CN105540817B - 一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，其隔间用于收集有机废水附近的废气，内置空气压缩机，空气压缩机的出气管与超临界水氧化反应釜的进气口连；废水罐的出水管与超临界水氧化反应釜的进水口连；超临界水氧化反应釜的出水管与换热器的进水口连接，换热器的出水管与回水加热器的进水口连；回水加热器上设置有废气排出口和排水口以及冷却循环水进水管、冷却循环水出水管，冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别与冷却回流装置的冷却循环水出口、冷却循环水进口连。本发明通过系统隔间的集气设备，将废气导入超临界反应釜，在高效降解废水中有机污染物的同时，有效去除废气中的有机物，自动运行，节能减排，成本低廉，结构简单。

Description

一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统
技术领域
本发明涉及一种同时消除空气污染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和空气中的有机物，在处理废水过程中同时消除空气污染。
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。具体的，水的临界点是温度374.3℃、压力22.05MPa，如果将水的温度、压力升高到临界点以上，即为超临界水，其密度、粘度、电导率、介电常数等基本性能均与普通水有很大差异，表现出类似于非极性有机化合物的性质，所以超临界水可以和空气完全互溶，使空气中有机物被迅速氧化成CO2、H2O等小分子化合物，在高效去除废水中的难降解有机物(99.9％以上)的同时还可以将废气中的有机物降解。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。
利用SCWO进气采用空气的技术原理，吸入含有臭气、有机污染物的空气，可以在处理废水过程主同时消除空气污染。
但是目前超临界水氧化系统结构复杂、无法自动运行。
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，结构简单的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，其创新点在于在超临界状态下处理难降解有机废水的同时消除空气污染。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种同时消除空气污染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、回水加热器、废水灌、隔间、空气压缩机、进水泵和冷却回流装置；所述的隔间采用密封设置，用于收集有机废水附近的废气，内置所述空气压缩机，所述空气压缩机的进气管和出气管延伸至所述隔间外，所述出气管与所述超临界水氧化反应釜的进气口连接；所述废水罐的出水管通过所述进水泵与所述超临界水氧化反应釜的进水口连接；所述超临界水氧化反应釜的出水管与所述换热器的进水口连接，所述换热器的出水管与所述回水加热器的进水口连接；所述回水加热器上设置有废气排出口和排水口以及冷却循环水进水管、冷却循环水出水管，所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别与所述冷却回流装置的冷却循环水出口、冷却循环水进口连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述空气压缩机的进气管和出气管、所述废水罐的出水管、所述超临界水氧化反应釜的出水管、所述换热器的出水管、所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管均采用无缝不锈钢钢管。
在本发明的一个优选实施例中，所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别配置在所述回水加热器的上、下部，所述回水加热器上的废气排出口和排水口分别设置在所述回水加热器的顶部和底部。
在本发明的一个优选实施例中，所述的回水加热器还包括盘式进水管、冷水水循环换热管群、搅拌器和温控器；所述的盘式进水管、冷水水循环换热管群和搅拌器均设置在回水加热器的内部，所述盘式进水管的进口端构成所述回水加热器的进水口，所述盘式进水管的出口端与所述回水加热器的内部连通，将所述换热器过来的处理后的废水导入回水加热器内部；所述冷水水循环换热管群的进、出口端分别与所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管连接，所述冷水水循环换热管群内的冷却水通过冷水水循环换热管群与回水加热器内部的处理后的废水进行换热，以降低回水加热器内部的处理后的废水的温度；在所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别设置有冷却水进、出水控制阀，所述温控器与所述冷却水进、出水控制阀控制连接。
本发明利用超临界条件使废气与水互溶，使废水和废气中的有机物被迅速氧化成CO2、H2O等小分子无机物，从而达到去除废水的同时，去除废气的目的。
本发明在回水加热器中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。
本发明的同时消除空气污染的超临界水氧化系统在处理废水时，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。利用超临界条件使废气中的有机物得到氧化分解。
与现有技术相比，本发明通过系统隔间的集气设备，将废气导入超临界反应釜，在高效降解废水中有机污染物的同时，有效去除废气中的有机物，自动运行，节能减排，成本低廉，结构简单。
附图说明
图1为本发明同时消除空气污染的超临界水氧化系统的流程示意图。
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。
如图1所示的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，包括：废水灌1、隔间2、超临界水氧化反应釜3、换热器4、回水加热器5、空气压缩机6、进水泵7、冷却回流装置8。
隔间2采用密封设置，用于收集有机废水附近的废气，内置空气压缩机6，空气压缩机6的进气管9和出气管10延伸至隔间2外，出气管10与超临界水氧化反应釜3的进气口11连接。
废水罐1的出水管12通过进水泵7与超临界水氧化反应釜3的进水口13连接，超临界水氧化反应釜3的进水口13构成整个系统的进水口；超临界水氧化反应釜3的出水管14与换热器4的进水口15连接，换热器4的出水管16与回水加热器5的进水口17连接；回水加热器5上设置有废气排出口18和排水口19以及冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21，回水加热器5上的冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21分别配置在回水加热器5的上、下部，回水加热器5上的废气排出口18和排水口19分别设置在回水加热器5的顶部和底部。回水加热器5上的排水口19构成整个系统的出水口。
回水加热器5还包括盘式进水管、冷水水循环换热管群、搅拌器和温控器(图中均未示出)；盘式进水管、冷水水循环换热管群和搅拌器均设置在回水加热器5的内部，盘式进水管的进口端构成回水加热器5的进水口17，盘式进水管的出口端与回水加热器5的内部连通，将换热器4过来的处理后的废水导入回水加热器5内部；冷水水循环换热管群的进、出口端分别与回水加热器5上的冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21连接，冷水水循环换热管群内的冷却水通过冷水水循环换热管群与回水加热器5内部的处理后的废水进行换热，以降低回水加热器5内部的处理后的废水的温度；在回水加热器5上的冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21分别设置有冷却水进、出水控制阀，温控器与冷却水进、出水控制阀控制连接。
回水加热器5上的冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21分别与冷却回流装置8的冷却循环水出口22、冷却循环水进口23连接。
空气压缩机6的进气管9和出气管10、废水罐1的出水管12、超临界水氧化反应釜3的出水管14、换热器4的出水管16、回水加热器5上的冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21均采用无缝不锈钢钢管。
具体地，本发明的同时消除空气污染的超临界水氧化系统在工作时，第一步：首先开启空气压缩机6，进水泵7，使废水、废气进入超临界反应釜3，反应釜3内温度加热到450℃以上，保持反应过程中的压力为18Mpa-30Mpa，进行反应，反应过程时间为140秒。
第二步：超临界水氧化反应釜3的出水通过出水管14进入换热器4，该步骤可传输废水中65％～75％的热量，以降低废水热量。
第三步：换热器4出水通过盘式进水管进入回水加热器5内部，出水温度约为70℃，回水加热器5的温度通过冷水水循环换热管群内部的冷却水冷却在室温20℃左右。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5中的溶液的热量，快速提高温度。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5，可起到提升气体的作用。
第四步：当回水加热器5内部的处理后的废水的温度提高到50℃时，冷却循环水进水管20、冷却循环水出水管21上的冷却水进水阀和出水阀开启，通过冷水水循环换热管群内部的冷却水冷却，此时回水加热器5内部的处理后的废水的温度会逐渐降低，在搅拌器的协同作用下，溶解在处理后的废水中的CO2会减少，使处理后的废水的碱度提高，pH值提升到10左右。在碱性条件下和降温的过程中，处理后的废水中的一部分已溶解气体将会从废气排出口18排出。同时处理后的废水由排水口19排出。
而当温度降低到25℃时，冷却水进水阀和出水阀关闭，如此循环反复，连续进出水，形成在高效降解有机物同时消除空气污染的超临界水氧化系统。冷却回流装置8的冷却水吸收换热器4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。
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，又可以同时消除空气中的有机物，达到除臭的目的，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 (4)

1.一种同时消除空气污染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、回水加热器、废水罐 、隔间、空气压缩机、进水泵和冷却回流装置；所述的隔间采用密封设置，用于收集有机废水附近的废气，内置所述空气压缩机，所述空气压缩机的进气管和出气管延伸至所述隔间外，所述出气管与所述超临界水氧化反应釜的进气口连接，所述进气管吸入含有臭气、有机污染物的空气；所述废水罐的出水管通过所述进水泵与所述超临界水氧化反应釜的进水口连接；所述超临界水氧化反应釜的出水管与所述换热器的进水口连接，所述换热器的出水管与所述回水加热器的进水口连接；所述回水加热器上设置有废气排出口和排水口以及冷却循环水进水管、冷却循环水出水管，所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别与所述冷却回流装置的冷却循环水出口、冷却循环水进口连接；
上述同时消除空气污染的超临界水氧化系统在工作步骤如下：
第一步：首先开启空气压缩机，进水泵，使废水、废气进入超临界反应釜，反应釜内温度加热到450℃以上，保持反应过程中的压力为18Mpa-30Mpa，进行反应，反应过程时间为140秒；
第二步：超临界水氧化反应釜的出水通过出水管进入换热器，该步骤可传输废水中65％～75％的热量，以降低废水热量；
第三步：换热器出水通过盘式进水管进入回水加热器内部，出水温度为70℃，回水加热器的温度通过冷水水循环换热管群内部的冷却水冷却在室温20℃；
第四步：当回水加热器内部的处理后的废水的温度提高到50℃时，冷却循环水进水管、冷却循环水出水管上的冷却水进水阀和出水阀开启，通过冷水水循环换热管群内部的冷却水冷却，此时回水加热器内部的处理后的废水的温度会逐渐降低，在搅拌器的协同作用下，溶解在处理后的废水中的CO2会减少，使处理后的废水的碱度提高，pH值提升到10；在碱性条件下和降温的过程中，处理后的废水中的一部分已溶解气体将会从废气排出口排出；同时处理后的废水由排水口排出；
而当温度降低到25℃时，冷却水进水阀和出水阀关闭，如此循环反复，连续进出水，形成在高效降解有机物同时消除空气污染的超临界水氧化系统。
2.如权利要求1所述的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，其特征在于，所述空气压缩机的进气管和出气管、所述废水罐的出水管、所述超临界水氧化反应釜的出水管、所述换热器的出水管、所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管均采用无缝不锈钢钢管。
3.如权利要求1所述的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，其特征在于，所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别配置在所述回水加热器的上、下部，所述回水加热器上的废气排出口和排水口分别设置在所述回水加热器的顶部和底部。
4.如权利要求1所述的一种同时消除空气污染的超临界水氧化系统，其特征在于，所述的回水加热器还包括盘式进水管、冷水水循环换热管群、搅拌器和温控器；所述的盘式进水管、冷水水循环换热管群和搅拌器均设置在回水加热器的内部，所述盘式进水管的进口端构成所述回水加热器的进水口，所述盘式进水管的出口端与所述回水加热器的内部连通，将所述换热器过来的处理后的废水导入回水加热器内部；所述冷水水循环换热管群的进、出口端分别与所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管连接，所述冷水水循环换热管群内的冷却水通过冷水水循环换热管群与回水加热器内部的处理后的废水进行换热，以降低回水加热器内部的处理后的废水的温度；在所述回水加热器上的冷却循环水进水管、冷却循环水出水管分别设置有冷却水进、出水控制阀，所述温控器与所述冷却水进、出水控制阀控制连接。
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