CN110204007A - 一种快速加热含油脂有机废水的装置及处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速加热含油脂有机废水的装置及处理工艺，包括依次相连的燃烧系统(1)、高温烟气发生器(22)、高温烟气主管(2)、气泡发生和分布器(10)，所述高温烟气主管(2)、气泡发生和分布器(10)位于快速加热装置(12)内。本发明装置中气液混合搅动强烈，强化过程传热，热效率极高，不需要固定传热面，节省了耐高温、耐腐蚀材料；操作维护方便、安全可靠。该装置提高了罐体内部废水的整体加热速度，将传统的序批式间接加热或直接蒸汽加热方式改变为效率更高的连续散布气泡垂直加热方式，提高了换热效率，降低了能耗，可大幅节约了运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种快速加热有机废水的装置及工艺。
背景技术
餐厨垃圾渗滤液、屠宰场废水等属于富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水，水中的油脂以浮油，分散油.乳化油，溶解油的形态存在。受环境温度的影响，这类油脂夏季易酸败变质污染环境、冬季易酯化堵塞市政管道，对人类生活、动植物乃至整个生态系统都产生不良的影响。例如：含油脂高浓度有机废水的pH平均值为3.7～4.2，COD平均质量浓度为140.6g/L，NH4 +-N平均质量浓度为16.2g/L，TP平均质量浓度为52.9g/L，TN平均质量浓度为258.2g/L，渗滤液中且存在大量淀粉颗粒，动物脂肪等，具备有机物浓度高、营养元素丰富的特点。
餐厨垃圾渗滤液、屠宰场废水等高油脂废水，在污水处理中，工艺复杂、处理成本很高，油脂会包裹支撑介质，干扰微生物生命活动，影响处理效果；为污水的处理带来很多困难。油脂发酵极易酸败，产生致癌物质(即黄曲霉素)，危害人类健康；油脂粘附器壁容易造成工艺管路堵塞等。因而，富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水在进入污水处理系统前，进行油水分离，把油脂进行脱除是很有必要的。
富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水采用三相卧螺离心机脱出油脂之前，为了实现处理效果，需要进行加热处理。
目前的加热方式主要以间壁式蒸汽加热和直接接触式蒸汽加热，间壁式蒸汽加热存在易结垢，换热效率低，能耗高，运行成本大的缺陷，往往给运营造成很大的压力；直接接触式蒸汽加热，热效率相比间壁式加热高，但蒸汽与废水直接接触后的冷凝水和废水混合，增加了蒸汽锅炉的用水量，同时也增加了污水的处理量，加大了后续污水处理设备的投资成本。目前所采用的废水加热装置以序批式运行为主，存在能源转化率低、能耗较高，运行成本高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速加热含油脂有机废水的装置及处理工艺，可有效的提高热效率、节约能源、降低能耗、运行成本低且能使实现连续运行。该装置具有经济、高效、环保、节能的优点。该装置由高温烟气发生器燃烧产生的高温烟气为热载体、通过高温烟气发生器保护装置、气泡发生器、可调节(或固定式)气泡分布器、温度、流量和压力以及高温烟气发生器自动控制系统由PLC自动控制，以及带气液分离器的快速加热装置组成了液下式可调节的散布气泡垂直加热系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种快速加热含油脂有机废水的装置，包括依次相连的燃烧系统、高温烟气发生器、高温烟气主管、气泡发生和分布器，所述高温烟气主管、气泡发生和分布器位于快速加热装置内。
其中，所述快速加热装置的下部侧壁设有进料口和观察口，上部侧壁设有出料口；所述快速加热装置的外壁还设有温度传感器、压力传感器和液位传感器。
其中，所述快速加热装置内的中上部设有可随液面自动升降的气液两相分离器。
其中，所述高温烟气主管外面套有中空的高温烟气发生器保护装置，避免烟气主管表面温度过高导致淀粉糊化和油脂结焦，使得快速加热装置中的液体受热更为均匀。
其中，所述气泡发生和分布器水平设置，呈圆盘形，所述气泡发生和分布器可通过高温烟气主管下端布设的自动调节机构或手动调节机构来调节布气口以控制气泡的分布和大小。
其中，所述快速加热装置的内部传热方式为高温烟气发生器产生的高温烟气通过气泡发生和分布器与被加热的废水进行散布式对流传热和传质。
其中，所述快速加热装置的底部一侧与压缩空气反冲洗系统相连，以防止泥沙堵塞；所述压缩空气反冲洗系统包括气源；所述快速加热装置的顶部设有排气口和检修人孔；所述排气口与排烟系统相连，所述排烟系统包括依次相连的引风机及有组织排放系统。
其中，所述温度传感器、压力传感器和液位传感器均由PLC控制系统进行监测；所述排烟系统的阀门组、引风机、反冲洗系统的空压机及阀门组均通过所述PLC控制系统进行控制。通过温度传感器、流量传感器、压力传感器与高温烟气发生器的阀门组及PLC控制系统可以对快速加热装置内部被加热废水的温度、压力、流量等参数进行自动调节，可以根据富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水中动植物油脂的去除要求或标准加以设定。
其中，所述快速加热装置的底部呈下椎体，便于泥砂收集，下椎体的下端还设有排砂口及高压空气喷嘴。
其中，所述高温烟气发生器的燃料包括天然气、石油液化气、燃油、沼气、垃圾填埋场的填埋气。尤其是主要利用污水处理厌氧段产生的沼气作为燃料。
本发明快速加热含油脂有机废水装置的处理工艺，包括以下步骤：
(1)高温烟气发生器通过燃烧天然气、石油液化气、焦炉煤气、沼气、轻质燃油等燃料，将高温烟气通过管道，在高温烟气发生器风机正压条件下输送至快速加热装置中的气泡发生和分布器；
(2)气源由空压机提供压缩空气，对管口的高油脂废水的沉淀物进行吹扫；
(3)根据快速加热装置内气泡的扩散速度和高温烟气发生器的出力状态实时调整引风机的静压和风量；
(4)通过PLC控制系统对工艺过程中及快速加热装置内部的压力、温度、时间、风机、静压和流量以及气泡大小进行实时控制。
本发明装置是一种高效节能的富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水加热系统，同时可用于高油脂废水的油水分离和高浓度有机废水废除处理的预处理，可对污水处理厂的污水处理系统起到关键的保护作用，同时也可以节约大量的水资源，可以广泛地用于节能减排、环境保护的污水处理技术领域。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
本发明工艺和装置用于帮助含油脂高浓度有机废水中浮油、分散油的分层、脂肪颗粒的脂质浸出、快速破除含油废水中乳状油，溶解油，提高含油脂高浓度有机废水中油水的分离速度，强化油水分离的效果。同时，该加热方式大幅提了液相传热和传质的效率，避免了因间壁传导加热引起的淀粉糊化和油脂结焦，也避免了因直接对液相直接加热引起的污水量大幅增加的缺点，加重水处理负担，具有很好的节能和节约水资源的效果。
本发明工艺和装置可以利用污水处理厌氧段产生的沼气作为燃料，使资源得到最大的综合利用，燃烧的高温烟气加压后打入装满富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水的快速加热装置内，气液直接接触换热，不需要间壁式换热器或加热罐所必需的固定传热面，带压的高温烟气快速搅动被加热的废水，增大了气液间接触传热面积，强化传热，换热效率极高；被加热的富含动植物油及脂肪类高浓度有机废水经卧螺离心机脱出油脂后排入后续的污水处理系统，不必担心被加热介质的污染问题。
本发明工艺和装置中气液混合搅动强烈，强化过程传热，热效率极高，不需要固定传热面，节省了耐高温、耐腐蚀材料；操作维护方便、安全可靠。
本发明装置提高了罐体内部废水的整体加热速度，将传统的序批式间接加热或直接蒸汽加热方式改变为效率更高的连续散布气泡垂直加热方式，提高了换热效率，降低了能耗，可大幅节约了运行成本。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的快速加热含油脂有机废水的装置及处理工艺作进一步说明。
附图说明
图1为快速加热含油脂有机废水的装置的示意图。
其中，1-燃烧系统、2-高温烟气主管、3-温度传感器、4-压力传感器、5-控制系统、6-液位传感器、7-进料口、8-反冲洗系统、9-排砂口、10-气泡发生和分布器、11-观察口、12-快速加热装置、13-烟气发生器保护装置、14-出料口、15-气液两相分离器、16-排烟系统、17-排气孔、18-检修人孔、19-气源、20-引风机、21-有组织排放系统、22-高温烟气发生器。
具体实施方式
如图1所述，一种快速加热含油脂有机废水的装置，包括依次相连的燃烧系统1、高温烟气发生器22、高温烟气主管2、气泡发生和分布器10，所述高温烟气主管2、气泡发生和分布器10位于快速加热装置12内。
快速加热装置12的下部侧壁设有进料口7和观察口11，上部侧壁设有出料口14；所述快速加热装置12的外壁还设有温度传感器3、压力传感器4和液位传感器6。
快速加热装置12内的中上部设有可随液面自动升降的气液两相分离器15。
高温烟气主管2外面套有中空的高温烟气发生器保护装置13。
气泡发生和分布器10水平设置，呈圆盘形，所述气泡发生和分布器10可通过高温烟气主管下端布设的自动或手动的调节机构来调节布气口以控制气泡的分布和大小。
快速加热装置12的内部传热方式为高温烟气发生器22产生的高温烟气通过气泡发生和分布器10与被加热的废水进行散布式对流传热和传质。
快速加热装置12的底部一侧与压缩空气反冲洗系统8相连；所述压缩空气反冲洗系统8包括气源19；所述快速加热装置12的顶部设有排气口17和检修人孔18；所述排气口17与排烟系统16相连，所述排烟系统16包括依次相连的引风机20及有组织排放系统21。
温度传感器3、压力传感器4和液位传感器6均由PLC控制系统5进行监测；所述排烟系统16的阀门组、引风机20、反冲洗系统8的空压机及阀门组均通过所述PLC控制系统5进行控制。
快速加热装置12的底部呈下椎体，下椎体的下端还设有排砂口9及高压空气喷嘴。
高温烟气发生器22的燃料包括天然气、石油液化气、燃油、沼气、垃圾填埋场的填埋气。
该快速加热含油脂有机废水装置的处理工艺，包括以下步骤：
(1)高温烟气发生器通过燃烧天然气、石油液化气、焦炉煤气、沼气、轻质燃油等燃料，将高温烟气通过管道，在高温烟气发生器风机正压条件下输送至快速加热装置中的气泡发生和分布器；
(2)气源由空压机提供压缩空气，对管口的高油脂废水的沉淀物进行吹扫；
(3)根据快速加热装置内气泡的扩散速度和高温烟气发生器的处理状态实时调整引风机的静压和风量；
(4)通过PLC控制系统对工艺过程中及快速加热装置内部的压力、温度、时间、风机、静压和流量以及气泡大小进行实时控制。
其中，高温烟气由高温烟气发生器通过和空气燃烧获得，高温烟气发生器的出力与液相的加热时间呈正比；
热汽泡的产生：对于不同密度的高油脂有机废水，通过调节气泡发生和分布器控制系统的温度和高温烟气发生器的出力值、快速加热装置上方的压力值，控制气泡的大小和传质、传热速度。
以沼气加热为例：
沼气参数：
沼气甲烷含量CH4：55％～60％
低发热量计算：Qd＝359.6×60＝21576KJ/Nm3＝5162KCal/Nm3；
高发热量计算：Qd’＝397.7×60＝23862KJ/Nm3＝5708KCal/Nm3；
渗滤液罐体体积：10m3；
罐内液体温度：20℃
预计加热温度：80℃
加热时间30min(可根据工艺要求制定加热要求时间)
渗滤液比热C：4.2KJ/kg*℃；(近似于水，以水指标粗算)
渗滤液密度ρ：1000kg/m3；(近似于水，以水指标粗算)
将渗滤液从20℃加热到80℃所需热量Q1
→Q1＝CmΔt＝4.2×1000×10×(80-20)＝2520000KJ＝602870Kcal
直接加热热效率可达90％以上
→Q总＝Q1÷0.9＝602870Kcal÷0.9＝669856Kcal
沼气需求量V(取低发热量计算)
→V＝Q总÷Qd＝669856Kcal÷5162KCal/Nm3＝120Nm3
沼气所需管径计算：
半径管径取值DN100。
理论燃烧所需空气量计算：
V＝0.264×21576KJ/Nm3÷1000×240Nm3×1.1＝1366Nm3
从上述实际应用案例看，本装置及工艺所提出的快速加热装置传热与间壁式传热和蒸汽直通式加热对比：
快速加热法是一种传热效率较高的加热方式，将燃料气与助燃空气预先充分混合，或将二者分别通入燃烧器内充分混合再燃烧，燃烧产生的高温烟气经烟气分布器直接喷射至待加热液体中，对液体进行加热。传热过程为直接接触传热，此时传热和传质过程是同时进行的。作为直接接触传热，此种直接传热方式不需要固定的传热面，燃烧产生的高温烟气在液体中形成的气泡表面就是传热面，传热面积增大的同时传热效率也增高了，通常排烟温度仅比液体温度高出1～5℃，气泡上升过程始终是传热的过程，同时气泡上升过程直接对液体进行搅拌，免除设置搅拌器的必要，可以节省设备投资，简化设备结构。快速加热装置内的烟气发生装置外侧设置保护装置，此种保护装置外壁与装置内含油脂有机废水接触面温度＜150℃，避免有机废水因高温糊化结焦黏附于传热设备外壁，提高了传热效率。
间壁式传热方式为二次传热，输入设备的热能需经过二次传导，且传导的热效率取决于盘管的传热系数高低，最终有效传热效率约为65％左右，同时，高浓度有机废水中含淀粉及脂肪，淀粉及脂肪遇高热极易糊化结焦，黏附于盘管外壁，导致盘管传热系数减低，降低传热效率。
蒸汽直通式加热，释放蒸汽潜热，热效率较高，但加热10吨高浓度有机废水约需要1.7吨蒸汽，后续处理废水水量由10吨增加至11.7吨，处理水量增加了17％，加重后续水处理负担，增加能耗。降低了加入过程整体经济运行指标。
由此可见，本发明工艺和装置较间壁式传热方法节能且高效，热效率提高30％以上；同时可有效避免结焦糊化。本发明工艺和装置较蒸汽直通式加热方式减少水处理量约17％，减轻后续水处理负担，具有很好的节能和节约水资源的效果。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：包括依次相连的燃烧系统(1)、高温烟气发生器(22)、高温烟气主管(2)、气泡发生和分布器(10)，所述高温烟气主管(2)、气泡发生和分布器(10)位于快速加热装置(12)内。
2.根据权利要求1所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述快速加热装置(12)的下部侧壁设有进料口(7)和观察口(11)，上部侧壁设有出料口(14)；所述快速加热装置(12)的外壁还设有温度传感器(3)、压力传感器(4)和液位传感器(6)。
3.根据权利要求2所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述快速加热装置(12)内的中上部设有可随液面自动升降的气液两相分离器(15)。
4.根据权利要求3所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述高温烟气主管(2)外面套有中空的高温烟气发生器保护装置(13)。
5.根据权利要求4所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述气泡发生和分布器(10)水平设置，呈圆盘形，所述气泡发生和分布器(10)可通过高温烟气主管(2)下端布设的自动调节机构或手动调节机构来调节布气口以控制气泡的分布和大小。
6.根据权利要求5所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述快速加热装置(12)的内部传热方式为高温烟气发生器(22)产生的高温烟气通过气泡发生和分布器(10)与被加热的废水进行散布式对流传热和传质。
7.根据权利要求6所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述快速加热装置(12)的底部一侧与压缩空气反冲洗系统(8)相连；所述压缩空气反冲洗系统(8)包括气源(19)；所述快速加热装置(12)的顶部设有排气口(17)和检修人孔(18)；所述排气口(17)与排烟系统(16)相连，所述排烟系统(16)包括依次相连的引风机(20)及有组织排放系统(21)。
8.根据权利要求7所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述温度传感器(3)、压力传感器(4)和液位传感器(6)均由PLC控制系统(5)进行监测；所述排烟系统(16)的阀门组、引风机(20)、反冲洗系统(8)的空压机及阀门组均通过所述PLC控制系统(5)进行控制；所述快速加热装置(12)的底部呈下椎体，下椎体的下端还设有排砂口(9)及高压空气喷嘴。
9.根据权利要求8所述的快速加热含油脂有机废水的装置，其特征在于：所述高温烟气发生器(22)的燃料包括天然气、石油液化气、燃油、沼气、垃圾填埋场的填埋气。
10.采用权利要求1-9任一所述的快速加热含油脂有机废水装置的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)高温烟气发生器(22)通过燃烧天然气、石油液化气、焦炉煤气、沼气、轻质燃油等燃料，将高温烟气通过管道，在高温烟气发生器(22)风机正压条件下输送至快速加热装置(12)中的气泡发生和分布器(10)；
(2)气源(19)由空压机提供压缩空气，对管口的高油脂废水的沉淀物进行吹扫；
(3)根据快速加热装置(12)内气泡的扩散速度和高温烟气发生器(22)的出力状态实时调整引风机(20)的静压和风量；
(4)通过PLC控制系统(5)对工艺过程中及快速加热装置内部的压力、温度、时间、风机、静压和流量以及气泡大小进行实时控制。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112159032A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-01 | 湖南化工职业技术学院（湖南工业高级技工学校） | 一种废水环保处理装置 |
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2019
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