CN103601282A - 超临界水氧化技术处理难降解废水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法是将预热后的废水流入盐分离器进行超临界脱盐，氧化剂经换热器进行预热后进入加热器加热到所需的温度，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从反应器两端流入超临界水氧化反应器，***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等无毒害物质；反应后清洁的高温高压流体进入换热器与废水和氧化剂分别进行热交换，之后降温、分离，过量的氧化剂返回超临界水氧化反应器，液体进入常压气液分离器，CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出。本发明具有废水处理效率高，无二次污染,适于处理不同浓度的难降解废水的优点。
Description
技术领域
本发明涉及难降解废水的处理方法，更具体地说是一种超临界水氧化处理难降解废水的方法。
背景技术
难降解废水是一种难处理的工业废水，主要是染料、农药、医疗、焦化等生产过程中产生的废水，排放量大、污染物浓度高、毒性大，其成分也复杂多变，化学耗氧量高，难于生物降解。通常，废水中含有大量的氨氮、酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物，废水中无机盐含量也很高。氨和酚类等都是毒性较大的化合物，进入水环境会造成严重的水体污染，因此国家对高浓度难降解废水的排放有着严格的规定。对难降解废水的处理，通常采用多级处理技术：一级处理包括沉淀、萃取、汽提等单元，以除去部分灰渣，酚类氨等；二级处理主要是生化法，可以处理掉废水中绝大多数污染物，包括活性污泥法和生物过滤法；深度处理包括臭氧氧化法和活性炭吸附法。由于深度处理费用昂贵，多数企业只对废水进行二级处理，即将废水进行溶剂萃取脱酚、水蒸气汽提蒸氨等预处理，再用生化法进行处理。这种方法不仅处理流程复杂、设备投资多、占地面积大，而且出水的氨氮、COD等难以达到排放标准。随着人类环保意识的增强和水资源短缺、水污染问题的日益严重，开发经济、有效的废水处理技术就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为难降解废水提供一种高效、清洁的处理技术。
超临界水氧化（Supercritical Water Oxidation, SCWO）是近年来新兴的废水处理技术。由于超临界水（SCW）具有粘度低、扩散系数高、对有机物和气体溶解能力强等特点。超临界水氧化技术利用有机物和氧气在超临界水中完全溶解特性，极大地降低了传质阻力，使得有机物的氧化降解反应能够在均相中进行，有机物在较短时间（<1分钟）内几乎完全氧化降解为CO2、N2和H2O等小分子无毒物质，且无机盐在超临界水中溶解性急剧降低（典型无机盐的溶解度仅为1－100mg.L-1），使得无机盐易于分离。采用超临界水氧化技术处理含大量无机盐的废水，可使无机盐的分离回收和废水处理同时进行。与传统的水处理技术相比，与传统的水处理技术相比，超临界水氧化技术具有很明显的优势
为实现上述目的，本发明采用超临界水氧化技术处理难降解废水，其具体方法包括如下步骤：
废水储罐中的废水由高压泵加压输入换热器进行预热，预热后的废水流入盐分离器进行超临界脱盐，若不需要脱盐，盐分离器不需要工作；同时，氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入换热器进行预热，之后进入加热器，若氧化剂温度满足需求，加热器无需工作，若氧化剂温度达不到需求，加热器开始工作，将氧化剂加热到所需的温度，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从超临界水氧化反应器两端流入超临界水氧化反应器，***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等无毒害物质；反应后清洁的高温高压流体进入换热器与废水和氧化剂分别进行热交换，之后进入冷却器降温；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顶部返回超临界水氧化反应器继续进行反应，液体由高压气液分离器的下部进入常压气液分离器。CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出，作为生产、生活回用水使用。
如上所述，废水为染料、农药、医疗、焦化等生产过程中产生的废水。
如上所述，高压泵压力为23-30MPa。
如上所述，废水经换热器预热后的温度为350-375℃，压力为23-30MPa。
如上所述，所用氧化剂可以是过氧化氢水溶液、臭氧或液氧；氧化剂用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2-5倍，氧化剂经过预热器和加热器后，温度可升至550-700℃。
如上所述，盐分离器内部的温度为500-700℃，压力为23-30MPa。
如上所述，超临界水氧化反应器的温度控制在550-700℃，压力由背压阀来调节，并控制在23-30MPa，在10-40秒的停留时间内，废水中的污染物即可被氧化降解为CO2、N2和H2O等无毒害物质。
如上所述，高压气液分离器的温度为20-80℃，压力为4-22MPa，从高压气液分离器顶部分离出的过量氧化剂返回反应器循环使用。
如上所述，反应后的高温高压流体进入两个换热器，换热器结构简单，换热效率高。
如上所述，所用超临界水氧化反应器为管式反应器。
如上所述，处理COD含量大于35000mg/L废水样品时为自热反应。
与现有技术相比，本发明的方法具有如下优点：
1.废水无需进行预处理，可以直接进入超临界水氧化装置进行处理；
2.适于处理不同浓度的难降解废水，尤其适于处理含氨氮、酚类物质、单环芳烃和多环芳烃、氮、硫、氧的杂环化合物以及大量无机盐的一种或多种的高浓度染料、农药、医疗、焦化等生产过程中产生的废水。
3. 废水处理效率高，废水中污染物在数十秒内即可接近完全氧化降解；
4. 废水中的无机盐可在放置于超临界水氧化反应器之前的盐分离器中脱除，避免盐沉积引起反应器及管道的堵塞，同时脱除的无机盐易于回收利用；
5.处理COD含量大于35000mg/L废水样品，可依靠反应过程中自身氧化放热来维持反应所需的温度，不需要额外供给热量。
6.使用两个换热器，换热器结构简单，换热效率高。
7. 装置结构紧凑，工艺流程短，节约用地面积；
8.整个处理过程密闭进行，无二次污染，处理后的清洁水可实现回用，具有很好的环境效益和经济效益。
附图说明：
图1是本发明的流程示意图。
图中：1.废水槽，2.氧化剂储罐，3.废水泵，4.低温氧化剂泵，5.废水热交换器，6.氧化剂换热器，7.盐分离器，8. 超临界水氧化反应器，9.氧化剂加热器，10.冷却器，11.***压力调节阀，12、16、18、20阀门，13.无机盐固体，14.高压气液分离器，15.背压阀门，17.常压气液分离器，19.回用水，21.气体
具体实施方式：
实施例1
对含高浓度氨氮、酚类、COD和无机盐的高浓度煤气化废水进行超临界水氧化处理，所用废水原水水质如表1所示。废水储罐1中的废水由高压泵3加压至24MPa输入换热器5预热，废水预热至360℃后流入温度为650℃的盐分离器7进行脱盐；同时，氧化剂由储罐2经由高压泵4加压至24MPa输入换热器6进行预热，经加热器9加热到640℃的氧化剂与脱盐后的废水分别由超临界水氧化反应器8两端流入，进行超临界水氧化反应。氧化剂用量为理论需氧量的4倍，废水在超临界水氧化反应器8内停留时间为32秒，***压力由背压阀11控制在24MPa。处理后的水流出超临界水氧化反应器8的温度为660℃，经换热器5、6进行热量回收后进入冷却器10冷却到室温后进入高压气液分离器14。分离出的过量氧化剂由高压气液分离器顶部返回超临界水氧化反应器8循环使用，高压气液分离器底部的液体经背压阀15减压后进入常压气液分离器17。CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出。处理后的出水水质见表2。
实施例2
对含高浓度氨氮、酚类、COD和无机盐的高浓度焦化废水进行超临界水氧化处理，所用废水原水水质如表1所示。废水储罐1中的废水由高压泵3加压至25MPa输入换热器5预热，废水预热至355℃后流入温度为650℃的盐分离器7进行脱盐；同时，氧气由储罐2经由高压泵4加压至25MPa输入换热器6进行预热，通过加热器9加热到650℃的氧化剂与脱盐后的废水分别由超临界水氧化反应器8两端流入，进行超临界水氧化反应。氧化剂用量为理论需氧量的5倍，废水在超临界水氧化反应器8内停留时间为24秒，***压力由背压阀11控制在25MPa。处理后的水流出超临界水氧化反应器8的温度为650℃，经换热器5、6进行热量回收后进入冷却器10，冷却到室温后进入高压气液分离器14。分离出的过量氧化剂由高压气液分离器顶部返回超临界水氧化反应器8循环使用，高压气液分离器底部的液体经背压阀15减压后进入常压气液分离器17。CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出。处理后的出水水质见表2。
实施例3
对含氨氮、COD和无机盐的高浓度棉纺织品印染废水进行超临界水氧化处理，所用废水原水水质如表1所示。废水储罐1中的废水由高压泵3加压至25MPa输入换热器5预热。同时，过氧化氢水溶液由储罐2经由高压泵4加压至25MPa输入换热器6进行预热，通过加热器9加热到500℃的氧化剂与脱盐后的废水分别由超临界水氧化反应器8两端流入，进行超临界水氧化反应。氧化剂用量为理论需氧量的2.5倍，废水在超临界水氧化反应器8内停留时间为20秒，***压力由背压阀11控制在25MPa。处理后的水流出超临界水氧化反应器8的温度为500℃，经换热器5、6进行热量回收后进入冷却器10，冷却到室温后进入高压气液分离器14。分离出的过量氧化剂由高压气液分离器顶部返回超临界水氧化反应器8循环使用，高压气液分离器底部的液体经背压阀15减压后进入常压气液分离器17。CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出。处理后的出水水质见表2。
实施例4
对含高浓度氨氮、酚类、COD和无机盐的高浓度地下气化废水进行超临界水氧化处理，所用废水原水水质如表1所示。废水储罐1中的废水由高压泵3加压至25MPa输入换热器5预热，废水预热至367℃后流入温度为650℃的盐分离器7进行脱盐；同时，过氧化氢水溶液由储罐2经由高压泵4加压至25MPa输入换热器6进行预热，由加热器9加热到648℃的氧化剂与脱盐后的废水分别由超临界水氧化反应器8两端流入，进行超临界水氧化反应。氧化剂用量为理论需氧量的3倍，废水在超临界水氧化反应器8内停留时间为24秒，***压力由背压阀11控制在25MPa。处理后的水流出超临界水氧化反应器8的温度为653℃，经换热器5、6进行热量回收后进入冷却器10，冷却到室温后进入高压气液分离器14。分离出的过量氧化剂由高压气液分离器顶部返回超临界水氧化反应器8循环使用，高压气液分离器底部的液体经背压阀15减压后进入常压气液分离器17。CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出。处理后的出水水质见表2。
Claims (9)
1. 一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于包括如下步骤：
废水储罐中的废水由高压泵加压输入换热器进行预热，预热后的废水流入盐分离器进行超临界脱盐，若不需要脱盐，盐分离器不需要工作；同时，氧化剂储罐中的氧化剂经由高压泵加压输入换热器进行预热，之后进入加热器，若氧化剂温度满足需求，加热器无需工作，若氧化剂温度达不到需求，加热器开始工作，将氧化剂加热到所需的温度，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从超临界水氧化反应器两端流入超临界水氧化反应器，***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等无毒害物质；反应后清洁的高温高压流体进入换热器与废水和氧化剂分别进行热交换，之后进入冷却器降温；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顶部返回超临界水氧化反应器继续进行反应，液体由高压气液分离器的下部进入常压气液分离器；
CO2、N2等气体由常压气液分离器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分离器底部排出，作为生产、生活回用水使用。
2.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的废水为染料、农药、医疗或焦化生产过程中产生的废水。
3.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的高压泵压力为23-30MPa。
4.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的废水经换热器预热后的温度为350-375℃，压力为23-30MPa。
5.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的氧化剂是过氧化氢水溶液、臭氧或液氧；氧化剂用量为废水中有机物完全氧化时理论需氧量的2-5倍，氧化剂经过预热器和加热器后，温度升至550-700℃。
6.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的盐分离器内部的温度为500-700℃，压力为23-30MPa。
7.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的超临界水氧化反应的温度控制在550-700℃，并控制在23-30MPa，停留时间为10-40秒。
8.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的高压气液分离器的温度为20-80℃，压力为4-22Mpa。
9.如权利要求1所述的一种超临界水氧化技术处理难降解废水的方法，其特征在于所述的超临界水氧化反应器为管式反应器。
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