CN109179825B - 一种高盐高cod废水零排放系统及废水零排放工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高盐高COD废水零排放系统及废水零排放工艺，所述废水零排放系统包括废料系统、氧气系统、超临界水氧化水膜反应器及旋风分离系统。本发明整个系统初始启动时，利用电能对蒸发水和高盐高COD进行加热，稳定运行后，通过旋风分离器产生的二次蒸汽加热蒸发水和高盐高COD，同时通过减压阀对液体降压使其在旋风分离器中闪蒸分离净化，最终得到蒸汽和盐渣，从而高效节能地实现高盐高COD的零排放处理，降低电加热器的电耗。

Description

一种高盐高COD废水零排放系统及废水零排放工艺

技术领域

本发明涉及高盐高COD废水零排放技术领域，特别涉及一种高盐高COD废水零排放系统及废水零排放工艺。

背景技术

高盐高COD具有含盐量高、成分复杂、易产生结垢和腐蚀现象、有机物浓度高且难以降解等特点，常规的物化法和生化法难以取得理想的处理效果，且能耗较高。若直接排放必然对环境产生极为不利的影响，造成大量水资源的严重浪费。以反渗透为主的膜法脱盐技术回收率仅为75％，还有25％的含盐量更高的浓缩液排放，且还存在膜污堵严重的问题。

超临界水氧化技术可以高效地将有机污染物彻底氧化降解为CO₂、H₂O等无毒无害产物，具有反应速率快、降解彻底、无二次污染、热回收潜力巨大等独特优势，是目前最具潜力的高浓度有机废水处理技术之一，同时使用水膜反应器还可以有效解决超临界水氧化过程中的腐蚀和盐沉积问题。但超临界水氧化技术将高盐高COD加压升温到超过水的临界状态点(22.1MPa,374℃)需要消耗大量的电能，而传统水膜反应器出口温度较低，造成高盐高浓度COD处理成本较高，同时高含盐废水的除盐率较低，不能满足零排放要求。

因此，发明一种高盐高COD废水零排放系统及废水零排放工艺来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高盐高COD废水零排放系统及工艺，解决传统水膜反应器反应通过一般能量回收仍不能满足物料预热需求、进而需要消耗大量电能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的高盐高COD废水零排放系统，包括：

废料系统、氧气系统、超临界水氧化水膜反应器及旋风分离系统；

所述废料系统、氧气系统分别与超临界水氧化水膜反应器的进料口管路连接；

所述旋风分离系统，包括第一旋风分离器、第二旋风分离器和第三旋风分离器；

所述超临界水氧化水膜反应器的超临界水氧化产物出口经第一减压阀与第一旋风分离器管路连接；所述第一旋风分离器的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料进行间壁换热后，经第三减压阀与所述第三旋风分离器连接；所述第一旋风分离器的高浓盐废水出口管路经第二减压阀与所述第二旋风分离器连接。

具体地，所述超临界水氧化水膜反应器包括多孔内壳和承压外壳；所述承压外壳设置于多孔内壳外部，所述多孔内壳顶部设有外管和内管，所述内管设置于外管内侧，所述外管顶部设有高盐高有机物废水注入口，所述内管顶部设有氧气注入口；所述承压外壳底部设有超临界水氧化产物出口；超临界水氧化水膜反应器的承压外壳与多孔内壳之间设有蒸发水分隔环；所述承压外壳设有第一蒸发水注入口和第二蒸发水注入口，所述第一蒸发水注入口和第二蒸发水注入口分设于所述蒸发水分隔环的两侧。

进一步的，还包括蒸发水系统，所述蒸发水系统与所述超临界水氧化水膜反应器的蒸发水注入口管路连接；所述蒸发水系统包括蒸发水箱；所述蒸发水箱一出口支路经第二水泵、第一预热器、第一电加热器，与第一蒸发水注入口管路连接；所述蒸发水箱另一出口支路经第一水泵、加热器，与第二蒸发水注入口管路连接；所述加热器设置于所述第一旋风分离器底部。

进一步的，第一旋风分离器的蒸汽排出口管路与蒸发水系统于第一预热器进行间壁换热。

具体地，所述氧气系统包括氧气罐和氧气增压泵，所述气罐经氧气增压泵与超临界水氧化水膜反应器的进料口管路连接；

具体地，所述废料系统包括依次管路连接的高盐高有机物废水池、高盐高有机物废水增压泵、第二预热器和第二电加热器；所述第二电加热器与超临界水氧化水膜反应器的进料口管路连接。

进一步的，所述第一旋风分离器的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料于第二预热器进行间壁换热。

本发明还提供一种高盐高COD废水零排放工艺，包括：

步骤S1系统初始启动时，通过电加热对高盐高有机物废水进行加热，使废水处于超临界状态，进入超临界水氧化水膜反应器进行氧化；

步骤S2系统稳定运行时：

(1)超临界水氧化水膜反应器排出的反应产物，通过减压阀降压作用，于旋风分离器中进行一次闪蒸，得到蒸汽和高浓盐废水；

(2)由步骤(1)闪蒸得到的蒸汽，对高盐高有机物废水进行加热至超临界温度；

经步骤(1)闪蒸后的高浓盐废水，经减压阀降压作用，于旋风分离器二次闪蒸，进一步分离得到温度进一步降低的蒸汽和盐渣；

(3)经步骤(2)换热后的蒸汽，经减压阀降压作用，于旋风分离器二次闪蒸，进一步分离得到温度进一步降低的蒸汽和盐渣。

进一步的，还包括将蒸发水注入超临界水氧化水膜反应器的步骤，所述蒸发水在系统稳定运行时，采用由步骤(1)闪蒸得到的蒸汽和/或由步骤(1)闪蒸得到的高浓盐废水进行加热后，注入超临界水氧化水膜反应器侧壁。

本发明的技术效果和优点：

1、通过超临界水氧化水膜反应器处理高盐高COD的有机物，避免反应器中的腐蚀和结垢问题；

2、提高超临界水氧化水膜反应器出口的温度(高于水的临界点温度，380-450℃)，解决传统水膜反应器反应流体出口温度过低(300-350℃)、通过能量回收仍不能满足物料预热需求，进而需要消耗大量电能的问题；

3、反应产物经减压阀降压后在旋风分离器中闪蒸分离，同时旋风分离器下部设有预热器加热注入水膜反应器的蒸发水，旋风分离器分离出蒸汽和高浓盐废水，且能获得超过400℃的蒸汽用于加热高盐高COD和蒸发水，大大降低第一电加热器和第二电加热器的电耗。

4、蒸汽放热后形成高压水，通过减压阀降压后再次进入旋风分离器闪蒸分离净化，高浓盐废水经减压阀降压后进入旋风分离器闪蒸分离净化，实现废水零排放，盐渣收集处理。

附图说明

图1为本发明的整体系统结构示意图。

图2为本发明的超临界水氧化水膜反应器结构示意图。

图3为本发明的第一旋风分离器结构示意图。

图中：超临界水氧化水膜反应器1、第一蒸发水注入口101、高盐高有机物废水注入口102、氧气注入口103、多孔内壳104、承压外壳105、第二蒸发水注入口106、超临界水氧化产物出口107、蒸发水分隔环108、第一水泵2、第一减压阀3、第一旋风分离器4、第二减压阀5、第二旋风分离器6、第三减压阀7、第三旋风分离器8、蒸发水箱9、高盐高有机物废水池10、第二水泵11、高盐高有机物废水增压泵12、第一预热器13、氧气罐14、第二预热器15、第一电加热器16、第二电加热器17、氧气增压泵18、加热器19、外管20、内管21。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例1：

参见图1-3所示，本发明的高盐高COD废水零排放系统，包括：

废料系统、氧气系统、超临界水氧化水膜反应器1及旋风分离系统；

所述废料系统、氧气系统分别与超临界水氧化水膜反应器1的进料口管路连接；

所述旋风分离系统，包括第一旋风分离器4、第二旋风分离器6和第三旋风分离器8；

所述超临界水氧化水膜反应器1的超临界水氧化产物出口107经第一减压阀3与第一旋风分离器4管路连接；所述第一旋风分离器4的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料进行间壁换热后，经第三减压阀7与所述第三旋风分离器8连接；所述第一旋风分离器4的高浓盐废水出口管路经第二减压阀5与所述第二旋风分离器6连接。

具体地，所述超临界水氧化水膜反应器1包括多孔内壳104和承压外壳105；所述承压外壳105设置于多孔内壳104外部，所述多孔内壳104顶部设有外管20和内管21，所述内管21设置于外管20内侧，所述外管20顶部设有高盐高有机物废水注入口102，所述内管21顶部设有氧气注入口103；所述承压外壳105底部设有超临界水氧化产物出口107；超临界水氧化水膜反应器1的承压外壳105与多孔内壳104之间设有蒸发水分隔环108；所述承压外壳105设有第一蒸发水注入口101和第二蒸发水注入口106，所述第一蒸发水注入口101和第二蒸发水注入口106分设于所述蒸发水分隔环108的两侧。

作为其中一种实施方案，系统还包括蒸发水系统，所述蒸发水系统与所述超临界水氧化水膜反应器1的蒸发水注入口管路连接；所述蒸发水系统包括蒸发水箱9；

所述蒸发水箱9一出口支路经第二水泵11、第一预热器13、第一电加热器16，与第一蒸发水注入口101管路连接；所述蒸发水箱9另一出口支路经第一水泵2、加热器19，与第二蒸发水注入口106管路连接；所述加热器19设置于所述第一旋风分离器4底部。蒸发水渗入多孔内壳104并在多孔内壳104内壁面形成水膜保护层，水膜冲刷多孔内壳104内壁面或溶解无机盐从而起到抗盐沉积的作用。此外，多孔内壳104无需承压，同时避免了承压外壳105与反应流体的接触，并稀释多孔内壳104的腐蚀成分浓度，从而起到防腐作用。

具体地，第一旋风分离器4的蒸汽排出口管路与蒸发水系统于第一预热器13进行间壁换热。

具体地，所述氧气系统包括氧气罐14和氧气增压泵18，所述气罐14经氧气增压泵18与超临界水氧化水膜反应器1的进料口管路连接；

具体地，所述废料系统包括依次管路连接的高盐高有机物废水池10、高盐高有机物废水增压泵12、第二预热器15和第二电加热器17；所述第二电加热器17与超临界水氧化水膜反应器1的进料口管路连接。

具体地，所述第一旋风分离器4的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料于第二预热器15进行间壁换热。

通过第一电加热器16、第二电加热器17和超临界水氧化水膜反应器1产生的二次蒸汽对蒸发水和高盐高COD进行加热再注入超临界水氧化水膜反应器1内，可提高超临界水氧化产物出口107的温度，反应产物经第一减压阀3降压后在第一旋风分离器4中闪蒸分离，同时加热器19加热从底部注入超临界水氧化水膜反应器1内的蒸发水，解决超临界水氧化产物出口107的盐结垢问题，并解决传统水膜反应器反应流体出口温度过低，通过能量回收仍不能满足物料预热需求，进而需要消耗大量电能的问题。超过400℃的蒸汽加热蒸发水和高盐高COD，大大降低第一电加热器16和第二电加热器17的电耗。

实施例2：

本发明还提供了一种高盐高COD废水零排放工艺，具体操作如下：

参见图1-3所示，系统初始启动时，高盐高有机物废水经高盐高有机物废水增压泵12升压至22.1MPa以上，而后进入第二预热器15，通过第二电加热器17加热至400℃以上，使高盐高有机物废水处于超临界状态；氧气罐14中的氧气在氧气增压泵作用下升压后经氧气注入口103注入超临界水氧化水膜反应器1。高压氧气与超临界状态高盐高有机物废水在超临界水氧化水膜反应器1顶部混合燃烧形成热液火焰，将有机物进行“燃烧”氧化；同时蒸发水箱9中蒸发水在第二水泵11中增压后、进入第一预热器13、在第一电加热器16中加热后经由蒸发水侧面注入口101注入多孔内壳104和承压外壳105的环形缝隙中；另外，蒸发水箱9中蒸发水经第一水泵2增压后在第一旋风分离器4底部的加热器中升温后经蒸发水底部注入口106注入多孔内壳104和承压外壳105的环形缝隙中；蒸发水渗入多孔内壳104并在多孔内壳104内壁面形成水膜保护层，水膜冲刷多孔内壳104内壁面或溶解无机盐从而起到抗盐沉积的作用；此外，多孔内壳104无需承压，同时避免了承压外壳105与反应流体的接触，并稀释多孔内壳104的腐蚀成分浓度，从而起到防腐作用。超临界反应后产物经超临界水氧化产物出口107，并排出在第一减压阀3中降压后进入第一旋风分离器4进行闪蒸，得到蒸汽和高浓盐废水。高浓盐废水经第二减压阀5降压后进入第二旋风分离器6进一步闪蒸，在第二旋风分离器6作用下分离得到高温蒸汽和盐渣；从第一旋风分离器4顶部排出的蒸汽分别进入第一预热器13和第二预热器15，加热高盐高有机物废水和蒸发水，蒸汽在第一预热器13和第二预热器15中放热后凝结为液体，液体流过第三减压阀7降压后进入第三旋风分离器8进一步闪蒸分离，得到高温蒸汽和盐渣。

系统稳定运行时，高盐高有机物废水经高盐高有机物废水增压泵12升压至22.1MPa以上，在第二预热器15中被加热至400℃以上，使高盐高有机物废水处于超临界状态，而后进入第二电加热器17，经高盐高有机物废水注入口102注入超临界水氧化水膜反应器1；氧气罐14的氧气中在氧气增压泵作用下升压后经氧气注入口103注入超临界水氧化水膜反应器1。高压氧气与超临界状态高盐高有机物废水在超临界水氧化水膜反应器1顶部混合燃烧形成热液火焰，将有机物进行“燃烧”氧化；同时蒸发水箱9中蒸发水在第二水泵11中增压后、在第一预热器13中被加热后进入第一电加热器16，经蒸发水侧面注入口101注入多孔内壳104和承压外壳105的环形缝隙中；另外，蒸发水箱9中蒸发水经第一水泵2增压后在第一旋风分离器4底部的加热器中与高浓盐废水进行热交换升温后，经蒸发水底部注入口106注入多孔内壳104和承压外壳105的环形缝隙中；超临界反应后产物经超临界水氧化产物出口107排出在第一减压阀3中降压后进入第一旋风分离器4进行闪蒸，得到蒸汽和高浓盐废水；高浓盐废水经第二减压阀5降压后进入第二旋风分离器6进一步闪蒸，在第二旋风分离器6作用下分离得到高温蒸汽和盐渣；从第一旋风分离器4顶部排出的蒸汽，分别进入第一预热器13和第二预热器15，加热高盐高有机物废水和蒸发水，蒸汽在第一预热器13和第二预热器15中放热后凝结为液体，液体流过第三减压阀7降压后进入第三旋风分离器8进一步闪蒸分离，得到高温蒸汽和盐渣。由第二旋风分离器6和第三旋风分离器8顶部排出的高温蒸汽可以进一步回收利用，也可以排出系统作为热源或热水应用。

本发明通过添加降压阀和旋风分离器将超临界水氧化反应器处理后产物进行气液分离净化，分离出高浓盐废水和高温高压蒸汽，高温高压蒸汽可分别用于加热侧面注入超临界水氧化反应器的蒸发水，以及加入注入超临界水氧化反应器的高盐高COD，高温高压蒸汽换热后凝结形成的高压水，再经减压阀降压后通过旋风分离器进行二次闪蒸，分离出蒸汽和盐渣；旋风分离器下部设有换热器，旋风分离器排出的高浓盐废水可以在换热器中用于加热注入超临界水氧化反应器的蒸发水，与蒸发水换热后的高浓盐废水通过降压阀减压后在旋风分离器进行二次闪蒸，分离出蒸汽和盐渣，最终得到高温蒸汽和盐渣，从而高效节能地实现高盐高COD的零排放处理。

本发明超临界水氧化水膜反应器处理高盐高COD中的有机物，整个系统只有初始启动时，利用电能(也可以是其他能源)对注入超临界水氧化反应器的蒸发水和高盐高COD物料进行加热，稳定运行后，系统可通过旋风分离器源源不断地产生的二次蒸汽和高浓盐废水用于加热蒸发水和高盐高COD，进一步通过减压阀分别对换热后的二次蒸汽(冷凝液体)、高浓盐废水降压，使其在旋风分离器中二次闪蒸分离净化，最终得到蒸汽和盐渣，大大降低系统电能损耗。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高盐高COD废水零排放系统，其特征在于，包括：

废料系统、氧气系统、超临界水氧化水膜反应器(1)及旋风分离系统；

所述废料系统、氧气系统分别与超临界水氧化水膜反应器(1)的进料口管路连接；

所述旋风分离系统，包括第一旋风分离器(4)、第二旋风分离器(6)和第三旋风分离器(8)；

所述超临界水氧化水膜反应器(1)的超临界水氧化产物出口(107)经第一减压阀(3)与第一旋风分离器(4)管路连接；所述第一旋风分离器(4)的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料进行间壁换热后，经第三减压阀(7)与所述第三旋风分离器(8)连接；所述第一旋风分离器(4)的高浓盐废水出口管路经第二减压阀(5)与所述第二旋风分离器(6)连接；

所述超临界水氧化水膜反应器(1)包括多孔内壳(104)和承压外壳(105)；

所述承压外壳(105)设置于多孔内壳(104)外部，所述多孔内壳(104)顶部设有外管(20)和内管(21)，所述内管(21)设置于外管(20)内侧，所述外管(20)顶部设有高盐高有机物废水注入口(102)，所述内管(21)顶部设有氧气注入口(103)；

所述承压外壳(105)底部设有超临界水氧化产物出口(107)；

超临界水氧化水膜反应器(1)的承压外壳(105)与多孔内壳(104)之间设有蒸发水分隔环(108)；

所述承压外壳(105)设有第一蒸发水注入口(101)和第二蒸发水注入口(106)，所述第一蒸发水注入口(101)和第二蒸发水注入口(106)分设于所述蒸发水分隔环(108)的两侧；

还包括蒸发水系统，所述蒸发水系统与所述超临界水氧化水膜反应器(1)的蒸发水注入口管路连接；

所述蒸发水系统包括蒸发水箱(9)；

所述蒸发水箱(9)一出口支路经第二水泵(11)、第一预热器(13)、第一电加热器(16)，与第一蒸发水注入口(101)管路连接；所述蒸发水箱(9)另一出口支路经第一水泵(2)、加热器(19)，与第二蒸发水注入口(106)管路连接；所述加热器(19)设置于所述第一旋风分离器(4)底部。

2.根据权利要求1所述的高盐高COD废水零排放系统，其特征在于，所述第一旋风分离器(4)的蒸汽排出口管路与蒸发水系统于第一预热器(13)进行间壁换热。

3.根据权利要求1所述的高盐高COD废水零排放系统，其特征在于，所述氧气系统包括氧气罐(14)和氧气增压泵(18)，所述氧气罐(14)经氧气增压泵(18)与超临界水氧化水膜反应器(1)的进料口管路连接；

废料系统包括依次管路连接的高盐高有机物废水池(10)、高盐高有机物废水增压泵(12)、第二预热器(15)和第二电加热器(17)；所述第二电加热器(17)与超临界水氧化水膜反应器(1)的进料口管路连接。

4.根据权利要求3所述的高盐高COD废水零排放系统，其特征在于，所述第一旋风分离器(4)的蒸汽排出口管路与废料系统中的物料于第二预热器(15)进行间壁换热。

5.权利要求1所述的高盐高COD废水零排放系统的工艺，其特征在于，包括：步骤S1系统初始启动时，通过电加热对高盐高有机物废水进行加热，使废水处于超临界状态，进入超临界水氧化水膜反应器进行氧化；

步骤S2系统稳定运行时：

(1)超临界水氧化水膜反应器排出的反应产物，通过减压阀降压作用，于第一旋风分离器中进行一次闪蒸，得到蒸汽和高浓盐废水；

(2)由步骤(1)闪蒸得到的蒸汽，对高盐高有机物废水进行加热至超临界温度；

经步骤(1)闪蒸后的高浓盐废水，经减压阀降压作用，于第二旋风分离器二次闪蒸，进一步分离得到温度进一步降低的蒸汽和盐渣；

(3)经步骤(2)换热后的蒸汽，经减压阀降压作用，于第三旋风分离器再次闪蒸，进一步分离得到温度进一步降低的蒸汽和盐渣。

6.根据权利要求5所述的高盐高COD废水零排放系统的工艺，其特征在于，还包括将蒸发水注入超临界水氧化水膜反应器的步骤，所述蒸发水在系统稳定运行时，采用由步骤(1)闪蒸得到的蒸汽和/或由步骤(1)闪蒸得到的高浓盐废水进行加热后，注入超临界水氧化水膜反应器侧壁。

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