CN101357799A - 太阳能加热超临界水污水处理设备及方法 - Google Patents

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马承愚
朱飞龙
郭凯琴
赵晓春
牛耀岚
李学文
侯伟丽
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Abstract

本发明涉及一种太阳能加热超临界水污水处理设备，包括制氧机(3)、预热器(5)、接收器(6)、超临界反应器(8)、缓冲器(9)、气液分离器(10)，所述的接收器(6)上装有太阳能集热装置(7)，制氧机(3)和泵(2)之间装有氧气收集箱(4)。一种太阳能加热超临界水污水处理方法，包括以下步骤：1)加压混合污水氧气；2)预热；3)加热使高压污水和氧气混合液超临界反应；4)气液分离。利用本发明处理污水，效率高，COD降解率可达99％，不受水质种类和水质浓度变化的影响，不会产生二次污染，同时预热器(5)和缓冲器(9)之间循环使用产生的冷/热水，节约了能耗。

Description

太阳能加热超临界水污水处理设备及方法
技术领域
本发明属超临界水污水处理领域，特别是涉及一种利用太阳能加热超临界水污水处理设备及方法。
背景技术
目前，全球都面临着能源匮乏的挑战，尤其是中国这样的能源消耗大国。近年来，我国经济发展越来越受制于能源供应的限制，国家大力推进节能减排工程，同时积极寻找新能源，太阳能的利用受到越来越多的国家和地区的重视。在本发明中，用太阳能集热装置来加热超临界水氧化反应器，使高压污水和氧气的混合液温度接近或超过水的临界温度，使超临界水氧化反应在不需电力加热的条件下完成，节约了能源，降低了污水处理的成本。太阳能由于可以直接转换为污水的热能，不需先转换为电能然后再转换为热能，减少了两个能源转换的过程中的损失，太阳能在此污水处理系统中能源利用效率高。随着全球可再生资源的枯竭和太阳能技术的发展，未来用太阳能作为能源的领域会越来越多，太阳能的利用效率会越来越高，而且太阳能的利用成本也会慢慢降低。
地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致″温室效应″和全球性气候变化，也不会造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能加热超临界水污水处理设备及方法，以解决现有技术中污水处理能源消耗大的缺陷。
技术方案
本发明提供一种太阳能加热超临界水污水处理设备，包括制氧机(3)、预热器(5)、接收器(6)、超临界反应器(8)、缓冲器(9)、气液分离器(10)，污水箱(1)和制氧机(3)分别通过泵(2)连通预热器(5)，接收器(6)顺次连通超临界反应器(8)、缓冲器(9)和气液分离器(10)，所述的接收器(6)上装有太阳能集热装置(7)，制氧机(3)和泵(2)之间装有氧气收集箱(4)。
所述的预热器(5)的换热冷/热水进出口分别连通缓冲器(9)的换热冷/热水进出口。
所述的泵(2)为高压柱塞泵(2)。
所述的太阳能集热装置(7)为槽形抛物面太阳能收集器、塔式太阳能收集器或盘式可移动太阳能收集器。
一种太阳能加热超临界水污水处理方法，包括以下步骤
1)加压混合污水氧气，将污水和氧气经泵(2)加压后送入预热器(5)混合；
2)预热，将高压污水和高压氧气在预热器(5)中用热交换水加热后送入接收器(6)；
3)加热使高压污水和氧气混合液超临界反应，高压污水和氧气混合液在接收器(6)里经太阳能集热装置(7)加热后反应或流入超临界反应器(8)经过电加热反应；
4)气液分离，污水和氧气在超临界反应器(8)反应结束后流入缓冲器(9)降温、降压后流入气液分离器(10)完成气液分离。
所述的步骤1中加压的压力为22.1～25.00MPA。
所述的步骤2中预热为预热到50～100摄氏度。
所述的步骤3中的超临界反应温度为374～500摄氏度。
太阳能集热装置接收器的表面温度得达到超临界水的温度，即374摄氏度以上，就可以不用电加热污水。
有益效果
本发明利用太阳能进行超临界水氧化法处理污水，效率高，COD降解率可达99％，不受水质种类和水质浓度变化的影响，不会产生二次污染，同时预热器和缓冲器之间循环使用产生的冷/热水，节约了能耗。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中：1-污水箱，2-泵，3-制氧机，4-氧气收集箱，5-预热器，6-接收器，7-太阳能集热装置，8-超临界水氧化反应器，9-缓冲器，10-气液分离器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
                           实施例1
采用太阳能集热装置处理某城市污水厂污泥，如图所示，如图所示，将污水箱1中的污水和制氧机3制得的氧气由氧气收集箱4收集后，经高压柱塞泵2加压到25MPA后送入预热器5，预热到50摄氏度混合；所示太阳能集热装置7采用槽形抛物面太阳能收集器；当反射的阳光聚焦在一条直线上时，安置在焦点线上的钛合金不锈钢接收器6开始吸收被聚焦的太阳辐射，使温度达到400摄氏度，接收器6采集的热量随即被传递到管内流动的高压污水和氧气的混合液上。在太阳能集热装置7和高压泵的共同作用下，混合液的温度和压力达到超临界状态，此时污水在超临界水氧化反应器8中发生超临界水氧化反应。太阳能的持续转换和该反应本身产生的热量可以维持反应不断进行。污泥经上述处理后有机物充分氧化变成CO2和H2O，而颗粒物及无机盐则不溶于超临界水而沉淀分离，最终从超临界水氧化反应器8底部排出，反应结束后流入缓冲器9降温、降压后流入气液分离器10完成气液分离，排出液COD，SS，pH等指标均符合国家规定的排放标准，可以直接排放。
                           实施例2
采用太阳能集热装置处理某造纸厂造纸黒液废水，如图所示，将污水箱1中的污水和制氧机3制得的氧气由氧气收集箱4收集后，经高压柱塞泵2加压到24MPA后送入预热器5，预热到80摄氏度混合；所示太阳能集热装置7采用塔式太阳能收集器；定向反射镜将太阳能聚集在一个装在塔顶的接收器6上，开始吸收被聚焦的太阳辐射，使温度达到500摄氏度，接收器6采集的热量随即被传递到管内流动的高压污水和氧气的混合液上。在太阳能集热装置7和高压泵的共同作用下，混合液的温度和压力达到超临界状态，此时污水在超临界水氧化反应器8中发生超临界水氧化反应。太阳能的持续转换和该反应本身产生的热量可以维持反应不断进行。污泥经上述处理后有机物充分氧化变成CO2和H2O，而颗粒物及无机盐则不溶于超临界水而沉淀分离，最终从超临界水氧化反应器8底部排出，反应结束后流入缓冲器9降温、降压后流入气液分离器10完成气液分离，排出液COD，SS，pH等指标均符合国家规定的排放标准，可以直接排放。
                           实施例3
采用太阳能集热装置处理某纺织厂印染废水，如图所示，将污水箱1中的污水和制氧机3制得的氧气由氧气收集箱4收集后，经高压柱塞泵2加压到22.1MPA后送入预热器5，预热到100摄氏度混合；所示太阳能集热装置7采用盘式可移动太阳能收集器；功率在5～50KW之间，一个旋转对称的抛物面短焦距聚集盘将太阳辐射聚集到安置在焦点附近接收器6上，开始吸收被聚焦的太阳辐射，如温度不到374摄氏度，则同时用电加热使温度达到374摄氏度，接收器6采集的热量随即被传递到管内流动的高压污水和氧气的混合液上。在太阳能集热装置7和高压泵的共同作用下，混合液的温度和压力达到超临界状态，此时污水在超临界水氧化反应器8中发生超临界水氧化反应。太阳能的持续转换和该反应本身产生的热量可以维持反应不断进行。污泥经上述处理后有机物充分氧化变成CO2和H2O，而颗粒物及无机盐则不溶于超临界水而沉淀分离，最终从超临界水氧化反应器8底部排出，反应结束后流入缓冲器9降温、降压后流入气液分离器10完成气液分离，排出液COD，SS，pH等指标均符合国家规定的排放标准，可以直接排放。

Claims (8)

1.一种太阳能加热超临界水污水处理设备，其特征是：包括制氧机(3)、预热器(5)、接收器(6)、超临界反应器(8)、缓冲器(9)、气液分离器(10)，污水箱(1)和制氧机(3)分别通过泵(2)连通预热器(5)，接收器(6)顺次连通超临界反应器(8)、缓冲器(9)和气液分离器(10)，所述的接收器(6)上装有太阳能集热装置(7)，制氧机(3)和泵(2)之间装有氧气收集箱(4)。
2.如权利要求1所述的太阳能加热超临界水污水处理设备，其特征是：所述的预热器(5)的换热冷/热水进出口分别连通缓冲器(9)的换热冷/热水进出口。
3.如权利要求1或2所述的太阳能加热超临界水污水处理设备，其特征是：所述的泵(2)为高压柱塞泵(2)。
4.如权利要求3所述的太阳能加热超临界水污水处理设备，其特征是：所述的太阳能集热装置(7)为槽形抛物面太阳能收集器、塔式太阳能收集器或盘式可移动太阳能收集器。
5.一种太阳能加热超临界水污水处理方法，其特征是：包括以下步骤
1)加压混合污水氧气，将污水和氧气经泵(2)加压后送入预热器(5)混合；
2)预热，将高压污水和高压氧气在预热器(5)中用热交换水加热后送入接收器(6)；
3)加热使高压污水和氧气混合液超临界反应，高压污水和氧气混合液在接收器(6)里经太阳能集热装置(7)加热后反应或流入超临界反应器(8)经过电加热反应；
4)气液分离，污水和氧气在超临界反应器(8)反应结束后流入缓冲器(9)降温、降压后流入气液分离器(10)完成气液分离。
6.如权利要求5所述的太阳能加热超临界水污水处理方法，其特征是：所述的步骤1中加压的压力为22.1～25.00MPA。
7.如权利要求5所述的太阳能加热超临界水污水处理方法，其特征是：所述的步骤2中预热为预热到50～100摄氏度。
8.如权利要求5所述的太阳能加热超临界水污水处理方法，其特征是：所述的步骤3中的超临界反应温度为374～500摄氏度。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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