專(zhuān)利名稱(chēng)：低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)對(duì)難生化降解有機(jī)廢水進(jìn)行無(wú)害化 處理的系統(tǒng)，特別涉及一種低含鹽量(1-2% )有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超臨界水(Supercritical Water，簡(jiǎn)稱(chēng)SCW)是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(T =374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)的水。該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近 似于有機(jī)溶劑，具有高的擴(kuò)散系數(shù)和低的粘度。有機(jī)物、氧氣能按任意比例與SCW互溶，從 而使非均相反應(yīng)變?yōu)榫喾磻?yīng)，大大減小了傳質(zhì)、傳熱的阻力。而無(wú)機(jī)物特別是鹽類(lèi)在SCW 中的溶解度極低，容易將其分離出來(lái)。有機(jī)廢水的超臨界水處理技術(shù)包括超臨界水氧化技術(shù)(Supercritical Water Oxidation，簡(jiǎn)稱(chēng) SCWO)、超臨界水氣化技術(shù)(Supercritical Water Gasification，簡(jiǎn)稱(chēng) SCWG)和超臨界水部分氧化技術(shù)(Supercritical Water Partial Oxidation，簡(jiǎn)稱(chēng) SCWPO)。SCffO是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，使有機(jī)物和氧化劑在超臨界水 中迅速發(fā)生氧化反應(yīng)來(lái)徹底分解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的無(wú)害化處理。SCWG是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，在不加氧化劑的條件下，有機(jī) 物在超臨界水中發(fā)生水解、熱解等反應(yīng)，生成以氫氣為主的可燃性體。SCffPO是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質(zhì)，在提供部分氧化劑的前提下， 使有機(jī)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(lái)在氣化中難以分解的 物質(zhì)可以分解，提高氣化率，同時(shí)，氧化劑也可以使焦油的產(chǎn)生得到抑制，減少反應(yīng)器的堵 塞現(xiàn)象。雖然超臨界水處理技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但是仍有若干需要解決的問(wèn)題，表 現(xiàn)在1)SCW0過(guò)程是一個(gè)放熱反應(yīng)，并且當(dāng)有機(jī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1 2%時(shí)就能實(shí)現(xiàn) 自熱。但是由于超臨界水氧化處理系統(tǒng)能量的回收及優(yōu)化問(wèn)題并沒(méi)有很好解決，所以超臨 界水處理過(guò)程的運(yùn)行成本依然較高。2)在密度較低的超臨界水中，無(wú)機(jī)鹽在水中的溶解度顯著降低。因此物料及反應(yīng) 過(guò)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(huì)引起了系統(tǒng)的管路及反應(yīng) 器堵塞，同時(shí)會(huì)使換熱器等設(shè)備的傳熱惡化，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。而現(xiàn)有的除鹽設(shè) 備或系統(tǒng)受操作條件限制，不適合超臨界狀態(tài)下、安全、方便的除鹽。3)目前用于超臨界水處理中的反應(yīng)器主要是管式反應(yīng)器。管式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相對(duì) 簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛，但是具有鹽沉淀易堵、無(wú)法控制反應(yīng)放熱、難以分清壓力影響和溫度影響 等缺點(diǎn)。而已有的蒸發(fā)壁式反應(yīng)器雖能有效避免鹽沉積、腐蝕等問(wèn)題，卻也存在能量利用效 率低的問(wèn)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(wú)催化劑時(shí)，當(dāng)溫 度低于640°C時(shí)，氨沒(méi)有發(fā)生任何的降解；并且當(dāng)反應(yīng)條件達(dá)到680°C、24. 8MPa，停留時(shí)間為IOs時(shí)，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(dāng)反應(yīng)條 件為450°C、27. 6MPa，停留時(shí)間為0. 8s時(shí)，氨的降解率也只有40%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有超臨界水處理系統(tǒng)所存在的不足，提供一種新型的超臨 界水處理系統(tǒng)，可以廣泛應(yīng)用于低含鹽量有機(jī)廢水的無(wú)害化處理和資源化利用過(guò)程。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣預(yù)熱器，所述 空氣預(yù)熱器殼側(cè)的入口端連接高壓空氣，空氣預(yù)熱器殼側(cè)的出口端與一個(gè)混合器入口端連 通，該混合器的另一個(gè)入口端連通廢水預(yù)熱器殼側(cè)的出口，廢水預(yù)熱器殼側(cè)入口連通廢水 儲(chǔ)料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應(yīng)器的入口相連，第一管式反應(yīng)器的出口與第 二管式反應(yīng)器的入口相連，第二管式反應(yīng)器的出口分成兩路，一路與第三管式反應(yīng)器的入 口端相連，另一路與罐式反應(yīng)器的入口端相連；第三管式反應(yīng)器的出口端與罐式反應(yīng)器的 出水端匯合為一路后與空氣預(yù)熱器管側(cè)的入口端連通，空氣預(yù)熱器管側(cè)的出口分別與廢水 預(yù)熱器管側(cè)的入口和出口連通，通過(guò)管道上的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)兩路流量之間的分配；廢水預(yù)熱 器管側(cè)的出口與熱水發(fā)生器管側(cè)的入口連通，熱水發(fā)生器管側(cè)的出口通過(guò)背壓閥連通一個(gè) 氣液分離器；熱水發(fā)生器的殼側(cè)連通有熱水利用裝置；所述第一管式反應(yīng)器和第二管式反 應(yīng)器上均設(shè)有加熱器。上述方案中，所述罐式反應(yīng)器為折流罐式反應(yīng)器，其底部排鹽口通過(guò)一個(gè)除鹽緩 沖罐連通排污管道。所述熱水利用裝置包括連接自來(lái)水的清水儲(chǔ)罐，其出口與一個(gè)清水泵連通，該清 水泵的出口通過(guò)三通分成兩路，一路與熱水發(fā)生器殼側(cè)的入口端連通，另一路與除鹽緩沖 罐的底部出口端連通；熱水發(fā)生器殼側(cè)的出口端與一個(gè)熱水儲(chǔ)罐的入口端連通。所述廢水儲(chǔ)料裝置包括帶有加堿罐的儲(chǔ)料罐，其入口端通過(guò)閥門(mén)連接原料廢水； 出口端通過(guò)一個(gè)物料泵與廢水預(yù)熱器殼側(cè)的入口端連通。儲(chǔ)料罐中設(shè)有攪拌器。所述熱水發(fā)生器管側(cè)的出口與背壓閥之間設(shè)有管道過(guò)濾器。本發(fā)明系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是1、通過(guò)空氣預(yù)熱器、廢水預(yù)熱器預(yù)熱物料、通過(guò)熱水發(fā)生器產(chǎn)生生活用熱水，充分 利用反應(yīng)后流體的熱量。電加熱器在系統(tǒng)啟動(dòng)或反應(yīng)不能自熱時(shí)投入使用，補(bǔ)充系統(tǒng)正常 運(yùn)行所需熱量。通過(guò)對(duì)充分回收利用反應(yīng)后的熱量，有效降低了低含鹽量有機(jī)廢水的超臨 界水處理系統(tǒng)的運(yùn)行成本。2、在管式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，增加了折流罐式反應(yīng)器，可通過(guò)增加催化劑提高超臨 界水反應(yīng)的速率。3、由于采用了折流罐式反應(yīng)器，利用無(wú)機(jī)鹽在超臨界水極低的溶解特性在反應(yīng)器 中進(jìn)行第一步鹽分離，分離后的鹽沉積在反應(yīng)器底部。罐式反應(yīng)器下端連接除鹽緩沖罐，關(guān) 閉除鹽緩沖罐底部出口閥門(mén)，打開(kāi)罐式反應(yīng)器與除鹽緩沖罐之間的閥門(mén)，通過(guò)壓差及重力 作用沉積在反應(yīng)器底部的無(wú)機(jī)鹽被帶入到除鹽緩沖罐中，間歇式地開(kāi)閉除鹽緩沖罐上下兩 端閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽的間歇式去除，避免了因鹽沉積所引起的堵塞問(wèn)題，保證了處理后的液 體不含鹽或含有極少量的鹽，滿足了除鹽要求。
本發(fā)明系統(tǒng)集進(jìn)料的預(yù)處理、混合、反應(yīng)、氣液分離收集于一體，系統(tǒng)的集成性能 好。針對(duì)不同進(jìn)料可靈活選取合適的超臨界水處理方式，在保證進(jìn)料無(wú)害化處理(COD減 排、脫鹽)的前提下實(shí)現(xiàn)其資源化利用(產(chǎn)氫)的目的。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為高壓空氣壓縮機(jī)、2為緩沖罐、3為空氣預(yù)熱器、4為加堿罐、5為儲(chǔ)料罐、 6為物料泵、7為廢水預(yù)熱器、8為混合器、9為第一管式反應(yīng)器、10為第二管式反應(yīng)器、11為 第三管式反應(yīng)器、12為罐式反應(yīng)器、13為除鹽緩沖罐、14為清水儲(chǔ)罐、15為清水泵、16為熱 水發(fā)生器、17為熱水儲(chǔ)罐、18為管道過(guò)濾器、19為背壓閥、20為氣液分離器。圖1中的圖例含義見(jiàn)表1圖1中的儀表代碼含義見(jiàn)表2。表 權(quán)利要求
一種低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器殼側(cè)的入口端連接高壓空氣，空氣預(yù)熱器殼側(cè)的出口端與一個(gè)混合器入口端連通，該混合器的另一個(gè)入口端連通廢水預(yù)熱器殼側(cè)的出口，廢水預(yù)熱器殼側(cè)入口連通廢水儲(chǔ)料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應(yīng)器的入口相連，第一管式反應(yīng)器的出口與第二管式反應(yīng)器的入口相連，第二管式反應(yīng)器的出口分成兩路，一路與第三管式反應(yīng)器的入口端相連，另一路與罐式反應(yīng)器的入口端相連；第三管式反應(yīng)器的出口端與罐式反應(yīng)器的出水端匯合為一路后與空氣預(yù)熱器管側(cè)的入口端連通，空氣預(yù)熱器管側(cè)的出口分別與廢水預(yù)熱器管側(cè)的入口和出口連通，通過(guò)管道上的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)兩路流量之間的分配；廢水預(yù)熱器管側(cè)的出口與熱水發(fā)生器管側(cè)的入口連通，熱水發(fā)生器管側(cè)的出口通過(guò)背壓閥連通一個(gè)氣液分離器；熱水發(fā)生器的殼側(cè)連通有熱水利用裝置；所述第一管式反應(yīng)器和第二管式反應(yīng)器上均設(shè)有加熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述罐 式反應(yīng)器為折流罐式反應(yīng)器，其底部排鹽口通過(guò)一個(gè)除鹽緩沖罐連通排污管道。
3.如權(quán)利要求2所述的低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱 水利用裝置包括連接自來(lái)水的清水儲(chǔ)罐，其出口與一個(gè)清水泵連通，該清水泵的出口通過(guò) 三通分成兩路，一路與熱水發(fā)生器殼側(cè)的入口端連通，另一路與除鹽緩沖罐的底部出口端 連通；熱水發(fā)生器殼側(cè)的出口端與一個(gè)熱水儲(chǔ)罐的入口端連通。
4.如權(quán)利要求1所述的低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述廢 水儲(chǔ)料裝置包括帶有加堿罐的儲(chǔ)料罐，其入口端通過(guò)閥門(mén)連接原料廢水；出口端通過(guò)一個(gè) 物料泵與廢水預(yù)熱器殼側(cè)的入口端連通，儲(chǔ)料罐中設(shè)有攪拌器。
5.如權(quán)利要求1所述的低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱 水發(fā)生器管側(cè)的出口與背壓閥之間設(shè)有管道過(guò)濾器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低含鹽量有機(jī)廢水的超臨界水處理系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)通過(guò)換熱器對(duì)反應(yīng)后的熱量進(jìn)行充分回收利用和產(chǎn)生熱水；通過(guò)氣液分離器分離、回收反應(yīng)后液體以及氣體；根據(jù)不同進(jìn)料的特性，通過(guò)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(yīng)器的基礎(chǔ)上，并聯(lián)罐式反應(yīng)器，通過(guò)增加催化劑提高氨氮等的處理效果并降低超臨界反應(yīng)所需要的條件；設(shè)有除鹽緩沖罐實(shí)現(xiàn)超臨界狀態(tài)下的除鹽操作；控制廢物的預(yù)熱溫度可以有效地避免進(jìn)料管路預(yù)熱造成的堵塞問(wèn)題。本發(fā)明系統(tǒng)集COD、無(wú)機(jī)鹽、氨氮去除于一體，集進(jìn)料的預(yù)處理、混合、反應(yīng)以及產(chǎn)物分離和收集于一體，廣泛應(yīng)用于高濃度難生化降解的有機(jī)廢水等污染物的無(wú)害化處理過(guò)程。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101987755SQ20101051676
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者公彥猛, 唐興穎, 張潔, 王樹(shù)眾, 郭洋, 馬紅和 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)