CN108821419A - 一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机废液降解处理技术领域，尤其涉及一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器。该用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器包括反应器外筒以及反应器内筒，所述反应器内筒的上端与所述反应器外筒的上部相连，所述反应器外筒由直管段、上部封头和下部封头组成，所述直管段的上下两端分别与所述上部封头、下部封头对应连接，所述上部封头设有废液进口和氧化剂进口，所述直管段的侧壁上设有净水出口。本发明所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，能够达到高效降解有机污染物的目的，提高运行安全性，降低设备造价和运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及有机废液降解处理技术领域，尤其涉及一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器。
背景技术
高浓度难降解有机污染物的降解是困扰环保领域的一大难题，一些特殊行业如火炸药、核电站、制药等生产工艺过程产生的废液具有间歇性、高毒性、高辐射、难降解、成分复杂等特性，采用传统的生化处理工艺难以达到国家要求的排放标准，如不进行无害化处理直接排放，会对当地环境产生不可逆的生态影响。
超临界水氧化技术(SCWO)是使有机废液在一定的条件下变为不同于液态和气态的超临界态，在此状态下，物质分子间增大了碰撞几率，提高了反应效率，因此是目前处理难降解高浓度废水、废液的研究热点。然而，现有的超临界水氧化反应设备存在着高浓度有机物处理不够彻底，降解效率较低，难以保障运行过程中的安全性，设备的投资和运行成本较高的缺陷。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，能够达到高效降解有机污染物的目的，提高运行安全性，降低设备造价和运行成本。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，包括反应器外筒以及设置在所述反应器外筒中的反应器内筒，所述反应器内筒的上端与所述反应器外筒的上部相连，所述反应器内筒的下端与所述反应器外筒相连通；所述反应器外筒由直管段、上部封头和下部封头组成，所述直管段的上下两端分别与所述上部封头、下部封头对应连接；所述上部封头设有废液进口和氧化剂进口，所述直管段的侧壁上设有净水出口。
进一步地，还包括设置在所述反应器外筒中的排盐段，所述排盐段设置于所述反应器内筒下方，所述下部封头的底部还设有排盐口。
具体地，所述反应器外筒与所述反应器内筒均为圆柱形筒体，所述反应器外筒与所述反应器内筒同心设置。
具体地，所述直管段的长度为H，所述净水出口的设置位置与所述直管段顶部之间的长度为h1，h1与H的比值为0.1～0.5。
具体地，所述反应器内筒的长度为h2，h2与H的比值为0.5～0.9。
具体地，所述反应器外筒的内径为D，D与H的比值为0.05～0.1。
具体地，所述反应器内筒的内径为D1，D1与D的比值为0.5～0.8。
进一步地，所述反应器外筒的外部设有加热器。
进一步地，所述反应器外筒的内部设有温度传感器和压力传感器。
进一步地，还包括控制器，所述控制器分别与所述加热器、温度传感器、压力传感器相连。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，将待处理废液和氧化剂分别从废液进口、氧化剂进口送入反应器内筒中进行高温高压氧化反应降解，在重力、惯性力和强制对流的作用下反应混合物沿反应器内筒向下流动，处理后的混合物从净水出口排出，从而达到高效降解有机污染物的目的，提高了运行安全性，降低了设备造价和运行成本。
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，能够有效处理各类高浓度有机废水，特别适合于毒性大、难以用常规方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其它危险性废物的处理，还能够用于吸附剂的再生、电镀金属的回收以及放射性废物处理。
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，具有污染物降解效率高、污染物降解速度快的优点，可降解99％以上的有机物，废水经处理后可直接排放，安全环保。
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，结构紧凑，占地少，操作简单，易于调节与管理，处理效率高。
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，不会对环境带来二次污染，不需要复杂的尾气净化系统。
本发明提供的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，能够实现对能量以及有用物质的回收。
附图说明
图1是本发明实施例用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器的结构示意图。
图中：1：反应器外筒；101：直管段；102：上部封头；103：下部封头；2：反应器内筒；3：废液进口；4：氧化剂进口；5：净水出口；6：排盐口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，包括反应器外筒1以及设置在所述反应器外筒1中的反应器内筒2，所述反应器内筒2的上端与所述反应器外筒1的上部相连，所述反应器内筒2的下端与所述反应器外筒相连通。
其中，所述反应器外筒1由直管段101、上部封头102和下部封头103组成，所述直管段101的上下两端分别与所述上部封头102、下部封头103对应连接。
其中，所述上部封头102设有废液进口3和氧化剂进口4，所述直管段101的侧壁上设有净水出口5。
本发明实施例所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，将待处理废液和氧化剂分别从废液进口3、氧化剂进口4送入反应器内筒2中进行高温高压氧化反应降解，在进行降解处理时控制反应器的温度从上至下呈现梯度下降，控制反应器内的压力一致，则在重力、惯性力和强制对流的作用下反应混合物沿反应器内筒2向下流动，处理后的混合物从所述反应器内筒2的下端出口流出，再从净水出口5排出，从而达到高效降解有机污染物的目的，提高了运行安全性，降低了设备造价和运行成本。
其中，所述上部封头102、下部封头103可以与所述直管段101直接焊接，也可以采用法兰与焊接相结合的连接方式。
进一步来说，还包括设置在所述反应器外筒1中的排盐段，所述排盐段设置于所述反应器内筒2下端出口的下方，所述下部封头103的底部还设有排盐口6。所述排盐段通过温度控制实现排盐作用，根据实际需要可以设置在所述反应器内筒2出口下方的任意位置。如果待处理废水中含盐量较高，则需要设置所述排盐段进行排盐，否则会造成管路堵塞。如果是处理放射性废水则必须设有所述排盐段，以实现放射性核素的分离，并将其富集在所述排盐段。一般成分单一的不含杂原子的废水，可以不设所述排盐段。
具体来说，所述反应器外筒1与所述反应器内筒2均为圆柱形筒体，所述反应器外筒1与所述反应器内筒2同心设置。
进一步来说，所述反应器外筒1的外部设有加热器，用于提供反应过程需要的温度。
进一步来说，所述反应器外筒1的内部还设有温度传感器和压力传感器，其中所述温度传感器可以根据处理介质不同在所述反应器外筒1中的不同区域设置多个。
此外，本发明实施例所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，还包括控制器，所述控制器分别与所述加热器、温度传感器、压力传感器相连。通过所述控制器能够控制所述加热器的加热温度，接收由所述温度传感器、压力传感器发送的所述反应器外筒1的内部温度以及压力。
具体来说，设定所述直管段101的长度为H，所述净水出口5的设置位置与所述直管段101顶部之间的长度为h1，所述反应器内筒2的长度为h2，其中h2特指所述反应器内筒2中竖直段的长度，也即从所述直管段101的顶部至所述反应器内筒2底部之间的垂直高度，具体参见图1。设定所述反应器外筒1的内径为D，所述反应器内筒2的内径为D1。
在本实施例中，所述净水出口5的设置位置与处理介质有关。如果处理介质的优化工艺条件温度越高，则所述净水出口5的设置位置与所述直管段101顶部之间的长度h1越小。如果反应降解的温度越低，则所述净水出口5的设置位置与所述直管段101顶部之间的长度h1越大。
其中，所述反应器外筒1内部的温度沿所述反应器外筒1长度方向从上至下温度呈现一定的下降趋势，由所述控制器控制所述加热器来实现，根据待处理废液的需要和排盐类别的不同，温度降低的急缓速度不同，反应器最底部的温度由处理介质的排盐需要确定，通过控制反应器外的所述加热器和待处理废液的放热情况而定。
为了确保待处理废液的降解效果，h1与H的比值优选设置为0.1～0.5，该比值与待处理废液的降解温度有关，有机物降解需要的温度越高，则该比值越小。
在本实施例中，所述反应器内筒2可以起到延长反应时间、减缓反应器表面腐蚀的作用，由于所述反应器是由包围在所述反应器外筒1外表面的加热器加热，当加热到一定的温度时，由于有机废液放热反应导致所述反应器外筒1芯部温度高于所述反应器外筒1的内表面温度。当检测到芯部温度高于反应需要的温度时，即停止加热，由反应放热维持反应。所以一般来说，所述反应器外筒1的内表面温度低于所述反应器外筒1的芯部温度，温度高腐蚀加剧，所以所述反应器内筒2内部的温度高，腐蚀也剧烈，而所述反应器外筒1承温需求低，有利于减缓腐蚀。
其中，进入反应器内的介质经过反应后由所述反应器内筒2底部进入所述反应器外筒1与所述反应器内筒2之间的外围区域，最后经过所述净水出口5流出，所以所述反应器内筒2的长度会影响到介质的流经路线，直接影响到反应时间。因此，h2与H的比值优选设置为0.5～0.9。该比值与有机废液的降解时间有关，降解时间长，则该比值大。
此外，由于所述反应器内筒2可以起到延长反应时间、减缓反应器表面腐蚀的作用，因此所述反应器内筒2的内径会影响到反应器的有效容积，而所述反应器内筒2外部的空间会影响到流出液的流速。因此，D1与D的比值优选设置为0.5～0.8。
此外，D与H的比值优选设置为0.05～0.1，从而达到更好的降解处理效果。
下面以通过两个具体实例来对发明所述的超临界水氧化反应器进行进一步说明。
实例1
在本实例中，通过处理规模为2L/h(指每小时处理2升废液)的超临界水氧化反应器处理PVDF废液。
所述2L/h的超临界水氧化反应器，其结构尺寸为：H＝1000mm，h1＝300mm，h2＝800mm，D1＝27mm，D＝55mm。
含氟塑料膜(PVDF)生产工艺产生的废水属于难降解废水，其可生化性差，原水COD较高(78460、76760mg/L)，总碳TC＝28301.29mg/L，电导率为142.9μm/cm。常规工艺不能使其达标排放，本实例采用实验室2L/h的超临界水氧化反应器处理了PVDF工艺废水。
最佳工艺：16-18MPa、550℃～570℃，COD去除率大于99.95％，排出液稳定达标。
则通过所述2L/h的超临界水氧化反应器处理PVDF膜工艺废水的试验结果请见表1。
表1
由表1数据可知，PVDF工艺废水，原水COD为78460mg/L时，采用本发明所述的反应器处理后，完全达到了排放标准。
实例2
在本实例中，通过处理规模为25L/h(指每小时处理25升废液)的超临界水氧化反应器处理偏二甲肼废液。
反应器总高2105mm，材质NS336，设计压力29.5MPa，设计温度610℃。
所述25L/h的超临界水氧化反应器，其结构尺寸为：H＝1600mm，h1为250～400mm，h2为800～1400mm，D＝81mm，D1为55～65mm。
采用所述25L/h的超临界水氧化反应器处理了航天发射场推进剂偏二甲肼废液。
则通过所述25L/h的超临界水氧化反应器处理偏二甲肼废液的试验结果见表2。
表2
由表2中数据可知，原废液浓度为82800mg/L时，采用本发明所述的反应器处理后的排出液COD浓度和亚硝酸盐浓度均小于排放标准，COD去除率在99.5％以上。
综上所述，本发明实施例所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，具有如下优点：
1、本发明能够高效降解有机污染物，提高了运行安全性，降低了设备造价和运行成本。
2、本发明适用范围广，能有效处理各类高浓度有机废水，特别适合于毒性大、难以用常规方法处理的农药废水、染料废水、制药废水、煤气洗涤废水、造纸废水、合成纤维废水及其它危险性废物的处理。该法也可用于吸附剂的再生、电镀金属的回收、放射性废物处理等。
3、本发明污染物降解效率高，选择适宜的温度、压力和催化剂，SCWO可降解99％以上的有机物，废水经SCWO处理后可直接排放。
4、本发明污染物降解速度快，SCWO反应器的降解有机物反应速度视有机物的种类、浓度及操作条件而定。一般在数秒至几分钟内完成。
5、本发明工艺流程简单，采用SCWO反应器处理有机废液，流程短，占地少，装置紧凑，易于调节、管理和实现自动化。
6、本发明无二次污染，反应在密闭容器中进行，密封条件好，有利于有毒、有害物质的氧化处理，不会对环境带来二次污染，有机物经SCWO反应器降解后变为无机小分子物质，不会产生NOx和SO2。不需要复杂的尾气净化系统。
7、本发明可回收能量与有用物质，当废水中的有机物浓度大于10％时，就可以依靠反应过程中的氧化热来维持反应所需的温度，使系统维持热量自给，进水浓度越高，产生的热量越多。热量可以超临界水的形式存在，作为高温过程的热源。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是一个或多个；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：包括反应器外筒以及设置在所述反应器外筒中的反应器内筒，所述反应器内筒的上端与所述反应器外筒的上部相连，所述反应器内筒的下端与所述反应器外筒相连通；所述反应器外筒由直管段、上部封头和下部封头组成，所述直管段的上下两端分别与所述上部封头、下部封头对应连接；所述上部封头设有废液进口和氧化剂进口，所述直管段的侧壁上设有净水出口。
2.根据权利要求1所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：还包括设置在所述反应器外筒中的排盐段，所述排盐段设置于所述反应器内筒下方，所述下部封头的底部还设有排盐口。
3.根据权利要求1所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器外筒与所述反应器内筒均为圆柱形筒体，所述反应器外筒与所述反应器内筒同心设置。
4.根据权利要求3所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述直管段的长度为H，所述净水出口的设置位置与所述直管段顶部之间的长度为h1，h1与H的比值为0.1～0.5。
5.根据权利要求4所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器内筒的长度为h2，h2与H的比值为0.5～0.9。
6.根据权利要求4所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器外筒的内径为D，D与H的比值为0.05～0.1。
7.根据权利要求6所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器内筒的内径为D1，D1与D的比值为0.5～0.8。
8.根据权利要求1所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器外筒的外部设有加热器。
9.根据权利要求8所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：所述反应器外筒的内部设有温度传感器和压力传感器。
10.根据权利要求9所述的用于处理高浓度有机废液的超临界水氧化反应器，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与所述加热器、温度传感器、压力传感器相连。
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