高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及印染污泥無(wú)害化處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高濃度(含固率10%?30% )印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]印染廢水具有水量大、可生化性差、色度高、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)。印染廢水的傳統(tǒng)處理方法，包括物化法及生物法會(huì)產(chǎn)生大量印染污泥，總污泥量約占處理廢水總體積的1-3% (含水率按97%計(jì))。印染污泥由于含有染料、助劑及重金屬等，成分復(fù)雜，污染嚴(yán)重，屬危險(xiǎn)廢物，處理成本相當(dāng)高。傳統(tǒng)印染污泥處理方法有焚燒、土地利用和填埋法，這些方法均存在二次污染問(wèn)題，且采用這些方法前需對(duì)印染污泥進(jìn)行脫水干化至一定的含水率，增加了投資運(yùn)行費(fèi)用。
[0003]超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(diǎn)(Tc= 374.15°C，P c= 22.12MPa)的特殊狀態(tài)的水。超臨界水氧化是指有機(jī)物和空氣、氧氣等氧化劑在超臨界水中進(jìn)彳丁氧化反應(yīng)而將有機(jī)廢物去除。該技術(shù)可以直接處理濕污泥，避免了高能耗的污泥干化環(huán)節(jié)，反應(yīng)時(shí)間短，占地面積小，且反應(yīng)空間密閉，有機(jī)物去除率大于99.9%，重金屬可以穩(wěn)定化，無(wú)二次污染，環(huán)境友好。此外，反應(yīng)過(guò)程中富余的熱量可以用來(lái)生產(chǎn)熱水或者蒸汽。
[0004]當(dāng)處理污泥的含固率較低時(shí)，例如有機(jī)物含量小于2%時(shí)，處理過(guò)程中需要將污泥及其含有的大量水加熱或者回?zé)嶂脸R界水狀態(tài)，需要大量的熱量，系統(tǒng)無(wú)法自熱，更無(wú)富裕熱量來(lái)產(chǎn)生熱水或者蒸汽，經(jīng)濟(jì)性差。因此采用超臨界水氧化法應(yīng)該針對(duì)高濃度的污泥，才是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。
[0005]污泥的超臨界水氧化過(guò)程是發(fā)生在高溫高壓條件下，污泥需要通過(guò)預(yù)熱和高壓栗的輸送才能進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行超臨界水氧化過(guò)程。污泥含固率高，會(huì)導(dǎo)致其粘度大，且含有較多不溶性固體，輸送難度大，在預(yù)熱過(guò)程(如換熱器)中容易發(fā)生沉積或堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。
[0006]目前，商業(yè)化污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)處理的最高含固率為15%左右，且運(yùn)行不穩(wěn)定，例如哈靈根水廠的污泥超臨界水氧化系統(tǒng)就已停運(yùn)。因此，急需開(kāi)發(fā)出一種能穩(wěn)定運(yùn)行的針對(duì)高濃度印染污泥的超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)及工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度印染污泥的穩(wěn)定輸運(yùn)，克服SCW0系統(tǒng)堵塞和固體沉積等問(wèn)題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]—種高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)，包括污泥儲(chǔ)罐，該污泥儲(chǔ)罐下部連接螺桿栗入口，螺桿栗出口連接第一換熱器殼側(cè)下部入口，第一換熱器殼側(cè)上部出口連接研磨栗入口，研磨栗的出口連接第二換熱器內(nèi)管入口，第二換熱器內(nèi)管出口連接水熱反應(yīng)器下部入口，水熱反應(yīng)器上部出口連接高壓隔膜栗入口 ；高壓隔膜栗出口通過(guò)閥門連接第三換熱器內(nèi)管隨后連接內(nèi)置于超臨界水氧化反應(yīng)器底部的第四換熱器的管側(cè)，第四換熱器管側(cè)出口連接超臨界水氧化反應(yīng)器上部入口 ；液氧儲(chǔ)槽出口連接低溫液氧栗入口，低溫液氧栗出口連接液氧汽化器入口，液氧汽化器出口連接緩沖器入口，緩沖器出口連接超臨界水氧化反應(yīng)器上部入口 ；超臨界水氧化反應(yīng)器底部出口順次連接蒸汽發(fā)生器管側(cè)、第三換熱器外管、第二換熱器外管及第一換熱器管側(cè)，第一換熱器管側(cè)出口連接毛細(xì)管降壓器入口，毛細(xì)管降壓器出口連接管道過(guò)濾器入口，管道過(guò)濾器出口連接集液箱上部入口。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:集液箱出口分成三路，集液箱下部第一路出口連接高壓隔膜栗入口，高壓隔膜栗出口通過(guò)閥門連接電加熱器；集液箱下部第二路出口連接第二高壓變頻栗進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器內(nèi)第四換熱器上部入口 ；集液箱下部第三路出口的水進(jìn)行無(wú)污染排放。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:自來(lái)水經(jīng)過(guò)軟化水制備單元產(chǎn)生軟化水存儲(chǔ)于軟化水箱中，軟化水通過(guò)低壓變頻栗進(jìn)入蒸汽發(fā)生器殼側(cè)，最后產(chǎn)生蒸汽，一部分蒸汽進(jìn)入第一換熱器殼側(cè)下部入口，該部分蒸汽流量與第一換熱器殼側(cè)上部出口溫度關(guān)聯(lián)，剩余蒸汽外供。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:軟化水箱出口連接第一高壓變頻栗入口，第一高壓變頻栗出口連接毛細(xì)管降壓器入口。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:超臨界水氧化反應(yīng)器下部存在錐底；超臨界水氧化反應(yīng)器底部出口設(shè)置于錐底底部。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:管道過(guò)濾器為刷式或吸嘴式。
[0015]—種高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0016]1)污泥儲(chǔ)罐中含水率10%?30%，粘度大于50，OOOmPa.s的高濃度印染污泥螺桿栗進(jìn)入第一換熱器管側(cè)，通過(guò)第一換熱器管側(cè)反應(yīng)后高濃度印染污泥流體的溫度達(dá)到60°C以上，粘度降低到SOOOmPa-s以下；隨后進(jìn)入研磨栗，研磨后的顆粒粒徑小于70 μ m，研磨后的污泥進(jìn)入第二換熱器內(nèi)管加熱至170°C以上，隨后進(jìn)入水熱反應(yīng)器內(nèi)停留30min以上，發(fā)生熱水解反應(yīng)，使得粘度降低到lOOmPa.s以下，提高后續(xù)高壓輸送的穩(wěn)定性；
[0017]2)啟動(dòng)時(shí)，打開(kāi)電加熱器前閥門，集液箱中的干凈液體被電加熱器加熱后進(jìn)入反應(yīng)器，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)熱溫度350-550Γ時(shí)，關(guān)閉電加熱器前閥門，打開(kāi)第三換熱器前閥門，開(kāi)始正常運(yùn)行進(jìn)污泥；
[0018]3)正常運(yùn)行時(shí)，高壓隔膜栗出口的污泥經(jīng)過(guò)第三換熱器內(nèi)管和第四換熱器管側(cè)預(yù)熱后和氧氣一起進(jìn)入超臨界水氧化反應(yīng)器，在超臨界水氧化反應(yīng)器上部完成超臨界水氧化反應(yīng)，有機(jī)物完全降解，無(wú)機(jī)鹽析出，通過(guò)超臨界水氧化反應(yīng)器底部第四換熱器管側(cè)污泥的冷卻以及集液箱過(guò)來(lái)的反應(yīng)后流體的冷卻，使得超臨界水氧化反應(yīng)器底部溫度降低到水的臨界溫度以下，無(wú)機(jī)鹽重新溶解，最后通過(guò)超臨界水氧化反應(yīng)器底部的出口流出；
[0019]4)通過(guò)蒸汽發(fā)生器管側(cè)、第三換熱器外管、第二換熱器外管及第一換熱器管側(cè)后的反應(yīng)后流體溫度在90°C以下，進(jìn)一步通過(guò)毛細(xì)管降壓器內(nèi)的摩擦阻力降壓后壓力達(dá)到常壓，同時(shí)毛細(xì)管降壓器入口進(jìn)入的軟化水能夠改變毛細(xì)管降壓器內(nèi)流量，繼而精確調(diào)節(jié)壓降，使得反應(yīng)后流體準(zhǔn)確降到常壓。
[0020]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]1、通過(guò)研磨栗的研磨，能夠破碎污泥中的不溶性固體，使得其粒徑小于70 μ m，而小于該粒徑的不溶性固體通常不粘管壁，能夠在輸運(yùn)管路中通過(guò)高流速(流速大于2m/s)來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮輸送，避免了后續(xù)輸運(yùn)管路的堵塞。
[0022]2、在進(jìn)入高壓隔膜栗前對(duì)污泥進(jìn)行熱水解處理，能夠使得污泥中的有機(jī)物細(xì)胞破裂，胞內(nèi)的大分子有機(jī)物釋放并水解，粘度顯著降低，提高了后續(xù)高壓隔膜栗輸運(yùn)的穩(wěn)定性。
[0023]3、啟動(dòng)完畢后，旁路電加熱器，通過(guò)第三換熱器來(lái)加熱污泥，而啟動(dòng)階段通過(guò)采用集液箱中干凈液體作為物料，因此使得電加熱器內(nèi)進(jìn)的始終為干凈水而不進(jìn)污泥，提高了電加熱器的穩(wěn)定性。
[0024]4、反應(yīng)器內(nèi)物料從上到下流動(dòng)，不溶解性的固體到達(dá)反應(yīng)器錐段，而污泥中的可溶性鹽在反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到超臨界條件，即溫度大于374.15°C，壓力大于22.12MPa后會(huì)析出，這部分析出的鹽具有一定粘性。通過(guò)在第三換熱器上部入口引入少量集液箱中的反應(yīng)后干凈流體，并且通過(guò)第四換熱器內(nèi)管側(cè)污泥的冷卻，能夠使得反應(yīng)器下部溫度達(dá)到臨界溫度(Tc = 374.15°C )以下，析出的可溶性鹽再次溶解，同時(shí)，少量反應(yīng)后流體的沖刷作用能夠快速帶走顆粒，從而避免底部錐段發(fā)生顆粒聚集堵塞。這樣通過(guò)反應(yīng)器后，由于顆粒粒徑小于70μπι且都是粘性較小的不溶性顆粒，就能在后續(xù)輸運(yùn)管路能夠通過(guò)高流速(流速大于2m/s)實(shí)現(xiàn)懸浮輸送，克服了傳統(tǒng)超臨界水氧化系統(tǒng)管路堵塞、鹽沉積等問(wèn)題。
[0025]5、反應(yīng)后流體因?yàn)楹泄腆w顆粒，本發(fā)明通過(guò)毛細(xì)管的摩擦阻力進(jìn)行初降壓，再通過(guò)進(jìn)入毛細(xì)管內(nèi)流體的流量進(jìn)行精調(diào)節(jié)，整個(gè)降壓環(huán)節(jié)未引入閥門，克服了傳統(tǒng)減壓閥、背壓閥等閥門降壓方式的磨損、堵塞、降壓不連續(xù)等問(wèn)題。
[0026]6、通過(guò)在超臨界水氧化系統(tǒng)中引入管道過(guò)濾器，能夠在線脫除污泥中的不溶性固體，這部分固體中不含有機(jī)物，可進(jìn)行直接填埋或者焚燒處理，無(wú)二次污染。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明的高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為圖1中的圖例和儀表代碼含義示意圖。
[0029]圖中:1、污泥儲(chǔ)罐，2、螺桿栗，3、第一換熱器，4、研磨栗，5、第二換熱器，6、水熱反應(yīng)器，7、高壓隔膜栗，8、第三換熱器，9、超臨界水氧化反應(yīng)器，10、第四換熱器，11、液氧儲(chǔ)槽，12、低溫液氧栗，13、液氧汽化器，14、緩沖器，15、蒸汽發(fā)生器，16、毛細(xì)管降壓器，17、管道過(guò)濾器，18、集液箱，19、軟化水制備單元，20、軟化水箱，21、低壓變頻栗，22、第一高壓變頻栗，23、電加熱器，24、第二高壓變頻栗。
【具體實(shí)施方式】
[0030]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明的一種高濃度印染污泥超臨界水氧化處理系統(tǒng)，包括主體系統(tǒng)和軟化水系統(tǒng):
[0031]1)主體系統(tǒng):污泥儲(chǔ)罐1下部連接螺桿栗2入口，螺桿栗2出口連接第一換熱器3殼側(cè)下部入口，第一換熱器3殼側(cè)上部出口連接研磨栗4入口，研磨栗4的出口連接第二換熱器5內(nèi)管入口，第二換熱器5內(nèi)管出口連接水熱反應(yīng)器6下部入口，水熱反應(yīng)器6上部出口連接高壓隔膜栗7入口 ；高壓隔膜栗7出口通過(guò)閥門連接第三換熱器8內(nèi)管入口，第三換熱器8內(nèi)管出口連接內(nèi)置于超臨界水氧化反應(yīng)器9底部的第四換熱器10的管側(cè)入口，第四換熱器10管側(cè)出口連接超臨界水氧化反應(yīng)器9上部入口 ；液氧儲(chǔ)槽11出口連接低溫液氧栗12入口，低溫液氧栗12出口連接液氧汽化器13入口，液氧汽化器13出口連接緩沖器14入口，緩沖器14出口連接超臨界水氧化反應(yīng)器9上部入口。超臨界水氧化反應(yīng)器9底部出口順次連接蒸汽發(fā)生器15管側(cè)入口，蒸汽發(fā)生器15管側(cè)出口連接第三換熱器8外管入口，第三換熱器8外管出口