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高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统实施方式

2022/07/1681 作者:佚名
导读:参照图1,储料池1出口端与高压柱塞泵2入口端连接,高压柱塞泵2出口端与加热炉3入口端连接,加热炉3中间出口端与水力旋流器4入口端连接,水力旋流器4顶部出口端与加热炉3中间入口端连接,加热炉3出口端与混合器21入口端连接。高盐废水池8出口端与低压泵9入口端连接,低压泵9出口端与第一套管式换热器10管侧的入口端连接,第一套管式换热器10管侧的出口端与冷却结晶器16的入口端连通,冷却结晶器16顶部出口端

参照图1,储料池1出口端与高压柱塞泵2入口端连接,高压柱塞泵2出口端与加热炉3入口端连接,加热炉3中间出口端与水力旋流器4入口端连接,水力旋流器4顶部出口端与加热炉3中间入口端连接,加热炉3出口端与混合器21入口端连接。高盐废水池8出口端与低压泵9入口端连接,低压泵9出口端与第一套管式换热器10管侧的入口端连接,第一套管式换热器10管侧的出口端与冷却结晶器16的入口端连通,冷却结晶器16顶部出口端与储料池1的入口端相连,冷却结晶器16底部出口端与过滤离心机18的入口端相连。乙二醇溶液箱11出口端与低压离心泵12入口端连接,低压离心泵12出口端与第二套管式换热器13壳侧入口端连接,第二套管式换热器13壳侧出口端与第一套管式换热器10壳侧入口端连接,第一套管式换热器10壳侧出口端与乙二醇溶液箱11入口端连接。低温液氧泵15的入口与液氧贮槽14连接,出口与第二套管式换热器13管侧的入口端连接,第二套管式换热器13管侧的出口端与第一容积式换热器19管侧的入口端连接,第一容积式换热器19管侧的出口端与第一缓冲器20的入口端连接,第一缓冲器20的出口端与混合器21入口端连接。混合器21出口端与管式反应器22入口端连接,管式反应器22出口端与第二容积式换热器23管侧入口端连接,第二容积式换热器23管侧出口端与第三容积式换热器24管侧入口端连接,第三容积式换热器24管侧出口端与高压汽液分离器25入口端连接,高压汽液分离器25顶部出口端与第四容积式换热器26管侧入口端连接,第四容积式换热器26管侧出口端与提纯塔28入口端连接,提纯塔28顶部出口端与第二缓冲器29入口端连接,第二缓冲器29出口端与高压压缩机30入口端连接,高压压缩机30出口端与第一缓冲器20入口管路连接。高压汽液分离器25底部出口端与背压阀34入口端连接,背压阀34出口端与敞口集液箱35入口端连接,敞口集液箱35出口端与低压水泵36入口端连接,低压水泵36出口端与第一容积式换热器19壳侧入口端连接,第一容积式换热器19壳侧出口端与后续处理单元37入口端连接,后续处理单元37出口端进行液体无污染排放。水力旋流器4底部出口与缓冲氧化器5顶部入口端连接,缓冲氧化器5底部出口端与扩容器6顶部入口端连接,扩容器6底部出口端与储盐池7顶部入口端连接,储盐池40底部出口端排除的无机盐进行填埋处置。软化水箱32出口端与低压变频泵33入口端连接,低压变频泵33出口端与第三容积式换热器24壳侧入口端连接,第三容积式换热器24壳侧出口端与第二容积式换热器23壳侧入口端连接,第二容积式换热器23壳侧出口端输出蒸汽。

图1系统中,低压变频泵33出口端还有一路通过电动调节阀V9与软化水箱入口端连接。后续处理单元37产生污泥的出口端通过连接管道与储料池1入口端连接。第一容积式换热器19管侧的出口端还有一路与缓冲氧化器5顶部的入口端连接。缓冲氧化器5顶部的出口端通过电动截止阀V2与水力旋流器4顶部出口端的管路连接。第四容积式换热器26壳侧入口端与冷却机组27出口端连接,第四容积式换热器26壳侧出口端与冷却机组27入口端连接。

图1所示高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统工作原理如下:

1)高盐废水池8中的高盐废水(无机盐溶解在废水中,随温度的降低溶解度降低,该股有机废水含盐量为10wt%~30wt%,约占总水量的三分之一)经过低压泵9输运到第一套管式换热器10的管侧被乙二醇溶液冷却,然后进入冷却结晶器16结晶析出沉淀到冷却结晶器的下部,冷却结晶器16顶部进行脱盐后的有机废水进入储料池1与含盐量为5wt%~10wt%的废水混合,进而降低两股废水所形成混合废水的无机盐浓度至5wt%~10wt%。冷却结晶器16底部分离出的固体无机盐经过隔膜泵17输运到过滤离心机18中,经过过滤离心分离作用将结晶析出的无机盐从过滤离心机18的底部分离出来,若该无机盐组分相对单一,可以进行出售从而获得一定的收益。过滤离心机18的顶部流体进入储料池1。冷却高盐废水采用系统中反应物质液氧的冷能,通过利用中间换热介质乙二醇溶液进行换热,具体过程可以描述为来自乙二醇溶液箱11中的乙二醇溶液经过低压离心泵12输运,进入第二套管式换热器13壳侧被管侧来自低温液氧泵15的液氧冷却,再进入第一套管式换热器10壳侧冷却高盐废水,最后再回到乙二醇溶液箱11。

因此,通过系统中作为氧化剂的液氧冷能可以降低高盐废水的温度,进而结晶析出无机盐。一方面,对高盐废水进行了预脱盐,有效降低了混合废水的含盐量,从而降低了系统中反应器的堵塞风险。另一方面,利用系统中自有的冷能去脱除高盐废水中的无机盐,当这种无机盐组分相对单一时,所分离出的无机盐可以出售获得一定的经济收益。

2)储料池1中的混合废水经过高压柱塞泵2加压输运到加热炉3的低温段进行预热,通过调控加热炉3的加热功率,使加热炉3中间出口A位置处理的流体温度达到超临界水温度(约400摄氏度),然后这股流体进入水力旋流器4,利用水力旋流器4的离心分离作用,将超临界条件下析出的无机盐分离出来,分离后的进料流体进入加热炉3的高温段进行进一步预热,达到预热温度后从加热炉3的出口流出,再进入混合器21。

因此,高含盐混合废水通过高压计量泵2加压和加热炉3预热后达到超临界水状态,无机盐在此条件下析出,再利用水力旋流器4的离心分离作用将固体无机盐分离出来,将颗粒度10微米以上的大量固体盐颗粒分离出来,经过脱盐处理后流体的含盐质量分数可以降低90%,再从水力旋流器4顶部出口流出进入加热炉3的高温段,进而可以保证高温段换热盘管的换热系数,有效防止水力旋流器后续管路及设备(混合器21,特别是反应器22)的堵塞。

3)液氧贮槽14的液体氧气经过低温液氧泵15加压和流量调节后,进入第二套管式换热器13管侧被壳侧的乙二醇溶液预热汽化,然后进入第一容积式换热器19管侧被壳侧反应后的低温流体(约50摄氏度)预热,再进入第一缓冲器20,当第一缓冲器20中的气体压力PIC(201)达到系统压力时,开启电动截止阀V6,氧气再进入混合器21与预热后的混合废水进行混合。

混合器21中混合后的反应流体进入管式反应器22,在管式反应器22中充分反应后,反应后的高温流体进入第二容积式换热器23管侧被壳侧的软化水冷却,然后进入第三容积式换热器24管侧被壳侧低温软化树水冷却到50摄氏度左右,再进入高压汽液分离器25进行汽液分离。高压汽液分离器25上部分离出的过量氧气和反应生成气体产物(主要为CO2)进入第四容积式换热器26管侧被壳侧来自冷却机组27的冷却水冷却,CO2气体被液化后汽液两相流体进入提纯塔28。提纯塔28顶部氧气进入第二缓冲器29缓冲后进入高压压缩机30,经过高压压缩机30加压后系统反应过量的氧气被输送到第一缓冲器20,重新进入反应器参与反应。提纯塔28底部的CO2液体经过电动减压阀V11减压后储存于CO2储罐31,通过电动调节阀V10的开度来控制提纯塔28的液位。

因此,通过高压汽液分离器25、第四容积式换热器26、冷却机组27、第二缓冲器29、高压压缩机30、CO2储罐31分离回收系统中过量的氧气,使系统具有较高的氧化系数(3.0~4.0),有效保证了有机废水的超临界水氧化无害化去除效率,同时能够保证具有较低的运行成本。此外,可以将主要的气体产物CO2分离收集,出售可以获得一定的经济收益。

4)高压汽液分离器25底部流体先进入背压阀34,将流体压力降低到常压,降压后的流体进入敞口集液箱35分离出气体产物,液体经过低压水泵36输送到第一容积式换热器19壳侧去预热管侧氧气,然后进入后续处理单元37经简单处理后达标排放,其中后续处理单元37产生的少量污泥进入储料池1。

因此,通过在超临界水氧化系统中设置后续处理单元37,在相对低的反应温度和停留时间条件下处理高含盐有机废水,在相对低的有机物去除率条件下耦合采用常规处理方法,在有效降低系统运行成本的前提下,保证了废水处理最终达标排放要求。

5)当电动截止阀V3关闭,电动调节阀V6关闭,电动截止阀V1和V2开启时,利用水力旋流器4上的电机将水力旋流器4底部分离出的固体无机盐螺旋输送到缓冲氧化器5中并沉淀到下部,氧化缓冲器5上部基本不含固体无机盐的超临界流体进入水力旋流器4顶部出口管道。当缓冲氧化器5充满固体无机盐时,关闭水力旋流器4上部的输送电机,关闭缓冲氧化器5顶部进出口管路上的电动截止阀V1和V2,缓慢开启缓冲氧化器5下部出口电动截止阀V4,启动缓冲氧化器5上的螺旋输送电机,将缓冲氧化器5中的固体无机盐输送到扩容器6中,含固体无机盐流体在扩容器6内膨胀,产生的蒸汽进入储料池1,热量回收利用,分离出的固体无机盐进入储盐池7。此外,固体无机盐被输运到氧化缓冲器5之前,先关闭电动截止阀V1~V3,开启电动调节阀V6,从氧气输运管路引入的氧气至氧化缓冲器5中,然后开启V1和V2,利用水力旋流器4分离出的高含盐流体经螺旋输送进入氧化缓冲器5后,在氧化缓冲器5中与氧气进行反应,将其中的有机污染物无害化去除,保证储盐池7中的无机盐不含有机物,间隔一段时间从储盐池7中取出这些无机盐进行填埋处置。

因此,系统通过设置水力旋流器4、氧化缓冲器5、扩容器6和储盐池7,可以利用超临界水的特性将混合废水中的无机盐,从而在管式反应器22前有效脱除无机盐,避免从而有效避免水力旋流器4后续管路及管式反应器22等设备的堵塞。

6)软化水箱32中的低温软化水经过低压变频泵33输送,进入第三容积式换热器24壳侧冷却管侧反应后的流体,再进入第二容积式换热器23壳侧冷却管侧反应后的高温流体,第二容积式换热器23壳侧出口端输出蒸汽。通过电动调节V7调控产生蒸汽的压力(约0.8兆帕),通过电动调节阀V8调节产生蒸汽的软化水流量。在保证进入V8的软化水流量前提下,低压变频泵33输出的多余流体经过电动调节阀V9返回到软化水箱32中。

因此,通过设置软化水箱32、低压变频泵33、第二容积式换热器23和第三容积式换热器24,可以将反应后高温流体的热量以蒸汽的形式进行回收出售,从而获得收益,有效降低整个系统的运行成本。

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