申請日2013.11.28
公開(公告)日2014.04.02
IPC分類號C02F1/72; C02F1/28; C02F101/30; B01J20/10; C02F1/52; C02F9/04
摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置，該裝置包括夾套式反應釜(1)、液壓裝置(2)、反應釜壓力聯鎖控制裝置(3)、吸附劑裝填裝置(4)、壓縮機(5)、增壓泵(6)、升溫加熱系統(7)、冷卻器(8)、回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);本發(fā)明借助在有機廢水中投加一定量的吸附劑(活性硅粉體)，通過攪拌器使二者均勻混合在一起，進入反應器內，活性硅粉末粒度很小，不會對管路造成堵塞，且能夠在反應器內對反應所生成的無機鹽進行吸附，然后隨產物一起流出反應器進入沉淀池，通過添加絮凝劑或者自然沉淀，在沉淀池內實現吸附劑與處理后液體的分離。本超臨界裝置通過夾套式和液壓系統的配合，減少了超臨界狀態(tài)下設備的腐蝕，降低了設備成本;同時通過添加吸附劑，避免了無機鹽析出對設備的堵塞問題，易于實現工業(yè)化。
權利要求書
1.一種超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置，其特征在于： 該裝置包括夾套式反應釜(1)、液壓裝置(2)、反應釜壓力聯鎖控制裝置(3)、 吸附劑裝填裝置(4)、壓縮機(5)、增壓泵(6)、升溫加熱系統(7)、冷卻器(8)、 回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);夾套式反應釜的液壓油進出口分別與液壓 裝置通過管路相連;液壓裝置的自動控制系統與反應釜壓力聯鎖控制裝置通過電 路相連;壓縮機進氣管路與氧氣罐出口相連，壓縮機出口與氧氣預熱器進口相連; 增壓泵進口管路與廢水罐出口相連，增壓泵出口與廢水預熱器進口相連;氧氣預 熱器出口管路與廢水預熱器出口管路通過三通與夾套式反應釜內筒反應介質進 口管路相連;夾套式反應釜內筒反應介質出口管路分別與反應釜壓力聯鎖控制裝 置和冷卻器相連，整套裝置的管路連接均采用螺紋連接方式;所述吸附劑裝填裝 置(4)，首先吸附劑選定為活性硅粉體，其裝填量的多少，要根據所處理廢水的濃 度及雜質元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設置在廢水罐的上方， 通過調節(jié)吸附劑出口閥門來控制吸附劑的填加量，同時在廢水罐內設置一個攪拌 器，使廢水和吸附劑均勻的混合后，進入增壓泵。
2.如權利要求1所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置， 其特征在于，所述的夾套式反應釜(1)的內筒(19)設有內筒固定板(18)， 內筒(19)和外筒(20)下端均為球形封頭，上端通過上端蓋(12)及下法蘭(13)， 在內筒固定板(18)上下放置墊片(17)，用螺栓連接實現反應釜的密封以及內 筒(19)與外筒(20)的隔絕，內筒(19)介質為超臨界水氧化反應介質，內筒(19) 和外筒(20)之間的夾套層介質為液壓油，外筒設有2個接管，其中一個接管(14) 使液壓油進入內筒(19)與外筒(20)之間的夾套層，另一個接管(15)為液壓 油出口。
3.如權利要求2所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置， 其特征在于，氧氣通過壓縮機(5)增壓，有機廢水通過增壓泵(6)增壓，增壓后 的氧氣和有機廢水混合進入反應釜內筒(19);液壓油通過液壓裝置(2)注入反 應釜的夾套層內，反應釜壓力聯鎖控制裝置(3)分別與內筒(19)和液壓系統(2) 相連。
4.如權利要求2所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置， 其特征在于，所述內筒(19)材料選擇為耐腐蝕(化學腐蝕)的合金材料，無需 考慮材料的力學性能，且壁厚較薄;外筒(20)材料選擇為耐高溫高壓的金屬材 料，無需考慮材料的耐腐蝕性能。
5.如權利要求2所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置， 其特征在于，所述夾套式反應釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內筒固 定板、下法蘭、上下墊片、螺柱和螺母。
6.一種使用如權利要求1-5任一項所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降 解有機廢水的裝置進行廢水處理的方法，其特征在于，所述吸附劑裝填裝置(4)， 首先吸附劑選定為活性硅粉體，其裝填量的多少，要根據所處理廢水的濃度及雜質 元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設置在廢水罐的上方，通過調節(jié)吸 附劑出口閥門來控制吸附劑的填加量，同時在廢水罐內設置一個攪拌器，使廢水和 吸附劑均勻的混合后，進入增壓泵;吸附劑可以有效吸附反應中析出的無機鹽，并 能夠隨反應產物一起流出反應器;最終在沉定池內實現吸附劑與液體的分離;若 要加快分離速度，可以加入適量的絮凝劑;所述夾套式反應釜(1)上端采用可拆 卸連，包括：上端蓋、內筒固定板、下法蘭、上下墊片、螺柱和螺母;其可以根 據內筒的腐蝕程度對內筒進行修補或者更換。
7.如權利要求6所述的使用如權利要求1-5任一項所述的超臨界水氧化法 處理高濃度難降解有機廢水的裝置進行廢水處理的方法，其特征在于，所述活性 硅粉體是以粉煤灰為原料，通過如下步驟制備：
(1)秤取一定量的粉煤灰，加入8mol/L的氫氧化鈉溶液，保持固液比為 1：2-1：3，加熱并攪拌，反應1-2小時;抽濾，取濾液加以攪拌，并在攪拌的過 程中加入約為溶質NaSiO3質量1%-5%的表面活性劑聚乙二醇，隨后通入二氧 化碳氣體反應1-2小時;抽濾后取濾渣以5%-10%的鹽酸淋洗至無氣泡產生， 真空干燥，制得二氧化硅納米顆粒;
(2)取聚丙烯腈(PAN)充分溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配置成 10-15%的PAN/DMF溶液。
(3)取二氧化硅納米顆粒溶解于PAN/DMF溶液中，充分攪拌、混合，其 中PAN與二氧化硅顆粒的摩爾比為1：1-1：2;
(4)以鋁箔為接收器并伴以高壓電源進行紡絲;
(5)通過管式爐灼燒，去除纖維膜中的有機物，即得二氧化硅纖維;
(6)以金屬鎂或活性炭還原得到的二氧化硅纖維，然后使用5%-10%的稀 鹽酸溶液，浸泡除雜制得活性硅吸附材料。
8.如權利要求6或7所述的使用如權利要求1-5任一項所述的超臨界水氧 化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置進行廢水處理的方法，其特征在于，所述 沉定池中加入適量的絮凝劑，以加快分離速度。
說明書
一種超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置及方法
技術領域
本發(fā)明涉及超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水領域，特別涉及一種 超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置及方法，屬于水處理領域。
背景技術
在超臨界水氧化法(SCWO)是一種具有適應性強、適用范圍廣泛、節(jié)約能 源的消耗、處理效率高等特點的高濃度難降解有機廢水處理技術。由于超臨界水 氧化工藝條件苛刻，對設備的要求高，而且反應器的腐蝕和無機鹽的析出沉積堵 塞設備的問題仍沒有得到有效的解決，阻礙了該技術的工業(yè)化應用。為此，通過 對反應器以及整套裝置進行優(yōu)化設計來解決腐蝕和鹽析問題。
超臨界水氧化對于合金鋼的主要腐蝕類型主要有：化學腐蝕和應力腐蝕。其 中，應力腐蝕最為危險，且普遍存在，對超臨界水氧化反應器造成嚴重的破壞。應 力腐蝕破裂產生的必備條件：一是有敏感金屬;二是存在具有對金屬腐蝕性的介 質;三是有應力存在(通常在拉應力的存在的情況下影響最大)。
無機鹽在超臨界水中的溶解度十分小，與有機物相比較而言，無機鹽幾乎不 溶，尤其當溫度超過475℃時，超臨界水中的無機物溶解度快速減小，乃至完全 不溶解，無機鹽就會在超臨界水中完全析出。無機鹽的析出，造成了設備及管路 的嚴重堵塞。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免反應釜的應力腐蝕以及無機鹽的沉積所造成的設備 堵塞，提供了一套超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢水裝置。
本發(fā)明具體給出如下技術方案：一種超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機 廢水的裝置，其特征在于：該裝置包括夾套式反應釜(1)、液壓裝置(2)、反應 釜壓力聯鎖控制裝置(3)、吸附劑裝填裝置(4)、壓縮機(5)、增壓泵(6)、升 溫加熱系統(7)、冷卻器(8)、回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);夾套式反 應釜的液壓油進出口分別與液壓裝置通過管路相連;液壓裝置的自動控制系統與 反應釜壓力聯鎖控制裝置通過電路相連;壓縮機進氣管路與氧氣罐出口相連，壓 縮機出口與氧氣預熱器進口相連;增壓泵進口管路與廢水罐出口相連，增壓泵出 口與廢水預熱器進口相連;氧氣預熱器出口管路與廢水預熱器出口管路通過三通 與夾套式反應釜內筒反應介質進口管路相連;夾套式反應釜內筒反應介質出口管 路分別與反應釜壓力聯鎖控制裝置和冷卻器相連，整套裝置的管路連接均采用螺 紋連接方式;所述吸附劑裝填裝置(4)，首先吸附劑選定為活性硅粉體，其裝填量 的多少，要根據所處理廢水的濃度及雜質元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝 置(4)設置在廢水罐的上方，通過調節(jié)吸附劑出口閥門來控制吸附劑的填加量， 同時在廢水罐內設置一個攪拌器，使廢水和吸附劑均勻的混合后，進入增壓泵;吸 附劑可以有效吸附反應中析出的無機鹽，并能夠隨反應產物一起流出反應器;最 終在沉定池內實現吸附劑與液體的分離;若要加快分離速度，可以加入適量的絮 凝劑;
上述的夾套式反應釜(1)的內筒(19)設有內筒固定板(18)，內筒(19) 和外筒(20)下端均為球形封頭，上端通過上端蓋(12)及下法蘭(13)，在內筒 固定板(18)上下放置墊片(17)，用螺栓連接實現反應釜的密封以及內筒(19) 與外筒(20)的隔絕，內筒(19)介質為超臨界水氧化反應介質，內筒(19)和外 筒(20)之間的夾套層介質為液壓油，外筒設有2個接管，其中一個接管(14) 使液壓油進入內筒(19)與外筒(20)之間的夾套層，另一個接管(15)為液壓 油出口。
上述裝置中，氧氣通過壓縮機(5)增壓，有機廢水通過增壓泵(6)增壓，增 壓后的氧氣和有機廢水混合進入反應釜內筒(19);液壓油通過液壓裝置(2)注 入反應釜的夾套層內，反應釜壓力聯鎖控制裝置(3)分別與內筒(19)和液壓系 統(2)相連，從而保證內筒(19)所受反應介質引起的內壓與夾套層介質引起的 外壓時刻相等，這樣內筒(19)不產生應力，進而避免應力腐蝕。
上述內筒(19)材料選擇為耐腐蝕(化學腐蝕)的合金材料，無需考慮材料 的力學性能，且壁厚較薄;外筒(20)材料選擇為耐高溫高壓的金屬材料，無需考 慮材料的耐腐蝕性能。
上述夾套式反應釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內筒固定板、下 法蘭、上下墊片、螺柱和螺母;其作用是：可以根據內筒的腐蝕程度對內筒進行 修補或者更換。
本發(fā)明還提供了一種使用所述的超臨界水氧化法處理高濃度難降解有機廢 水的裝置進行廢水處理的方法，其特征在于，所述吸附劑裝填裝置(4)，首先吸 附劑選定為活性硅粉體，其裝填量的多少，要根據所處理廢水的濃度及雜質元素 的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設置在廢水罐的上方，通過調節(jié)吸附劑 出口閥門來控制吸附劑的填加量，同時在廢水罐內設置一個攪拌器，使廢水和吸附 劑均勻的混合后，進入增壓泵;吸附劑可以有效吸附反應中析出的無機鹽，并能夠 隨反應產物一起流出反應器;最終在沉定池內實現吸附劑與液體的分離;所述夾 套式反應釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內筒固定板、下法蘭、上下 墊片、螺柱和螺母;其可以根據內筒的腐蝕程度對內筒進行修補或者更換。
優(yōu)選地，在上述沉定池中加入適量的絮凝劑，以加快分離速度;
優(yōu)選地，上述吸附劑選定為活性硅粉體。
所述活性硅粉體是以粉煤灰為原料，通過如下步驟制備：
(1)秤取一定量的粉煤灰，加入8mol/L的氫氧化鈉溶液，保持固液比為 1：2-1：3，加熱并攪拌，反應1-2小時;抽濾，取濾液加以攪拌，并在攪拌的過 程中加入約為溶質NaSiO3質量1%-5%的表面活性劑聚乙二醇，隨后通入二氧 化碳氣體反應1-2小時;抽濾后取濾渣以5%-10%的鹽酸淋洗至無氣泡產生， 真空干燥，制得二氧化硅納米顆粒;
(2)取聚丙烯腈(PAN)充分溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配置成 10-15%的PAN/DMF溶液。
(3)取二氧化硅納米顆粒溶解于PAN/DMF溶液中，充分攪拌、混合，其 中PAN與二氧化硅顆粒的摩爾比為1：1-1：2。
(4)以鋁箔為接收器并伴以高壓電源進行紡絲;
(5)通過管式爐灼燒，去除纖維膜中的有機物，即得二氧化硅纖維;
(6)以金屬鎂或活性炭還原得到的二氧化硅纖維，然后使用5%-10%的稀 鹽酸溶液，浸泡除雜制得活性硅吸附材料。
在有機廢水中填加一定量的吸附劑(活性硅粉體)，并通過攪拌器使二者均 勻混合在一起，進入反應器內，活性硅粉體粒度很小，不會對管路造成堵塞，且能夠 在反應器內對反應所生成的無機鹽進行吸附，然后隨產物一起流出反應器，最后在 沉淀池內，通過添加絮凝劑或者自然沉淀，實現吸附劑與處理后液體的分離。其中， 吸附劑裝填量的多少，要根據所處理廢水的濃度及雜質元素的含量來進行確定。
本發(fā)明有如下優(yōu)點：
(1)將反應器設計為夾套釜式反應器，該反應器能夠徹底避免超臨界水氧 化技術中最為嚴重而且對設備危害最大的應力腐蝕現象。從而設備運行過程中， 不會產生應力腐蝕裂紋，保證設備的長期安全運行，延長反應器的使用壽命。此 外，內筒的壁厚比較薄，大大節(jié)約了耐腐蝕合金鋼的使用。
(2)液壓系統以及反應釜壓力聯鎖控制裝置保證了反應釜內筒和夾套層壓 力時刻相同。避免了內筒在運行過程中由于壓力差的存在被壓癟或者壓破。
(3)在有機廢水中填加一定量的活性硅粉體，可以有效吸附反應過程中析 出的無機鹽，有效減少無機鹽在內筒內壁的結垢，一方面，避免了無機鹽的沉積 引起管路的堵塞;另一方面，提高了傳熱效率。
(4)將反應釜的上端蓋設計為可拆卸法蘭連接，內筒固定在內筒固定板上， 內筒固定板上下設有墊片分別與上端蓋和下法蘭通過螺栓預緊壓緊墊片，實現密 封�？刹鹦哆B接，可以根據內筒的腐蝕情況，對內筒進行修補或者更換。
