申请日2005.03.31
公开(公告)日2005.09.21
IPC分类号C02F9/02; F23G7/04; C02F1/02
摘要
本发明涉及一种高温分解/化合燃烧处理污水的方法及设备，该方法包括先将污水通过滤栅池和沉沙池分别除去污水中漂(悬)浮物、沙粒及固体颗粒物，后加入100-10000ppm助剂进行混配，再在高温分解/化合燃烧处理设备中，在1800-2000℃高温燃料白灼火焰中进行高温分解/化合燃烧处理，然后通过设备底部的沉淀过滤区，达国家一级排放标准，杀菌率100%，排出热水可供采暖用热水或通过热交换器回收热量。它是一种高效、工艺简单、新型、设备结构独特、处理污水成本低的新一代污水处理新方法和新设备。可广泛应用于城市污水、工业污水，特别是高级宾馆，高级饭店及高级写字楼单独污水处理。
権利要求書
1、一种高温分解/化合燃烧处理污水的方法，包括下列步骤：
①预处理 污水先后通过滤栅池和沉沙池，分别除去污水中漂浮物、胶状物、悬浮固 体以及沙粒和固体颗粒物，然后加入100-10000ppm助剂进行混配;
②在高温分解/化合燃烧处理污水设备中，燃料和空气按计算量经混合器 混合后进入设备的高温分解燃烧区，产生白灼火焰包封，温度高达 1800-2000℃，混合燃料压力为0.2-2Mpa，来自经预处理的污水由各层喷嘴 层喷入，污水喷入压力为0.5-1.5Mpa，与白灼火焰全方位充份均匀接触， 进行高温分解/化合燃烧反应，含有CO2、N2及蒸汽的气体和固体沉淀物 及热水由锥形底部入热水沉淀过滤区，尾气通过烟道气通道排出设备外， 热水经沉淀过滤后排出设备外。
2、根据权利要求1的高温分解/化合燃烧处理污水 的方法，其特征在一所 述污水为城市生活污水、石油化工污水、化纤污水、印染污水、造纸污水、 治金污水;所述助剂为Ca、Mg、Al、Fe、Si的氧化物、氢氧化物、硅酸 盐、硫酸盐。
3、根据权利要求1的高温分解/化合燃烧处理污水的方法，其特征在于所 述高温分解/化合燃烧处理污水设备包括一外圆筒体(1)、内圆筒体(2)、 圆顶(3)、底(4)，外圆筒体分上下两部份，上部为高温分解燃烧区，下 半部为盛热水和蒸汽及沉淀过滤区，外圆筒体下半部内径为上半部内径的 2-5∶1倍;上半部内外圆筒体间设有被圆筒隔板(5)分成内室(7)、外 室(8)相通的通水内腔(6)，内腔外室(8)设有两边对称的烟道气通道 (9)，其出口顶端直通圆筒体顶外，下端伸入圆筒体下半部内;圆顶中心 有一燃料入口(10)，燃料入口上方设混合器(11)，通过管线使混合器与 燃料入口相连，燃料入口下方设燃料入口喷嘴和点火组件(12);内圆筒 体底部为锥体，锥体下壁上设有蒸汽及燃烧气导出孔(13);在所述圆筒 体上下沿着圆周截面设有多层污水入口喷嘴(14);喷嘴与内圆筒体壁之 间夹角呈20°-80°的角，每层喷嘴设4-40个喷嘴;圆筒体下半部上方 设有蒸汽出口(15)，下部设沉淀过滤区16和热水出口及固体物排放口 (17)，在圆筒体上设有多个测温和测压装置及自动调节阀，并与计算机 相联实现自动控制。
4、根据权利要求3所述的高温分解/化合燃烧设备，其特征在于所述圆筒 体长与内径之比2-3∶1。
5、根据权利要求3所述的高温分解/化合燃烧设备，其特征在于所述污水 入口喷嘴层为1-10层，喷嘴为雾化喷嘴。
6、根据权利要求3所述的高温分解/化合燃烧设备，其特征在于所述烟道 气排出管为弧形扁或盘管，为10×20-500毫米。
7、根据权利要求3的高温分解/化合燃烧设备，其特征在于所述沉淀过滤 区为石英沙与活性炭组成。
说明书
高温分解/化合燃烧处理污水的方法及其设备
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种新型高温分解/化合燃烧 处理污水的方法及设备。
背景技术
随着世界各国工农业生产迅速发展，大量生活污水和工业污水相应 产生，由于污水处理技术滞后于工农业生产的发展，而且污水处理投资费 用和运行费用巨大，造成大量工业污水和生活污水未经处理直接排入江河 湖泊或大海中，造成世界各国许多江河湖泊及近海水质急剧恶化，有些达 到四类、五类水质，不仅严重破坏了生态环境平衡，加剧水资源紧缺，特 别是严重影响到各国工农业生产的持续发展，而且危及人们的生存环境。
目前处理污水的方法很多，对于不同类型的污水有着不同的处理方 法，大多数城市污水和工业污水通常采用曝气池式生物法处理，生物处理 法是利用微生物作用将污水中呈溶解、胶体及微细悬浮状态的有机污染物 转化或分解为稳定的无害物，一部分是新微生物的增殖，从而使污水得到 净化，使COD达到排放标准。
该方法系统庞大，投资巨大，占地面积大，运行成本高。电耗成本 是污水处理的主要成本，一般占污水处理成本的70%，费用高达千百万。 加氯存在二次污染。对颗粒状或致密物质无能为力，对轻微污染的水、垃 圾、渗滤液、印染水脱色、制药污水等处理效率低，活性污泥造成二次污 染，处理成本更高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，经发明人长期从事污 水处理领域的开发研究和实践，开发提供一种高效，设备结构独特，工艺 简单新颖的高温分解/化合燃烧处理污水的方法及其设备。
本发明提供的高温分解/化合燃烧处理污水的方法包括：
(1)预处理
污水先后通过滤栅池和沉沙池，分别除去污水中漂浮物、胶状物、悬浮固 体以及无机沙粒或固体颗粒物等。然后加入100-10000ppm的Ca、Mg、Al、 Fe、Si的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硅酸盐及硫酸盐进行混配。
(2)在高温分解/化合燃烧处理污水设备中，燃料和空气按预定计算量经 混合器进行充分混合后，由燃料入口喷嘴和点火组件进入设备的高温分解 /化合燃烧区，产生白灼火焰包封，温度高达1800-2000℃，混合燃料 压力为0.2-2Mpa，来自污水内腔经预处理的污水由各层污水入口喷嘴 喷入预定量污水与白灼火焰包封接触，污水喷入压力为0.5-1.5Mpa，迅速 进行高温分解/化合燃烧反应，产生的热水、蒸气、固体沉淀物及含CO2、 N2的烟道气经由锥形底部入盛热水和蒸气容器部分，烟道气由烟道气通 道排出设备外，热水经沉淀过滤后供供热水或通过热交换器回收热量后排 出，少量蒸汽由蒸汽出口排出再利用。
本发明提供的高温分解/化合燃烧处理污水设备，包括一外圆筒体1、 一内圆筒体2、圆顶3、底4，其特征在于外圆筒体分上下两部分，上半 部为高温分解/化合燃烧区，下半部为盛热水和蒸汽及沉淀过滤区，外圆 筒体下半部内径为上半部内径的1.5-2.0倍;上半部内外圆筒体间设有被 圆筒隔板5分成内室7和外室8相通的通水内腔6，内腔外室8设有两边 对称的烟道气通道9，其出口顶端直通圆筒体顶外，下端伸入圆筒体下半 部内;圆顶中心有一燃料入口10，燃料入口上方设混合器11，通过管线 使混合器与燃料入口相连，燃料入口下方设燃料入口喷嘴点火组件12; 内圆筒体底部为锥体，锥体下壁上设有蒸汽及燃烧气导出孔13;在所述 圆筒体上下沿着圆周截面设有多层污水入口喷嘴层14;喷嘴与内圆筒体 壁之间夹角呈20-80°的角，每层喷嘴设4-40个喷嘴;圆筒体下半部上方 设有蒸汽出口15，底部设有沉淀过滤区及热水和固体沉淀物排放口，如 果设备为大型设备或由多个污水处理设备联合使用，可将设备的沉淀过滤 区设在设备外呈一个沉淀过滤区装置，便于统一操作管理，节省设备投资 费用。在圆筒体上设有多个测温和测压装置及自动调节阀，并与计算机相 联实现自动控制。
按照本发明提供的高温分解/化合燃烧处理污水的方法及设备中，由于污 水来源各异，例如有城市生活污水，工业污水;例如化工污水、冶金污水、 造纸污水、印染污水、矿山污水等，所以成份非常复杂，常含有各种有机 物质如氨氮类和石油类，无机物如盐类，金属或非金属离子，特别重金属 离子及其盐等，以及各种固体物质和漂浮或悬浮物质，必须进行预处理， 通常通过过滤栅池和沉沙池，分别除去污水中漂浮物，胶状物，悬浮固体 以及沙粒和固体颗粒物等，确保污水进入本发明设备前排除，不会造成设 备特别是喷嘴堵塞，运转不正常。所述过滤栅池和沉沙池是本领域中公知 设备，无特殊要求。加入例如100-1000ppm Ca、Mg、Al、Fe、Si的氧化 物、氢氧化物、碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐，例如CaO、MgO、Al2O3、SiO2、 CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaMgSiO4、Fe(OH)3、 FeSO4、Na2SiO2之类助剂，优选为这些助剂的微细粉、水溶性物质或胶状 物，在设备的高温分解/化合燃烧区内，在1800-2000℃高温下，这些助剂 物质能与污水中有机物质，无机物，特别是重金属离子进行复杂的高温分 解/化合燃烧反应最终生成固体氧化物或硅酸盐等固体物，有利于处理污 水达到一级排放标准。
所述高温分解/化合燃烧处理污水设备根据用户要求，处理污水类型、 污水处理量，各操作工艺参数如燃料、空气、污水的压力和流量，决定内 外圆筒体的尺寸，为了保证高温分解/化合燃烧顺利进行，其上部内圆筒 体长与内径之比为2-5∶1，优选2-3∶1。
内圆筒体不需耐高温高质量保温材料，如果需要可涂敷搪瓷材料。 顶层污水入口喷嘴设置在燃料入口喷嘴附近，避免内圆筒体顶面局部区呈 高温区。多层喷嘴设置可使污水与白灼火焰包封全方位多层次充分接触进 行高温分解/化合燃烧反应，同时;并能有效控制整个内圆筒内温度防止 局部温度过热。
所述设备内外两室相通的通污水内腔是指内圆筒体与外圆筒体上部 间所包围的空间，一般20-200毫米径向差(指上部内圆筒体的外径与外 圆筒体内径之差)，在通污水内腔设有一与内外圆筒体形状相同的圆筒隔 板，使其下部留有空间，内腔分成相通的内外两室，污水可以从外室通向 内室。在外室内两边对称设有烟道气排出管，进入通污水内腔外室的污水 通过烟道气通道首先对排出的烟道气和夹带的蒸汽进行简接冷却，以便回 收热量和热水，经热交换预热后进入内室的污水由喷嘴层喷嘴喷入内圆筒 体高温分解/化合燃烧区，提高热量利用率，并保持圆筒体内壁处于低温 状态。所述烟道气排出管根据设备高度、可能进行分解/化合燃烧反应的 热量平衡以及烟道气排出管道有足够冷却空间，烟道气排出管通常为10 ×20-500毫米的弧形扁管或盘管。
所述内圆筒体上的污水入口喷嘴层是在圆筒体从上到下间隔一定距 离沿着圆筒体的圆周截面设置多层污水入口喷嘴层，一般设置1-10层， 优选2-4层，每层间的距离可以相同或不同，最上层喷嘴层优选设在燃料 喷嘴组件下方附近，可避免圆筒体顶附近造成高温区。每层设置的喷嘴数 目可以相同或不同，一般为4-40个喷嘴。喷嘴的类型和尺寸与喷污水压 力和流量，装置能力，燃料燃烧形成白灼火焰包封的温度以及内圆筒体内 的温度和压力等因素相关，可以选择通用型喷嘴或雾化喷嘴或通用型喷嘴 和雾化喷嘴混合使用，优选雾化喷嘴。这些类型的喷嘴是公知的市售产品。 各层喷嘴以及每一层各喷嘴设置角度可以相同或不同，但要相互配合，一 般与内圆筒体壁之间夹角为20-80°，最低层喷嘴的角度在>45-<90° 之间，不同角度的设置以及喷入不同量的污水量，有利于污水与白灼火焰 包封全方位接触充分均匀，进行最佳高温分解/化合燃烧反应，同时使高 温白灼火焰包封的温度由外部高内部低变成外部低内部高，避免内圆筒体 内壁高温损坏。
所述混合器是燃料和空气进入高温设备燃烧区之前首选进行充分混 合的设备，以便确保燃料在燃烧区内充分完全燃烧，产生的白灼火焰包封 约1分钟内迅速使内圆筒体内达到1800-2000℃温度，混合器为公知市售 混合器。在混合器的燃料与空气入口管线以及混合燃料入口处可设有可自 动调节阀，并与计算机相联，接受来自计算机的信号，从而调节进入混合 器中燃料和空气的压力和流量。
所述燃料可以是气体燃料如天然气、煤气、液化石油气等，液体燃 料如丙烷、丁烷等，进入混合器的燃料和空气预先根据处理污水的量，以 及燃烧化学热量平衡计算预定量，同时可通过与其相联的计算机根据来自 测温和测压装置测得的数据信号来调整控制经由自动调节阀的燃料和空 气进入量。
所述燃料入口喷嘴组件位于圆筒体顶部内圆筒体中心燃料入口处下 方，污水入口喷嘴层上方。该组件有多个喷嘴，优选为3-5个喷嘴和点火 装置组成，其中一个喷嘴在中心，其它2-4个喷嘴围绕中心喷嘴排列在圆 面上。这些喷嘴和点火装置均为公知设备。混合燃料通过燃料进入燃烧区 时通过点火装置如电火花点火燃烧，形成外部温度高内部温度低白灼火焰 包封，白灼火焰包封温度高达2000℃，燃料进入燃料入口喷嘴通常压力 为0.2-2.0Mpa.。与此同时，位于每层喷嘴附近的测温和测压装置测得信 号反馈计算机，从而进行整个体系控制和调节。所述测温装置为热敏传感 器，也可以用热电偶或红处线测温装置;测压装置为通常市售测压装置。 所述沉淀过滤区为石英沙和/或活性炭组成。根据污水种类决定其厚度。
本发明提供的高温分解/化合燃烧设备可以各种方式安装，例如立式 或者几个设备并联一起使用。
在上述独特结构的高温分解/化合燃烧处理污水设备中进行污水处 理，其工艺条件与设备结构密切配合，混合燃料通过燃料入口喷嘴进入高 温分解/化合燃烧区呈均匀雾状分布，经点火燃烧后形成白灼火焰包封直 向底部，白灼火焰包封温度外部高，内部低，在一分钟内使内圆筒体内温 度上升到1800-2000℃左右，设在圆筒体上的多层污水入口喷嘴，由于每 层喷嘴设置的数目和角度，以及各层各喷嘴喷入污水量不同，完全能与白 灼火焰包封全方位充分均匀接触，进行其中污水中有机物质如石油类、氨 氮类，无机物质，金属离子或非金属离子及盐，如Cr、Ni、Ag、Mg、 As、Hg、Cd、Pb、P、S等，与预先混配于污水中的助剂物质如Ca、Mg、 Al、Fe、Si的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硅酸盐发生复杂的高温分解/ 化合燃烧反应，生成不溶固体物如钙、镁、硅的复盐、磷酸钙镁盐或硅酸 盐等，随被处理过的热水进入底部沉淀过滤区或设备外集中处理的沉淀过 滤区，过滤后排出;生成的CO2、N2、CO等气体及水蒸汽由烟道气通 道排出设备外。同时污水经1800-2000℃高温分解/化合燃烧区后，污水中 各种微生物菌类都被彻底杀死，杀菌率达100%。如果需要被处理污水颜 色重如造纸污水或印染污水。可在经过沉淀过滤区后，再进行脱色如性炭 脱色，对于处理大型城市或工业污水可将本发明上述设备联合多个一起处 理，这就可以将设备内的沉淀过滤区集中于设备外一个沉淀过滤区进行沉 淀过滤除去固体物、胶状物等，可以大大降低设备投资，便于统一管理。 处理过的热水可统一作为供暖用水或经热交换回收热量而排出。产生蒸汽 可作为调节热水温度之用。
本发明提供的高温分解/化合燃烧处理污水方法及设备特点为：
1小型轻便，结构独特，成本低，投资少，操作简便，开停方便，可 调性强，可自动控制操作;工艺流程和运行维护简单。
2.污水处理效率高，有效降低COD，BOD的含量，达到国家一级排放 标准，减少曝气池构造规模，降低投资费用和运营成本。
3.杀菌、消毒效果是其它方法无法比较的，百分之百地杀死细菌病毒。
4.被处理过的热水可供采暖之用，一设备二种功能用途。
5.对污水中有机物、无机物，金属离子如重金属离子如pb+2、As+、 Hg+1、Cd+2、Cr+3等通过高温分解/化合与添加助剂结合成固体物沉淀而 被彻底除去。
本发明提供的高温分解/化合燃烧处理污水的方法及设备可广泛应用 于城市生活污水、化工污水如石油化工污水，造纸污水、纺织印染污水、 冶金污水等的处理及中水回用，特别是宾馆、高级饭店、高级写字楼等处 用，完全达到国家排放标准