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基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置

中国污水处理工程网 时间:2018-1-12 16:21:06

污水处理专利技术

  申请日2016.10.27

  公开(公告)日2017.02.08

  IPC分类号C02F1/34; C02F1/72; C02F101/30

  摘要

  本发明公开了一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐(18)、清水储水罐(10)、高压泵(7)及污水泵(9),其特征在于:该装置还包括空化反应炉体(1),其一端通过污水进水管(2)与所述污水泵(9)和污水储水罐(18)连接,另一端通过清水进水管(3)与所述高压泵(7)和清水储水罐(10)连接,所述污水进水管(2)和清水进水管(3)相交处设有喷嘴(25);以及炉内换热器(21),其设置于所述空化反应炉体(1)中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用。本发明的装置实现高效率地利用水力空化效应对污水进行处理,大幅度降低污水中有机质的含量,并回收反应产生的热量加以利用。

  摘要附图

 

  权利要求书

  1.一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐(18)、清水储水罐(10)、高压泵(7)及污水泵(9),其特征在于:

  该装置还包括空化反应炉体(1),其一端通过污水进水管(2)与所述污水泵(9)和污水储水罐(18)连接,另一端通过清水进水管(3)与所述高压泵(7)和清水储水罐(10)连接,所述污水进水管(2)和清水进水管(3)相交处设有喷嘴(25),用于形成负压区,使得污水可被吸入并与清水混合,混合水喷入所述空化反应炉体(1)内发生空化反应,可形成瞬间的高温高压微环境和微射流,使得污水中有机质被氧化分解;以及

  炉内换热器(21),其设置于所述空化反应炉体(1)中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用。

  2.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述喷嘴(25)设置在清水连通方向,其从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,所述污水进水管(2)与喷嘴连通,所述污水可在污水泵(9)和所述负压的作用下被吸入,并与清水混合后喷入所述空化反应炉体(1)内发生空化反应。

  3.根据权利要求1或2所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述喷嘴(25)为多个,采用多层、每层多个的布置形式,对称布置于所述空化反应炉体(1)的外侧。

  4.根据权利要求3所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:该装置还包括分离器(4),其安装于所述空化反应炉体(1)的底部,用于将所述清水分离成与喷嘴对应的多路并分别进入相应的所述喷嘴(25)中。

  5.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水储水罐(10)外设置套管换热器(8),使得进出的水进行热交换,提高进入所述空化反应炉体(1)中水的温度,有利于空化泡的溃灭,提高空化反应效率。

  6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:该装置还包括螺旋出渣器(6),其一端与所述空化反应器(1)连接,另一端与所述套管换热器(8)连接,用于对空化反应后的污水进行过滤,一部分进入所述清水储水罐(10)参与下一步的反应,实现水循环利用,其余部分排出。

  7.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水进水管(3)上设有泄压阀(12),可以改变管路中的流量,进而控制所述空化反应炉体(1)的进口压力,以调节空化效应的强度。

  8.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述清水进水管(3)上安装有压力表,用于测定水管的压力,从而保证所述空化反应安全顺利进行。

  9.根据权利要求1或2所述的一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其特征在于:所述高压泵(7)的使用扬程不低于100m,流量不大于16m3/h。

  说明书

  一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置

  技术领域

  本发明属于污水处理领域,更具体地,涉及一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置。

  背景技术

  我国水资源严重短缺,而随着城市化进程的不断加快,城市污水排放量也逐年增加。根据环保部颁布的《2015中国环境状况公告》,2015年全国污水排放量逾400亿立方米,化学需氧量排放总量为2223.5万吨。

  目前的污水处理方法按原理大致可分为三种,都存在各自的不足:

  (1)物理方法:以分离悬浮状态的固体污染物质为主。难处理可溶性污染物,对污染物的选择性小。

  (2)化学方法:以化学氧化为主,须不断投入氧化剂。催化剂易中毒,后期维护成本高,且生成的污泥还需较高的处理成本。

  (3)生物方法:利用微生物分解,需要建立反应池或人工湿地。占地面积大,建设成本高,且处理污水的适用范围受BOD/COD值限制。

  同时,传统污水处理通常只关注物质的变化(即COD或TOC的去除率)而忽视了能量的转化。污水中的化学能与生物质能没有得到充分利用。

  由于许多新化学物质的出现,污水中含有许多是生物难降解的有毒有机污染物,通过传统的处理方式难以对它们进行处理。这些污染物进入环境后将对环境造成污染。因此,生物难降解废水的处理一直是人们研究的方向。利用水力空化进行处理有机废水为污水处理提供了新思路。

  水力空化是指在液体流经某处时,人为制造低压强、高流速的状态,当液体压强小于饱和蒸汽压时,液体中的气泡就会不断膨胀,体积变大。而随着流体运动,气泡到达高压强、低流速区域之后,气泡就会塌缩、爆裂。有研究认为,液体中空化泡破裂时局部温度可达5000K,压力可达300个大气压,并伴随着强烈的冲击波和微射流。在这样的环境下水可被分解成具有强氧化性的羟基自由基,与污水中有机物发生氧化反应将其分解。同时,空化效应所产生的强烈冲击波和微射流,可促进反应体系中各反应物间充分接触,提高传质速率,促进有机污染物的氧化降解。

  水力空化现象可以通过一定的水力条件形成,例如在有管径急剧变化的管道中(如孔板、喷嘴等)。形成的空化气核与液体一起做整体流动过程中不断发育,可在较大范围内形成一个比较均匀的空化强化场,有利于大规模地对污水进行处理。

  水力空化具有反应装置结构简单、反应效率高、运行成本低廉、易大规模推广等优点。目前,人们对利用空化效应处理污水已经开展了一些研究,主要采用孔板等装置产生水力空化效应,但还存在空化率较低、反应速度较慢、有机物降解不够彻底等问题。

  专利文献CN105439322A公开了一种基于水力空化的废水处理方法和装置,该装置是利用氧化剂的同时采用一级射流、二级旋流、三级限流实现水力空化。但是专利文献CN105439322A公开的装置结构复杂,对流体产生了很大的阻力,并且氧化剂会对装置产生腐蚀,因此该设备存在着流动阻力大,难以加工等问题,很难满足工程中生产要求。

  发明内容

  针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其目的在于实现高效率地利用水力空化效应对污水进行处理,大幅度降低污水中有机质的含量,并回收反应产生的热量加以利用,并实现处理工艺中水系统的循环利用等。

  为了实现上述目的,本发明提供一种基于空化效应的污水处理及废热利用一体化装置,其包括污水储水罐、清水储水罐、高压泵及污水泵,其特征在于:

  该装置还包括空化反应炉体,其一端通过污水进水管与所述污水泵和污水储水罐连接,另一端通过清水进水管与所述高压泵和清水储水罐连接,所述污水进水管和清水进水管相交处设有喷嘴,用于形成负压区,使得污水可被吸入并与清水混合,混合水喷入所述空化反应炉体内发生空化反应,可形成瞬间的高温高压微环境和微射流,使得污水中有机质被氧化分解;以及

  炉内换热器,其设置于所述空化反应炉体中,用于将所述空化反应产生的热量导出作为热源加以利用。

  进一步地,所述喷嘴设置在清水连通方向,其从两端到中部,直径逐渐减小,形成两端宽、中间窄的结构,使得所述清水流经喷嘴中部窄区域时流速增加,压力急剧减小,从而形成负压区,所述污水进水管与喷嘴连通,所述污水可在污水泵和所述负压的作用下被吸入,并与清水混合后喷入所述空化反应炉体内发生空化反应。

  进一步地,所述喷嘴为多个,采用多层、每层多个的布置形式,对称布置于所述空化反应炉体的外侧。

  进一步地,该装置还包括分离器,其安装于所述空化反应炉体的底部,用于将所述清水分离成与喷嘴对应的多路并分别进入相应的所述喷嘴中。

  进一步地,所述清水储水罐外设置套管换热器,使得进出的水进行热交换,提高进入所述空化反应炉体中水的温度,有利于空化泡的溃灭,提高空化反应效率。

  进一步地,该装置还包括螺旋出渣器,其一端与所述空化反应器连接,另一端与所述套管换热器连接,用于对空化反应后的污水进行过滤,一部分进入所述清水储水罐参与下一步的反应,实现水循环利用,其余部分排出。

  进一步地,所述清水进水管上设有泄压阀,可以改变管路中的流量,进而控制所述空化反应炉体的进口压力,以调节空化效应的强度。

  进一步地,所述清水进水管上安装有压力表,用于测定水管的压力,从而保证所述空化反应安全顺利进行。

  进一步地,所述高压泵的使用扬程不低于100m,流量不大于16m3/h。

  总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:

  (1)本发明的技术方案中,利用水力空化射流处理普通生物法难以处理的污水,具有环境普适性,同时也避免了现有方法存在的未解决的诸多弊端,并设置多层循环,不产生二次污染,处理效果优良;

  (2)本发明的技术方案中,装置结构设计巧妙而紧凑,分流器及喷嘴的对冲布置提升了空化反应效率,多层循环保证了化学反应的有序进行,膨胀罐、气囊和泄压阀等元件为装置的安全性提供了保证;

  (3)回收化学反应产生的大量热量,实现污水处理的从“负收益”到“正收益”的跨越性突破。