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(yīng)釜(1)、液壓裝置(2)、反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(tǒng)(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(yīng)器內(nèi)，活性硅粉末粒度很小，不會對管路造成堵塞，且能夠在反應(yīng)器內(nèi)對反應(yīng)所生成的無機鹽進行吸附，然后隨產(chǎn)物一起流出反應(yīng)器進入沉淀池，通過添加絮凝劑或者自然沉淀，在沉淀池內(nèi)實現(xiàn)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(tǒng)的配合，減少了超臨界狀態(tài)下設(shè)備的腐蝕，降低了設(shè)備成本;同時通過添加吸附劑，避免了無機鹽析出對設(shè)備的堵塞問題，易于實現(xiàn)工業(yè)化。
權(quán)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(yīng)釜(1)、液壓裝置(2)、反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(tǒng)(7)、冷卻器(8)、 回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);夾套式反應(yīng)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(tǒng)與反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(yù)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(yù)熱器進口相連;氧氣預(yù) 熱器出口管路與廢水預(yù)熱器出口管路通過三通與夾套式反應(yīng)釜內(nèi)筒反應(yīng)介質(zhì)進 口管路相連;夾套式反應(yīng)釜內(nèi)筒反應(yīng)介質(zhì)出口管路分別與反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(jù)所處理廢水的濃 度及雜質(zhì)元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設(shè)置在廢水罐的上方， 通過調(diào)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(nèi)設(shè)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(quán)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(yīng)釜(1)的內(nèi)筒(19)設(shè)有內(nèi)筒固定板(18)， 內(nèi)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(nèi)筒固定板(18)上下放置墊片(17)，用螺栓連接實現(xiàn)反應(yīng)釜的密封以及內(nèi) 筒(19)與外筒(20)的隔絕，內(nèi)筒(19)介質(zhì)為超臨界水氧化反應(yīng)介質(zhì)，內(nèi)筒(19) 和外筒(20)之間的夾套層介質(zhì)為液壓油，外筒設(shè)有2個接管，其中一個接管(14) 使液壓油進入內(nèi)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(quán)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(yīng)釜內(nèi)筒(19);液壓油通過液壓裝置(2)注入反 應(yīng)釜的夾套層內(nèi)，反應(yīng)釜壓力聯(lián)鎖控制裝置(3)分別與內(nèi)筒(19)和液壓系統(tǒng)(2) 相連。
4.如權(quán)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(nèi)筒(19)材料選擇為耐腐蝕(化學(xué)腐蝕)的合金材料，無需 考慮材料的力學(xué)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(quán)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(yīng)釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內(nèi)筒固 定板、下法蘭、上下墊片、螺柱和螺母。
6.一種使用如權(quán)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(jù)所處理廢水的濃度及雜質(zhì) 元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設(shè)置在廢水罐的上方，通過調(diào)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(nèi)設(shè)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(yīng)中析出的無機鹽，并 能夠隨反應(yīng)產(chǎn)物一起流出反應(yīng)器;最終在沉定池內(nèi)實現(xiàn)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(yīng)釜(1)上端采用可拆 卸連，包括：上端蓋、內(nèi)筒固定板、下法蘭、上下墊片、螺柱和螺母;其可以根 據(jù)內(nèi)筒的腐蝕程度對內(nèi)筒進行修補或者更換。
7.如權(quán)利要求6所述的使用如權(quán)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(yīng)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(zhì)NaSiO3質(zhì)量1%-5%的表面活性劑聚乙二醇，隨后通入二氧 化碳?xì)怏w反應(yīng)1-2小時;抽濾后取濾渣以5%-10%的鹽酸淋洗至無氣泡產(chǎn)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?jǐn)嚢�、混合，�?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(quán)利要求6或7所述的使用如權(quán)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(shù)領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域。
背景技術(shù)
在超臨界水氧化法(SCWO)是一種具有適應(yīng)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(shù)。由于超臨界水 氧化工藝條件苛刻，對設(shè)備的要求高，而且反應(yīng)器的腐蝕和無機鹽的析出沉積堵 塞設(shè)備的問題仍沒有得到有效的解決，阻礙了該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。為此，通過 對反應(yīng)器以及整套裝置進行優(yōu)化設(shè)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(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕。其 中，應(yīng)力腐蝕最為危險，且普遍存在，對超臨界水氧化反應(yīng)器造成嚴(yán)重的破壞。應(yīng) 力腐蝕破裂產(chǎn)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(zhì);三是有應(yīng)力存在(通常在拉應(yīng)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(dāng)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(shè)備及管路 的嚴(yán)重堵塞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免反應(yīng)釜的應(yīng)力腐蝕以及無機鹽的沉積所造成的設(shè)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(shù)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(yīng)釜(1)、液壓裝置(2)、反應(yīng) 釜壓力聯(lián)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(tǒng)(7)、冷卻器(8)、回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);夾套式反 應(yīng)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(tǒng)與 反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(yù)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(yù)熱器進口相連;氧氣預(yù)熱器出口管路與廢水預(yù)熱器出口管路通過三通 與夾套式反應(yīng)釜內(nèi)筒反應(yīng)介質(zhì)進口管路相連;夾套式反應(yīng)釜內(nèi)筒反應(yīng)介質(zhì)出口管 路分別與反應(yīng)釜壓力聯(lián)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(jù)所處理廢水的濃度及雜質(zhì)元素的含量來進行確定;吸附劑裝填裝 置(4)設(shè)置在廢水罐的上方，通過調(diào)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(nèi)設(shè)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(yīng)中析出的無機鹽，并能夠隨反應(yīng)產(chǎn)物一起流出反應(yīng)器;最 終在沉定池內(nèi)實現(xiàn)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(yīng)釜(1)的內(nèi)筒(19)設(shè)有內(nèi)筒固定板(18)，內(nèi)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(nèi)筒 固定板(18)上下放置墊片(17)，用螺栓連接實現(xiàn)反應(yīng)釜的密封以及內(nèi)筒(19) 與外筒(20)的隔絕，內(nèi)筒(19)介質(zhì)為超臨界水氧化反應(yīng)介質(zhì)，內(nèi)筒(19)和外 筒(20)之間的夾套層介質(zhì)為液壓油，外筒設(shè)有2個接管，其中一個接管(14) 使液壓油進入內(nèi)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(yīng)釜內(nèi)筒(19);液壓油通過液壓裝置(2)注 入反應(yīng)釜的夾套層內(nèi)，反應(yīng)釜壓力聯(lián)鎖控制裝置(3)分別與內(nèi)筒(19)和液壓系 統(tǒng)(2)相連，從而保證內(nèi)筒(19)所受反應(yīng)介質(zhì)引起的內(nèi)壓與夾套層介質(zhì)引起的 外壓時刻相等，這樣內(nèi)筒(19)不產(chǎn)生應(yīng)力，進而避免應(yīng)力腐蝕。
上述內(nèi)筒(19)材料選擇為耐腐蝕(化學(xué)腐蝕)的合金材料，無需考慮材料 的力學(xué)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(yīng)釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內(nèi)筒固定板、下 法蘭、上下墊片、螺柱和螺母;其作用是：可以根據(jù)內(nèi)筒的腐蝕程度對內(nèi)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(jù)所處理廢水的濃度及雜質(zhì)元素 的含量來進行確定;吸附劑裝填裝置(4)設(shè)置在廢水罐的上方，通過調(diào)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(nèi)設(shè)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(yīng)中析出的無機鹽，并能夠 隨反應(yīng)產(chǎn)物一起流出反應(yīng)器;最終在沉定池內(nèi)實現(xiàn)吸附劑與液體的分離;所述夾 套式反應(yīng)釜(1)上端采用可拆卸連，包括：上端蓋、內(nèi)筒固定板、下法蘭、上下 墊片、螺柱和螺母;其可以根據(jù)內(nèi)筒的腐蝕程度對內(nèi)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(yīng)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(zhì)NaSiO3質(zhì)量1%-5%的表面活性劑聚乙二醇，隨后通入二氧 化碳?xì)怏w反應(yīng)1-2小時;抽濾后取濾渣以5%-10%的鹽酸淋洗至無氣泡產(chǎn)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?jǐn)嚢�、混合，�?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(yīng)器內(nèi)，活性硅粉體粒度很小，不會對管路造成堵塞，且能夠 在反應(yīng)器內(nèi)對反應(yīng)所生成的無機鹽進行吸附，然后隨產(chǎn)物一起流出反應(yīng)器，最后在 沉淀池內(nèi)，通過添加絮凝劑或者自然沉淀，實現(xiàn)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(jù)所處理廢水的濃度及雜質(zhì)元素的含量來進行確定。
本發(fā)明有如下優(yōu)點：
(1)將反應(yīng)器設(shè)計為夾套釜式反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠徹底避免超臨界水氧 化技術(shù)中最為嚴(yán)重而且對設(shè)備危害最大的應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。從而設(shè)備運行過程中， 不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，保證設(shè)備的長期安全運行，延長反應(yīng)器的使用壽命。此 外，內(nèi)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(tǒng)以及反應(yīng)釜壓力聯(lián)鎖控制裝置保證了反應(yīng)釜內(nèi)筒和夾套層壓 力時刻相同。避免了內(nèi)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(yīng)過程中析 出的無機鹽，有效減少無機鹽在內(nèi)筒內(nèi)壁的結(jié)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(yīng)釜的上端蓋設(shè)計為可拆卸法蘭連接，內(nèi)筒固定在內(nèi)筒固定板上， 內(nèi)筒固定板上下設(shè)有墊片分別與上端蓋和下法蘭通過螺栓預(yù)緊壓緊墊片，實現(xiàn)密 封�？刹鹦哆B接，可以根據(jù)內(nèi)筒的腐蝕情況，對內(nèi)筒進行修補或者更換。
