一种新型零污染排放污水综合处理系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型零污染排放污水综合处理系统，其包括如下单元：污水浓缩单元，含预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、粉碎研磨系统、均质系统；超临界水氧化单元，含氧气输送系统、污水输送系统、超临界水氧化(SCWO)反应器、气固分离系统、气液分离系统、CO2液化系统、富氧回用系统；出水膜浓缩单元，含膜浓缩系统。本发明还包括一种新型零污染排放污水综合处理方法。本发明的系统和方法不仅适用于污水处理，而且可同时处理污泥、秸秆等固废；处理后产物为二氧化碳、水和无机盐，不会产生二次污染；过程中产生的热量不仅满足系统自身的用热，而且多余热量用来供暖、供冷和发电；二氧化碳的回收和富氧回用进一步节约了成本扩大了收益。
【专利说明】
一种新型零污染排放污水综合处理系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于污水处理及资源能源循环回收领域，特别涉及一种新型零污染排放污水综合处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]传统的污水处理技术有:物化处理技术、化学处理技术以及生物处理技术。物化法常作为一种预处理的手段应用于污水处理；化学处理技术也常常作为生化处理的预处理方法使用；较为普遍采用的处理方法基本上为生物法，但是难降解有机物的去除、水体的富营养化、高浓度高COD工业废水、微污染水源的治理等都是生物处理技术已面临的难题。近年来，膜生物反应器及反渗透在污水处理中应用越来越广泛。但是由于膜产品成本高、寿命短、易受污染、处理不彻底造成二次污染等原因，致使该技术在发展过程中面临着阻碍及推广应用的难题。总体来说，目前污水处理技术存在的主要问题是:(I)根据废水种类和水质特征，需要不同类型的处理方法；(2)过程中可回收的经济价值不高，造成了资源和能源的浪费；(3)污水特别是有些难处理有机废水处理费用很高；(4)处理不彻底，会造成二次污染。
[0003]因此，需要寻求一种更适合的污水综合处理方法。
【发明内容】
[0004]针对现有污水处理技术存在的问题，本发明提供一种适用范围广、高效率、零污染排放、可同时实现能源和资源回收的，特别适用于高浓度有机废水零污染排放的新型零污染排放污水综合处理系统。
[0005]本发明的目的还在于提供一种新型零污染排放污水综合处理方法。
[0006]本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种新型零污染排放污水综合处理系统，其特征在于，包括如下单元:
[0008](I)污水浓缩单元:包含预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、粉碎研磨系统、均质系统，污水的进水依次通过预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、均质系统与超临界水氧化单元的污水输送系统入口相连，另外，预处理系统和膜过滤系统分别与粉碎研磨系统相连，粉碎研磨系统和均质系统相连；
[0009](2)超临界水氧化单元:包含氧气输送系统、污水输送系统、超临界水氧化(SCWO)反应器、气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，氧气输送系统、污水输送系统的出口与超临界水氧化(SCWO)反应器的入口相连，超临界水氧化(SCWO)反应器的出口依次连接气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，富氧回用系统和氧气输送系统相连；
[0010](3)出水膜浓缩单元:包含出水膜浓缩系统，出水膜浓缩系统进水口和超临界水氧化单元的气液分离系统相连，出水口和污水浓缩单元的膜浓缩系统相连。
[0011 ] 而且，所述的反应器为逆流蒸发壁式反应器。
[0012]一种新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0013](I)预处理:污水的进水通过预处理系统使用物理化学法去除水中对膜有危害的有机物、无机颗粒和漂浮物，调节进水水量和PH值；
[0014](2)膜过滤:经过预处理后的水使用膜过滤系统，去除水中微生物，分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质和悬浮颗粒，净水产水回收率80%以上；
[0015](3)膜浓缩:经过膜过滤后的水使用膜浓缩系统，进一步去除水中的溶解性小分子有机物和无机盐，使水中的污染物进一步富集浓缩，净水产水回收率80%以上；
[0016](4)粉碎研磨:预处理过程中去除的对膜有危害的有机物以及膜过滤过程中被截留的大分子、胶体、蛋白质进一步回收并采用粉碎研磨系统进行粉碎研磨；
[0017](5)均质:步骤(3)膜浓缩后的高浓度有机物与步骤(4)经过粉碎研磨后的有机物进行混合，在均质系统的机械作用下进一步破碎，搅拌均匀，使整个体系更加稳定；
[0018](6)污水输送:经过均质处理后的高浓有机物经过增压、预热后经污水输送系统进入超临界水氧化反应系统，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa ；
[0019](7)氧气输送:氧气经氧气输送系统经过增压、预热进入超临界水反应器，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa ；
[0020](8)超临界水氧化(SCWO):氧气和高浓有机物进入超临界水氧化(SCWO)反应器后，混合燃烧，产生超临界流体和无机盐；
[0021](9)气固分离:超临界流体和无机盐通过气固分离系统的除盐装置进行分离，无机盐以固体的形式脱除；
[0022](10)气液分离:脱盐后的超临界流体经过多级换热后，其温度在100?200°C、压力在22?35MPa，进入到气液分离系统后，通过背压阀控制压力到5?lOMPa，气相和液相分离，气体部分为二氧化碳和多余氧气，液体部分为水；
[0023](ll)C(V液化:气液分离后的气体部分通过CO 2液化系统，进行脱水、换热降温至20?30°C，进入精馏塔，经精馏塔分离后得到液态CO2和富氧气体；
[0024](12)富氧回用:富氧气体和氧气经富氧回用系统混合后回用；
[0025](13)膜浓缩:步骤(10)气液分离后的液体部分进一步通过纳滤/反渗透膜过滤处理，浓水经出水膜浓缩系统进行膜浓缩处理。
[0026]而且，步骤(I)预处理的方法为格栅、筛网、沉砂池、砂水分离器、沉淀池、隔油池、调节池、事故池、过滤法、离心分离法、吸附法、气浮法、酸碱中和法、化学沉淀法、电解法、混凝法等中的一个或一个以上方法的结合。
[0027]而且，污水COD大于20000mg/L时省略膜过滤、膜浓缩步骤，预处理后进行粉碎研磨、均质后进入超临界反应单元。
[0028]而且，步骤(5)均质过程中，污水COD小于20000mg/L经碳源调节后进入超临界氧化单元。
[0029]而且，所述的碳源其组成为秸杆、稻壳、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花、污泥、人畜粪便、煤中的一种或一种以上的混合物。
[0030]而且，污水经超临界水氧化处理后，产生的大量能量回收用来给氧气和污水预热，多余的热量用来供暖、供冷和发电。
[0031]而且，步骤(13)膜浓缩后的净水产水，一部分回用到超临界水氧化(SCWO)反应器用作蒸发壁水。
[0032]本发明的优点和有益效果为:
[0033]本发明不仅适用于污水处理，而且可同时处理污泥、秸杆等固废；处理后产物为二氧化碳、水和无机盐，不会产生二次污染；过程中产生的热量不仅满足系统自身的用热，而且多余热量用来供暖、供冷和发电；二氧化碳的回收和富氧回用进一步节约了成本扩大了收益。膜浓缩与超临界水氧化的结合使更大范围COD值的污水能够进行超临界水氧化处理，并且实现零污染排放。
【附图说明】
[0034]图1为新型零污染排放污水综合处理系统的原理方框图；
[0035]图2为新型零污染排放污水综合处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0037]实施例1
[0038]—种新型零污染排放污水综合处理系统，包括如下单元:
[0039](I)污水浓缩单元:包含预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、粉碎研磨系统、均质系统，污水的进水依次通过预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、均质系统与超临界水氧化单元的污水输送系统入口相连，另外，预处理系统和膜过滤系统分别与粉碎研磨系统相连，粉碎研磨系统和均质系统相连。
[0040]预处理系统可采用格栅、浮选池。
[0041]膜过滤系统采用微滤/超滤膜过滤设备。
[0042]膜浓缩系统采用纳滤/反渗透膜过滤设备。
[0043]粉碎研磨系统采用湿法立式球磨机。
[0044]均质系统采用高压均质机。
[0045](2)超临界水氧化单元:包含氧气输送系统、污水输送系统、超临界水氧化(SCWO)反应器、气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，氧气输送系统、污水输送系统的出口与超临界水氧化(SCWO)反应器的入口相连，超临界水氧化(SCWO)反应器的出口依次连接气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，富氧回用系统和氧气输送系统相连。
[0046](3)出水膜浓缩单元:包含出水膜浓缩系统，膜浓缩系统进水口和超临界水氧化单元的气液分离系统相连，出水口和污水浓缩单元的膜浓缩系统相连。
[0047]一种新型零污染排放污水综合处理方法，包括如下步骤:
[0048](I)预处理:污水的进水经预处理系统使用物理化学法去除水中对膜有危害的有机物、无机颗粒和漂浮物，调节进水水量和PH值。步骤(I)预处理的方法为格栅、筛网、沉砂池、砂水分离器、沉淀池、隔油池、调节池、事故池、过滤法、离心分离法、吸附法、气浮法、酸碱中和法、化学沉淀法、电解法、混凝法等中的一个或一个以上方法的结合。
[0049]本实施例的步骤(I)预处理的方法为格栅和浮选池的结合。
[0050](2)膜过滤:经过预处理后的水经膜过滤系统使用微滤/超滤膜过滤技术，去除水中微生物，分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质和悬浮颗粒，净水产水回收率80%以上。
[0051](3)膜浓缩:经过膜过滤后的水经膜浓缩系统使用纳滤/反渗透膜过滤技术，进一步去除水中的溶解性小分子有机物和无机盐，使水中的污染物进一步富集浓缩，净水产水回收率80%以上。
[0052](4)粉碎研磨:预处理过程中去除的对膜有危害的有机物以及膜过滤过程中被截留的大分子、胶体、蛋白质经粉碎研磨系统进一步回收进行粉碎研磨。
[0053](5)均质:步骤(3)膜浓缩后的高浓度有机物与步骤(4)经过粉碎研磨后的有机物进行混合，在经均质系统机械作用下进一步破碎，搅拌均匀，使整个体系更加稳定。
[0054](6)污水输送:经过均质处理后的高浓有机物经过污水输送系统增压、预热后进入超临界水氧化反应系统，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa。
[0055](7)氧气输送:氧气在氧气输送系统经过增压、预热进入超临界水反应器，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa。
[0056](8)超临界水氧化(SCWO):氧气和高浓有机物进入超临界水氧化(SCWO)反应器，混合燃烧，产生超临界流体和无机盐。
[0057](9)气固分离:超临界流体和无机盐通过气固分离系统进行分离，无机盐以固体的形式脱除。气固分离系统采用旋风分离器。
[0058](10)气液分离:脱盐后的超临界流体经过多级换热后，其温度在100?200°C、压力在22?35MPa，进入到气液分离系统后，通过背压阀控制压力到5?lOMPa，气相和液相分离，气体部分为二氧化碳和多余氧气，液体部分为水。
[0059](I I) C(V液化:气液分离后的气体部分经过CO 2液化系统脱水、换热降温至20?30 0C，进入精馏塔，经精馏塔分离后得到液态CO2和富氧气体。
[0060](12)富氧回用:富氧气体和氧气经富氧回用系统混合后回用。
[0061](13)膜浓缩:步骤(10)气液分离后的液体部分进一步通过纳滤/反渗透膜过滤技术处理，浓水进入到出水膜浓缩系统进行膜浓缩处理。
[0062]步骤(9)气固分离过程，除盐装置可与反应器一起，还可与反应器分开。
[0063]污水经超临界水氧化处理后，产生的大量能量进行回收利用，用来给氧气和污水预热，多余的热量用来供暖、供冷和发电。
[0064]步骤(13)膜浓缩后的净水产水，一部分回用到超临界水氧化(SCWO)用作蒸发壁水。
[0065]实施例2
[0066]一种新型零污染排放污水综合处理方法，包括如下步骤:
[0067](I)预处理:污水的进水经预处理系统使用物理化学法去除水中对膜有危害的有机物、无机颗粒和漂浮物，调节进水水量和PH值。步骤(I)预处理的方法为酸碱中和法与化学沉淀法的结合。
[0068](2)膜过滤:经过预处理后的水经膜过滤系统使用微滤/超滤膜过滤技术，去除水中微生物，分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质和悬浮颗粒，净水产水回收率80%以上。
[0069](3)膜浓缩:经过膜过滤后的水经膜浓缩系统使用纳滤/反渗透膜过滤技术，进一步去除水中的溶解性小分子有机物和无机盐，使水中的污染物进一步富集浓缩，净水产水回收率80%以上。
[0070](4)粉碎研磨:预处理过程中去除的对膜有危害的有机物以及膜过滤过程中被截留的大分子、胶体、蛋白质经粉碎研磨系统进一步回收进行粉碎研磨。
[0071](5)均质:步骤(3)膜浓缩后的高浓度有机物与步骤(4)经过粉碎研磨后的有机物进行混合，在经均质系统机械作用下进一步破碎，搅拌均匀，使整个体系更加稳定。
[0072](6)污水输送:经过均质处理后的高浓有机物经过污水输送系统增压、预热后进入超临界水氧化反应系统，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa。
[0073](7)氧气输送:氧气在氧气输送系统经过增压、预热进入超临界水反应器，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa。
[0074](8)超临界水氧化(SCWO):氧气和尚浓有机物进入超临界水氧化(SCWO)反应器，混合燃烧，产生超临界流体和无机盐。
[0075](9)气固分离:超临界流体和无机盐通过气固分离系统进行分离，无机盐以固体的形式脱除。气固分离系统采用旋风分离器。
[0076](10)气液分离:脱盐后的超临界流体经过多级换热后，其温度在100?200°C、压力在22?35MPa，进入到气液分离系统后，通过背压阀控制压力到5?lOMPa，气相和液相分离，气体部分为二氧化碳和多余氧气，液体部分为水。
[0077](I I) C(V液化:气液分离后的气体部分经过CO 2液化系统脱水、换热降温至20?30 0C，进入精馏塔，经精馏塔分离后得到液态CO2和富氧气体。
[0078](12)富氧回用:富氧气体和氧气经富氧回用系统混合后回用。
[0079](13)膜浓缩:步骤(10)气液分离后的液体部分进一步通过纳滤/反渗透膜过滤技术处理，浓水进入到出水膜浓缩系统进行膜浓缩处理。
[0080]步骤(5)均质过程中，污水COD小于20000mg/L经碳源调节后进入超临界氧化单元。污水入水COD为2000mg/L，PH为4，需要进行预处理，然后进行膜过滤、膜浓缩，加入碳源调节COD值。碳源为经过过滤、研磨的污泥。
[0081]污水经超临界水氧化处理后，产生的大量能量进行回收，用来给氧气和污水预热，多余的热量用来供暖和发电。
[0082]步骤(13)膜浓缩后的净水产水，一部分回用到超临界水氧化(SCWO)用作蒸发壁水。
[0083]尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
【主权项】
1.一种新型零污染排放污水综合处理系统，其特征在于，包括如下单元: (1)污水浓缩单元:包含预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、粉碎研磨系统、均质系统，污水的进水依次通过预处理系统、膜过滤系统、膜浓缩系统、均质系统与超临界水氧化单元的污水输送系统入口相连，另外，预处理系统和膜过滤系统分别与粉碎研磨系统相连，粉碎研磨系统和均质系统相连； (2)超临界水氧化单元:包含氧气输送系统、污水输送系统、超临界水氧化(SCWO)反应器、气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，氧气输送系统、污水输送系统的出口与超临界水氧化(SCWO)反应器的入口相连，超临界水氧化(SCWO)反应器的出口依次连接气固分离系统、气液分离系统、C(V液化系统、富氧回用系统，富氧回用系统和氧气输送系统相连； (3)出水膜浓缩单元:包含出水膜浓缩系统，出水膜浓缩系统进水口和超临界水氧化单元的气液分离系统相连，出水口和污水浓缩单元的膜浓缩系统相连。2.根据权利要求1所述的新型零污染排放污水综合处理系统，其特征在于:所述的超临界水氧化(SCWO)反应器为逆流蒸发壁式反应器。3.一种新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)预处理:污水的进水通过预处理系统使用物理化学法去除水中对膜有危害的有机物、无机颗粒和漂浮物，调节进水水量和PH值； (2)膜过滤:经过预处理后的水使用膜过滤系统，去除水中微生物，分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质和悬浮颗粒，净水产水回收率80%以上； (3)膜浓缩:经过膜过滤后的水使用膜浓缩系统，进一步去除水中的溶解性小分子有机物和无机盐，使水中的污染物进一步富集浓缩，净水产水回收率80%以上； (4)粉碎研磨:预处理过程中去除的对膜有危害的有机物以及膜过滤过程中被截留的大分子、胶体、蛋白质进一步回收并采用粉碎研磨系统进行粉碎研磨； (5)均质:步骤(3)膜浓缩后的高浓度有机物与步骤(4)经过粉碎研磨后的有机物进行混合，在均质系统的机械作用下进一步破碎，搅拌均匀，使整个体系更加稳定； (6)污水输送:经过均质处理后的高浓有机物经过增压、预热后经污水输送系统进入超临界水氧化反应系统，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa ； (7)氧气输送:氧气经氧气输送系统经过增压、预热进入超临界水反应器，其温度控制在250?350°C，压力控制在22?35MPa ； (8)超临界水氧化(SCWO):氧气和尚浓有机物进入超临界水氧化(SCWO)反应器后，混合燃烧，产生超临界流体和无机盐； (9)气固分离:超临界流体和无机盐通过气固分离系统的除盐装置进行分离，无机盐以固体的形式脱除； (10)气液分离:脱盐后的超临界流体经过多级换热后，其温度在100?200°C、压力在22?35MPa，进入到气液分离系统后，通过背压阀控制压力到5?lOMPa，气相和液相分离，气体部分为二氧化碳和多余氧气，液体部分为水； (11)C(V液化:气液分离后的气体部分通过CO2液化系统，进行脱水、换热降温至20?30°C，进入精馏塔，经精馏塔分离后得到液态CO2和富氧气体； (12)富氧回用:富氧气体和氧气经富氧回用系统混合后回用； (13)膜浓缩:步骤(10)气液分离后的液体部分进一步通过纳滤/反渗透膜过滤处理，浓水经出水膜浓缩系统进行膜浓缩处理。4.根据权利要求3所述新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于:步骤(I)预处理的方法为格栅、筛网、沉砂池、砂水分离器、沉淀池、隔油池、调节池、事故池、过滤法、离心分离法、吸附法、气浮法、酸碱中和法、化学沉淀法、电解法、混凝法等中的一个或一个以上方法的结合。5.根据权利要求3所述的新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于:步骤(5)均质过程中，污水COD小于20000mg/L经碳源调节后进入超临界氧化单元。6.根据权利要求5所述的新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于:所述的碳源其组成为秸杆、稻壳、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花、污泥、人畜粪便、煤中的一种或一种以上的混合物。7.根据权利要求3所述新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于:污水经超临界水氧化处理后，产生的大量能量回收用来给氧气和污水预热，多余的热量用来供暖、供冷和发电。8.根据权利要求3所述新型零污染排放污水综合处理方法，其特征在于:步骤(13)膜浓缩后的净水产水，一部分回用到超临界水氧化(SCWO)反应器用作蒸发壁水。
【文档编号】C02F9/04GK105858944SQ201510023181
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】王冰, 马英霞, 郭仕鹏
【申请人】王冰