低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統的製作方法
2023-05-14 00:24:26
專利名稱：低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用超臨界水作為反應介質對難生化降解有機廢水進行無害化 處理的系統，特別涉及一種低含鹽量(1-2% )有機廢水的超臨界水處理系統。
背景技術：
超臨界水(Supercritical Water，簡稱SCW)是指溫度和壓力均高於其臨界點(T =374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊狀態的水。該狀態下只有少量的氫鍵存在，介電常數近 似於有機溶劑，具有高的擴散係數和低的粘度。有機物、氧氣能按任意比例與SCW互溶，從 而使非均相反應變為均相反應，大大減小了傳質、傳熱的阻力。而無機物特別是鹽類在SCW 中的溶解度極低，容易將其分離出來。有機廢水的超臨界水處理技術包括超臨界水氧化技術(Supercritical Water Oxidation，簡稱 SCWO)、超臨界水氣化技術(Supercritical Water Gasification，簡稱 SCWG)和超臨界水部分氧化技術(Supercritical Water Partial Oxidation，簡稱 SCWPO)。SCffO是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑在超臨界水 中迅速發生氧化反應來徹底分解有機物，實現有機物的無害化處理。SCWG是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，在不加氧化劑的條件下，有機 物在超臨界水中發生水解、熱解等反應，生成以氫氣為主的可燃性體。SCffPO是利用水在超臨界狀態下所具有的特殊性質，在提供部分氧化劑的前提下， 使有機物分解生成以氫氣為主的可燃性氣體。氧化劑的加入使得原來在氣化中難以分解的 物質可以分解，提高氣化率，同時，氧化劑也可以使焦油的產生得到抑制，減少反應器的堵 塞現象。雖然超臨界水處理技術已經取得了很大進步，但是仍有若干需要解決的問題，表 現在1)SCW0過程是一個放熱反應，並且當有機物的質量分數達到1 2%時就能實現 自熱。但是由於超臨界水氧化處理系統能量的回收及優化問題並沒有很好解決，所以超臨 界水處理過程的運行成本依然較高。2)在密度較低的超臨界水中，無機鹽在水中的溶解度顯著降低。因此物料及反應 過程中生成的鹽很容易從超臨界水中析出形成鹽沉積。鹽沉積會引起了系統的管路及反應 器堵塞，同時會使換熱器等設備的傳熱惡化，最終導致系統無法正常運行。而現有的除鹽設 備或系統受操作條件限制，不適合超臨界狀態下、安全、方便的除鹽。3)目前用於超臨界水處理中的反應器主要是管式反應器。管式反應器的結構相對 簡單、應用廣泛，但是具有鹽沉澱易堵、無法控制反應放熱、難以分清壓力影響和溫度影響 等缺點。而已有的蒸發壁式反應器雖能有效避免鹽沉積、腐蝕等問題，卻也存在能量利用效 率低的問題。4)超臨界水氧化處理中，氨氮的氧化較為困難。有研究表明在無催化劑時，當溫 度低於640°C時，氨沒有發生任何的降解；並且當反應條件達到680°C、24. 8MPa，停留時間為IOs時，只有10%的氨被氧化。另有研究表明即使用Mn02/Ce02作為催化劑，當反應條 件為450°C、27. 6MPa，停留時間為0. 8s時，氨的降解率也只有40%。
發明內容
本發明的目的是克服現有超臨界水處理系統所存在的不足，提供一種新型的超臨 界水處理系統，可以廣泛應用於低含鹽量有機廢水的無害化處理和資源化利用過程。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的一種低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，包括空氣預熱器，所述 空氣預熱器殼側的入口端連接高壓空氣，空氣預熱器殼側的出口端與一個混合器入口端連 通，該混合器的另一個入口端連通廢水預熱器殼側的出口，廢水預熱器殼側入口連通廢水 儲料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應器的入口相連，第一管式反應器的出口與第 二管式反應器的入口相連，第二管式反應器的出口分成兩路，一路與第三管式反應器的入 口端相連，另一路與罐式反應器的入口端相連；第三管式反應器的出口端與罐式反應器的 出水端匯合為一路後與空氣預熱器管側的入口端連通，空氣預熱器管側的出口分別與廢水 預熱器管側的入口和出口連通，通過管道上的調節閥實現兩路流量之間的分配；廢水預熱 器管側的出口與熱水發生器管側的入口連通，熱水發生器管側的出口通過背壓閥連通一個 氣液分離器；熱水發生器的殼側連通有熱水利用裝置；所述第一管式反應器和第二管式反 應器上均設有加熱器。上述方案中，所述罐式反應器為折流罐式反應器，其底部排鹽口通過一個除鹽緩 衝罐連通排汙管道。所述熱水利用裝置包括連接自來水的清水儲罐，其出口與一個清水泵連通，該清 水泵的出口通過三通分成兩路，一路與熱水發生器殼側的入口端連通，另一路與除鹽緩衝 罐的底部出口端連通；熱水發生器殼側的出口端與一個熱水儲罐的入口端連通。所述廢水儲料裝置包括帶有加鹼罐的儲料罐，其入口端通過閥門連接原料廢水； 出口端通過一個物料泵與廢水預熱器殼側的入口端連通。儲料罐中設有攪拌器。所述熱水發生器管側的出口與背壓閥之間設有管道過濾器。本發明系統的主要優點是1、通過空氣預熱器、廢水預熱器預熱物料、通過熱水發生器產生生活用熱水，充分 利用反應後流體的熱量。電加熱器在系統啟動或反應不能自熱時投入使用，補充系統正常 運行所需熱量。通過對充分回收利用反應後的熱量，有效降低了低含鹽量有機廢水的超臨 界水處理系統的運行成本。2、在管式反應器的基礎上，增加了折流罐式反應器，可通過增加催化劑提高超臨 界水反應的速率。3、由於採用了折流罐式反應器，利用無機鹽在超臨界水極低的溶解特性在反應器 中進行第一步鹽分離，分離後的鹽沉積在反應器底部。罐式反應器下端連接除鹽緩衝罐，關 閉除鹽緩衝罐底部出口閥門，打開罐式反應器與除鹽緩衝罐之間的閥門，通過壓差及重力 作用沉積在反應器底部的無機鹽被帶入到除鹽緩衝罐中，間歇式地開閉除鹽緩衝罐上下兩 端閥門，實現無機鹽的間歇式去除，避免了因鹽沉積所引起的堵塞問題，保證了處理後的液 體不含鹽或含有極少量的鹽，滿足了除鹽要求。
本發明系統集進料的預處理、混合、反應、氣液分離收集於一體，系統的集成性能 好。針對不同進料可靈活選取合適的超臨界水處理方式，在保證進料無害化處理(COD減 排、脫鹽)的前提下實現其資源化利用(產氫)的目的。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖1是本發明系統的結構示意圖。圖中1為高壓空氣壓縮機、2為緩衝罐、3為空氣預熱器、4為加鹼罐、5為儲料罐、 6為物料泵、7為廢水預熱器、8為混合器、9為第一管式反應器、10為第二管式反應器、11為 第三管式反應器、12為罐式反應器、13為除鹽緩衝罐、14為清水儲罐、15為清水泵、16為熱 水發生器、17為熱水儲罐、18為管道過濾器、19為背壓閥、20為氣液分離器。圖1中的圖例含義見表1圖1中的儀表代碼含義見表2。表 權利要求
一種低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，包括空氣預熱器，所述空氣預熱器殼側的入口端連接高壓空氣，空氣預熱器殼側的出口端與一個混合器入口端連通，該混合器的另一個入口端連通廢水預熱器殼側的出口，廢水預熱器殼側入口連通廢水儲料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應器的入口相連，第一管式反應器的出口與第二管式反應器的入口相連，第二管式反應器的出口分成兩路，一路與第三管式反應器的入口端相連，另一路與罐式反應器的入口端相連；第三管式反應器的出口端與罐式反應器的出水端匯合為一路後與空氣預熱器管側的入口端連通，空氣預熱器管側的出口分別與廢水預熱器管側的入口和出口連通，通過管道上的調節閥實現兩路流量之間的分配；廢水預熱器管側的出口與熱水發生器管側的入口連通，熱水發生器管側的出口通過背壓閥連通一個氣液分離器；熱水發生器的殼側連通有熱水利用裝置；所述第一管式反應器和第二管式反應器上均設有加熱器。
2.如權利要求1所述的低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，所述罐 式反應器為折流罐式反應器，其底部排鹽口通過一個除鹽緩衝罐連通排汙管道。
3.如權利要求2所述的低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，所述熱 水利用裝置包括連接自來水的清水儲罐，其出口與一個清水泵連通，該清水泵的出口通過 三通分成兩路，一路與熱水發生器殼側的入口端連通，另一路與除鹽緩衝罐的底部出口端 連通；熱水發生器殼側的出口端與一個熱水儲罐的入口端連通。
4.如權利要求1所述的低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，所述廢 水儲料裝置包括帶有加鹼罐的儲料罐，其入口端通過閥門連接原料廢水；出口端通過一個 物料泵與廢水預熱器殼側的入口端連通，儲料罐中設有攪拌器。
5.如權利要求1所述的低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統，其特徵在於，所述熱 水發生器管側的出口與背壓閥之間設有管道過濾器。
全文摘要
本發明公開了一種低含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統及方法，該系統通過換熱器對反應後的熱量進行充分回收利用和產生熱水；通過氣液分離器分離、回收反應後液體以及氣體；根據不同進料的特性，通過控制空氣流量靈活選取最佳的超臨界水處理方式，在保留管式反應器的基礎上，並聯罐式反應器，通過增加催化劑提高氨氮等的處理效果並降低超臨界反應所需要的條件；設有除鹽緩衝罐實現超臨界狀態下的除鹽操作；控制廢物的預熱溫度可以有效地避免進料管路預熱造成的堵塞問題。本發明系統集COD、無機鹽、氨氮去除於一體，集進料的預處理、混合、反應以及產物分離和收集於一體，廣泛應用於高濃度難生化降解的有機廢水等汙染物的無害化處理過程。
文檔編號C02F1/72GK101987755SQ20101051676
公開日2011年3月23日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者公彥猛, 唐興穎, 張潔, 王樹眾, 郭洋, 馬紅和 申請人:西安交通大學