专利名称：低含盐量有机废水的超临界水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用超临界水作为反应介质对难生化降解有机废水进行无害化 处理的系统，特别涉及一种低含盐量(1-2% )有机废水的超临界水处理系统。
背景技术：
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T =374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊状态的水。该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近 似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。有机物、氧气能按任意比例与SCW互溶，从 而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质、传热的阻力。而无机物特别是盐类在SCW 中的溶解度极低，容易将其分离出来。有机废水的超临界水处理技术包括超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称 SCWO)、超临界水气化技术(Supercritical Water Gasification，简称 SCWG)和超临界水部分氧化技术(Supercritical Water Partial Oxidation，简称 SCWPO)。SCffO是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水 中迅速发生氧化反应来彻底分解有机物，实现有机物的无害化处理。SCWG是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，在不加氧化剂的条件下，有机 物在超临界水中发生水解、热解等反应，生成以氢气为主的可燃性体。SCffPO是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质，在提供部分氧化剂的前提下， 使有机物分解生成以氢气为主的可燃性气体。氧化剂的加入使得原来在气化中难以分解的 物质可以分解，提高气化率，同时，氧化剂也可以使焦油的产生得到抑制，减少反应器的堵 塞现象。虽然超临界水处理技术已经取得了很大进步，但是仍有若干需要解决的问题，表 现在1)SCW0过程是一个放热反应，并且当有机物的质量分数达到1 2%时就能实现 自热。但是由于超临界水氧化处理系统能量的回收及优化问题并没有很好解决，所以超临 界水处理过程的运行成本依然较高。2)在密度较低的超临界水中，无机盐在水中的溶解度显著降低。因此物料及反应 过程中生成的盐很容易从超临界水中析出形成盐沉积。盐沉积会引起了系统的管路及反应 器堵塞，同时会使换热器等设备的传热恶化，最终导致系统无法正常运行。而现有的除盐设 备或系统受操作条件限制，不适合超临界状态下、安全、方便的除盐。3)目前用于超临界水处理中的反应器主要是管式反应器。管式反应器的结构相对 简单、应用广泛，但是具有盐沉淀易堵、无法控制反应放热、难以分清压力影响和温度影响 等缺点。而已有的蒸发壁式反应器虽能有效避免盐沉积、腐蚀等问题，却也存在能量利用效 率低的问题。4)超临界水氧化处理中，氨氮的氧化较为困难。有研究表明在无催化剂时，当温 度低于640°C时，氨没有发生任何的降解；并且当反应条件达到680°C、24. 8MPa，停留时间为IOs时，只有10%的氨被氧化。另有研究表明即使用Mn02/Ce02作为催化剂，当反应条 件为450°C、27. 6MPa，停留时间为0. 8s时，氨的降解率也只有40%。
发明内容
本发明的目的是克服现有超临界水处理系统所存在的不足，提供一种新型的超临 界水处理系统，可以广泛应用于低含盐量有机废水的无害化处理和资源化利用过程。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，包括空气预热器，所述 空气预热器壳侧的入口端连接高压空气，空气预热器壳侧的出口端与一个混合器入口端连 通，该混合器的另一个入口端连通废水预热器壳侧的出口，废水预热器壳侧入口连通废水 储料装置；所述混合器的出口与第一管式反应器的入口相连，第一管式反应器的出口与第 二管式反应器的入口相连，第二管式反应器的出口分成两路，一路与第三管式反应器的入 口端相连，另一路与罐式反应器的入口端相连；第三管式反应器的出口端与罐式反应器的 出水端汇合为一路后与空气预热器管侧的入口端连通，空气预热器管侧的出口分别与废水 预热器管侧的入口和出口连通，通过管道上的调节阀实现两路流量之间的分配；废水预热 器管侧的出口与热水发生器管侧的入口连通，热水发生器管侧的出口通过背压阀连通一个 气液分离器；热水发生器的壳侧连通有热水利用装置；所述第一管式反应器和第二管式反 应器上均设有加热器。上述方案中，所述罐式反应器为折流罐式反应器，其底部排盐口通过一个除盐缓 冲罐连通排污管道。所述热水利用装置包括连接自来水的清水储罐，其出口与一个清水泵连通，该清 水泵的出口通过三通分成两路，一路与热水发生器壳侧的入口端连通，另一路与除盐缓冲 罐的底部出口端连通；热水发生器壳侧的出口端与一个热水储罐的入口端连通。所述废水储料装置包括带有加碱罐的储料罐，其入口端通过阀门连接原料废水； 出口端通过一个物料泵与废水预热器壳侧的入口端连通。储料罐中设有搅拌器。所述热水发生器管侧的出口与背压阀之间设有管道过滤器。本发明系统的主要优点是1、通过空气预热器、废水预热器预热物料、通过热水发生器产生生活用热水，充分 利用反应后流体的热量。电加热器在系统启动或反应不能自热时投入使用，补充系统正常 运行所需热量。通过对充分回收利用反应后的热量，有效降低了低含盐量有机废水的超临 界水处理系统的运行成本。2、在管式反应器的基础上，增加了折流罐式反应器，可通过增加催化剂提高超临 界水反应的速率。3、由于采用了折流罐式反应器，利用无机盐在超临界水极低的溶解特性在反应器 中进行第一步盐分离，分离后的盐沉积在反应器底部。罐式反应器下端连接除盐缓冲罐，关 闭除盐缓冲罐底部出口阀门，打开罐式反应器与除盐缓冲罐之间的阀门，通过压差及重力 作用沉积在反应器底部的无机盐被带入到除盐缓冲罐中，间歇式地开闭除盐缓冲罐上下两 端阀门，实现无机盐的间歇式去除，避免了因盐沉积所引起的堵塞问题，保证了处理后的液 体不含盐或含有极少量的盐，满足了除盐要求。
本发明系统集进料的预处理、混合、反应、气液分离收集于一体，系统的集成性能 好。针对不同进料可灵活选取合适的超临界水处理方式，在保证进料无害化处理(COD减 排、脱盐)的前提下实现其资源化利用(产氢)的目的。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明系统的结构示意图。图中1为高压空气压缩机、2为缓冲罐、3为空气预热器、4为加碱罐、5为储料罐、 6为物料泵、7为废水预热器、8为混合器、9为第一管式反应器、10为第二管式反应器、11为 第三管式反应器、12为罐式反应器、13为除盐缓冲罐、14为清水储罐、15为清水泵、16为热 水发生器、17为热水储罐、18为管道过滤器、19为背压阀、20为气液分离器。图1中的图例含义见表1图1中的仪表代码含义见表2。表 权利要求
一种低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，包括空气预热器，所述空气预热器壳侧的入口端连接高压空气，空气预热器壳侧的出口端与一个混合器入口端连通，该混合器的另一个入口端连通废水预热器壳侧的出口，废水预热器壳侧入口连通废水储料装置；所述混合器的出口与第一管式反应器的入口相连，第一管式反应器的出口与第二管式反应器的入口相连，第二管式反应器的出口分成两路，一路与第三管式反应器的入口端相连，另一路与罐式反应器的入口端相连；第三管式反应器的出口端与罐式反应器的出水端汇合为一路后与空气预热器管侧的入口端连通，空气预热器管侧的出口分别与废水预热器管侧的入口和出口连通，通过管道上的调节阀实现两路流量之间的分配；废水预热器管侧的出口与热水发生器管侧的入口连通，热水发生器管侧的出口通过背压阀连通一个气液分离器；热水发生器的壳侧连通有热水利用装置；所述第一管式反应器和第二管式反应器上均设有加热器。
2.如权利要求1所述的低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述罐 式反应器为折流罐式反应器，其底部排盐口通过一个除盐缓冲罐连通排污管道。
3.如权利要求2所述的低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述热 水利用装置包括连接自来水的清水储罐，其出口与一个清水泵连通，该清水泵的出口通过 三通分成两路，一路与热水发生器壳侧的入口端连通，另一路与除盐缓冲罐的底部出口端 连通；热水发生器壳侧的出口端与一个热水储罐的入口端连通。
4.如权利要求1所述的低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述废 水储料装置包括带有加碱罐的储料罐，其入口端通过阀门连接原料废水；出口端通过一个 物料泵与废水预热器壳侧的入口端连通，储料罐中设有搅拌器。
5.如权利要求1所述的低含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述热 水发生器管侧的出口与背压阀之间设有管道过滤器。
全文摘要
本发明公开了一种低含盐量有机废水的超临界水处理系统及方法，该系统通过换热器对反应后的热量进行充分回收利用和产生热水；通过气液分离器分离、回收反应后液体以及气体；根据不同进料的特性，通过控制空气流量灵活选取最佳的超临界水处理方式，在保留管式反应器的基础上，并联罐式反应器，通过增加催化剂提高氨氮等的处理效果并降低超临界反应所需要的条件；设有除盐缓冲罐实现超临界状态下的除盐操作；控制废物的预热温度可以有效地避免进料管路预热造成的堵塞问题。本发明系统集COD、无机盐、氨氮去除于一体，集进料的预处理、混合、反应以及产物分离和收集于一体，广泛应用于高浓度难生化降解的有机废水等污染物的无害化处理过程。
文档编号C02F1/72GK101987755SQ20101051676
公开日2011年3月23日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者公彦猛, 唐兴颖, 张洁, 王树众, 郭洋, 马红和 申请人:西安交通大学