申请日2010.10.22
公开(公告)日2011.03.23
IPC分类号C02F1/58; C02F1/02
摘要
本发明公开了一种高含盐量有机废水的超临界水处理系统及方法，通过换热器对反应后的热量进行充分回收利用并产生热水;通过气液分离器分离、回收反应后液体及气体;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，并联内部设有催化剂箱的折流罐式反应器，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间歇式除盐操作;设有预脱盐装置，在进入反应器前进行预脱盐;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。
翻译权利要求书
1.一种高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通过一个预脱盐装置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连通，另一路与罐式反应器的入口端连通，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之间的流量分配;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第一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、第二管式反应器和预脱盐装置上均设有加热器。
2.如权利要求1所述的高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所述的高含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述预脱盐装置包括一个预脱盐器，其入口连通第一管式反应器的出口;预脱盐器上部的超临界流体出口连通第二管式反应器的入口，预脱盐器下部的亚临界流体出口连通一个盐水急冷器管侧的入口，盐水急冷器管侧的出口通过第二背压阀输出盐水;预脱盐器底部设有冷却盘管，其进口连通盐水急冷器壳侧的出口;预脱盐器底部冷却盘管出口连通热水利用装置。
4.如权利要求3所述的高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，该清水泵的出口分成三路，一路与热水发生器壳侧的入口端连通，一路与除盐缓冲罐的底部出口端连通，另一路与盐水急冷器壳侧的入口端连通，热水发生器壳侧的出口端与一个热水储罐的入口端连通，预脱盐器底部冷却盘管出口也与该热水储罐的入口端连通。
5.如权利要求1所述的高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。
6.如权利要求1所述的高含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述第一背压阀之前的连接管道上设有管道过滤器。
7.如权利要求3所述的高含盐量有机废水的超临界水处理系统，其特征在于，所述第二背压阀之前的连接管道上设有管道过滤器。
说明书
高含盐量有机废水的超临界水处理系统
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，特别涉及一种高含盐量(大于2%)有机废水的超临界水处理系统。
背景技术
超临界水(Supercrtiical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T=374.15℃，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(SupercriticalWater Oxidation，简称SCWO)、超临界水气化技术(Supercritical WaterGasification，简称SCWG)和超临界水部分氧化技术(Supercritical WaterPartial Oxidation，简称SCWPO)。
SCWO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。
SCWPO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)SCWO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℃时，氨没有发生任何的降解;并且当反应条件达到680℃、24.8MPa，停留时间为10s时，只有10%的氨被氧化。另有研究表明：即使用MnO2/CeO2作为催化剂，当反应条件为450℃、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存超临界水处理装置存在的不足，提供一种新的针对高含盐有机废水的超临界水处理的系统。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种高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，该混合器的入口端同时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通过一个预脱盐装置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连通，另一路与罐式反应器的入口端连通，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第一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、第二管式反应器和预脱盐装置上均设有加热器。
上述方案中，所述罐式反应器为折流结构的罐式反应器，其底部排盐口通过一个除盐缓冲罐连通排污管道。
所述预脱盐装置包括一个预脱盐器，其入口连通第一管式反应器的出口;预脱盐器上部的超临界流体出口连通第二管式反应器的入口，预脱盐器下部的亚临界流体出口连通一个盐水急冷器管侧的入口，盐水急冷器管侧的出口通过第二背压阀输出盐水;预脱盐器底部设有冷却盘管，其进口连通盐水急冷器壳侧的出口;预脱盐器底部冷却盘管的出口连通热水利用装置。
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，该清水泵的出口分成三路，一路与热水发生器壳侧的入口端连通，一路与除盐缓冲罐的底部出口端连通，另一路与盐水急冷器壳侧的入口端连通，热水发生器壳侧的出口端与一个热水储罐的入口端连通，预脱盐器底部冷却盘管的出口也与该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。
所述第一背压阀、第二背压阀之前的连接管道上均设有管道过滤器。
本发明系统的主要优点是：
1、本发明通过空气预热器、废水预热器预热空气和废水、通过热水发生器、盐水急冷器产生热水，充分利用反应后流体的热量。本发明系统中第一、第二管式反应器、预脱盐器设置电加热器，可保证物料进入预脱盐器时有一定的预热温度，使预脱盐器内的流体为超临界状态，并在进入反应器时已经达到发生超临界水反应所需的温度。其中第一、第二管式反应器的电加热器仅仅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和降低系统正常运行时的电加热功率，降低了高含盐有机废水的超临界水处理系统的运行成本。
2、本发明中同时包含管式反应器和罐式反应器。如果有机废液的氨氮及无机盐含量的较低，超临界流体选择性的进入第三管式反应器，在第三管式反应器外壁进行保温处理保证继续发生超临界水反应;如果有机废液的氨氮及无机盐的含量较高，超临界流体选择性的进入罐式反应器。其中罐式反应器内部有催化剂箱可以安放颗粒状催化剂，降低超临界水反应的条件、提高目标物的产率或转化率。
3、本发明系统中，在第一管式反应器和第二管式反应器之间设置预脱盐装置，作为进入反应器前的预脱盐设备。预脱盐器上部设置电加热保证上部流体为超临界状态，无机盐析出;底部设置冷却盘管，保证下部流体为亚临界状态，无机盐重新溶解。