CN1323748A - 一种超临界污水氧化处理装置 - Google Patents

Abstract

一种超临界污水氧化处理装置,改进后的装置在污水泵与氧化反应器之间装有自吸式气液混合器,污水通过二次气液混合和热交换器升温后进入反应器内发生超临界氧化反应。采用上述污水处理装置,省去了普通处理装置中空气压缩设备,使处理过程可连续进行,从而降低了运行成本,提高了设备利用率,日处理污水量可达50－1000吨。

Description

一种超临界污水氧化处理装置

本发明涉及一种环保净化设备，特别是在超临界状态下对污水进行净化处理的装置。

超临界水氧化法是处理有机废水废物的一种新兴技术，它在环保方面的应用受到广泛的重视。当水的温度和压力分别超过临界温度374℃和临界压力22MPa时，水处于超临界状态。此时，有机物、空气和水完全互溶，有机物自发氧化，在很短的时间内，99.9％以上的有机物能被迅速氧化，可完全消除污水中的有害物质。目前，利用超临界水氧化处理污水的主要工艺过程为：先将污水泵入反应器内，然后通过一套空气压缩系统(空气压缩机、透平机、高压循环喷射泵)将含氧的高压气体注入反应器中，使污水中的有害有机物与氧在超临界状态中发生氧化反应，反应释放的热量足以将反应器内所有物料加热至超临界状态，在均相条件下，反应温度550-600度、反应时间5秒即可达到99％以上的去除率。离开反应器的物料经分离器分离后，固体无机盐类由液相中沉积出来，高压气液被引入气液分离器进行回收利用。整个处理过程为分步操作控制的间断过程，需分别备置污水和空气两套输送系统，并且还需设置一个或一个以上的反应器，整套污水处理装置存有处理过程长、间断循环操作、效率低、成本高等缺陷，从而使超临界水氧化污水处理不能形成连续生产，难以满足工业上大规模污水处理的需要。

本发明的目的在于提供一种够使液体和气体同步输送，实现连续作业生产的超临界污水处理装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超临界污水氧化处理装置，包括污水泵、氧化反应器、冷却器、固体分离器、气液分离器等，其特别改进之处是：在污水泵与氧化反应器之间装有自吸式气液混合器。

上述超临界污水氧化处理装置，所述气液混合器，包括壳体和节流阀杆，壳体内设有中间细、两端粗的变径通道和进气通道，进气通道一端与变径通道的细径部位相连通、另一端为节流口，节流阀杆位于节流口上，其下端的节流阀芯与节流口形成节流控制，变径通道两端的粗径颈口分别为进水口和气液出口，节流口上方设有进气口，进水口与污水泵连接，所述变径通道的细径为一端大、一端小的变径细径，靠近进水口的细径直径小，所述进水口和气液出口分别带有高压管接头，所述节流阀为针形节流阀，所述节流阀杆带有阀杆螺母，阀杆螺母固定于壳体上。

上述超临界污水氧化处理装置，在气液混合器和氧化反应器之间加有一个热交换器，所述热交换器是双层套筒结构，气液输送管道呈螺旋状环绕设置在内层套筒中，在管道两端螺旋形环绕的中心各插有电热棒，内层套筒上设置注油孔，内层套筒中充斥油液，外层套筒上设置循环水进口和出口，内外层套筒之间为循环热水。

上述超临界污水氧化处理装置，在热交换器和氧化反应器之间加设一个气液混合器。

上述超临界污水氧化处理装置，所述氧化反应器上气液入口直径至少应是出口直径的两倍。

采用本发明中的污水处理装置，省去了普通处理装置中的空气压缩、喷射系统。它利用一个特殊设计的气液混合器可同时向氧化反应器中注入待处理的污水和空气，形成连续的生产过程。它还可通过微机控制实现自动化操作，从而降低了运行成本，提高了设备利用率，日处理污水量可达50-1000吨。

下面结合附图对本发明进行详述。

图1是超临界污水氧化处理装置的结构示意图；

图2是自吸式气液混合器的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是热交换器的结构示意图。

由图1可见超临界污水氧化处理装置的整体设备配置，它包括污水泵、气液混合器、热交换器、反应器、蒸气发生器、冷却器、固体分离器、中压气液分离器、低压气液分离器等。污水处理时，污水泵2将污水池1中的污水吸出，污水的浓度约10-20％。污水处理过程是在高温高压状态下进行，故污水泵需采用高压泵，额定压力达到50兆帕。泵出的污水进入气液混合器3，气液混合器中的变径通道使液体流经小流量通道时流速增高而形成局部高负压，自动将气体(空气或氧气)由进气口吸入，随液体一并注入热交换器4中，对物料进行提温处理。进入热交换器的气液混合物，经加热棒(或循环热水)加热，使温度升高至300-400度。为保证物料在进入反应器时具备足够的氧气，当气液混合物流出热交换器后，即进入另一气液混合器5进行二次补气，这种高温且含氧充足的物料经单向阀6进入高压反应器7中进行超临界状态氧化反应。高压反应器中的有机物与氧迅速进行氧化放热反应，释放的热量可使温度达550-600度。氧化反应器的入口直径应比出口直径大两倍以上，反应器内部压力达30-50兆帕。在此反应条件下，物料经5秒钟左右的时间，即可达到99％以上的去除率。离开反应器7的物料经阀8、减压阀9进入蒸气发生器10，产生的高温高压蒸气进入热交换供热站21，再经过冷却器11冷却后温度降至25-100度，进入固体分离器12，在此将反应生成的无机盐等固体从流体相中沉淀析出，经阀15进入固体回收站16回收。另一部分液体经阀13，减压阀14减压，压力值约10-32兆帕，进入中压气液分离器17，进行一次气液分离，分离出的气体(主要是氮气和二氧化碳)由气体回收站19回收，液体经减压阀18减压至1兆帕后进入常压气液分离器20进行二次气液分离，分离的气体进入回收站19，液体已是净水。上述各设备之间均由管道密封连接。

图2、3是本发明装置中设计的气液混合器的结构示意图。气液混合器的进气通道29在变径通道28的细径部位与之相连通，图中变径通道28的细径部分为变径细径，该变径细径由直径不等的两段细径组成，以进气通道29为界，与进水口32相连的细径直径小，与气液出口33相接的细径直径大，采用变径细径可进一步提高液体的流速，以确保形成足够高的负压，当然，采用锥孔等其它形状的变径细径也是可行的。节流阀30采用针形节流阀，节流阀的针形头与进气通道的入口形成节流控制，进气通道上方设有气室，进气口9设于气室室壁上，调节节流阀杆的升降位置，控制节流口的开口大小，可控制进气量。当然，也可采用其它节流形式，如缝隙式、薄壁小孔式等。进水口32和气液出口33上分别带有高压管接头，高压管接头中接管35的密封面为弧形，进水口和气液出口的孔口为锥孔，接管外圆周上设有挡环40，旋拧螺套36，螺套压迫挡环使接管的弧形端面与锥孔紧密接触，此种密封结构密封可靠，能满足较高压力的密封要求。节流阀杆2的升降可采用图示的螺杆驱动式，即节流阀杆上端为螺杆，螺杆部分位于阀杆螺母37内，阀杆螺母通过外螺纹固定在阀体的气室上，犟母38用于固定阀杆螺母，通过手轮39或其它自动控制机构驱动节流阀杆旋转即可实现节流阀杆的升降。除图示外，节流阀杆亦可采用其它升降结构，节流阀杆与自动控制装置相连时可通过微机实现自动控制。使用时，高压污水由进水口进入阀体的变径通道28，气体由进气口34被吸入，气液混合流体由细径进入较粗通道，调节节流口的大小可控制进气量，变径通道的直径可根据工艺参数选取。

图4所示为热交换器4的结构示意图。热交换器为双层套筒结构，采用油和水双重传热的原则。其进口47与气液混合器3的气液出口密封连接，出口48与另一气液混合器5的进水口密封连接。液体输送管道46呈螺旋状环绕设置在内层套筒53中，在管道两端螺旋形环绕的中间，各插入两根电热棒52，当高压污水流经管道时，电热棒通电，使污水升温(运行正常后即主要靠循环水加热)，发生初步氧化反应，释放的反应热可继续提升水温。当污水流经管道出口时温度可达300-400度。与此同时，热交换器的内外层套筒之间流动着保温循环水，流进循环水入口49的热水来源于热交换供热站21，流出出口50的水可引到污水池补水，使污水的浓度保持在10％-20％左右。内层套筒上设置注油管51，内层套筒中充斥着起到保温作用的油液。热交换器对污水的提温处理，为污水达到超临界状态提供了温度条件。

Claims (5)

1．一种超临界污水氧化处理装置，包括污水泵、氧化反应器、冷却器、固体分离器、气液分离器等，其特征在于：在污水泵(2)与氧化反应器(7)之间装有自吸式气液混合器(3)。

2．根据权利要求1所述的超临界污水氧化处理装置，其特征在于：所述自吸式气液混合器(3)，包括壳体(26)和节流阀杆(27)，壳体(26)内设有中间细、两端粗的变径通道(28)和进气通道(29)，进气通道一端与变径通道的细径部位相连通、另一端为节流口，节流阀杆位于节流口上，其下端的节流阀芯(31)与节流口形成节流控制，变径通道两端的粗径颈口分别为进水口(32)和气液出口(33)，节流口上方设有进气口(34)，进水口(32)与污水泵(2)连接，所述变径通道的细径为一端大、一端小的变径细径，靠近进水口的细径直径小，所述进水口和气液出口分别带有高压管接头，所述节流阀为针形节流阀，所述节流阀杆带有阀杆螺母(37)，阀杆螺母固定于壳体上。

3．根据权利要求2所述的超临界污水氧化处理装置，其特征在于：在气液混合器(3)和氧化反应器(7)之间加有一个热交换器(4)，所述热交换器是双层套筒结构，气液输送管道(46)呈螺旋状环绕设置在内层套筒(53)中，在管道两端螺旋形环绕的中心各插有电热棒(52)，内层套筒上设置注油孔(51)，内层套筒中充斥油液，外层套筒(45)上设置循环水进口(49)和出口(50)，内外层套筒之间为循环热水。

4．根据权利要求3所述的超临界污水氧化处理装置，其特征在于：所述热交换器(4)和氧化反应器(7)之间加设一个气液混合器(5)。

5．根据权利要求1或4所述的超临界污水氧化处理装置，其特征在于：所述氧化反应器(7)上气液入口的直径至少应是出口直径两倍。

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