CN112875838A - 一种超临界氧化废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界氧化废水处理方法，包括以下步骤：废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，超临界水反应器的预热处理，对含有废水混合物的超临界水反应器进行预热，对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，反应后的气液分离，反应后的固液分离，流出清洁的水，CO2和N2等气体由气液分离器顶部排出。本发明的优点在于采用废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，使本来在废液中有机物与氧气充分融合，气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，通过控制压力和温度使得反应过程中固体和液体的分离回收变得可以控制。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种超临界氧化废水处理方法。
背景技术
超临界氧化是一种环境友好的废水处理方法，超临界水具有极强的溶解能力，高度的可压缩性，粘度接近水蒸汽，而密度接近于液态水，由于其极强的溶解能力，可与氧气和有机物互溶，可使有机物的分子链断裂，从而分解有机物，因此应用于垃圾渗滤液的处理，对垃圾渗滤液中COD的去除率达到99.61％，COD又叫化学需氧量是一个重要而且能较快测定的有机物污染参数，COD通过化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，从而表示水中还原性物质多少的一个指标，水中的还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、硫化物和亚铁盐等，但主要成分是有机物，水中的化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。
废水中的COD指标过高会对水系统造成危害，当垃圾渗滤液中的高浓度的有机废水通过地下水进入到江河中，有机污染物会在江底被淤泥吸附而沉积下来，在若干年内对水生生物造成持久的毒害，破坏河中的生态系统，而且毒害难以去除，人若以水中的生物为食，则会大量吸收这些生物体内的毒素，积累在体内导致癌症和畸形对人构成危害；用受污染的水进行灌溉，植物和农作物也会受到影响，导致农作物生长不良，人也无法食用这些农作物。
现有的超临界水氧化技术采用高温和高压将有机物与氧化剂在超临界水中完全混溶，在超临界水环境中提升有机物的氧化效率，氧化剂将有机物氧化分解为水、二氧化碳和氮气等气体，有机物中含有的放射性核素转变为无机盐，无机盐在超临界水中的溶解度为零，在有机物氧化反应完成后将无机盐固体分离。但是超临界水氧化需要处于高温和高压的条件下，尤其是有机物含有卤素、硫或磷，在超临界水氧化过程中会产生酸，引起设备的强烈腐蚀，而且反应中的盐沉淀会影响传热降低换热率，严重时还会堵塞管路，造成水资源的浪费同时降低设备的工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超临界氧化废水处理方法，从而使废液中有机物与氧气充分融合，使废液中的有机组分在适当的温度和压力下，能被完全氧化为CO2、H20、N2和无机盐等物质，并且提高临界氧化反应的速率，减少反应时间。
一种超临界氧化废水处理方法，包括以下步骤：
步骤1，废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，对配料罐进行加压，配料罐具有至少两个高度不同的出液口，将加压混匀的氧化剂和有机废液加入超临界水反应器中；
步骤2，超临界水反应器的预热处理，对含有废水混合物的超临界水反应器进行预热，配料罐中的废水由高压泵加压输入超临界水反应器中，超临界水反应器的加热器开始加热，超临界水反应器中设置有充氧装置，充氧装置将氧气钢瓶中的氧气按照所需氧化剂的用量输入超临界水反应器中预热至300度，预热后与经过的废水一起进入超临界水氧化反应器中；
步骤3，对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，启动氧化学反应将废水脱盐，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从两端流入超临界水氧化反应器中，系统压力由背压阀控制，发生超临界水氧化反应，废水中的污染物降解为CO2、N2和H2O等无毒害物，反应后清洁的高温高压流体进入加热器与废水和氧化剂分别进行热交换；
步骤4，反应后的气液分离；将超临界水氧化反应后的产物进行气液分离，将二氧化碳和氮气从产物中分离出来，然后进入冷却器降温，降温后的高压流体进入高压气液分离器进行分离，过量的氧化剂由高压气液分离器的顶部分离并返回到超临界水氧化反应器中继续进行反应，液体由高压气液分离器的下部进入液体回收装置；
步骤5，反应后的固液分离，进入液体回收装置的废水流入盐分离器进行脱盐，通过再次加热后，对盐分离器底部的固体废渣进行降温降压的除渣，再将废渣固体放入废渣收集罐中；
步骤6，流出清洁的水，CO2和N2等气体由气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由气液分离器底部排出并收集到回收水箱，对回收水箱中的液体进行检测，检测合格后进行二次利用。
进一步，气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，超临界水氧化反应器中的反应压力为20MPa至60MPa之间，反应温度为500度至800度之间，氧化剂加入量为废水的两倍。
气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，因为盐类和金属氧化物在超临界水中溶解度很低，通过控制压力和温度使得反应过程中固体和液体的分离回收变得可以控制。
进一步，配料罐和超临界水反应器之间设置有乳化泵，乳化泵的进液口与配料罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
进一步，乳化泵的出液口设置有缓冲罐，乳化泵通过缓冲罐与超临界水反应器连通。
进一步，缓冲罐具有至少两个高度不同的出液口，超临界水反应器与缓冲罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
进一步，配料罐设置有高压泵，高压泵给配料罐施加10个标准大气压的压力，配料罐通过高压泵将废液和氧化剂的混合物输送至超临界水反应器中。
进一步，氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热。
氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热，经过预热的氧化剂可以提高临界氧化反应的速率，减少反应时间，降低反应温度，控制反应路线和反应产物。
进一步，超临界水氧化反器设置有冷却装置，冷却装置用于对反应完成后的反应器进行冷却并排出反应余热。
进一步，超临界水氧化反器包含承压外壳，底部设置有出液管，承压外壳内设置有内筒，内筒内部设置有超临界水氧化处理反应腔，承压外壳的顶部连接有废液进管和氧气进管。
进一步，气液分离器用于对反应后的液体进行一次降温降压并进行一次气液分离，然后对分离后的液体进行二次降温降压并进行二次气液分离，用于去除分离后的液体中的杂质。
本法明的优点在于：采用废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，使本来在废液中有机物与氧气充分融合，提高反应的速率。对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，使废液中的有机组分在适当的温度和压力下，能被完全氧化为CO2、H20、N2和无机盐等物质。气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，因为盐类和金属氧化物在超临界水中溶解度很低，通过控制压力和温度使得反应过程中固体和液体的分离回收变得可以控制。氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热，经过预热的氧化剂可以提高临界氧化反应的速率，减少反应时间，降低反应温度，控制反应路线和反应产物。气液分离器用于对反应后的液体进行多次降温降压，在超临界环境下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大会有腐蚀性，多次降温降压避免电化学腐蚀容器。
附图说明
图1是一种超临界氧化废水处理方法的流程图。
具体实施方式
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种超临界氧化废水处理方法，从而使废液中有机物与氧气充分融合，使废液中的有机组分在适当的温度和压力下能被完全氧化为CO2、H20、N2和无机盐等物质，并且提高临界氧化反应的速率，减少反应时间。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
作为一种实施方式，如图1所示，一种超临界氧化废水处理方法，包括以下步骤：
步骤1，废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，对配料罐进行加压，配料罐具有至少两个高度不同的出液口，将加压混匀的氧化剂和有机废液加入超临界水反应器中；
步骤2，超临界水反应器的预热处理，对含有废水混合物的超临界水反应器进行预热，配料罐中的废水由高压泵加压输入超临界水反应器中，超临界水反应器的加热器开始加热，超临界水反应器中设置有充氧装置，充氧装置将氧气钢瓶中的氧气按照所需氧化剂的用量输入超临界水反应器中预热至300度，预热后与经过的废水一起进入超临界水氧化反应器中；
步骤3，对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，启动氧化学反应将废水脱盐，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从两端流入超临界水氧化反应器中，系统压力由背压阀控制，发生超临界水氧化反应，废水中的污染物降解为CO2、N2和H2O等无毒害物，反应后清洁的高温高压流体进入加热器与废水和氧化剂分别进行热交换；
步骤4，反应后的气液分离；将超临界水氧化反应后的产物进行气液分离，将二氧化碳和氮气从产物中分离出来，然后进入冷却器降温，降温后的高压流体进入高压气液分离器进行分离，过量的氧化剂由高压气液分离器的顶部分离并返回到超临界水氧化反应器中继续进行反应，液体由高压气液分离器的下部进入液体回收装置；
步骤5，反应后的固液分离，进入液体回收装置的废水流入盐分离器进行脱盐，通过再次加热后，对盐分离器底部的固体废渣进行降温降压的除渣，再将废渣固体放入废渣收集罐中；
步骤6，流出清洁的水，CO2和N2等气体由气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由气液分离器底部排出并收集到回收水箱，对回收水箱中的液体进行检测，检测合格后进行二次利用。
优选的，采用废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，使本来在废液中有机物与氧气充分融合，提高反应的速率。
优选的，对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，使废液中的有机组分在适当的温度和压力下，能被完全氧化为CO2、H20、N2和无机盐等物质。
优选的，气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，超临界水氧化反应器中的反应压力为20MPa至60MPa之间，反应温度为500度至800度之间，氧化剂加入量为废水的两倍。
优选的，气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，因为盐类和金属氧化物在超临界水中溶解度很低，通过控制压力和温度使得反应过程中固体和液体的分离回收变得可以控制。
作为一种实施方式，配料罐和超临界水反应器之间设置有乳化泵，乳化泵的进液口与配料罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
优选的，乳化泵的出液口设置有缓冲罐，乳化泵通过缓冲罐与超临界水反应器连通。
优选的，缓冲罐具有至少两个高度不同的出液口，超临界水反应器与缓冲罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
优选的，配料罐设置有高压泵，高压泵给配料罐施加10个标准大气压的压力，配料罐通过高压泵将废液和氧化剂的混合物输送至超临界水反应器中。
优选的，氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热。
优选的，氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热，经过预热的氧化剂可以提高临界氧化反应的速率，减少反应时间，降低反应温度，控制反应路线和反应产物。
优选的，超临界水氧化反器设置有冷却装置，冷却装置用于对反应完成后的反应器进行冷却并排出反应余热。
优选的，超临界水氧化反器包含承压外壳，底部设置有出液管，承压外壳内设置有内筒，内筒内部设置有超临界水氧化处理反应腔，承压外壳的顶部连接有废液进管和氧气进管。
优选的，气液分离器用于对反应后的液体进行一次降温降压并进行一次气液分离，然后对分离后的液体进行二次降温降压并进行二次气液分离，用于去除分离后的液体中的杂质。
优选的，气液分离器用于对反应后的液体进行多次降温降压，在超临界环境下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大会有腐蚀性，多次降温降压避免电化学腐蚀容器。
本法明的有益效果：采用废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，使本来在废液中有机物与氧气充分融合，提高反应的速率。对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，使废液中的有机组分在适当的温度和压力下，能被完全氧化为CO2、H20、N2和无机盐等物质。气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，因为盐类和金属氧化物在超临界水中溶解度很低，通过控制压力和温度使得反应过程中固体和液体的分离回收变得可以控制。氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热，经过预热的氧化剂可以提高临界氧化反应的速率，减少反应时间，降低反应温度，控制反应路线和反应产物。气液分离器用于对反应后的液体进行多次降温降压，在超临界环境下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大会有腐蚀性，多次降温降压避免电化学腐蚀容器。
本发明说明书中提到的所有专利和出版物都表示这些是本领域的公开技术，本发明可以使用。这里所引用的所有专利和出版物都被同样列在参考文献中，跟每一个出版物具体的单独被参考引用一样。这里所述的本发明可以在缺乏任何一种元素或多种元素，一种限制或多种限制的情况下实现，这里这种限制没有特别说明。例如这里每一个实例中术语“包含”，“实质由......组成”和“由......组成”可以用两者之一的其余2个术语代替。这里采用的术语和表达方式所为描述方式，而不受其限制，这里也没有任何意图来指明此书描述的这些术语和解释排除了任何等同的特征，但是可以知道，可以在本发明和权利要求的范围内做任何合适的改变或修改。可以理解，本发明所描述的实施例子都是一些优选的实施例子和特点，任何本领域的一般技术人员都可以根据本发明描述的精髓下做一些更改和变化，这些更改和变化也被认为属于本发明的范围和独立权利要求以及附属权利要求所限制的范围内。
Claims (10)
1.一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，废液的预处理，将废液和氧化剂放入配料罐中，废液和氧化剂混合均匀，对配料罐进行加压，配料罐具有至少两个高度不同的出液口，将加压混匀的氧化剂和有机废液加入超临界水反应器中；
步骤2，超临界水反应器的预热处理，对含有废水混合物的超临界水反应器进行预热，配料罐中的废水由高压泵加压输入超临界水反应器中，超临界水反应器的加热器开始加热，超临界水反应器中设置有充氧装置，充氧装置将氧气钢瓶中的氧气按照所需氧化剂的用量输入超临界水反应器中预热至300度，预热后与经过的废水一起进入超临界水氧化反应器中；
步骤3，对废液进行超临界水反应，经过预热的废水从加热器的出口进入反应器中，在反应器中充入经过预热的氧气并进一步加压加热，启动氧化学反应将废水脱盐，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从两端流入超临界水氧化反应器中，系统压力由背压阀控制，发生超临界水氧化反应，废水中的污染物降解为CO2、N2和H2O等无毒害物，反应后清洁的高温高压流体进入加热器与废水和氧化剂分别进行热交换；
步骤4，反应后的气液分离；将超临界水氧化反应后的产物进行气液分离，将二氧化碳和氮气从产物中分离出来，然后进入冷却器降温，降温后的高压流体进入高压气液分离器进行分离，过量的氧化剂由高压气液分离器的顶部分离并返回到超临界水氧化反应器中继续进行反应，液体由高压气液分离器的下部进入液体回收装置；
步骤5，反应后的固液分离，进入液体回收装置的废水流入盐分离器进行脱盐，通过再次加热后，对盐分离器底部的固体废渣进行降温降压的除渣，再将废渣固体放入废渣收集罐中；
步骤6，流出清洁的水，CO2和N2等气体由气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由气液分离器底部排出并收集到回收水箱，对回收水箱中的液体进行检测，检测合格后进行二次利用。
2.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的气体增压泵和压力控制装置控制整个系统的流量和压力，超临界水氧化反应器中的反应压力为20MPa至60MPa之间，反应温度为500度至800度之间，氧化剂加入量为废水的两倍。
3.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的配料罐和超临界水反应器之间设置有乳化泵，乳化泵的进液口与配料罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
4.根据权利要求3所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的乳化泵的出液口设置有缓冲罐，乳化泵通过缓冲罐与超临界水反应器连通。
5.根据权利要求4所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的缓冲罐具有至少两个高度不同的出液口，超临界水反应器与缓冲罐高度不同的两个或两个以上的出液口连通。
6.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的配料罐设置有高压泵，高压泵给配料罐施加10个标准大气压的压力，配料罐通过高压泵将废液和氧化剂的混合物输送至超临界水反应器中。
7.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入加热器进行预热。
8.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的超临界水氧化反器设置有冷却装置，冷却装置用于对反应完成后的反应器进行冷却并排出反应余热。
9.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的超临界水氧化反器包含承压外壳，底部设置有出液管，承压外壳内设置有内筒，内筒内部设置有超临界水氧化处理反应腔，承压外壳的顶部连接有废液进管和氧气进管。
10.根据权利要求1所述的一种超临界氧化废水处理方法，其特征在于：所述的气液分离器用于对反应后的液体进行一次降温降压并进行一次气液分离，然后对分离后的液体进行二次降温降压并进行二次气液分离，用于去除分离后的液体中的杂质。
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