CN103086496B - 一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统，包括超临界水氧化反应釜、换热器、集控器、贮水罐、渣水罐、回水加热器、脱氨塔、氧压缩机和进水泵；所述的氧压缩机和进水泵连接至超临界水氧化反应釜的进水，超临界水氧化装置的出口与换热器相连接，换热器和贮水罐的出口均与回水加热器的下部相连接，所述的回水加热器上部与贮水罐的进口相连接，回水加热器的底部与脱氨塔相连接，回水加热器的顶部设有排气孔，所述的集控器与贮水罐、渣水罐和回水加热器连接。与现有技术相比，本发明既可以高效处理难降解含氮有机污染物，又可以大大降低出水中氨氮的浓度，且不易造成设备堵塞，具有能耗低、成本低廉、运行连续高效、结构简单、可自动控制的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统，具体是通过超临界水氧化反应釜彻底氧化废水中的有机物，同时利用出水的热量加热蒸发脱氮的处理系统。
背景技术
超临界水氧化（supercritical water oxidation，SCWO）技术环境友好，用途广泛，是一种极具前景的绿色水处理技术。在超临界状态下，有机物、氧气或空气能够与水互溶，有机物被迅速氧化成CO2、H2O等小分子化合物，可以高效去除废水中的难降解有机物（99.9%以上）。经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利号200920315890.X名称为：超临界水氧化装置。根据该技术自述，超临界水氧化装置可以将超临界水热反应产生的泥浆从底部分离排出，不易造成设备堵塞，可连续处理高固体含量流体。此外，该装置的产物包括水、气体和固体的混合物，其排放气体中无NOx，酸气（如HCl或SOx等）和粉尘微粒等，CO的含量低，完全符合排放气体标准。
该超临界水氧化装置的不足在于：对废水中的氨氮和氮氧化物去除率较低，出水中所含的氮化合物进入水体环境，会造成水质的恶化，影响渔业、农业和城镇环境质量，进而影响人体健康。其中，氨氮是各类型氮中危害影响最大的一种形态，是水体受到污染的标志。作为水体中的一种营养素，氨氮可为藻类生长提供营养源，增加水体富营养化发生的几率。同时在氧气充足的情况下，氨氮可被微生物氧化为亚硝酸盐氮，进而分解为硝酸盐氮，亚硝酸盐氮与蛋白质结合生成亚硝胺，具有致癌和致畸作用。随着水体富营养化问题的日益严重和人们对氮化合物危害环境质量认识的逐步深入，废水处理中对氨氮和氮氧化物的处理标准日益严格。目前，排放高氨氮难降解有机废水的行业主要集中在石油化工、有色金属化学冶金、化肥、味精、肉类加工和养殖等，超临界水氧化装置难以处理高氨氮难降解的有机废水。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动运行，节能减排，成本低廉，结构简单，可用于处理高氨氮难降解的有机废水的内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统，其特征在于，包括超临界水氧化反应釜、换热器、集控器、贮水罐、渣水罐、回水加热器、脱氨塔、氧压缩机和进水泵；所述的氧压缩机和进水泵连接至超临界水氧化反应釜的进水，超临界水氧化装置的出口与换热器相连接，换热器和贮水罐的出口均与回水加热器的下部相连接，所述的回水加热器上部与贮水罐的进口相连接，回水加热器的底部与脱氨塔相连接，回水加热器的顶部设有排气孔，所述的集控器与贮水罐、渣水罐和回水加热器连接。
所述的回水加热器和贮水罐之间连有冷却水回流装置，冷却水从回水加热器下部进入，经过搅拌气提后从回水加热器上部流出，利用温度的大幅降低来减少超临界反应釜出水中CO2的含量。
所述的回水加热器内部设有盘式进水管，通过盘式进水管传递热量，溶液被加热后，游离态氨氮通过加热和气提被吹出。
所述的回水加热器包括盘式进水管、搅拌器、冷却水进水管、冷却水出水管、温控器、出水管和排气管；所述的盘式进水管和搅拌器均设置在回水加热器的内部，盘式进水管和换热器连接，冷却水进水管和冷却水出水管都连接至贮水罐，出水管和脱氨塔相连接；回水加热器顶部设有排气管将废气排入大气，温控器连接至集控器。
所述的超临界水氧化反应釜依次连接换热器、回水加热器、贮水罐和渣水罐。
所述的贮水罐中的回流冷却水采用静置24小时后的系统处理出水，充分利用水资源和热能。
内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统在处理废水时，超临界水氧化反应釜1内温度加热到450℃以上，保持反应过程中的压力为18MPa-30.0Mpa。回水加热器6内温度在10-70℃之间。
与现有技术相比，本发明通过系统内的蒸发装置，在高效降解废水中有机污染物的同时，有效去除超临界水氧化装置出水中所含的氨氮，自动运行，节能减排，成本低廉，结构简单，可用于处理高氨氮难降解的有机废水。
附图说明
图1为本发明内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1～2所述，一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统，包括：超临界水氧化反应釜1、换热器2、集控器3、贮水罐4、渣水罐5、回水加热器6、脱氨塔7、三组氧压缩机8和进水泵9。超临界水氧化反应釜1、换热器2和回水加热器6、贮水罐4和渣水罐5依次相连，氧压缩机8和进水泵9连接至超临界水氧化反应釜1。集控器3分别与贮水罐4、渣水罐5和回水加热器6连接，用以控制各设备协调有序运行。回水加热器6还与脱氨塔7连接。
系统设有一进水口和一出水口，所述进水口设置在所述超临界水氧化反应釜的进水口；所述出水口设置在所述脱氨塔的出水口。
回水加热器6包括盘式进水管、搅拌器、冷却水进水管、冷却水出水管、温控器、出水管和排气管。盘式进水管和搅拌器均设置在回水加热器6的内部，盘式进水管和换热器连接，冷却水进水管和冷却水出水管都连接至贮水罐，出水管和脱氨塔7相连接。回水加热器6顶部设有排气管将废气排入大气，温控器则连接至集控器3。
具体地，内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统在处理废水时，超临界水氧化反应釜1内温度加热到450℃以上，保持反应过程中的压力为18MPa-30.0Mpa。回水加热器6内温度在10-70℃之间。
贮水罐4里贮存的是静置24小时后的系统处理出水，将该部分水用作回流的冷却水可以节约大量的水资源，吸收换热器2出水中的热量，降低溶液中CO2的溶解度，从而提高溶液的pH值，实现系统pH值的自动调节。
以下对本发明一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统的工作过程进行详细说明。
废水由进水泵9进入输水管道，氧压缩机8为超临界水氧化反应釜1提供高压。在高温高压（温度大于374.2℃，压力大于22.1MPa）的反应条件下，废水中的有机物被迅速氧化成CO2、H2O等小分子无机物，反应时间极短。在超临界状态下，即使是废水中难降解的有机化合物也可以被有效去除，且去除率在99.9%以上。超临界水氧化反应釜1的出水进入换热器2，该步骤可传输废水中65%～75%的热量。出水通过盘式进水管进入回水加热器6，出水温度约为70℃，回水加热器的温度在室温20℃左右，此时在温控器的感应和集控器3的调节下，冷却水进水阀和出水阀都是关闭的。同时，盘式进水管具有传热性能高、传输距离远、传热温差小且安装灵活方便等优点，可以高效吸收回水加热器6中的溶液的热量，快速提高温度。因此，随着废水中游离态氨氮的溶解度的降低，部分氮氧化物和氨氮气体会被蒸发出去，从排气管排出。此外，搅拌器的连续搅动，使得小部分空气或氧气进水回水加热器6，也起到提升气体的作用。当温度提高到50℃时，同样在温控器的感应和集控器3的调节下，冷却水进水阀和出水阀都会开启。利用贮水罐4里已静置24小时的系统处理出水，回水加热器6里溶液的温度会逐渐降低，在搅拌器的协同作用下，溶解在废水中的CO2会减少，使溶液的碱度提高，pH值提升到10左右。在碱性条件下和降温的过程中，废水中剩下的小部分游离态氨氮会被彻底的蒸发出去。内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统的处理出水氨氮浓度为7.5mg/L，符合10mg/L的排放标准，并且进入脱氨塔7的输水管道排放。而当温度降低到25℃时，在温控器的感应和集控器3的调节作用下，冷却水进水阀和出水阀会再次关闭，如此循环反复，连续进出水，形成自动控制的降解有机物并蒸发脱氮的超临界水氧化系统。
本发明是一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化系统，可连续处理高氨氮高固体含量流体。通常换热器可以提取超临界水氧化反应釜出水中65%—75%的热量，本系统在回水加热器内部设有盘式的进水管，用来传递换热器出水中的余热，同时起到去除氨氮的作用。在处理废水时，回水加热器的盘式进水管加热溶液，温度升高，部分游离态的氨氮通过加热和气提被吹出。搅拌器的连续搅动，有效加速这一过程的进行。并且，回水加热器和贮水罐之间连有冷却水回流装置，冷却水从回水加热器下部进入，同样经过搅拌气提后，从回水加热器上部流出，利用温度的大幅降低来减少超临界反应釜出水中CO2的含量，剩余在废水中的绝大部分游离态氨氮会被彻底的蒸发出去。冷却水是静置24小时后的系统处理出水，合理利用废弃物，减少能源消耗。综上所述，与现有技术相比，本发明既可以高效处理难降解有机污染物，又可以大大降低超临界水氧化反应釜出水中氨氮的浓度，并且不易造成设备堵塞，具有能耗低、成本低廉、运行连续高效、结构简单、可自动控制的优点。
Claims (6)
1.一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，包括超临界水氧化反应釜、换热器、集控器、贮水罐、渣水罐、回水加热器、脱氨塔、氧压缩机和进水泵；所述的氧压缩机和进水泵连接至超临界水氧化反应釜的进水，超临界水氧化装置的出口与换热器相连接，换热器和贮水罐的出口均与回水加热器的下部相连接，所述的回水加热器上部与贮水罐的进口相连接，回水加热器的底部与脱氨塔相连接，回水加热器的顶部设有排气孔，所述的集控器与贮水罐、渣水罐和回水加热器连接。
2.根据权利要求1所述的一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，所述的回水加热器和贮水罐之间连有冷却水回流装置，冷却水从回水加热器下部进入，经过搅拌气提后从回水加热器上部流出，利用温度的大幅降低来减少超临界反应釜出水中CO2的含量。
3.根据权利要求1所述的一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，所述的回水加热器内部设有盘式进水管，通过盘式进水管传递热量，溶液被加热后，游离态氨氮通过加热和气提被吹出。
4.根据权利要求1所述的一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，所述的回水加热器包括盘式进水管、搅拌器、冷却水进水管、冷却水出水管、温控器、出水管和排气管；所述的盘式进水管和搅拌器均设置在回水加热器的内部，盘式进水管和换热器连接，冷却水进水管和冷却水出水管都连接至贮水罐，出水管和脱氨塔相连接；回水加热器顶部设有排气管将废气排入大气，温控器连接至集控器。
5.根据权利要求1所述的一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，所述的超临界水氧化反应釜依次连接换热器、回水加热器、贮水罐和渣水罐。
6.根据权利要求1所述的一种内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置，其特征在于，所述的内置蒸发脱氮的超临界水氧化装置在处理废水时，超临界水氧化反应釜内温度加热到450℃以上，保持反应过程中的压力为18MPa-30.0Mpa；回水加热器内温度在10-70℃之间。
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