处理废水注入第一泡沫分离塔中，第一泡沫分离塔操作温度为20～35℃，表观气速为1.7～2.6mm/s，进料表观液速为0.2mm/s;从第一塔顶流出的泡沫经机械法破泡后可得到第一级消泡液，对消泡液进行收集，进入第二调节池;第一泡沫分离塔底流出液中喹啉的浓度为7.6～25.1mg/L，SDS浓度为5.6～12.1mg/L，可经普通生化法处理后排放;
其中，所述的第一泡沫分离塔分由上到下依次为泡沫相部分和液相部分，泡沫相高度与液相高度之比为2.0～2.5:1，进料位置在泡沫相与液相界面交汇处，塔底出料位置于液相1/10高度处;第一级泡沫分离塔液相中安装有垂直筛板，垂直筛板层数为2～4，最下一层垂直筛板安装于出料位置上方液相1/10高度处，其余垂直筛板在剩余液相部分中定数等分安装，塔板间距在0.1～0.6m范围内;泡沫相中浮舌塔板层数为2～3，最下一层浮舌塔板安装于进料位置上方泡沫相1/2高度处，其余浮舌塔板在剩余泡沫相中定数等分安装，塔板间距在0.3～0.5m范围内;
第二级泡沫分离：将第一级泡沫分离消泡液在第二调节池内用氢氧化钠水溶液或硫酸水溶液调节pH至8.0～8.2，从第二调节池中将消泡液注入第二级泡沫分离塔中，泡沫分离塔操作温度为60℃，表观气速为0.8～0.9mm/s，进料表观液速为0.1～0.2mm/s;从塔顶流出的泡沫经机械法破泡后可得到第二级消泡液，第二级泡沫分离的消泡液中捕获剂得到高度浓缩和回收，捕获剂浓缩液可直接返回第一调节池，连同新注入的制药废水，进行下一次泡沫分离过程;
其中，泡沫相高度与液相高度之比为3.0～3.5:1，进料位置在泡沫相与液相界面交汇处，塔底出料位置于液相1/10高度处;第二级泡沫分离塔液相中安装有垂直筛板，垂直筛板层数为1，安装于出料位置上方液相1/10高度处;泡沫相中浮舌塔板层数为3～4，最下一层浮舌塔板安装于进料位置上方泡沫相1/2高度处，其余浮舌塔板在剩余泡沫相中定数等分安装，塔板间距在0.2～0.5m范围内。
2.如权利要求1所述的泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为所述破泡方法为机械法。
3.如权利要求1所述的泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为所述的第一、第二级泡沫分离中氢氧化钠水溶液的浓度优选为0.1mol/L;所述的硫酸水溶液的浓度优选为0.1mol/L。
4.如权利要求1所述的泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为所述的泡沫分离塔高度优选为1.6～5.0m。
5.如权利要求1所述的泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为所述的垂直筛板优选为开孔以塔板中心为圆心、内径90%所在同心圆为开孔区域，垂直帽罩在开孔区域呈等边三角形排布，边长为30mm。
6.如权利要求1所述的泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，其特征为所述的浮舌塔板优选为开孔以塔板中心为圆心、内径90%所在同心圆为开孔区域，浮舌片在开孔区域呈等边三角形排布，边长为40mm。
说明书
一种泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法
技术领域
本发明的技术方案属于废水处理领域，具体地说就是泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法。
背景技术
喹啉是芳香杂环化合物中典型的难降解有机物之一，具有刺激性气味和毒性，并且在低浓度下具有致癌性和致畸性，对人类和动植物及环境具有很大的危害。含喹啉的制药废水的处理一直是废水处理领域的重点和难点，由于活性污泥中微生物的酶系统大多不能识别喹啉的结构，因而对喹啉降解效率低，严重影响生化处理法对废水的处理效率。因此，采用合适的方法对含喹啉的制药废水进行有效处理，同时实现其中喹啉的分离和回收将会产生良好的经济效益和社会效益。
目前，对于高浓度芳香杂环化合物的分离方法主要有精馏法和萃取法。代表性的专利有：胡莎等申请的发明专利CN200610134602.1“以喹啉馏分为原料生产喹啉的方法”，喹啉馏分中喹啉含量高达25～35%，采用精馏法实现了喹啉的分离，但塔底排出液中仍含有18～23%的喹啉;宣闵等申请的发明专利CN201410169484.2“一种从水溶液中回收吡啶的方法”，对于浓度在5～48%的吡啶水溶液，采用萃取法实现了吡啶的分离，但萃余液中仍含有0.5～5%的吡啶。精馏法和萃取法能用于高浓度芳香化合物的分离，然而在精馏后的塔底废液和萃取后的萃余液中芳香杂环化合物的浓度仍高于菌体的耐受浓度。随着待处理废水溶液中芳香化合物浓度的降低，采用精馏法和萃取法的操作费用及技术难度随之大幅度增加，吕志等申请的发明专利CN201510516877.0“一种处理吡啶废水的方法”中阐述了一种对含有50～8000ppm的吡啶的低浓度吡啶废水的处理方法，处理后废水COD为2600～3200mg/L，经生化处理后排放。专利中涉及低真空闪蒸气提、气相吸收、固定床吸附、解吸和蒸馏等多个操作单元，工艺复杂成本高。因此有必要开发一种操作简单、成本低且环境友好的处理技术对制药废水中低浓度芳香杂环化合物进行有效的分离和回收。
为了对含有喹啉的制药废水进行有效的处理，本专利开发了一种处理含喹啉制药废水处理工艺的多级垂直筛板和浮舌塔板泡沫分离塔的泡沫分离加盐技术，强化喹啉在气泡表面的吸附和泡沫相的排液，不仅显著降低了废水中喹啉的浓度，同时实现了喹啉的有效浓缩和回收。实现了喹啉和捕获剂之间的分离，使捕获剂得以回收重用。该技术未见文献报道。
发明内容
本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供了一种泡沫分离处理制药废水中喹啉的两级泡沫分离方法。该方法通过将垂直筛板与加盐技术(硫酸钾)结合强化泡沫分离过程中非表面活性物质的吸附，浮舌塔板用以强化泡沫排液。本专利中的两级泡沫分离工艺不但实现了喹啉的浓缩和分离，而且实现了喹啉与捕获剂之间的分离，使捕获剂得以回收重用。本发明对于含有低浓度喹啉的制药废水的处理有着很好的处理效果，即不仅可以显著地降低废水中喹啉的浓度，同时还实现了喹啉的浓缩及分离，该发明克服了其它技术难以高效处理低浓度喹啉废水且设备成本高、操作工艺复杂和易造成环境污染等缺陷。
本发明的技术方案是：
一种泡沫分离处理含喹啉制药废水的方法，包括以下步骤：
第一步，制药废水的收集与十二烷基硫酸钠和硫酸钾的加入
将喹啉浓度为132～492mg/L的待处理废水注入第一调节池中，向第一调节池中加入捕获剂十二烷基硫酸钠(SDS)和硫酸钾，使第一调节池中溶液中SDS含量为100～200mg/L，硫酸钾含量为50～150mg/L;
第二步，待处理废水的pH调节
再向第一调节池中加入氢氧化钠水溶液或硫酸水溶液，使池中溶液的pH值为4.0～4.2;
第三步，两级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离：将第一调节池中将待处理废水注入第一泡沫分离塔中，第一泡沫分离塔操作温度为20～35℃，表观气速为1.7～2.6mm/s，进料表观液速为0.2mm/s;从第一塔顶流出的泡沫经机械法破泡后可得到第一级消泡液，对消泡液进行收集，进入第二调节池;第一泡沫分离塔底流出液中喹啉的浓度为7.6～25.1mg/L，SDS浓度为5.6～12.1mg/L，可经普通生化法处理后排放;
其中，所述的第一泡沫分离塔分由上到下依次为泡沫相部分和液相部分，泡沫相高度与液相高度之比为2.0～2.5:1，进料位置在泡沫相与液相界面交汇处，塔底出料位置于液相1/10高度处;第一级泡沫分离塔液相中安装有垂直筛板，垂直筛板层数为2～4，最下一层垂直筛板安装于出料位置上方液相1/10高度处，其余垂直筛板在剩余液相部分中定数等分安装，塔板间距在0.1～0.6m范围内;泡沫相中浮舌塔板层数为2～3，最下一层浮舌塔板安装于进料位置上方泡沫相1/2高度处，其余浮舌塔板在剩余泡沫相中定数等分安装，塔板间距在0.3～0.5m范围内;
第二级泡沫分离：将第一级泡沫分离消泡液在第二调节池内用氢氧化钠水溶液或硫酸水溶液调节pH至8.0～8.2，从第二调节池中将消泡液注入第二级泡沫分离塔中，泡沫分离塔操作温度为60℃，表观气速为0.8～0.9mm/s，进料表观液速为0.1～0.2mm/s;从塔顶流出的泡沫经机械法破泡后可得到第二级消泡液，第二级泡沫分离的消泡液中捕获剂得到高度浓缩和回收，捕获剂浓缩液可直接返回第一调节池，连同新注入的制药废水，进行下一次泡沫分离过程。
其中，泡沫相高度与液相高度之比为3.0～3.5:1，进料位置在泡沫相与液相界面交汇处，塔底出料位置于液相1/10高度处;第二级泡沫分离塔液相中安装有垂直筛板，垂直筛板层数为1，安装于出料位置上方液相1/10高度处;泡沫相中浮舌塔板层数为3～4，最下一层浮舌塔板安装于进料位置上方泡沫相1/2高度处，其余浮舌塔板在剩余泡沫相中定数等分安装，塔板间距在0.2～0.5m范围内。
此时得到捕获剂浓缩液中含有被高度浓缩的SDS，将其应用在下一循环的第一调节池中，上述第一步中的SDS加入量可减少至5～20mg/L，然后继续两级泡沫分离处理制药废水，从而实现捕获剂SDS的循环利用。第二级泡沫分离塔底流出液为喹啉浓缩液，最终喹啉浓缩比为10.2～37.9，回收率高于90%。
上面所述破泡方法为机械法。
所述的第一、第二级泡沫分离中氢氧化钠水溶液的浓度优选为0.1mol/L;所述的硫酸水溶液的浓度优选为0.1mol/L。
所述的泡沫分离塔高度优选为1.6～5.0m。
所述的垂直筛板优选为开孔以塔板中心为圆心、内径90%所在同心圆为开孔区域，垂直帽罩在开孔区域呈等边三角形排布，边长为30mm。
所述的浮舌塔板优选为开孔以塔板中心为圆心、内径90%所在同心圆为开孔区域，浮舌片在开孔区域呈等边三角形排布，边长为40mm。
说明：根据周志洪等研究者在《光谱实验室》2009年第26卷第6期第1513至1515页上发表的“高效液相色谱法测定饮用水源中吡啶”论文，通过高效液相色谱法测定本专利实施例中的喹啉浓度。
本发明的实质性特点为：
由于喹啉作为芳香杂环化合物的典型代表物质，是一种非表面活性物质，目前采用泡沫分离法对于杂环化合物类物质进行脱除还未见报道。本发明首次将垂直筛板与加盐技术(硫酸钾)结合强化泡沫分离过程中非表面活性物质的吸附，浮舌塔板首次应用泡沫分离领域用以强化泡沫排液。本发明不但实现了喹啉的浓缩和分离，而且通过同一个单元操作(泡沫分离)实现了喹啉与捕获剂之间的分离，使捕获剂得以回收重用。先前技术中，也有研究多级泡沫分离技术，但之前进行保护的两级或三级泡沫分离技术是为了最大程度的回收待分离物质(表面活性物质或非表面活性物质)并且降低水溶液中表面活性剂含量，但待分离物质依然与表面活性剂共存于消泡液中，难以分开。区别于先前的研究，本发明所需保护的两级泡沫分离技术是为了对喹啉进行富集和纯化，即实现富集后的喹啉与捕获剂SDS之间的分离，最终SDS还可以回收重用。
本发明的有益效果为：
泡沫分离技术是一种特殊的化工单元过程，其根据表面吸附原理，基于待分离物质与在气泡表面吸附能力强弱的差异从而实现分离。泡沫分离技术具有设备简单、能耗低和无污染等优点，特别适用于低浓度目标产物的分离，因而在环境工程、生物工程等领域得到日益广泛的应用。本发明首次将多级垂直筛板和浮舌塔板泡沫分离塔的泡沫分离加盐技术应用于制药废水中低浓度的喹啉的分离，实现了喹啉的高效浓缩和回收，同时实现了喹啉与捕获剂之间的分离，使捕获剂得以回收重用。第一级泡沫分离塔顶消泡液是喹啉及捕获剂的浓缩液，塔底流出液中喹啉浓度为7.6～25.1mg/L，SDS浓度为5.6～12.1mg/L，可经普通生化法处理后排放。第一级泡沫分离塔顶消泡液经收集并调节pH后作为第二级泡沫分离的进料液，第二级泡沫分离塔顶得到可循环使用的高浓度捕获剂，捕获剂回收率高于90%;塔底流出液为喹啉浓缩液，最终其浓缩比为10.2～37.9，回收率高于90%。开发多级垂直筛板和浮舌塔板泡沫分离塔的泡沫分离加盐技术，强化了喹啉在气泡表面的吸附和泡沫相的排液，实现了喹啉的高效浓缩和分离。
