CN112479342A - 一种超临界水处理有机污水系统及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超临界水处理有机污水系统，包括反应装置，反应装置包括外壳和设置在外壳内的内筒，内筒通过连接架与外壳连接，外壳内设有第一加热构件，加热构件通过电控柜控制，外壳内设有加水管和污水管，加水管和污水管的端部分别与第一增压泵和第二增压泵连接，加水管和污水管的另一端与内筒连通，第一增压泵的进水端通过连接件与进水管和进气管连接，内筒内设有搅拌轴，搅拌轴上设有螺旋叶片，搅拌轴通过驱动机构驱动，内筒端部设有穿出外壳的排水管。形成超临界流体，提高超临界水和有机污水的混合和反应速度，提高处理效率。
Description
技术领域
本发明属于涉及有机污水的处理设备领域，特别涉及一种超临界水处理有机污水系统及其污水处理方法。
背景技术
超临界水处理有机污水是一种可行且高效的无害处理方法，在近几年受到了广泛的关注。超临界水是指当水的温度和压力分别达到超临界温度374℃和临界压力22MPa以上时，此时的有机污水、水和空气完全互溶，在数秒内，几乎对所有的有机、有害物质均可充分、均匀氧化，同时，由于氧化反应释放的大量热量，又促进了新的氧化反应的发生，进而达到快速、高效的除污效果。
现有的污水处理法主要有：物理处理法、生物处理法和化学处理法。而超临界水处理污水属于化学处理法。目前，超临界水污水处理主流方案，是对进入反应器的流体进行加热增压并达到超临界流体状态。流体在传输过程中，由于输送管道存在压力损失，这要求增压泵提供较大的压力；同时，超临界流体对反应器内壁存在较为严重的冲刷-腐蚀，易造成反应器腐蚀失效并引起传输管道的堵塞。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超临界水处理有机污水系统及其污水处理方法，形成超临界流体，提高超临界水和有机污水的混合和反应速度，提高处理效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: 一种超临界水处理有机污水系统，包括反应装置，反应装置包括外壳和设置在外壳内的内筒，内筒通过连接架与外壳连接，外壳内设有第一加热构件，加热构件通过电控柜控制，外壳内设有加水管和污水管，加水管和污水管的端部分别与第一增压泵和第二增压泵连接，加水管和污水管的另一端与内筒连通，第一增压泵的进水端通过连接件与进水管和进气管连接，内筒内设有搅拌轴，搅拌轴上设有螺旋叶片，搅拌轴通过驱动机构驱动，内筒端部设有穿出外壳的排水管。
优选的方案中，所述驱动机构为减速电机。
优选的方案中，所述加水管和污水管与内筒连接的一端设有增压接头。
优选的方案中，所述内筒内设有第一温度传感器和压力传感器，第一温度传感器和压力传感器与电控柜电性连接。
优选的方案中，包括冷却罐，冷却罐顶部设有排气口，底部设有排水口，排水管与冷却罐连通。
优选的方案中，所述进水管的进水端设有冷却管，排水管穿设在冷却管内后与冷却罐连通。
优选的方案中，所述冷却罐的排水口通过管件与蒸发罐的进水口连通，冷却罐顶部和底部分别设有排气管和排杂口，蒸发罐内设有第二加热构件和第二温度传感器，第二加热构件和温度传感器与电控柜电性连接。
优选的方案中，所述内筒的材质为热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢，Fe-Cr-B钢的组分质量百分比为：Cr为15%、B为7%，其余为Fe及杂质。
优选的方案中，所述加水管和污水管为曲形管。
本发明还提供一种超临界水处理有机污水系统的污水处理方法，包括如下步骤：
步骤一、通过第一增压泵将空气和水增压后输送至加水管中，同时，第二增压泵将有机污水增压后输送至污水管，空气、水和有机污水在输送的过程中进行加热；
步骤二、加水管中的水和空气以及污水管中的有机污水输送至内筒内，内筒内的超临界流体在内筒内混合、反应；
步骤三、反应后的混合液通过排水管输送，流经冷却管进行第一次冷却，输送至冷却罐后进行再次冷却，通过冷却罐顶部的排气口将氧化反应产生的气体排出；
步骤四、冷却罐排出的液体输送至蒸发罐中进行加热蒸发，蒸发后的物质从冷却罐的排杂口排出。
本发明提供的一种超临界水处理有机污水系统及其污水处理方法，具有以下有益效果：
1、该系统中的反应装置设置为外壳和内筒的双层设计，一方面有利于保温，而且有利于内筒的更换。
2、该系统和方法首先使水、空气和有机污水可以在有限的空间内进行较长时间的加热，使得加热效果更好，确保其温度到达要求。通过第一增压泵和第二增压泵的加压以及增压接头放入二次增压，使其压力得到进一步提高，促使其快速高效地达到超临界状态，从而保证反应的顺利进行。
3、水、空气和有机污水在进入内筒内后，由水和空气形成的超临界水与高温、高压的有机污水在螺旋推杆的搅动和引流双重作用下，使其在较短的空间内氧化反应更加充分。
4、内筒的材质为热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢，可以大大提高内筒的使用寿命，提高设备有效工作时间。
5、该系统对内筒的加热采用四面加热方式，一方面有利于提高加热速度，而且有利于确保内筒内各处的温度保持一致。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为反应装置的剖视图；
图3为图2沿A-A面的剖视图；
图4为反应装置的立体结构示意图；
图5为反应装置的内部结构图；
图6为热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢的横截面显微组织图；
图中：外壳1，内筒2，连接架3，第一加热构件4，电控柜5，加水管6，污水管7，第一增压泵8，第二增压泵9，连接件10，进水管11，进气管12，搅拌轴13，螺旋叶片14，驱动机构15，排水管16，增压接头17，第一温度传感器18，压力传感器19，冷却罐20，冷却管21，蒸发罐22，第二加热构件23，第二温度传感器24，排气口2001，排水口2002。
具体实施方式
如图1~5所示，一种超临界水处理有机污水系统，包括反应装置，反应装置包括外壳1和设置在外壳1内的内筒2，反应装置设置为双层结构，内筒2通过连接架3与外壳1连接，外壳1内设有第一加热构件4，第一加热构件4为加热板，加热构件4通过电控柜5控制，在本实施例中，第一加热构件4分布设置在外壳1的四壁内侧，外壳1内设有加水管6和污水管7，加水管6和污水管7的端部分别与第一增压泵8和第二增压泵9连接，加水管6和污水管7的另一端与内筒2连通，第一增压泵8的进水端通过连接件10与进水管11和进气管12连接，内筒2内设有搅拌轴13，搅拌轴13上设有螺旋叶片14，搅拌轴13通过驱动机构15驱动，内筒2端部设有穿出外壳1的排水管16，排水管16 上设有阀门。
在本实施例中，所述驱动机构15为减速电机。减速电机的输出端与搅拌轴13连接。
优选的，内筒2的材质为热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢，具体的，Fe-Cr-B钢的组分质量百分比为：Cr为15%、B为7%，其余为Fe及杂质。通过对Fe-Cr-B钢进行热浸镀铝-扩散退火处理。具体的将上述配比的Fe-Cr-B钢浸入到高温铝液中，控制温度、浸入时间和铝液成分，铝液温度为可以设置为750℃，热浸镀时间为8h，反应后将试样从铝液中提出，空冷。将制备的表面附有残留铝的高硼铸钢放入电阻炉中，热氧化温度为660~1000℃，保温时间为0.5~5h，随炉冷却。
热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢的横截面显微组织图如图6所示，左侧区域是经过热浸镀铝-扩散退火后形成的组织，为由Fe-Al金属间化合物和Cr-Al-B金属间化合物相间形成的层片型组织，右边的灰白色区域为 Fe-Cr-B钢的原始组织。
经过对Fe-Cr-B钢热浸镀铝-扩散退火处理得到由两种金属间化合物相间形成的层片组织，可以提高耐超临界流体冲刷-腐蚀性能，从而提高其服役寿命。
优选的，所述加水管6和污水管7为曲形管。通过将加水管6和污水管7设置为曲形管，通过增加弯折次数，在有限的空间内，增加加水管6的污水管7的有效输送长度，能够提高加热时间，提高效率。
优选的，所述加水管6和污水管7与内筒2连接的一端设有增压接头17。
通过设置增压接头17，能够对从加水管6和污水管7排出的液体进行进一步增压，从而能够保证实现超临界状态。
优选的，所述内筒2内设有第一温度传感器18和压力传感器19，第一温度传感器18和压力传感器19与电控柜5电性连接。
通过第一温度传感器18和压力传感器19对内筒2内的温度和压力进行实时检测。
优选的，包括冷却罐20，冷却罐20顶部设有排气口2001，底部设有排水口2002，排水管16与冷却罐20连通。
通过设置冷却罐20，能够对反应后的混合液体进行冷却和缓冲，使氧化反应产生的二氧化碳等气体通过排气口2001排出。
进一步的，所述进水管11的进水端设有冷却管21，排水管16穿设在冷却管21内后与冷却罐20连通。
通过排水管16穿设在冷却管21内，一方面排水管16排出的反应后的混合液通过冷却管21进行初步冷却，提高冷却效率，另一方面可以对冷却管21中的水进行预热，能够使进水管11中的水进行预热后再输送至加水管6中，提高加热效率。
所述冷却罐20的排水口通过管件与蒸发罐22的进水口连通，冷却罐20顶部和底部分别设有排气管和排杂口，蒸发罐22内设有第二加热构件23和温度传感器24，第二加热构件23和温度传感器24与电控柜5电性连接。
冷却后的液体进入蒸发罐22中进行加热，二氧化碳等气体从排气管排出，蒸发后剩余的盐类等物质可经由下部的排杂口排出。
一种超临界水处理有机污水系统的污水处理方法，包括如下步骤：
步骤一、通过第一增压泵8将空气和水增压后输送至加水管中，同时，第二增压泵9将有机污水增压后输送至污水管7，空气、水和有机污水在输送的过程中进行加热；
步骤二、加水管6中的水和空气以及污水管7中的有机污水输送至内筒2内，内筒2内的超临界流体在内筒2内混合、反应；
步骤三、反应后的混合液通过排水管16输送，流经冷却管21进行第一次冷却，输送至冷却罐20后进行再次冷却，通过冷却罐20顶部的排气口2001将氧化反应产生的气体排出；
步骤四、冷却罐20排出的液体输送至蒸发罐22中进行加热蒸发，蒸发后的物质从冷却罐20的排杂口排出。
该系统中的反应装置设置为外壳1和内筒2的双层设计，一方面有利于保温，而且有利于内筒2的更换。
该系统和方法首先使水、空气和有机污水可以在有限的空间内进行较长时间的加热，使得加热效果更好，确保其温度到达要求。通过第一增压泵8和第二增压泵9的加压以及增压接头17放入二次增压，使其压力得到进一步提高，促使其快速高效地达到超临界状态，从而保证反应的顺利进行。
水、空气和有机污水在进入内筒2内后，由水和空气形成的超临界水与高温、高压的有机污水在螺旋推杆的搅动和引流双重作用下，使其在较短的空间内氧化反应更加充分。
Claims (10)
1.一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，包括反应装置，反应装置包括外壳（1）和设置在外壳（1）内的内筒（2），内筒（2）通过连接架（3）与外壳（1）连接，外壳（1）内设有第一加热构件（4），加热构件（4）通过电控柜（5）控制，外壳（1）内设有加水管（6）和污水管（7），加水管（6）和污水管（7）的端部分别与第一增压泵（8）和第二增压泵（9）连接，加水管（6）和污水管（7）的另一端与内筒（2）连通，第一增压泵（8）的进水端通过连接件（10）与进水管（11）和进气管（12）连接，内筒（2）内设有搅拌轴（13），搅拌轴（13）上设有螺旋叶片（14），搅拌轴（13）通过驱动机构（15）驱动，内筒（2）端部设有穿出外壳（1）的排水管（16）。
2.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述驱动机构（15）为减速电机。
3.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述加水管（6）和污水管（7）与内筒（2）连接的一端设有增压接头（17）。
4.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，所述内筒（2）内设有第一温度传感器（18）和压力传感器（19），第一温度传感器（18）和压力传感器（19）与电控柜（5）电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，包括冷却罐（20），冷却罐（20）顶部设有排气口（2001），底部设有排水口（2002），排水管（16）与冷却罐（20）连通。
6.根据权利要求4所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述进水管（11）的进水端设有冷却管（21），排水管（16）穿设在冷却管（21）内后与冷却罐（20）连通。
7.根据权利要求4所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述冷却罐（20）的排水口通过管件与蒸发罐（22）的进水口连通，冷却罐（20）顶部和底部分别设有排气管和排杂口，蒸发罐（22）内设有第二加热构件（23）和第二温度传感器（24），第二加热构件（23）和温度传感器（24）与电控柜（5）电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述内筒（2）的材质为热浸镀铝-扩散退火Fe-Cr-B钢，Fe-Cr-B钢的组分质量百分比为：Cr为15%、B为7%，其余为Fe及杂质。
9.根据权利要求1所述的一种超临界水处理有机污水系统，其特征在于，所述加水管（6）和污水管（7）为曲形管。
10.一种超临界水处理有机污水系统的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过第一增压泵（8）将空气和水增压后输送至加水管中，同时，第二增压泵（9）将有机污水增压后输送至污水管（7），空气、水和有机污水在输送的过程中进行加热；
步骤二、加水管（6）中的水和空气以及污水管（7）中的有机污水输送至内筒（2）内，内筒（2）内的超临界流体在内筒（2）内混合、反应；
步骤三、反应后的混合液通过排水管（16）输送，流经冷却管（21）进行第一次冷却，输送至冷却罐（20）后进行再次冷却，通过冷却罐（20）顶部的排气口（2001）将氧化反应产生的气体排出；
步骤四、冷却罐（20）排出的液体输送至蒸发罐（22）中进行加热蒸发，蒸发后的物质从冷却罐（20）的排杂口排出。
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2020
- 2020-11-05 CN CN202011225793.9A patent/CN112479342A/zh active Pending
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