专利名称：一种高效无害化废水处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环保废物处理技术，具体地说是一种高效无害化废水处理装置，特别适用于处理航天推进剂废水。
背景技术：
随着航空、航天事业的大规模发展，用于航天发动机系统的推进剂燃料的产量日益增加，目前世界各国所使用的推进剂的燃料大都为N2O4/肼类(偏二甲基肼、一甲基肼、肼等)，如美国的大力神2导弹(使用N2O4/偏二甲肼144吨)，我国的长征系列运载火箭(助推火箭和一、二级使用N2O4/偏二甲肼共444吨)等(文献1朝气蓬勃的中国长征系列运载火箭，航天快讯，200029-30)，这种液体推进剂虽然具有良好的比冲性能和自燃特性，但其毒性很高，会对人体健康和生态环境造成严重的危害。孟志红等人研究发现偏二甲肼极易诱发肿瘤等疾病(文献2孟志红，不同途径投用偏二甲肼诱发小鼠肺腺瘤的研究，肿瘤，1984，4(4)169-172)。近年来，世界各国对于军事和民用航空、航天领域的投入都相继增加，各种导弹、运载火箭的推进剂废水以及废弃的推进剂的排放量将会越来越大，未来将面临更为严峻的环境污染问题，各航天大国对此高度重视，并积极着手解决。
目前，我国已经报道了多种处理推进剂废水的方法和装置，如樊秉安等人采用光催化法进行水中偏二甲肼的降解处理(文献3樊秉安，贾瑛，许国根，负载型TiO2固定相光催化降解水中偏二甲肼，上海环境科学，2000(5)12-15)，但发现经过2h的光照后，偏二甲肼的降解率仅达到了65％，另有王彬等人采用TiO2-Cu2+体系进行偏二甲肼的降解处理(文献4王彬，杨平.TiO2-Cu2+体系降解偏二甲肼的研究.云南环境科学.2000，19，(4)33-35)，贾瑛等人采用吸附法对土壤中偏二甲肼进行降解处理(文献5贾瑛，许国根，徐勤等，农业环境保护，土壤中偏二甲肼的吸附及降解规律研究，2001，20(6)14-17)，但上述报道的这些处理方法的效果都不太理想，不仅处理成本较高，而且处理后毒害有机成分偏二甲肼的残余量仍然远高于国家航天推进剂水污染物排放标准(文献6国标GB14374-93，航天推进剂水污染物排放标准，1993，12，1)所规定的≤0.5mg/L的标准，无法实现推进剂废水的彻底无害化处理。另外，现有技术中，如上述光催化法所采用处理装置的主要构件为光催化反应器，该光催化反应器的主体为一可允许光线透过的石英玻璃容器，由于光催化反应处理耗时长，因而，当推进剂废水处理量大时，必须建造价格高昂的大型光催化反应器，无疑将使得废水处理成本大大提高。此外，现有技术中吸附法等所采用的处理装置通常由固定床、流化床和输送床构成，而且为了使净化过程连续进行需安装两台以上的固定床，因而整套处理设备造价高、占地面积大，且存在对推进剂废水的处理效率低、耗时长等缺点。
总之，现有技术所采用的处理装置不适宜短时间内完成大量推进剂废水的彻底无害化处理工作，因此，亟待发展能够对推进剂废水进行彻底处理的高效率、低成本处理新设备。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够高效率、彻底处理航天推进剂废水中毒害有机废物的废水处理装置。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下主要由高压计量泵、废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高压釜、冷却器、气液交换器及阀门组成，其中高压计量泵的进水口分别与盛有待处理航天推进剂废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水口与增压加氧器管路连接、另外两个出水口通过管路经由预热炉构成的废水预热器与高压釜相连接，增压加氧器的氧气出口接至高压釜，工业氧气瓶接至增压加氧器；高压釜输出端口一路至冷却器、气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器具有气体排放口，并与清水储罐管路连接；在增压加氧器与清水储罐、增压加氧器与高压釜、冷却器与气液分离器之间设有背压调节器；工业氧气瓶与增压加氧器、高压釜与盐水储罐之间设有高压阀；高压釜上设温度传感器；高压计量泵、冷却器的出水口处分别设压力传感器；高压计量泵的进水口与废水储罐及清水储罐之间设低压阀；所述高压釜由釜体、密封环、上下端盖和卡箍式密封夹箍构成，釜体两端部外壁分别设梯形槽，形成凸起的边缘；上、下端盖具有凸起的边缘，在釜体端部与上、下端盖相对界面边缘为对称斜坡形，二者接合后形成锥形槽，所述密封环置于釜体端部和端盖连接处内壁形成的锥形槽中，卡箍式密封夹箍为两个端部具有夹钳的半圆环结构，通过其与端盖和釜体端部外壁匹配的两个夹钳内面分别与端盖和釜体端部外壁凸起的边缘面接触连接，两个卡箍式密封夹箍用螺栓连接在一起；所述增压加氧器为罐状焊接的高压容器，罐体的顶端设工业氧气入口、底端设高压水入口，分别通过高压阀与工业氧气瓶及高压计量泵连接，顶端另设高压氧气出口通过背压调节阀与高压釜的氧气入口连接；其底部另设有高压水出口，通过背压调节阀与清水储罐连接；所述热回收筒为由两个高温密封接头和一两端开口的厚壁高压筒状容器构成，高温密封接头和高压筒状容器之间采用锥面密封接触并用螺纹进行密封连接。
本实用新型与现有的处理航天推进剂废水技术相比，具有以下优点1.处理彻底、效率高，废物降解率高。在待处理航天推进剂废水流经高压釜超过95秒过程中，其所含的毒害有机成分——偏二甲肼即可同氧气发生迅速氧化分解发应，被彻底氧化分解为CO2、N2和H2O，废物分解率可保证达到99.99％以上。本实用新型适宜在短时间内完成大量推进剂废水的彻底无害化处理工作。
2.节能，成本低。由于采用本实用新型处理废水在发生氧化分解的整个反应过程中可放出大量热量，因此，只需在工作起始的很短一段时间内需由高压釜外部的加热炉供热外，在后来的运行过程中，则完全可依靠反应自身放热维持高压釜内的高温条件，即只需高压计量泵和增压加氧器源源不断的输入待处理航天推进剂废水和氧气至高压釜中，整个高压釜内的反应过程即可顺利自发进行。因此，耗能少、处理成本降低。另外，实施本实用新型只需体积小、造价低的设备即可实现低成本彻底处理大批量航天推进剂废水。本实用新型通过采用结构简单的以液压方式工作的增压加氧器，使得采用价格便宜的工业纯氧作为氧源的方案得以实现，更降低了废水处理成本。
3.具有环保意义。在废水处理过程中，废水中所含的无机盐杂质成分因在高压釜的高温高压反应环境中溶解度骤降(趋于零)而析出，并从底部阀门定期排出；而处理后产物——CO2、N2和H2O等不产生任何附加污染，还可进入废水预热器，对待处理的新废水进行预热，气体成分——CO2、N2等即可直接排放到大气中，循环利用处理后得到的液体成分—H2O为完全无害的洁净水，完全符合国家航天推进剂水污染物排放标准的要求，亦可直接供循环使用。本实用新型是目前一种理想的绿色环保废水处理设备。
4.操作安全。采用本实用新型增压加氧器不仅可降低整套处理装置的成本，而且避免了使用机械压缩方式(如压缩机)进行氧气压缩的工作过程中，因机械部件发生氧化、润滑油脂过热燃烧等引起的故障、危险。
5.易维护，使用方便。本实用新型高压釜釜体的两端开口，不仅利于快速、方便的对高压釜内部进行彻底清洗；而且使高压釜的容积可调，可允许多个同型釜体接入，以实现快速增加高压釜容积，满足极大废水处理量时对大容积处理器的需求；所采用的密封环具有双重密封效果，既可在装配过程中因受到挤压作用产生预紧密封，又在工作过程中因受内压作用而实现自紧密封，因此，该密封环不仅易装配，且密封效果好；卡箍式密封夹箍装配时，不产生预紧力，故其装拆更省力，更简便快捷。
图1为本实用新型结构示意图。
图2-1为图1中高压釜结构剖视图。
图2-2为图1中卡箍式密封夹箍结构图。
图2-3为图2-2中卡箍式密封夹箍A-A视图。
图3为图1中增压加氧器的结构示意图。
图4为图1中热回收筒结构示意图。
图5为本实用新型另一实施例的专用设备结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1如图1所示，本实用新型主要由高压计量泵4、废水预热器、增压加氧器12、外部设有电加热炉8的高压釜11、冷却器15、气液交换器16及阀门、管路组成，其中高压计量泵4的三个进水口分别经低压阀2与盛有待处理航天推进剂废水的废水储罐3及清水储罐2管路连接，一个出水口与增压加氧器12管路连接、两个出水口通过管路经由热回收筒5及预热炉6构成的废水预热器与高压釜11相连接，增压加氧器12的氧气出口接至高压釜11，工业氧气瓶7接至增压加氧器12；高压釜11输出端口一路经废水预热器的热回收筒5至冷却器15、气液分离器16，另一路接至盐水储罐14，气液分离器16具有气体排放口，并与清水储罐2管路连接。
其中在增压加氧器12与清水储罐2、增压加氧器12与高压釜11、冷却器15与气液分离器16之间设有背压调节器10；工业氧气瓶7与增压加氧器12、高压釜11与盐水储罐14之间设有高压阀9；高压釜11上设温度传感器T；高压计量泵4的出水口处及冷却器15的出水口处分别设压力传感器P；高压计量泵4及冷却器15的进水口与废水储罐3及清水储罐2之间设低压阀2。所述高压釜11结构参见图2-1，2-2，2-3，所述高压釜11由釜体111、密封环113、上端盖112-1、下端盖112-2和卡箍式密封夹箍114构成，釜体111两端部外壁分别设梯形槽，形成凸起的边缘；上端盖112-1、下端盖112-2具有凸起的边缘，在釜体11端部与上端盖112-1、下端盖112-2相对界面边缘为对称斜坡形，二者接合后形成锥形槽，所述密封环113置于釜体111端部和端盖连接处内壁形成的锥形槽中，卡箍式密封夹箍114为两个端部具有夹钳的半圆环结构，通过其与端盖和釜体111端部外壁匹配的两个夹钳内面分别与端盖和釜体111端部外壁凸起的边缘面接触连接，两个卡箍式密封夹箍114用螺栓连接在一起。在上端盖112-1上设一供废水排出端口、下端盖112-2分别设供废水流入端口及排盐用端口。
装配时，先将密封环置于釜体111端部和端盖内侧之间的锥形槽中，然后，卡箍式密封夹箍114通过其内面的两个锥面分别与端盖和釜体111端部外部的锥面接触，拧紧卡箍式密封夹箍114的螺栓即可方便的实现高压釜11釜体111与其两端端盖的密封。
整个高压釜11的釜体111、端盖和菱形密封环113的制造材料均为镍基合金材料因康镍625，密封夹箍114的制造材料为不锈钢316L。
本实用新型采用高压釜作为处理器，其设计结构简单，体积小，易加工制造、造价较低，而且实用性好，完全可满足快速处理航天推进剂废水的需求。比常规制造的一端开口的高压釜压力容器工作方式灵活，可快速进行增容，以满足不同废水处理量的要求，避免了加工过多各种不同体积规格的高压釜压力容器而造成废水处理成本提高的不足。
而且，本实用新型中的高压釜处理器比现有技术中所采用的波纹管式处理器结构简单，易加工制造，因而造价降低，而且易清洗、易安装密封。
另外，本实用新型高压釜比现有技术中的管道式反应器安全性高，且在排盐口设计上避免了管道式反应器易发生堵塞，引起废水处理流程中断，甚至引发设备因堵塞而致局部承压过高发生泄漏事故的缺点。
参见图3，本实用新型所述增压加氧器12为罐状焊接的高压容器，罐体121的顶端设工业氧气入口122、底端设高压水入口123，分别通过高压阀9与工业氧气瓶7及高压计量泵4连接，顶端设另设高压氧气出口124通过背压调节阀10与高压釜11的氧气入口连接；其底部另设有高压水出口125，通过背压调节阀与清水储罐2连接；增压加氧器12由不锈钢316L材料制成。
参见图4，本实用新型所述废水预热器的热回收筒5结构由两个高温密封接头52和一两端开口的厚壁高压筒状容器51构成，高温密封接头52和高压筒状容器51之间采用锥面密封接触并用螺纹进行密封连接，接头52和待处理废水接入管之间采用螺冒压紧锥形密封环实现密封连接。
本实用新型工作过程如下将已进行初步测定毒害污染成分——偏二甲肼含量的推进剂废水注入废水储罐3，同时，清水储罐2中注入去离子水。通过调节高压计量泵4的推进剂废水入口和稀释用去离子水的流量，使从其出口流至由热回收筒5及预热炉6构成的废水预热器中的待处理废水中的偏二甲肼浓度含量保持在2g/L～10g/L范围。本实施例中所采用的推进剂废水中偏二甲肼含量为3g/L，因此不需要稀释，直接由高压计量泵4以24L/h的流量加压到28.0±0.1×106帕后送入废水预热器中预热。废水在流经预热器的过程中，经热回收筒5(热回收筒5需在开始运行10分钟后，管内充满高温高压处理产物流体时发挥预热作用)的预热和采用PID方法控温的预热炉6双重预热后，使其温度升到360℃±0.2℃。与此同时，高压计量泵4的第三个进料口将来自装有去离子水的清水储罐1中的另一路清洁水由常压加压到29.0±0.1×106帕后送入增压加氧器12中，将由工业氧气瓶(钢瓶)提供的约15×106帕的氧气继续增压到超过背压调节器10所设置的28.0×106帕后，从增压加氧器12的出口排出，与从废水预热器流出的预热到360℃±0.2℃的航天推进剂废水一同由高压釜11底部的入口送入容积为850ml的高压釜11内进行混合；这时，位于高压釜11外部采用PID方法控温的加热炉8立即对该混合废水、氧气料流继续加热，使温度迅速升高到500℃后，停止加热，则废水中的有机污染物成分(偏二甲肼)同氧气发生迅速氧化分解反应(反应所放出的大量热量，使高压釜11内的温度维持在500℃～550℃，这样可继续维持后续输入的待处理废水和氧气继续发生迅速的氧化分解反应)，在废水料流由高压釜11底部逐渐流到顶端出口的约100s过程中，所含的有机污染物成分彻底得以氧化分解，处理后的高温高压产物流从高压釜11顶端的出口流出，进入预热器的热回收筒5中，以逆流方式对高压计量泵4新泵入的待处理废水进行预热后，同时该高温高压产物流温度得以降低，由热回收筒5的出口流出，再进入逆流式套管冷却器15(本实施例采用水冷却器)进一步冷却到30±5℃，并通过泄压阀泄压到常压后，进入气液分离器16进行气、液分离，气体成分——CO2、N2、O2等直接排放到大气中，液体成分——H2O为完全无害的洁净水，可通过管路送至清水储罐2供高增压加氧器12为氧气增压循环使用。而沉积在高压釜11底部的无机盐杂质成分因在高压釜11的高温高压反应环境中溶解度骤降(趋于零)而析出，通过位于高压釜11底部的高压阀9排出到盐水储罐中加以清除。
由于废水在发生氧化分解的整个反应过程中放出大量热量，因此，本实用新型是一种高效处理航天推进剂废水装置，只需在工作起始的很短一段时间内需由高压釜11外部的加热炉8供热外，在后来的运行过程中，则完全可依靠反应自身放热维持高压釜11内的高温条件，只需高压计量泵4和增压加氧器12源源不断的输入待处理航天推进剂废水和氧气至高压釜11中，即可使整个高压釜11内的反应过程顺利自发进行。因此，本实用新型的一种高效处理航天推进剂废水的方法耗能减少、处理成本降低。
本实施例采用根据GB11914-89重铬酸盐法原理工作的MW-CH-02型COD测定仪分别对处理前的推进剂废水和处理完毕的流出液进行化学需氧量(COD)测定，结果如下
处理完毕的流出液COD值为0.3mg/L，完全符合国家航天推进剂水污染物排放标准≤0.5mg/L的要求。
本实用新型通过采用结构简单的以液压方式工作的增压加氧器12，使得采用价格便宜的工业纯氧作为氧源的方案得以实现，降低了废水处理成本。
实施例2与实施例1不同之处在于所述处理后的产物——CO2、N2和H2O等由高压釜11的出口排出后亦可直接进入冷却器15进行冷却，冷却后温度为30±5℃的流出产物通过泄压阀泄压到常压后，再经过气液分离器16进行气、液分离。如图5所示，本实用新型设备所述高压釜11输出端口可直接至冷却器15；由预热炉构成的废水预热器输出端口可直接高压釜11输入端口。
权利要求1.一种高效无害化废水处理装置，其特征在于主要由高压计量泵、废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高压釜、冷却器、气液交换器及阀门组成，其中高压计量泵的进水口分别与盛有待处理航天推进剂废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水口与增压加氧器管路连接、另外两个出水口通过管路经由预热炉构成的废水预热器与高压釜相连接，增压加氧器的氧气出口接至高压釜，工业氧气瓶接至增压加氧器；高压釜输出端口一路至冷却器、气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器具有气体排放口，并与清水储罐管路连接。
2.按照权利要求1所述高效无害化废水处理装置，其特征在于在增压加氧器与清水储罐、增压加氧器与高压釜、冷却器与气液分离器之间设有背压调节器；工业氧气瓶与增压加氧器、高压釜与盐水储罐之间设有高压阀；高压釜上设温度传感器T；高压计量泵、冷却器的出水口处分别设压力传感器P；高压计量泵的进水口与废水储罐及清水储罐之间设低压阀。
3.按照权利要求1所述高效无害化废水处理装置，其特征在于所述高压釜由釜体、密封环、上下端盖和卡箍式密封夹箍构成，釜体两端部外壁分别设梯形槽，形成凸起的边缘；上、下端盖具有凸起的边缘，在釜体端部与上、下端盖相对界面边缘为对称斜坡形，二者接合后形成锥形槽，所述密封环置于釜体端部和端盖连接处内壁形成的锥形槽中，卡箍式密封夹箍为两个端部具有夹钳的半圆环结构，通过其与端盖和釜体端部外壁匹配的两个夹钳内面分别与端盖和釜体端部外壁凸起的边缘面接触连接，两个卡箍式密封夹箍用螺栓连接在一起。
4.按照权利要求1所述高效无害化废水处理装置，其特征在于所述增压加氧器为罐状焊接的高压容器，罐体的顶端设工业氧气入口、底端设高压水入口，分别通过高压阀与工业氧气瓶及高压计量泵连接，顶端另设高压氧气出口通过背压调节阀与高压釜的氧气入口连接；其底部另设有高压水出口，通过背压调节阀与清水储罐连接。
5.按照权利要求1所述高效无害化废水处理装置，其特征在于所述热回收筒为由两个高温密封接头和一两端开口的厚壁高压筒状容器构成，高温密封接头和高压筒状容器之间采用锥面密封接触并用螺纹进行密封连接。
专利摘要本实用新型涉及环保废物处理技术，具体是一种高效无害化废水处理装置。它主要由高压计量泵、废水预热器、增压加氧器、外部设有加热炉的高压釜、冷却器、气液交换器及阀门组成，其中高压计量泵的进水口分别与盛有待处理航天推进剂废水的废水储罐及清水储罐管路连接，一个出水口与增压加氧器管路连接、另外两个出水口通过管路经由预热炉构成的废水预热器与高压釜相连接，增压加氧器的氧气出口接至高压釜，工业氧气瓶接至增压加氧器；高压釜输出端口一路至冷却器、气液分离器，另一路接至盐水储罐，气液分离器具有气体排放口，并与清水储罐管路连接。采用本实用新型处理效率高、耗能少、处理彻底、低成本，是目前一种理想的绿色环保废水处理设备。
文档编号C02F1/72GK2619934SQ0321258
公开日2004年6月9日 申请日期2003年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者张丽, 关辉, 韩恩厚, 柯伟 申请人:中国科学院金属研究所