有机污水处理系统及有机污水处理方法与流程

本发明涉及有机污水处理技术领域，更具体地涉及一种有机污水处理系统及有机污水处理方法。

背景技术：

污水处理为使得污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。

传统的污水处理一般采用生物处理技术，但是生物处理技术对可生化性差、相对分子质量大的物质处理较困难，而高级氧化技术(advancedoxidationtechnology，aot)可以有效去除水中的难降解有机物以及稳定性较强的有机物。此外，高级氧化技术还可以将大分子有机物分解为小分子生物可利用有机物，有效改善污水的可生化性。高级氧化技术主要包括芬顿氧化(fenton)、臭氧催化氧化、电化学氧化等。

其中，芬顿氧化需要在氧化反应时加入酸碱调节ph值，且会在溶液中引入铁离子。电化学氧化的耗能高，且在氧化反应过程中存在极板腐蚀或者钝化的问题，反应不稳定。臭氧催化氧化具有选择性，不能氧化某些难降解有机物。由于这些原因，导致芬顿氧化、臭氧催化氧化以及电化学氧化在处理难降解有机物时存在反应不彻底的问题，限制了高级氧化技术在有机污水处理的发展。

超临界水是指当气压和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的闽都和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同的水。此时，水的液体和气体之间没有区别，成为一种新的呈现高压高温状态的液体。在此条件下的水具有许多独特的性质，如烃类等非极性有机物与极性有机物一样可完全与超临界水互溶，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳等气体也能以任意比例溶于超临界水中，无机物尤其是盐类在超临界水中的溶解度很小，超临界水还具有很好的传热性质。这些特性使得超临界水成为一种优良的反应介质，因此超临界水氧化技术正好可以弥补上述方法在有机污水处理领域的不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有机污水处理系统及有机污水处理方法，采用超临界水作为氧化介质，具有无毒无害不燃烧的优点，提高了有机污水处理的稳定性和效率。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种有机污水处理系统，包括：

氧化反应装置，包括第一至第三端口；

污水泵，与所述第一端口连接，用于将预处理后的有机污水通过所述第一端口提供至所述氧化反应装置；

循环喷射器，与第二端口连接，用于将空气和超临界水通过所述第二端口提供至所述氧化反应装置；以及

分离装置，与所述第三端口连接以接收所述氧化反应装置提供的输出物料，并将所述输出物料分离为气体物料、固体物料以及含有液态水的液体物料，其中，所述循环喷射器根据来源于所述液体物料的液态水和/或所述污水泵的液态水得到所述超临界水，并将所述超临界水提供至所述氧化反应装置，所述污水泵提供的有机污水与所述循环喷射器提供的空气在所述超临界水中进行超临界氧化反应。

优选地，所述有机污水处理系统还包括：

预处理装置，用于去除所述有机污水中的悬浮固体以及不溶解的有机物以得到所述预处理后的有机污水；以及

缓冲罐，用于将所述预处理后的有机污水和/或液态水提供至所述污水泵。

优选地，所述有机污水处理系统还包括：

压缩机，与所述循环喷射器连接，用于将空气进行压缩并提供至所述循环喷射器。

优选地，所述分离装置包括：

固液分离器，与所述第三端口连接以接收所述输出物料，用于分离出所述输出物料中的固体物料；以及

依次连接的第一气液分离器和第二气液分离器，所述第一气液分离器和所述第二气液分离器用于分离出所述输出物料中的气体物料和液体物料。

优选地，所述第一气液分离器和所述第二气液分离器都分别包括：进液口、排气口以及出液口。

优选地，所述分离装置还包括：

透平机，连接在所述第一气液分离器的排气口与所述压缩机之间，所述第一气液分离器排出的所述气体物料经由所述透平机为所述压缩机提供动力。

优选地，所述分离装置还包括：

蒸汽发生器，连接在所述固液分离器与所述第一气液分离器的进液口之间，所述蒸汽发生器用于利用所述输出物料得到高压蒸汽。

优选地，所述分离装置还包括：

压力调节阀，所述压力调节阀设置于所述第二气液分离器的进液口与所述第一气液分离器的出液口之间。

优选地，所述第一气液分离器为高压气液分离器，所述第二气液分离器为低压气液分离器。

优选地，所述有机污水处理系统还包括：

电加热器，连接在所述污水泵和所述氧化反应装置之间，用于将所述污水泵提供的液态水加热到超临界状态。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种有机污水处理方法，包括：

对有机污水进行预处理；

在氧化反应装置内，预处理后的有机污水与空气中的氧气在超临界水中进行超临界氧化反应，得到输出物料；

将所述输出物料分离为气体物料、固体物料以及含有液态水的液体物料，所述液体物料中的至少部分液态水用于形成所述超临界水。

优选地，所述对有机污水进行预处理的步骤包括：

将所述有机污水提供至预处理装置以去除所述有机污水中的悬浮固体以及不溶解的有机物以得到所述预处理后的有机污水；

将所述预处理后的有机污水经由缓冲罐提供至所述污水泵；以及

通过所述污水泵将所述预处理后的有机污水提供至所述氧化反应装置。

优选地，所述将所述有机污水进行预处理之前还包括：向所述缓冲罐提供液态水，并经由所述污水泵将所述液态水提供至所述氧化反应装置，以及将所述污水泵提供的液态水加热到超临界状态。

优选地，所述有机污水处理方法还包括：对所述空气进行压缩处理，并将所述压缩之后的空气提供至所述氧化反应装置。

优选地，所述将所述输出物料分离为气体物料、固体物料以及含有液态水的液体物料的步骤包括：

通过固液分离器分离出所述输出物料中的固体物料；以及

通过第一气液分离器和第二气液分离器分离出所述输出物料中的液体物料和气体物料。

优选地，所述有机污水处理方法还包括：利用所述第一气液分离器分离出的气体物料向空气压缩过程提供动力。

优选地，所述有机污水处理方法还包括：利用所述输出物料得到高压蒸汽。

优选地，所述超临界氧化反应的反应温度为500-700℃。

优选地，所述超临界氧化反应的反应压力为24-50mpa。

优选地，所述超临界氧化反应的反应时间为1-10分钟。

本发明中的有机污水处理系统及有机污水处理方法具有以下的有益效果。

采用超临界水作为氧化介质，具有无毒无害不燃烧的优点；且在氧化反应过程中只需要空气参与，不需要引入其他氧化物质，减少了污染以及反应成本；此外，本实施例的有机污水处理方法不需要采用电极，因此在处理过程中不存在电极腐蚀和钝化的问题，反应过程更加稳定；本发明的有机污水处理方法的反应时间短，在1分钟内能即可彻底氧化99.9％的有毒难降解有机物，效率更高，且反应之后得到的水可直接回用。该有机污水处理系统设计制作简单，具有较小制作成本的同时还能实现运行过程的低能耗。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为根据本发明实施例的有机污水处理系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的有机污水处理方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出根据本发明实施例的有机污水处理系统的结构示意图，如图1所示，有机污水处理系统包括预处理装置1、缓冲罐2、污水泵3、氧化反应装置4、固液分离器5压缩机6、循环喷射器7以及分离装置。

预处理装置1用于去除有机污水中的悬浮固体以及不溶解的有机物以得到预处理后的有机污水。

进一步的，将有机污水通过粗格栅和细格栅以过滤掉有机污水中的悬浮物。

缓冲罐2连接至预处理装置1的出液口，用于将预处理后的有机污水提供至污水泵3。

氧化反应装置4包括第一端口至第三端口，所述各个端口用于通过管道与有机污水处理系统的其他装置连接。

污水泵3与第一端口41连接，用于将预处理后的有机污水通过所述第一端口41提供至所述氧化反应装置4。

压缩机6与循环喷射器7连接，用于将空气进行压缩并提供至循环喷射器7中。循环喷射器7与第二端口42连接，用于将空气通过所述第二端口42提供至所述氧化反应装置4。

分离装置与第三端口43连接以接收氧化反应装置4提供的输出物料，用于分离出输出物料中的固体物料、气体物料以及包含液态水的液体物料。

预处理后的有机污水通过所述第一端口41进入所述氧化反应装置4，空气通过所述第二端口42进入所述氧化反应装置4，所述预处理后的有机污水与所述空气中的氧气在氧化反应装置4中的超临界水中进行超临界氧化反应。反应得到的输出物料通过所述第三端口43进入分离装置，分离装置从所述输出物料中得到包含液态水的液体物料，液体物料的一部分经由所述循环喷射器7提供至氧化反应装置4，继续参与氧化反应装置4中的超临界氧化反应；另一部分进入经过分离出所述其中的气体物料得到净水。

进一步的，在氧化反应装置4中的超临界氧化反应压力为24-50mpa，反应温度为500-700℃。

进一步的，在所述有机污水处理之前还包括准备工作，即将液态水提供至所述缓冲罐2，然后通过污水泵3进行打压，将液态水提供至氧化反应装置4中，使得所述液态水可以在所述有机污水处理系统中进行循环。进一步的，氧化反应装置4的进水口处设置有电加热器，电加热器对循环的液态水进行加热，以使得所述循环的液态水达到超临界状态。有机污水中的难降解有机物与空气中的氧气在超临界水中迅速反应，使得有机物完全氧化，氧化释放的热量足以将氧化反应装置4中的其他的水加热至超临界状态，在均相条件下使得有机物与氧气进行反应。同时循环喷射器7还用于将从反应得到的输出物料中得到液态水提供至氧化反应装置4中，因此在后续的反应过程中可以省略对液态水进行加热以得到超临界水的步骤。

进一步的，在氧化反应装置4中的超临界氧化反应时间为1-10分钟。

进一步的，分离装置包括固液分离器5，固液分离器5连接至所述第三端口43，用于分离出所述输出物料中的无机盐等固体物料。

进一步的，分离装置还依次连接的多个气液分离器，对输出物料进行多级气液分离处理，以完全分离出输出物料中的气体物料和液体物料。

在一个实施例中，分离装置包括依次连接的第一气液分离器9和第二气液分离器12，第一气液分离器9和第二气液分离器12依次对所述输出物料进行气液分离。

进一步的，第一气液分离器9和第二气液分离器12都分别包括：进液口51、排气口52以及出液口53。第一气液分离器9的进液口用于接收所述输出物料，第二气液分离器12的所述进液口连接至所述第一气液分离器9的所述出液口，第二气液分离器12的所述出液口用于排出最终得到的液态水。

进一步的，分离装置还包括透平机8，透平机8连接在第一气液分离器9的排气口与压缩机6之间。第一气液分离器9例如为高压气液分离器，第一气液分离器9将输出物料中的n2和大部分的co2通过排气口排出，排出的气体经由透平机8为压缩机6提供动力。

进一步的，分离装置还包括蒸汽发生器10，蒸汽发生器10连接在固液分离器5的出液口与第一气液分离器9的进液口之间，所述输出物料经由所述蒸汽发生器10进入所述第一气液分离器9。蒸汽发生器10还用于利用输出物料中的高温高压的液体得到高压蒸汽，所述高压蒸汽可以用于其他的工艺生产或者生活取暖的供热。

进一步的，分离装置还包括压力调节阀11，压力调节阀11设置于所述第二气液分离器12的进液口与所述第一气液分离器9的出液口之间。第一气液分离器9中的液体物料经由压力调节阀11进入第二气液分离器12，第二气液分离器12例如为低压气液分离器，分离出的气体(主要是co2)通过排气口排出，得到的液态水通过出液口排出。所述压力调节阀11可为减压阀、节流阀以及调速阀中的任一种。

图2示出根据本发明实施例的有机污水处理方法的步骤流程图。所述有机污水处理方法可基于上述的有机污水处理系统实现。其中，所述的有机污水处理方法包括以下步骤。

在步骤s101中，将有机污水进行预处理，并将预处理后的有机污水提供至氧化反应装置。

在该步骤中，收集的有机污水首先进入预处理装置1中，去除其中的固体物质以及不溶解的有机物，得到的预处理之后的有机污水进入缓冲罐2，之后再经由污水泵3提供至氧化反应装置4。

在步骤s102中，将空气提供至所述氧化反应装置，所述预处理后的有机污水与所述空气中的氧气在所述氧化反应装置的超临界水中进行超临界氧化反应，得到输出物料。

在该步骤中，首先将空气通入压缩机6中，压缩到一定的压力时，提供至循环喷射器7，循环喷射器7将空气提供至氧化反应装置4，预处理后的有机污水与空气中的氧气在超临界水中进行超临界氧化反应。

在步骤s103中，将输出物料分离为气体物料、固体物料以及含有液态水的液体物料，液体物料中的部分液态水用于形成超临界水。

在该步骤中，氧化反应装置4得到的输出物料首先进入固液分离器5，分离出输出物料中的无机盐等固体物料，剩下的液体物料一分为二，一部分经由循环喷射器7提供至氧化反应装置4，以形成所述超临界水继续参与氧化反应装置4中的反应，另一部分通过分离出所述液体物料中的气体物料最终得到液态水。

进一步的，在氧化反应装置4中的超临界氧化反应压力为24-50mpa，反应温度为500-700℃。

进一步的，在所述有机污水处理之前还包括准备工作，即将液态水提供至所述缓冲罐2，通过污水泵3进行打压，使得所述液态水在所述有机污水处理系统中进行循环，并用电加热器对循环的水进行加热，以得到超临界水。有机污水中的难降解有机物与氧气在超临界水中迅速反应，使得有机物完全氧化，氧化释放的热量足以将氧化反应装置4中的其他的水加热至超临界状态，在均相条件下使得有机物与氧气进行反应。同时循环喷射器7还用于将输出物料中的液态水提供至氧化反应装置4，因此在后续的反应过程中可以省略对液态水进行加热以得到超临界水的步骤。

进一步的，在氧化反应装置4中的超临界氧化反应时间为1-10分钟。

进一步的，分离装置还包括依次连接的多个气液分离器，在气液分离过程中对反应液体进行多级气液分离处理，以完全去除液体物料中的气体。在一种实施例中，将液体物料依次通过第一气液分离器9和第二气液分离器12进行两级气液分离以得到液态水。

进一步的，在气液分离步骤中产生的高压气体还用于向压缩机6提供动力。

进一步的，在气液分离步骤中还用于利用所述液体物料得到高压蒸汽。

本发明中的有机污水处理系统及有机污水处理方法，采用超临界水作为氧化介质，具有无毒无害不燃烧的优点；且在氧化反应过程中只需要空气参与，不需要引入其他氧化物质，减少了污染以及反应成本；此外，本实施例的有机污水处理方法不需要采用电极，因此在处理过程中不存在电极腐蚀和钝化的问题，反应过程更加稳定；本发明的有机污水处理方法的反应时间短，在1分钟内能即可彻底氧化99.9％的有毒难降解有机物，效率更高，且反应之后得到的水可直接回用。该有机污水处理系统设计制作简单，具有较小制作成本的同时还能实现运行过程的低能耗。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。