[发明专利]高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超临界水作为反应介质对高含盐(无机盐含量为5wt％～30wt％)有机废水进行无害化处理的系统。

背景技术

超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于极性有机溶剂，具有高的扩散系数和低的黏度。有机物、氧气与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减小了传质阻力，而无机盐在超临界水中的溶解度极低，很容易被分离出来。

超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)是利用超临界水对有机物和氧化剂都是良好溶剂的特殊性质，在提供充足氧化剂的前提下，有机物在富氧环境中进行均相反应，迅速、彻底地将有机物深度破坏，转化成H₂O、CO₂等无害化小分子化合物和无机盐。SCWO主要应用于高毒性、高浓度、难生化降解有机废水的高效无害化处理，无二次污染，能够实现自热，能量回收优化时运行成本低，具有经济优势，在取代传统焚烧法方面具有光明的发展前景。因此，SCWO的发展在国内外受到广泛关注，美国国家关键技术六大领域之一“能源与环境”指出，21世纪最有前途的有机废物处理技术之一是超临界水氧化技术。目前，国外已有少量商业化SCWO装置正在运行，而国内大多还处在实验研究阶段，仅出现个别中试装置。

高浓度难生化降解有机废水(如农药废水)通过含有大量的无机盐，质量含量甚至高达5wt％～30wt％，部分无机盐具有回收利用价值。而无机盐在超临界水中的溶解度显著降低，通常小于100mg/L。例如Na₂SO₄、CaCl₂、NaCl和KCl在400℃、25MPa的超临界水中的溶解度不超过1g/L。有机废水超临界水氧化过程中析出的黏性盐在反应器内表面团聚、沉积，当盐沉积失去控制时反应器会被堵塞，特别是在低流速条件下析出较大颗粒的黏性盐时更容易造成反应器的堵塞。当堵塞发生时，整套装置必须停机、冲洗和再启动，这就降低了SCWO装置运行的可靠性，增加了运行成本。此外，无机盐特别是含氯离子无机盐的沉积也会加快反应器、输运管路等部位的腐蚀速率，导致换热器中换热面的传热恶化。高温高压富氧的反应环境致使SCWO装置运行成本较高，这些问题极大地限制了SCWO的推广应用。

鉴于有机废水SCWO过程中复杂的进料特性和苛刻反应条件，现有的除盐方法(电渗析、反渗透、离子交换、电吸附等)难以用在高含盐有机废水SCWO系统中，高含盐有机废水SCWO系统的可靠运行需要更为简单、高效、方便的除盐设备和脱盐方法。因此，针对高含盐有机废水SCWO系统的开发，需要解决反应器中盐沉积引起的堵塞问题，并能够有效降低SCWO的运行成本。

发明内容

本发明的目的是克服高含盐有机废水SCWO系统设计时面临盐沉积和高运行成本问题，提供一种改进的超临界水氧化处理系统，可以广泛应用于高含盐有机废水的高效、低成本无害化处理。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种高含盐有机废水的超临界水氧化处理系统，其特征在于：包括预脱盐部分、超临界水处理脱盐部分、混合反应部分和分离回收部分，其中：

预脱盐部分包括第一管式换热器和第二管式换热器，所述第一管式换热器管侧的入口通入高盐废水，第一管式换热器管侧的出口连接冷却结晶器的入口，冷却结晶器的顶部出口与一个储存有机废水的储料池的入口相连，冷却结晶器的底部出口与过滤离心机的入口相连，过滤离心机的顶部出口连接储料池，过滤离心机的底部出口排盐；第一管式换热器和第二管式换热器壳侧通有乙二醇溶液，第二管式换热器管侧的入口通入液氧；

所述超临界水处理脱盐部分包括加热炉，该加热炉的入口连接储料池的出口，加热炉中间出口连接水力旋流器的入口，水力旋流器顶部出口连接加热炉中间入口，加热炉出口连接混合器入口，水力旋流器底部出口连接脱盐装置；

混合反应部分包括第一容积式换热器，该第一容积式换热器管侧的入口连接第二管式换热器管侧的出口，第一容积式换热器管侧的出口连接第一缓冲器的入口，第一缓冲器的出口连接混合器的入口，混合器的出口连接管式反应器的入口，管式反应器出口连接容积式换热器组管侧的入口；