[发明专利]一种超临界水氧化处理废水工艺及其反应设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种超临界水氧化处理废水工艺及其反应设备，属超临界水氧化处理废水废物技术领域。

技术背景

随着现代工业的发展，人类赖以生存的环境遭受的污染日益严重，世界范围内环境污染问题越来越受到广泛的关注。在工业废水方面，随着现代化学工业的迅速发展进入水体的化学物质的种类和数量也急剧增加，给环境带来了更大的危害。传统的废水处理方法技术要求越来越高，随之而来的是处理成本越涨越高，因此，发展一种高效、低成本的废水处理技术就是显得日趋紧迫。

超临界水氧化技术( Supercritical WaterOxidation,简写为SCWO)是 20 世纪 80 年代中期美国学者 M.Modell提出的一种能彻底破坏有机污染物结构的新型氧化技术，被认为是一种最有前景的、新型高效的废水废物处理技术。在水的超临界状态下，即t＞373.85 ℃，p＞22.1 MPa时，有机物在超临界水中与氧化剂发生强烈氧化反应，在很短的时间内将难降解的、危险的有机物彻底转化为 CO2和 H2O，将氮转化为 N2或 N2O等无害物质，将水体中的磷、氯和硫等元素氧化，以无机盐的形式从超临界水中沉积下来，实现有机有毒污染物的无害化。与传统的有害物质处理方法相比, SCWO技术利用超临界水与有机物混溶的性质,具有多方面的优势:①反应速度非常快,氧化分解彻底,一般只需几秒至几分钟即可将废水中的有机物彻底氧化分解,并且去除率可达99%以上;②有机物和氧化剂(O2、H2O2)在单一相中反应生成CO2和H2O,出现在有机物中的杂原子氯、硫、磷分别被转化为HCl、H2SO4、H3PO4,有机氮主要形成N2和少量N2O,因此SCWO过程无需尾气处理,不会造成二次污染;③反应器体积小、结构简单;④有机物在超临界水中氧化时放出大量的热,当有机物浓度达到一定量时,可利用反应放出的热维持过程的热平衡,实现自热反应。

然而，SCWO技术的高温、高压、强氧化以及酸性气氛条件对反应装置的严重腐蚀和无机盐类物质的沉淀结垢对反应器的影响,以及其高能耗（不设能量回收装置时）等问题所导致其工业化应用以及推广受到限制。基于上述问题，本发明提出一种新的超临界水氧化处理废水工艺以及设计了适应该工艺的反应装置，很大程度上解决了SCWO技术处理废水成本高、耗能高等问题，同时也可以防止腐蚀、无机盐类物质沉淀结垢等问题产生，因此，使超临界水工业应用以及推广成为现实。本发明所设计的超临界水处理废水工艺简单、易操作与控制、低耗能等诸多优点，以及设计的反应装置结构简单、不易被腐蚀、不易结构等特点使得超临界水氧化处理废水技术工业化处理成本低、见效快。

同时，现有的超临界水处理废水的工艺中，普遍的思想方法都是用废水加压加热，使之达到超临界水状态，然后加氧化剂使其里面的有机物氧化分解。此思想方法存在的最大弊端是由于废水里含有很多物质在高温高压下具有很强的腐蚀性，以致使整个处理系统都遭到废水的腐蚀，特别是输送管道和换热器，它没有像反应釜一样进行防腐设计，所以很容易就被腐蚀，因此，整个系统很快就会瘫痪。而且在加压加热和输送过程中废水里的无机盐发生沉淀结垢，导致管道堵塞。

现有的超临界水处理废水废物时，考虑的是不计成本的高能投入，然后再回收能量，虽然从表面上似乎可行，但是在实际应用中，在能量回收的过程中，能量的损耗，高能量回收设备的尖端技术要求等制约了此思想方法的实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有超临界水氧化处理废水工艺中存在的高耗能、高成本、对反应釜高腐蚀、易结垢等缺点，公开一种新的超临界水氧化处理废水工艺，以实现其工业化应用及其推广。

本发明的技术方案是，本发明采用清洁水进行加压加热，使之达到超临界状态，然后再输送到反应器和中温高压废水以及氧化剂进行反应，使清洁超临界水氧化废水中的部分有机物，经过连锁反应，最后致使废水里的全部有机物完全氧化，最终达到处理废水的目的。

本发明工艺是在特制的多套管管道式超临界水反应器中进行，方法如下：

（1）将进入反应器的超临界态清水(温度400-500⁰C，压力大于22.1MP)通入氧化剂（氧气、空气、双氧水等，使用比例小于废水质量的5%）从废水管的中轴部位注入，与从废水管进入的中温高压废水（温度150-300⁰C, 压力大于22.1MP）汇合，中温高压废水中的有机物在废水输送管的反应区段进行氧化，加入的废水与超临界态清水的比例是大于或等于5:1。