超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法

(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201410520168.5(22)申请日2014.09.30C02F9/08(2006.01)C02F103/32(2006.01)(71)申请人天津科技大学地址300457天津市经济技术开发区第十三大街29号申请人天津狗不理食品有限公司(72)发明人胡爱军李立周忠凯郑捷焦淑停陈琳储玉玲付水胜王德生(54)发明名称超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法(57)摘要本发明涉及一种超声波协同超临界水氧化处理食品工业废水的方法，属于污水处理技术领域。本发明提供了一种节能、运行成本低、处理效果好的食品加工行业中工业废水处理系统，主要包括：废水罐、过滤池、废水高压柱塞泵、液氧罐、氧化剂高压柱塞泵、加热器、超声装置、超临界水氧化反应器等，通过输送管道依次连接，氧化剂压力泵通过氧化剂预热器和超临界反应器连接整个装置为全密封的、能承受一定压力的压力容器。主要步骤为超声波复合超临界水氧化处理废水装置。本发明设计独特，有机物去除率高、热回收利用效率高且成本较低，得到的出水无菌无毒，无色无味，清澈透明，符合国标，可排放和回用，适用于大部分低盐含量有机废水的净化处理，具有明显的社会经济意义。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN105439337A2016.03.30CN105439337A1/1页21.一种超声波复合超临界水氧化处理废水的方法，其特征在于：包括高压柱塞泵部分、预热部分、加热部分、超声波部分、超临界水反应器部分、逆向预热部分和冷却部分和回收部分；具体包括如下步骤：废水从废水罐流出经过斜板过滤器过滤，进入高压柱塞泵加压至23～25MPa，泵入预热器预热至150～200℃，然后经电加热器二次加热，升温至375～380℃达到超临界水氧化系统所需的温度和压力，同时氧气也由液氧罐经高压泵加压至23～25MPa泵入预热器，后流经电加热器；二者同时进入超声波复合超临界废水处理系统，使有机物迅速氧化，停留时间为5～10秒；有机物则被氧化产生的气体和纯净水，气液混合物由反应器底部流出，进入预热管的列管外，将热量与管内的废水进行预热热交换，回收热量，流出物经冷却装置冷却经减压阀进入常压气液分离器，释放O2、CO2、N2后，水则达标排放流出；根据权利要求1所述超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法，其特征在于：所述加热加压的氧化剂是指，将液氧储罐中的氧气加压至23～25MPa时泵入预热器。2.根据权利要求1所述超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法，其特征在于：废水经高压柱塞泵加压至23～25MPa时泵入预热器，进行初步加热至150～200℃，后然进行二次加热，进一步升温至375～380℃，使气液达到超临界水氧化系统所需的温度和压力，再进入超声波复合超临界处理系统反应。3.根据权利要求1所述超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法，其特征在于：超声装置中磁致伸缩换能器的输入频率为16～20kHz，最大输入功率超过1000W。4.根据权利要求1所述超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法，其特征在于：被反应分解的气液物料由超声波复合超临界水氧化反应器底部流出并返回到预热器的列管外对新来的废水进行加热。5.根据权利要求1所述超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法，其特征在于：从预热器出来的气液物料进入冷却器，用冷水间接冷却到60～65℃，进入常压气液分离器。从顶端排放CO2和O2，合格水达标排放。权利要求书CN105439337A21/3页3超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的方法技术领域[0001]本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及采用超声波复合超临界水氧化对污水进行处理的加工方法。背景技术[0002]随着现代工业的发展，人类赖以生存的生存环境遭受的污染日益严重，世界范围内的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种类和数量也急剧增加，给环境带来更大的危害。传统的废水处理技术方法要求越来越高，随之而来的是处理成本越长越高。因此，发展一种高效率低成本的废水处理技术就是显得日趋紧迫。目前，处理污水的工艺有很多种，常用的是生物氧化法和焚烧法，一般来说，包括厌氧、缺氧或好氧工艺，但是这些工艺大多存在处理速度慢、投资多、费用高、效果不理想的问题。[0003]超声波是一种不引起听觉的弹性波。空化效应是液体中气泡在超声波场作用下所发生的一系列动力学过程，是超声化学反应的主动力。在空化现象发生的同时会伴随着湍动效应、聚能效应、微扰效应等。这些效应可以增大传质速率、增加传质表面积、活化物质分子，从而使粒子的运动速度加快，破坏粒子的力的形成，使许多物理和化学过程急剧加速。而双频复合超声能显著地增加空化，减少驻波所造成的死角，提高声化学产额，因此越来越被关注。在废水处理工艺单元中增加超声波强化处理，超声波强化生物过程的方法是用超声波技术来完成。[0004]超临界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。超临界技术处理废水作为一项新型的水处理技术，受到国内外环保学者的瞩目。近年来研究十分活跃，有关的研究报道相继出现。欧美一些发达国家已将超临界技术如超临界水氧化技术实现了工业化。我国在这方面研究较少，大多处于实验阶段。超临界水的临界温度是374.3℃，临界压力是22.05MPa，在此温度或压力之上就是超临界区。在超临界水氧化过程中，几乎所有的有机物，只要几秒至几分钟，就可以完全分解，分解率在99.99％以上几乎全部被转化成CO2、水、氮、无机盐等。盐类及金属等无机物以固体形式被分离回收，其他排放到体系外的物质只是气体物质O2、CO2、N2等以及处理干净的水，产物清洁，无需进一步处理。只要被处理废水中的有机物浓度在1％，就可以依靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度。如果浓度更高，则放出更多的氧化热，这部分热能可以回收。由于均相反应和停留时间短，反应器体积小和结构简单。[0005]超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，利用超声波的声流、空化破解、热解作用于污水处理的核心工艺，此外在超声波的作用下曝气溶解氧的效率提高60％以上，可以降低曝气的强度，节约能耗。超临界水氧化工艺又弥补了超声波技术受声源频率和功率的影响。超声波处理的空化效应、机械剪切作用和凝聚作用使得大分子有机物长链能充分打断，转变成为小分子物质从而大大减少耗氧量，节省污水处理成本。说明书CN105439337A32/3页4发明内容[0006]本发明提供了一种节能环保、工艺简单、运行成本低、处理效果好的超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水系统和方法。[0007]本发明为实现目的的技术方案是：[0008]超声波复合超临界水氧化处理废水的方法，其特征在于：包括液氧罐、废水罐、高压柱塞泵部分、预热部分、加热部分、超声波部分、超临界水反应器部分、逆向预热部分和冷却部分和排放部分。[0009]具体包括如下步骤：废水从废水罐流出经过斜板过滤器过滤，进入高压柱塞泵加压至23MPa，泵入预热器预热至150～170℃，然后经电加热器二次加热，升温至375～380℃达到超临界氧化系统所需的温度和压力，同时氧气也由液氧罐经高压泵加压至23～25MPa泵入预热器，后流经电加热器。二者同时进入超声波复合超临界废水处理系统，停留时间为5～10秒，使有机物迅速氧化。此时反应器内温度可达到550～590℃，有机物则被氧化产生的气体和合格水，气液混合物由反应器底部流出，进入预热管的列管外，将热量与管内的废水进行预热热交换，回收利用，流出物经冷却装置冷却经减压阀进入常压气液分离器，释放O2、CO2、N2后，水则达标排放流出。[0010]本发明的有益效果和优点是：[0011]1.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，利用超声波处理的空化效应、机械剪切作用和凝聚作用使得大分子有机物长链能充分打断，转变成为小分子物质从而大大减少耗氧量，节省污水处理成本。[0012]2.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，利用超声波的声流、空化破解、热解作用于污水处理的核心工艺，强化了超临界反应体系，是废水处理系统节能高效。[0013]3.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，超临界水氧化工艺又弥补了超声波技术受声源频率和功率的影响。[0014]4.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，依靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度，使这部分热能可以回收。[0015]5.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，废水和氧气混合气液采用分步加热的方式，充分利用系统回收热能，节约能源。[0016]6.本发明采用超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水工艺，由于均相反应和停留时间短，反应器体积小和结构简单。附图说明[0017]本发明的加工工艺流程见附图。具体实施方式[0018]下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。[0019]实施例1[0020]超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的加工方法，说明书CN105439337A43/3页5[0021]对未经处理的“天津狗不理包子”生产工艺废水进行超声波复合超临界水氧化处理，步骤是：[0022]废水从废水罐流出经过斜板过滤器过滤，进入高压柱塞泵加压至23MPa，泵入预热器预热至150℃，然后经电加热器二次加热，升温至375℃达到超临界氧化系统所需的温度和压力，同时氧气也由液氧罐经高压泵加压至23MPa泵入预热器，后流经电加热器。二者同时进入超声波复合超临界水氧化废水处理系统，停留时间为5秒，使有机物迅速氧化。此时反应器内温度可达到550～590℃，有机物则被氧化产生的气体和合格水，气液混合物由反应器底部流出，进入预热管的列管外，将热量与管内的废水进行预热热交换，流出物经冷却装置冷却经减压阀进入常压气液分离器，释放O2、CO2、N2后，水则达标排放流出。[0023]实施例2[0024]超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的加工方法，[0025]对未经处理的蛋糕生产工艺废水进行超声波复合超临界水氧化处理，步骤是：[0026]废水从废水罐流出经过斜板过滤器过滤，进入高压柱塞泵加压至23MPa，泵入预热器预热至150℃，然后经电加热器二次加热，升温至375℃达到超临界氧化系统所需的温度和压力，同时氧气也由液氧罐经高压泵加压至23MPa泵入预热器，后流经电加热器。二者同时进入超声波复合超临界水氧化废水处理系统，停留时间为5秒，使有机物迅速氧化。此时反应器内温度可达到550～590℃，有机物则被氧化产生的气体和合格水，气液混合物由反应器底部流出，进入预热管的列管外，将热量与管内的废水进行预热热交换，流出物经冷却装置冷却经减压阀进入常压气液分离器，释放O2、CO2、N2后，水则达标排放流出。[0027]实施例3[0028]超声波复合超临界水氧化处理食品工业废水的加工方法，[0029]对未经处理的月饼生产工艺废水进行超声波复合超临界水氧化处理，步骤是：[0030]废水从废水罐流出经过斜板过滤器过滤，进入高压柱塞泵加压至23MPa，泵入预热器预热至150℃，然后经电加热器二次加热，升温至375℃达到超临界氧化系统所需的温度和压力，同时氧气也由液氧罐经高压泵加压至23MPa泵入预热器，后流经电加热器。二者同时进入超声波复合超临界水氧化废水处理系统，停留时间为5秒，使有机物迅速氧化。此时反应器内温度可达到550～590℃，有机物则被氧化产生的气体和合格水，气液混合物由反应器底部流出，进入预热管的列管外，将热量与管内的废水进行预热热交换，流出物经冷却装置冷却经减压阀进入常压气液分离器，释放O2、CO2、N2后，水则达标排放流出。说明书CN105439337A51/1页6说明书附图CN105439337A6