CN103848528A - 流体净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体净化系统，包括：反应箱，通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压来净化所述净化目标流体；压碎机，压碎有机固体废物以获得有机压碎产品；混合器，混合有机压碎产品和液体以获得高浓度有机浆。

Description

流体净化系统

技术领域

本发明涉及一种包括反应箱的流体净化系统，所述反应箱通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压而对净化目标流体进行净化。

背景技术

使用活性污泥进行生物处理的方法一般作为一种净化有机废水的方法，有机废水是比如人类排泄物、污水、社区污水、动物排泄物或者来自于食品工厂的废水。然而，所述方法在浓度不变的情况下不能处理高浓度有机溶剂废水，所述有机溶剂废水干扰了活性污泥中微生物的活性，或者不能处理包含不可生物降解的塑料细粒的废水。所述方法还不能处理包含大量持久性有机物质的废水，持久性有机物质是比如由于微生物的原因而具有低分解速度的油。

另一方面，近年来，研发了一种废水净化装置，其通过氧化地分解废水中的有机物质同时对废水和氧化剂(比如空气)进行加热和加压而净化废水。例如，在专利文件1中描述的装置作为废水净化装置而被熟知。所述废水净化装置构造成对反应箱中的废水和空气进行加热和加压，从而将废水中的水变成超临界水。所述超临界水是一种处于具有介于液体和气体之间属性的状态的水。当温度超过水的临界温度，并且压力超过水的临界压力时，所述状态发生。在反应箱中的超临界水中的某一时刻，有机物质发生氧化分解。

还已知一种废水净化装置，其通过将作为亚临界水的废水和空气进行混合而不是将废水变成超临界水来氧化分解废水中有机物质。与超临界水相比，所述亚临界水处于具有更接近于液体的属性的状态，并且通过对水进行加热的同时以低于临界压力的压力对水进行加压而获得。在反应箱中将废水变成亚临界水的某一时刻氧化分解有机物质。

在高温和高压的条件下通过将废水和空气变成超临界或者亚临界状态而氧化分解废水中的有机物质的构造下，可优选地净化不能通过生物处理来净化的高浓度有机溶剂废水。还能够优选地净化包含塑料细粒的废水、包含持久性有机物质的废水等。

然而，这种构造的运行成本是高昂的，因为它为了利用加热器将反应箱中的废水温度增加到接近反应温度会消耗大量能量。

发明内容

本发明人通过实验发现可优选地通过利用加热和加压将反应箱中的废水或者有机溶剂变成过热蒸汽状态而氧化分解有机物质。然而，当如上所述般净化废水、有机溶剂等时，由于这种构造消耗大量能量来加热，所以运行成本增加。

在考虑到上述条件下进行本发明，本发明之目的是提供一种流体净化系统，所述流体净化系统能够降低用于加热净化目标流体(比如废水或者有机溶剂)的运行成本。

为了实现上述目的，本发明的一个实施例提供了一种流体净化系统，包括：反应箱，通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压，从而对净化目标流体进行净化；压碎机，压碎有机固体废物以获得有机压碎产品；混合器，混合有机压碎产品和液体，以获得高浓度有机浆；以及混合泵，把净化目标流体和高浓度有机浆混合起来，以将它们泵送至反应箱。

本发明的一个实施例还提供了一种流体净化系统，包括：反应箱，通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压，从而对净化目标流体进行净化；压碎机，压碎有机固体废物以获得有机压碎产品；混合器，混合有机压碎产品和液体，以获得高浓度有机浆；以及浆泵，将高浓度有机浆与净化目标流体分离地泵送至反应箱。

附图说明

附图意在提供对本发明的进一步理解，并包含在本说明书中且作为说明书的一部分。附示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是示出根据实施例的流体净化系统的反应箱的纵向剖面图；

图2是示出所述反应箱的分解纵向剖面图；

图3是示出行星式球磨机的示意图；

图4是示出行星式球磨机的压碎箱的内部的示意图；

图5是示出旋切研磨机的示意图；

图6是示出根据第一实施例的流体净化系统的示意图；

图7是示出根据第三实施例的流体净化系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，描述根据本发明的流体净化系统的一个实施例。

首先，描述根据本发明实施例的流体净化系统的基本构造。图1是示出根据实施例的流体净化系统的反应箱20的纵向剖面图。图2是示出所述反应箱20的分解纵向剖面图。内管22是由耐酸性的钛(Ti)制成的管。除了使用由钛制成的管，可以使用由Ta、Au、Pt、Ir、Rh或者Pd制成的管。可以使用由包含Ti、Ta、Au、Pt、Ir、Rh和Pd中的至少一种的合金制成的管。

外管21是由具有突出强度的金属材料(比如不锈钢(SUS304、SUS316)或镍铬合金625)制成的管。反应箱20的内部压力被控制至0.5-30MPa的高压，优选5-30MPa。外管21具有耐高压的厚度以忍受所述高压。相比之下，因为内管22需要具有耐腐蚀性，所以内管22由具有突出耐腐蚀性能的钛材料制成。

被未示出的原水供应泵泵送到反应箱20的高浓度有机浆S和废水W进入原水传输管15。原水传输管15连接到流管26，流管插在具有入口接头17的反应箱20的入口侧。从原水传输管15传输到反应箱20废水W和高浓度有机浆S在内管22中流过流管26。然后，废水W和浆S沿着纵向方向在内管22内向下移动。

另一方面，利用未示出的原水供应泵泵送进反应箱20中的空气A流进外管21和内管22之间的空间中。然后，空气A沿着纵向方向在管之间的空间内向上移动。内管22包括位于其上端的槽，所述槽的直径基本上相似于管的内径，并且管横断面的中心线作为中心。将废水W和高浓度浆S引入内管22中的流管26的前端部分经由所述槽插入内管22。流管26的前端部分的外径稍稍小于内管22的内径，使得在内管22中，一空间形成在流管26的外周表面和内管22的内周表面之间。在外管21和内管22之间的空间内移向上端的空气A经由所述空间进入内管22，同时围绕内管22的上侧移动。

内管22的内部处于高压和高温。所述温度是100-700℃，优选为200-550℃。在开始驱动流体净化系统时，对内管22中的废水W、高浓度有机浆S和空气A的混合流体进行加压，但是它的温度并不是非常高。因此，开始驱动时，下文描述的可编程定序器加热覆盖外管21的外周表面的加热器，并将内管22中的混合流体的温度增加至200-550℃。

在内管22中的混合流体的温度增加时，内管22中的有机物质开始氧化分解。通过来自于内管22的外周表面和外管21的内周表面的热传导预先加热气体A，所述气体A在内管22和外管21之间的空间内向上移动，同时接触外管21的内周表面和内管22的外周表面。

从有机氯化物的氯基衍生的盐酸或者从磺酰基衍生的硫酸盐(比如氨基酸)在内管22中生成，从而在内管22的内壁中提供了强酸属性。因此，由具有突出耐腐蚀性能的钛制成的管适用于内管22。然而，钛是一种非常昂贵的材料，使得如果内管22的厚度增加成具有耐高压的厚度，那么成本将极大地增加。由于这个原因，外管21布置在内管22外部，使得由价格比钛低的不锈钢等制成的外管21获得所需的耐压性。通过泵送的空气A，内管22和外管21之间的空间内的压力值基本上等于内管22中的压力值，使得大压力并不施加到由薄钛制成的内管22。

蜂窝状结构的催化剂25以一种姿态沿纵向方向布置在内管22的整个区域中沿流体传输方向的下游侧区域(位于下端侧的区域)，使得多个管状空间沿内管22的管轴线方向放置。所述催化剂25由促进包含在废水W和高浓度有机浆S中的氨氮或有机物质的氧化分解的材料制成。所述材料包括Ru、Pd、Rh、Pt、Au、Ir、Os、Fe、Cu、Zn、Ni、Co、Ce、Ti或者Mn。所述材料可以是包含上述材料中的至少一种的化合物。

包含在废水W或高浓度有机浆S中的大部分有机物质沿纵向方向在内管22的前方区域中氧化分解，但是氨氮或者有机物质的氧化分解由催化剂25促进，所述氨氮或者有机物质即使在经过前方区域之后也不发生氧化分解。在所述构造下，即使当持久性有机物质包含在废水W中时，它也能够优选地进行氧化分解。即使当大量氨氮包含在废水W中时，它也能够轻易地进行氧化分解。

位于内管22下端部分中的混合流体(W+S+A)的有机物质或无机化合物几乎完全氧化分解。净化流体传输管16经由出口接头18连接到内管22的下端部分。通过有机物质的氧化分解而净化的混合流体进入净化流体传输管16中。

0.5-30MPa(优选5-30MPa)的范围能够充当施加到内管22中的混合流体的压力的示例。通过连接到净化流体传输管16的未示出的出口阀而调整内管22中的压力。当内管22中的压力变得高于临界值时，出口阀自动打开，以排出内管22中的混合流体。内管22中的压力维持在预定范围内。

100-700℃(优选200-500℃)的范围是内管22中的混合流体的温度的示例。通过开启或者关闭上述加热器而调整所述温度。

当采取374.2℃或者更高的温度以及22.1MPa或者更高的压力作为温度和压力的状态时，所述温度和压力分别超过内管22中水的临界压力和临界温度，并且也分别超过了内管22中空气的临界压力和临界温度。因此，混合流体变成了超临界流体，其具有介于液体和气体之间的中间属性。在超临界流体中，有机物质优选地溶解，并且优选地与空气接触，使得有机物质的氧化分解快速地进行。

通过采用200℃或者更高的温度(优选374.3℃或者更高)以及小于22.1MPa的相对高压(优选10MPa或者更高)作为温度和压力的状态而使内管22中的混合流体中的废水成为过热蒸汽。

在内管22中的高温和高压混合流体下，混合流体中的有机物质和氨氮进行氧化分解。有机物质和氨氮氧化分解的混合流体从反应箱20排出。

供给进反应箱20中的高浓度有机浆S具有作为原材料的有机固体废物。根据实施例的流体净化系统包括压碎机，所述压碎机将有机固体废物压碎，同时与液体混合以获得高浓度有机浆。通过压碎机获得的高浓度有机浆S与废水W混合，所述混合物被泵送至反应箱20。为了完成泵送，根据实施例的流体净化系统包括混合泵或者浆泵，所述混合泵将废水W和高浓度有机浆S进行混合，并且将所述混合物泵送至反应箱20，所述浆泵把高浓度有机浆S以与废水分离的方式泵送至与流管26。

根据反应箱20中的氧化分解，向反应箱20供给的高浓度有机浆S产生热，并且对反应箱中的废水W和空气A进行加热。通过将由有机固体废物制成的高浓度有机浆S转化成反应箱20中的热能，与并未向反应箱20供给高浓度有机浆S的情况下相比，通过加热器对反应箱20的加热量降低了。因此，用于加热混合流体的运行成本降低了。

接着，描述根据实施例的流体净化系统，另外特征构造施加到根据示例的流体净化系统。此外，根据示例的流体净化系统的构造与实施例的构造相同，除非它被特别地提及。

本发明人关注于作为有机固体废物的用过的热敏纸或粉碎残渣，有机固体废物是高浓度有机浆S的原材料。通过利用粉碎机粉碎印刷纸来获得粉碎残渣，以保护信息。难以将粉碎残渣作为再生纸重新使用，这是因为纸纤维已经被粉碎了。为此，粉碎残渣通常作为待燃烧的可燃垃圾进行处理，而不会作为可回收垃圾重新利用。所述热敏纸的优点是在不使用油墨或者调色剂的情况下记录图像，缺点是难以重新使用，在所述热敏纸中，包含细粒基础无色染料、着色剂、感光剂、无机颜料等的热层层压在原材料的表面上。根据纸张回收促进中心规定的质量标准，所述热敏纸归为禁忌产品B，并且与造纸原料的混合不是优选的。因此，用过的热敏纸不再重新用于生产再生纸。其通常被燃烧，并且很少被重新利用。通过使用粉碎残渣或热敏纸(通常被燃烧)作为高浓度浆S的原材料可有地利用资源。

除了利用加热器进行加热使得温度增加之外，通过根据有机物质的氧化分解产生的热也增加了内管22中的混合流体的温度。当许多有机物质被供给进内管22时，有时仅通过在许多有机物质的氧化分解中产生的大量热便使混合流体的温度增加至期望温度。在这种情况下，通过加热器进行加热仅在开始启动系统时进行，在开始氧化分解之后，可以关闭所述加热器。

当净化具有相对低的有机物质浓度的废水W时，仅在开始时使用加热器之后，有必要向反应箱20供给非常高浓度的有机浆，以仅通过有机物质的氧化分解产生的热使混合流体的温度增加至期望温度。当使用纸作为原材料时，认为在高浓度有机浆中纸的浓度最低至少是大约4％(重量)。

本发明人进行了实验，所述实验精细地利用压碎机压碎粉碎残渣，并生产包含浓度为4％(重量)的纸的高浓度有机浆S。

首先，进行实验1。特别地，已印刷的热敏纸被粉碎机粉碎成大约3×8[mm]的条。通过使用打浆机使热敏纸的纤维(一般用于造纸工艺中)形成原纤维，同时将混合条和纯水，以获得4％(重量)的高浓度有机浆。将所述高浓度有机浆放在一升的量筒中，并且将所述浆留置一段时间。然后，纸的纤维沉积在量筒的底部。用手强烈地摇晃所述量筒以分散沉积的纸纤维。然而，所述纤维并未全部分散，并且作为沉积物保留在底部。当上下颠倒放置量筒时，仅有水溢出，所述纤维以堆叠形式保留在量筒底部，从而像棉花一样坚固地凝聚在一起。根据通过显微镜对纤维的观察，长度为800-900[μm]的纤维复杂地缠绕在一起。更确切地，每根纤维被分成大约800-900[μm]的长度，但是所述纤维复杂地缠绕在一起，使得形成一个较大的棉块。尽管对复杂缠绕的纤维进行剧烈地摇晃，但是它们未被拆散，仍然以棉块的形式存在。

包含这种棉块的高浓度有机浆不能进行泵送。更确切地，纸纤维棉块在浆泵的抽吸侧堆叠在管中，使得纸纤维棉块无法移动。因此，它无法通过浆泵抽吸。为此，高浓度有机浆不能用于实施例的流体净化系统，因为其不能被泵送到反应箱20。

因此，本发明人进行实验2。更确切地，用粉碎机粉碎成的大约3×8[mm]的条(热敏纸)通过OSAKA CHEMICAL Co.,Ltd.，制造的WonderBlender压碎，并且获得棉线压碎产品。作为通过显微镜观察压碎产品的结果，观察的纤维长度与实验1中的纤维长度并没有极大地不同。然而，来自产品的颗粒(产品纤维可被切割)粘附在Wonder Blender的盖上。在进行产品的IR分析之后，主要组分是纤维素。为此，清楚的是，一部分纸纤维被精细地切割成颗粒。生产出包含4％(重量)浓度的压碎产品的高浓度有机浆。然而，与实验1相似，凝聚的纤维棉块粘附在与实验1相似的量筒的底部上。

接着，进行实验3。更确切地，将纯水添加至压碎产品，所述压碎产品是通过使用由OSAKA CHEMICAL Co.，Ltd.，制造的Wonder Blender压碎所述条而获得的，并搅动所述水和压碎产品。在转子R1、筛子S2.0-24、15000[rpm]的条件下通过使用由MTECHNIQUE制造的Clearmix对压碎产品进行5分钟的进一步压碎过程，但是压碎产品中的纤维没有被进一步粉碎。通过添加PVA进行相似的压碎过程以通过增加的粘性来提高剪切力，但是所述纤维未被进一步地粉碎。

接着，进行实验4。更确切地，通过使用由IKA,Co.,Ltd.制造的MagicLab粉碎机粉碎纸而获得大约3×8[mm]的条。在利用由IKA,Co.,Ltd.制造的Magic Lab的一个以及两个叶片，并且转速为15000-20000[rpm]的条件下，对条进行压碎过程。特别地，40g的条逐步地放入960g纯水中，并且在大约60分钟之后完成压碎过程。在通过显微镜观察所获得的4％(重量)的浆之后，观察到长度为800-900[μm]的纤维，其相似于用打浆机获得的原纤化纤维。这些纤维复杂地缠绕在一起以形成一个块。清楚的是，与实验1相似，泵送是不可能的。

如上所述，即使在重复尝试和误差之后，本发明人仍不能获得良好的结果，正要放弃使用纸作为高浓度有机浆的原材料。然而，本发明人最终使用压碎机(所谓的行星式球磨机)获得了良好的结果。更确切地，进行下述实验5。即，行星式球磨机作为压碎机而制备。稍后描述所述行星式球磨机的构造。规则的纸通过粉碎机粉碎成大约3×8[mm]大小的条。容量为250ml且由氧化锆制成的箱制备为行星式球磨机的压碎箱。在压碎箱中放入10g条以及六个直径为25mm的球且密封所述箱之后，将所述压碎箱置于行星式球磨机的旋转基底上。然后，在320[rpm]下进行10分钟的压碎过程。在从压碎箱中取出压碎产品并从外观上确认所述压碎产品之后，纤维仍没有被明显地压碎，但是它们被粉碎成在某种角度下能够确认一定水平上的降低。为了进一步粉碎纤维，将50个直径为10[mm]的氧化锆球放入上述压碎箱中。在400[rpm]下进行10分钟的压碎过程。之后，从压碎箱中提取出压碎产品，并视觉地地确认压碎产品。结果，所述纤维被打碎，但是确认了未被压碎的碎片。在400[rpm]下进一步进行10分钟的压碎过程。然后，通过使用筛子分离压碎产品、球以及未被压碎的纤维。与通过仅进行10分钟的压碎过程获得的压碎产品相比，这样获得的压碎产品明显被进一步粉碎。在通过显微镜测量粉末状压碎产品的长度分布之后，分布中心为约21[μm]。压碎产品以4％(重量)的浓度与水混合。将混合产品放入量筒中，并且留置一会。在确认压碎产品沉积在量筒底部之后，摇晃量筒，使得沉积的压碎产品优选地分散在表层清水中。相应的纤维以预定几百[μm]的直径缠绕在一起，并且直径是几百[μm]的纤维凝聚体优选地分散在水中，这与在实验1-4中形成一个大棉块的压碎产品明显不同。

当获得如上所述的具有优选扩散性纤维的高浓度有机浆时，位于浆泵的抽吸侧或排放侧的管不会被棉块封闭，使得能够泵送所述浆。为了有效地压碎纸纤维，优选地，在压碎过程进行一定时间后，在通过筛子移除未被压碎的纤维后，继续进行压碎过程。

接着，进行实验6、7以确认行星式球磨机的效率。在实验6中，制备容量为125[ml]的不锈钢箱作为压碎箱。在所述压碎箱中放入10g条以及六个直径为20[mm]的球并密封所述压碎箱之后，将压碎箱置于行星式球磨机的旋转基底上。在400[rpm]下进行30分钟的压碎过程后，筛选从压碎箱中移除的压碎产品。在检查分离后的压碎产品中的纤维的长度分布之后，将所有纤维压碎成100[μm]或更小的长度。分布的中心值为约35[μm]。压碎产品以4％(重量)的浓度与水混合。将所述混合产品放入量筒中，并且留置一会。当确认压碎产品沉积在量筒底部之后，摇晃量筒，使得沉积的压碎产品优选地分散在表层清水中。

在实验7中，制备容量为250[ml]的氧化锆压碎箱。在所述压碎箱中放入10g条以及六个直径为20[mm]的球并密封所述压碎箱之后，将压碎箱置于行星式球磨机的旋转基底上。在400[rpm]下进行25分钟的压碎过程后，筛选从压碎箱中移除的压碎产品。在检查分离后的压碎产品中的纤维的长度分布之后，将所有纤维压碎成100[μm]或更小的长度，分布的中心值为约39[μm]。压碎产品以4％(重量)的浓度与水混合。将所述混合产品放入量筒中，并且留置一会。当确认压碎产品沉积在量筒底部之后，摇晃量筒，使得沉积的压碎产品优选地分散在表层清水中。

所述行星式球磨机包括旋转基底901和压碎箱903，所述旋转基底901进行驱动并绕转轴902旋转，例如，如图3所示，压碎箱沿径向方向可旋转地保持在旋转基底901中，靠近旋转基底901的外边缘。大齿轮904固定到转轴902，并与旋转基底901一起绕转轴902旋转。另一方面，可旋转地保持在旋转基底901中的压碎箱903包括未示出的转轴。箱齿轮905固定到压碎箱903的转轴，并与大齿轮904啮合。

当旋转基底901旋转时，压碎箱903绕旋转基底901的转轴902公转。所述压碎箱903通过箱齿轮905与旋转基底901的齿轮902的啮合而绕转轴旋转。压碎箱903绕转轴旋转的同时绕转轴902公转。

如图4所示，压碎目标910和球906容纳在压碎箱903中。对压碎箱903的内周表面进行粗加工处理。在压碎箱903响应于行星式球磨机的驱动而公转和旋转时，通过公转产生的离心力作用在压碎箱903中的压碎目标910和球906上，如图中的直箭头所示。因此，球906坚固地压在压碎目标910上，同时压碎目标910压在压碎箱903的内周表面上。所述球906根据压碎箱903的旋转沿箭头方向旋转。因此，所述压碎目标910与压碎箱903的内周表面进行剧烈地摩擦，从而压碎所述压碎目标910。

接着，本发明人研究作为压碎机的旋切研磨机的有效性，其具有与行星式球磨机的构造不同的构造。图5是示出旋切研磨机的示意图。所述旋切研磨机905包括壳体951、壳体门952、筛子953、转子954、旋转叶片955以及固定叶片956。三个旋转叶片955均绕旋转轴线在具有120[°]相位差位置公转，并固定到转子954。四个固定叶片956固定在旋切研磨机950的内部。所述固定叶片956的叶片边缘靠近旋转叶片955的叶片边缘的公转轨道。

从未示出的槽供给的待压碎的原材料经由设置在转子954上部的开口引入旋切研磨机950内部，并且在公转的旋转叶片955和固定叶片956之间被切割。所述筛子953布置在转子954下方，旋切研磨机950内部的空气经由筛子953的网孔利用未示出的抽吸装置吸到外面。在旋转叶片955和固定叶片956之间切割的部件的一部分仅通过网孔排到外面，所述部件被粉碎成比筛子953的网孔更小。

平板叶片用作旋转叶片955和固定叶片956，并具有易于更换、重新抛光以及精确调整的特征。在图5中，仅仅示出一个筛子953，但是均具有不同网孔直径的多个筛子953可以一定间隔重叠。比开口更大的压碎原材料预先被切割或者设定成能够通过开口的尺寸，例如，折叠起来。此外，当使用纸作为压碎原材料时，可一次放入一个至五个薄片，但是优选地，以预定精度定量地施加薄片，以使切割件的尺寸均匀。

本发明人进行实验8、9以确认旋切研磨机的有效性。在实验8中，纸被切割成大约200×2000[mm]的尺寸，并且网孔直径为1[mm]的筛子953设置在旋切研磨机950中。响应于抽吸装置的启动，转子954开始旋转以用于压碎纸。然后，作为压碎原材料的所述纸从槽中供给出，并且继续进行大约一个小时的压碎过程。

在实验9中，纸被切割成大约200×2000mm的尺寸，并且网孔直径为0.5[mm]的筛子953设置在旋切研磨机950中。与实验8相似，在启动抽吸装置时，转子954开始旋转以用于压碎纸。然后，作为压碎原材料的所述纸从槽中供给出，并且继续进行大约一个小时的压碎过程。与在实验8中获得的压碎产品相比，通过筛子953的网孔获得的压碎产品明显是精细的产品。

在实验8、9中获得的压碎产品以4％(重量)的浓度与水混合，将混合产品放入量筒中。将混合产品留置一会。与利用行星式球磨机获得的压碎产品类似，当确认了压碎产品沉积在量筒的底部之后，摇晃所述量筒，使得所述压碎产品优选地分散在表层清水中。相应的纤维以预定尺寸缠绕。然而，通过缠绕形成的纤维尺寸小于或等于筛子953的网孔直径，并且未形成大棉块。具有大约几百[μm]的纤维凝聚体优选地分散在水中。

接着，描述根据每个实施例的流体净化系统。首先，描述根据第一实施例的流体净化系统。基于上述实验6、7的结果，在根据第一实施例的流体净化系统中，用过的纸或粉碎残渣充当高浓度有机浆的原材料的有机固体废物。所述流体净化系统包括作为压碎机的行星式球磨机。图6是示出根据第一实施例的流体净化系统的示意图。根据第一实施例的流体净化系统包括原水箱1、原水搅拌器2、原水供应泵3、原水压力计4、原水出口阀5、氧化剂泵6、氧化剂压力计7、氧化剂出口阀8、热交换器9、热介质箱10、热交换器泵11以及出口压力计12。根据第一实施例的流体净化系统还包括反应出口阀13、气液分离器14、反应箱20、反应箱温度计24、反应箱入口阀30、粉碎机41、行星式球磨机42、纸粉斗43、纸粉输入阀44、水箱45、水供应泵46以及浆搅拌器47。根据第一实施例的流体净化系统还包括浆箱48、浆泵49、浆出口阀50以及未示出的控制器。

所述控制器包括由漏电断路器、电磁开关、热动继电器等的组合构成的供电电路。供电电路的数量对应于驱动器的数量。利用来自可编程定序器的控制信号开启或关闭供电电路的电磁开关，以单独地控制每个驱动器的电源的开启或关闭。

原水压力计4、氧化剂压力计7以及出口压力计12均输出与压力的检测结果相对应的电压。反应箱温度计24输出与温度的检测结果相对应的电压。当从每个测量装置输出的电压通过未示出的A/D转换器分别转换成数字数据之后，将数字数据输入可编程定序器中作为感测数据。基于所述感测数据，可编程定序器控制各驱动装置的驱动。

包含有机物质的净化目标流体的未净化的废水W保留在原水箱1中。所述废水W由有机溶剂废水、来自造纸过程的造纸废水以及来自调色剂制作过程的调色剂制作废水中的至少一种制成。造纸废水和调色剂制作废水包含持久性有机物质。

原水搅拌器2搅动保留在原水箱1中的废水W，使得包含在废水中的悬浮固体均匀地分散，以使有机物质的浓度均匀。在原水箱1中的废水W通过原水供应泵3朝向反应箱20连续地进行泵送。

原水出口阀5充当止回阀。原水出口阀5允许从原水供应泵3泵送的废水W流向预处理器100，同时原水出口阀5阻断相反方向的流动。

操作者将用过的热敏纸作为用过的纸放在粉碎机41中以粉碎成细条。此外，作为高浓度有机浆的原材料，当使用粉碎残渣作为用过的纸时，将所述粉碎残渣设置在下述行星式球磨机42中而不将粉碎残渣放入粉碎机41中。当使用来自造纸过程的废纸时，与作为高浓度有机浆的原材料的用过的热敏纸相似，将废纸放入粉碎机41中。当操作者将利用粉碎机41获得的粉碎残渣和条设置在行星式球磨机42中之后，粉碎残渣和条被压碎成纸粉，所述纸粉放入纸粉斗43中。操作者手动地将用过的热敏纸放入粉碎机41中，将条设置在行星式球磨机42中，并且将纸粉设置在纸粉斗43中。然而，连续的构造应用于行星式球磨机42等，使得所述设备是自动化的。特别地，当来自粉碎机41的条被包括旋转叶片的压碎机粗略地压碎时，所获得的粗加工纸粉被连续地放入行星式球磨机42中，并且从行星式球磨机42获得的细小纸粉被连续地放入纸粉斗43中。在JP H07-171430A中描述的研磨机可用作连续的行星式球磨机42的示例。

大锥角锥体置于纸粉斗43的底部，并且纸粉输入阀44置于最下面部分的排泄管中。控制器通过关闭和打开纸粉输入阀44将纸粉定量地输入浆箱48。此外，当纸粉轻易地堆积在排泄管中时，提供了将空气供给进排泄管中的压缩机，使得当打开纸粉输入阀44的同时驱动压缩机之时，可以通过将空气供给进排泄管中而避免所述堆积。

当驱动水供应泵46时，控制器将水箱45中的水定量地供应到浆箱48，同时控制器通过打开纸粉输入阀44将纸粉输入浆箱48中。因此，以预定的比率将纸粉和水放入浆箱48中，从而通过浆搅拌器47进行搅拌。因此获得大于或等于4％(重量)的高浓度有机浆S。高浓度有机浆S中的纸粉的纤维被行星式球磨机42压碎成大约几十[μm]的长度。因此，在未粘合的情况下，所述纤维优选地分散在水中，呈液体状。高浓度有机浆S可通过浆泵49进行泵送。

在浆箱48中搅拌的高浓度有机浆S通过浆泵49连续地且定量地朝向反应箱20泵送。浆出口阀50充当止回阀。所述浆出口阀允许从浆泵49泵送的高浓度有机浆S从所述泵朝向反应箱20流动，同时浆出口阀50阻断相反方向的流动。

连接到原水出口阀5的原水泵送管和连接到浆出口阀50的浆泵送管在路径上连接在一起。即，通过原水出口阀5的废水W和通过浆出口阀50的高浓度有机浆S在路径上连接在一起，从而获得混合浆(W+S)。

如上所述，反应箱20包括由外管21和置于外管21内部的内管22组成的双管结构。

通过原水供应泵3的驱动产生的废水W的流动压力由置于原水出口阀5上游侧的原水压力计4检测，并被输入控制器的可编程定序器中作为感测数据。在原水供应泵3驱动期间，废水W的流动压力基本上等于内管22中的压力。基于在原水供应泵3驱动的期间从原水压力计4检测的压力结果，可编程定序器确定内管22中的压力。

由压缩机构成的氧化剂泵6压缩作为氧化剂而引入的空气，使空气压力基本上等于反应箱20中废水W的压力，并经由氧化剂出口阀8将空气供给到反应箱20。氧化剂出口阀8充当止回阀，并允许来自氧化剂泵6的空气从氧化剂泵6流向反应箱20，同时氧化剂出口阀8阻断相反方向的流动。

当泵送进反应箱20中的空气进入外管21和内管22之间的空间之后，所述空气沿纵向方向流向内管22的入口附近。然后，所述空气与供给进内管22中的混合浆(S+W)混合，从而获得混合流体(W+S+A)。

通过氧化剂泵6的驱动产生的空气相对于反应箱20的流动压力由置于氧化剂出口阀8上游侧的氧化剂压力计7检测，并被输入控制器的可编程定序器中作为感测数据。在氧化剂压力计7驱动期间，空气的流动压力基本上等于反应箱20中的压力。基于在氧化剂泵6驱动期间从氧化剂压力计7检测的压力结果，可编程定序器确定反应箱20中的压力。

基于完全氧化混合浆中的有机物质所需的化学计量氧量来确定通过氧化剂泵6的驱动产生的空气泵送量。更确切地，基于废水W和高浓度有机浆中的有机物质的浓度来计算完全氧化混合浆中的有机物质所需的氧气量，比如废水的COD(化学需氧量)。

空气流量由操作者设定，但是可编程定序器可用于下列情况中，以基于传感器检测的属性结果实施自动修正上述控制范围的过程。即，当包含在废水W中的有机物质的类型是稳定的时候，可使用可编程定序器，并且属性(比如浊度、光透过率、导电性或者比重以及上述氧气量)之间的相关性是相对优选的。

可使用除空气之外的氧气、臭氧和含氧水中的任何一种，或者上述物质的两种或者多种混合物。从控制热量从内管22排出的观点来说，优选地使用比如空气、氧气或者臭氧的气体。气体的热传导率低于液体，使得通过用空气填充管之间的空间，气体可以作为一种热绝缘材料。

外管21的外周表面由加热器23覆盖，所述加热器23加热内管22中的混合流体以及外管21和内管22之间的空气。在内管22中，通过加压和加热所述混合流体(W+S+A)来氧化并分解混合流体中的有机物质或者无机化合物。在这种情况下，基于氧化和分解，高浓度有机浆S中的纤维(例如，纤维素)产生热，从而增加了混合流体的温度。因此降低了由加热器23产生的热量。通过内管22中的有机物质的氧化以及分解而净化的混合流体进入净化流体传输管16中。

净化的混合流体中的水在净化流体传输管16中冷却，并且从超临界状态或者过热蒸汽状态变化成液态净化水。另一方面，混合流体中的氧气或者氮气从超临界状态或者过热蒸汽状态变化至气体状态。通过气液分离器14分离的气体组分由气相色谱仪51检测。当检测到未分解的材料时，从气相色谱仪51接收输出信号的可编程定序器发出警报。通过气相色谱仪51的气体排放到空气中。

另一方面，由气液分离器14分离的净化水的TOC(总有机碳)浓度由TOC分析仪52检测。当由TOC分析仪52检测到浓度超过阀值的总有机碳时，从TOC分析仪52接收输出信号的可编程定序器发出警报。通过TOC分析仪52的净化水保留在净化水箱中。

在所述净化水中，低分子量有机物质(不能通过利用活性污泥的生物处理去除)几乎完全氧化和分解，于是，净化水几乎不包含悬浮物质或者有机物质。所述净化水仅包括少量不能被氧化的无机物质。根据预期目的，它可以像工业用水一样被重新利用。通过利用超滤器施加过滤过程，净化水能够转换为LSI清洁液体等。由气液分离器14分离的气体包括作为主要成分的二氧化碳和氮气。

热交换器9附接到净化流体传输管16的外表面。所述热交换器9的主体包括用于覆盖净化流体传输管16的外表面的外管，并利用热交换流体(比如水)填充净化流体传输管16的外管和外表面之间的空间，以在净化流体传输管16的外表面和热交换流体之间进行热交换。在驱动反应箱20期间，温度非常高的液体在净化流体传输管16中流动，使得热量从净化流体传输管16移到热交换器9中的热交换流体中，从而加热热交换流体。热交换流体在热交换器9中的传输方向与液体在净化流体传输管16中的传输方向相反，以进行逆流热交换。即，热交换流体从反应出口阀13朝向反应箱20供给。这通过热交换泵11实施，热交换泵在抽吸热交换流体的同时将热介质箱10中的热交换流体供给到热交换器9。

通过经过热交换器9而被加热的热交换流体被供给至未示出的动力设备，并有助于驱动涡轮机来发电。未示出的出口温度计在净化流体传输管16中置于反应出口阀13附近，用于检测净化流体传输管16的温度或者在净化流体传输管16中的液体的温度。控制器的可编程定序器控制热交换泵11的驱动，使得由出口温度计得到的检测结果维持在预定值范围内。特别地，当由出口温度计得到的检测结果达到预定上限温度时，所述热交换泵11的驱动量增加以增加热交换流体到热交换器9的供应量，从而改善热交换器9的冷却操作。与此相比，当由出口温度计得到的检测结果达到预定下限温度时，所述热交换泵11的驱动量减少以减少热交换流体到热交换器9的供应量，从而减弱热交换器9的冷却操作。根据上述构造，通过适当地调整热交换量可以将净化流体传输管16中的液体的温度维持在预定范围内。此外，热交换器9可以附接到在反应箱20的外管21，而不是将热交换器9附接到净化流体传输管16。

浆泵49置于根据第一实施例的流体净化系统中，除了废水W，所述浆泵还将高浓度有机浆S泵送至反应箱20(流管26)。然而，可以提供下列构造来代替浆泵49。即，混合泵混合废水W和高浓度有机浆S，并且将混合物泵送至反应箱20。更确切地，提供了一种浆输送泵来代替浆泵49，以通过浆输送泵将浆箱48中的高浓度有机浆S输送至原水箱1中。然后，废水W和高浓度有机浆S在原水箱1中以预定的比率混合以获得混合浆。将混合浆被原水供应泵3泵送至反应箱20。根据该构造，浆搅拌器47、浆箱48、浆输送泵、原水箱1、原水搅拌器2、原水供应泵3等用作混合泵。

反应箱温度计24通过检测反应箱20的温度间接地检测反应箱20中混合流体的温度，或者直接检测反应箱20中混合流体的温度。基于反应箱温度计24的检测结果，可编程定序器获得反应箱20中混合流体的温度(下文称为反应温度)。当反应温度高于预定上限温度时，每单位时间内原水供应泵3的驱动量增加，同时每单位时间内浆泵49的驱动量减小。因此，通过减小高浓度有机浆S与废水W的混合物的比率，降低了每单位时间内相对于反应箱20的有机物质泵送量，从而使反应温度降低至低于上限温度值。与此相比，当反应温度低于预定下限温度时，每单位时间内原水供应泵3的驱动量减小，同时每单位时间内浆泵49的驱动量增加。因此，通过增加高浓度有机浆S与废水W的混合物的比率，增加了每单位时间内相对于反应箱20的有机物质泵送量，从而使反应温度增加至高于下限温度。因此可编程定序器调整有机物质的输入量以将反应温度维持在大于或等于下限温度以及小于或等于上限温度的范围内。

接着，描述根据第二实施例的流体净化系统。考虑到上述实验8、9的结果，用过的纸或粉碎残渣充当有机固体废物，用作根据第二实施例的流体净化系统中的高浓度有机浆的原材料。除了下列几点外，根据第二实施例的流体净化系统的构造与根据第一实施例的流体净化系统的构造相似。

根据第二实施例的流体净化系统包括作为压碎机的旋切研磨机而不是行星式球磨机42。所述压碎机布置在纸粉斗43上，从旋切研磨机950排出的纸的压碎产品通过其自身的重量掉落在纸粉斗43中。使用了均具有不同网孔直径(比如

[μm])的筛子953，它们用在旋切研磨机950中。三个筛子953以预定间隔建立，从而以从大网孔直径开始的顺序将筛子953安置在转子954附近。支撑由三个筛子954组成的筛子组的支撑器由振动器振动。被每个筛子953捕获的压碎产品通过沿振动在筛子表面上移动而从筛子表面的端部重新获得，并再次输送进旋切研磨机950中。

根据上述构造，连续地产生压碎的纸产品，以用作高浓度有机浆的原材料。

接着，描述根据第三实施例的流体净化系统。除了下列几点外，根据第三实施例的流体净化系统的构造与根据第一实施例的流体净化系统的构造相似。

图7是示出根据第三实施例的流体净化系统的示意图。根据第三实施例的流体净化系统包括原水箱1、原水搅拌器2、原水供应泵3、原水压力计4、原水出口阀5、氧化剂泵6、氧化剂压力计7、氧化剂出口阀8、热交换器9、热介质箱10、热交换泵11以及出口压力计12。根据第三实施例的流体净化系统还包括反应出口阀13、气液分离器14、反应箱20、反应箱温度计24、反应箱输入阀30、粉碎机41、行星式球磨机42、纸粉斗43、纸粉输入阀44、水箱45以及水供应泵46。根据第三实施例的流体净化系统还包括过滤器54和未示出的控制器。

在根据第三实施例的流体净化系统中，在未布置浆箱(在第一实施例中的浆箱48)的情况下，由行星式球磨机42(或者旋切研磨机)获得的纸的压碎产品直接放入原水箱1中。更确切地，在没有利用如第一实施例一样打开的纸粉输入阀44将纸的压碎产品放入浆箱48的情况下，将所述压碎产品直接放入原水箱1中。通过驱动根据第一实施例的流体净化系统中的原水供应泵46，将原水箱45中的水供应至浆箱48。然而，根据第三实施例的流体净化系统具有下列构造。即，原水箱45中的水供应至原水箱1。纸的压碎产品和水以预定的比率在原水箱1中混合，并且获得的混合浆被原水搅拌器2搅拌。在该构造情况下，与废水W和高浓度有机浆S的混合物相比，可以获得高浓度混合浆，并且可通过原水供应泵3将所述混合浆泵送至反应箱20。

基于反应箱温度计24的检测结果(反应温度的检测结果)，可编程定序器如下控制反应箱20中混合流体的温度。即，当反应温度的检测结果高于预定上限温度时，水供应泵46的流量增加或者纸输入阀44关闭。因此放入原水箱1中的压碎的纸产品量减少，废水和纸粉的混合浆的浓度减少，使得反应温度降低至低于上限温度。与此相比，当反应温度的检测结果低于预定下限温度时，水供应泵46的流量减少(包括停止)或者纸输入阀44的开度增加。因此放入原水箱1中的压碎的纸产品量增加，并且废水和纸粉的混合浆的浓度增加，使得反应温度增加至高于下限温度。相应地，根据反应温度的检测结果，通过调整原水箱1中的混合浆的有机物质浓度将反应温度控制在预定范围内。因此反应温度可以高精度维持在预定范围内，

从而改进了净化的稳定性。即使当废水浓度改变时，也能通过调整高浓度有机浆的有机物质的浓度而易于将反应温度维持在预定范围内。此外，从有机固体废物可以获得高浓度有机浆，使得与一般辅助燃料相比，可以降低成本。

在每个实施例中，纸用作高浓度有机浆的原材料。纤维或者薄材料(比如塑料薄膜、塑料粒、布、橡胶、木材废料或者洋麻)可以用作原材料。它们被行星式球磨机或者旋切研磨机压碎成合适的尺寸，使得这种有机固体废物可以用作高浓度有机浆的原材料。

上面的描述是一个示例，本发明具有根据以下方面的下列效果。

[A方面]

一种流体净化系统，包括：反应箱(例如，反应箱20)，通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂(例如，空气A)的混合流体进行加热和加压来净化该净化目标流体(例如，废水W)；压碎机(例如，行星式球磨机42)，压碎有机固体废物(例如，废热敏纸)以获得有机压碎产品(例如，纸粉)；混合器(例如，浆搅拌器47、浆箱48、水箱45、水供应泵46)，混合有机压碎产品和液体(例如，水)以获得高浓度有机浆；以及混合泵，混合净化目标流体和高浓度有机浆，以将净化目标流体和高浓度有机浆泵送至反应箱或者浆泵(例如，浆泵49)，所述浆泵把高浓度有机浆以与净化目标流体分离的方式泵送至反应箱。

[B方面]

在上述A方面中，所述压碎机的构造使容纳球体和有机固体废物的容器旋转，同时使所述容器公转，以通过公转的离心力朝向容器的内壁按压所述球体，并且通过所述容器的旋转压碎球体和内壁之间的有机固体废物。在该构造的情况下，即使废纸用作有机固体压碎产品，也能通过压碎废纸的纤维来获得能被泵送的高浓度有机浆。

[C方面]

在上述B方面中，行星式球磨机(例如，行星式球磨机42)用作压碎机。在该构造的情况下，商用行星式球磨机用作压碎机，使得可以低成本构造获得能被泵送的高浓度有机浆，所述高浓度有机浆具有用作原材料的纸。

[D方面]

在上述B方面或者C方面中，废纸用作有机固体废物。在该构造的情况下，废纸在反应箱中可有效地充当发热能源。

[E方面]

在上述D方面中，废热敏纸用作废纸。在该构造的情况下，热敏纸(常规燃烧)在反应箱中可有效地充当发热能源。

[F方面]

在上述D方面或者E方面中，所述流体净化系统还包括粉碎废纸的粉碎机，其中，由粉碎机粉碎的条被供应至压碎机。在该构造的情况下，与供应未被粉碎的纸的情况下相比，通过将由粉碎机粉碎的纸供应到压碎机可减少压碎机的负载。

[G方面]

在上述F方面中，混合器构造成混合液体(例如，水)和由压碎机压碎的纸粉，以获得在液体中浓度为4-15％(重量)的纸粉。在该构造的情况下，可以获得这样的高浓度有机浆，其在稳定驱动周期内仅通过从高浓度有机浆中的有机物质和净化目标流体中的有机物质的氧化分解产生的热量而将反应箱中的温度增加至预定温度。

[H方面]

在上述A至G方面中的任一项中，所述流体净化系统还包括：温度检测器(例如，反应箱温度计24)，检测反应箱的温度或者反应箱中的混合流体的温度；以及氧化剂泵(例如，氧化剂泵6)，将氧化剂泵送至反应箱；以及控制器，基于温度检测器获得的检测结果，控制高浓度有机浆与净化目标流体的混合比率或者通过浆泵泵送的高浓度有机浆的泵送速度。在该构造的情况下，通过调整每单位时间内相对于反应箱的高浓度有机浆的流量可将反应箱中的温度控制在预定范围内。

[I方面]

在上述A至G方面中的任一项中，所述流体净化系统进一步地包括温度检测器，所述温度检测器用于检测反应箱的温度或者反应箱中混合流体的温度；以及氧化剂泵，所述氧化剂泵将氧化剂泵送至反应箱中；以及控制器，基于温度检测器获得的检测结果，控制高浓度有机浆和净化目标流体的混合物的有机物质浓度。在该构造的情况下，通过调整净化目标流体和高浓度有机浆的混合物的有机物质浓度可将反应箱中的温度控制在预定范围内。

根据本发明的实施例，高浓度有机浆在反应箱中氧化分解以产生热，使得加热反应箱中的氧化剂和净化目标流体。与不使用高浓度有机浆的情况相比，通过利用高浓度有机浆(具有作为原材料的有机固体废物)产生的热而加热反应箱中的氧化剂和净化目标流体，可减少加热器的加热量。因此，降低了用于加热混合流体的运行成本。

尽管上文已经对本发明的实施例作出了描述，但是本发明不仅限于此。应当明白的是，在不偏离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可对所述实施例进行改变。

Claims (10)

1.一种流体净化系统，包括：

反应箱，通过利用氧化反应分解净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压，从而净化所述净化目标流体；

压碎机，压碎有机固体废物以获得有机压碎产品；

混合器，混合有机压碎产品和液体以获得高浓度有机浆；以及

混合泵，把所述净化目标流体和所述高浓度有机浆混合起来，以将所述净化目标流体和所述高浓度有机浆泵送至反应箱。

2.如权利要求1所述的流体净化系统，其中，所述压碎机构造成使容纳一球体和有机固体废物的容器旋转，同时使所述容器公转，以通过公转的离心力朝向容器的内壁按压所述球体，并且，通过所述容器的旋转压碎所述球体和内壁之间的有机固体废物。

3.如权利要求2所述的流体净化系统，其中：

行星式球磨机用作压碎机。

4.如权利要求2所述的流体净化系统，其中：

废纸用作有机固体废物。

5.如权利要求4所述的流体净化系统，其中：

废热敏纸用作废纸。

6.如权利要求4所述的流体净化系统，还包括：

粉碎机，粉碎所述废纸，其中，

由所述粉碎机粉碎的条被供应到所述压碎机。

7.如权利要求6所述的流体净化系统，其中：

所述混合器构造成混合液体与由压碎机压碎的纸粉，以在液体中获得浓度为4-15％(重量)的纸粉。

8.如权利要求1所述的流体净化系统，还包括：

温度检测器，检测所述反应箱的温度或者在所述反应箱中的混合流体的温度；

氧化剂泵，将氧化剂泵送至所述反应箱；以及

控制器，基于温度检测器获得的检测结果，控制所述高浓度有机浆与所述净化目标流体的混合比率或者由浆泵泵送的所述高浓度有机浆的泵送速度。

9.如权利要求1所述的流体净化系统，还包括：

温度检测器，检测所述反应箱的温度或者所述反应箱中的混合流体的温度；

氧化剂泵，将氧化剂泵送至所述反应箱；以及

控制器，基于温度检测器获得的检测结果，控制所述高浓度有机浆和所述净化目标流体的混合物的有机物质浓度。

10.一种流体净化系统，包括：

反应箱，通过利用氧化反应分解所述净化目标流体中的有机物质，同时对净化目标流体和氧化剂的混合流体进行加热和加压，从而净化所述净化目标流体；

压碎机，压碎有机固体废物以获得有机压碎产品；

混合器，混合有机压碎产品和液体以获得高浓度有机浆；以及

浆泵，把高浓度有机浆以与净化目标流体分离的方式泵送到反应箱。

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