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摘要：本项目草甘膦废水处理系统成套设备的开发研制成功将改变国内生产现状，实现国内首台套，改造优化废水无害化处理系统，提高水的回用率，并且对国家环保节能具有重大意义。
关键词：喷射混合器;氧化塔;再分布器;湿式催化氧化法;
一、背景和立项意义
草甘膦是一种广谱除草剂，国内主要采用甘氨酸法生产草甘膦。然而，根据植保和环保部门多年的调查和监测，发现10%草甘膦水剂会引起土壤板结，并引起严重的土壤和水体的污染。草甘膦废水特点是难生化、浓度高、同时含有机物和无机物、可氧化性和生化性差，单纯的通过蒸发结晶和生物降解难以处理该废水，湿式催化氧化法处理技术的引入处理这一类废水具有很好效果。湿式催化氧化法在国外已经工业化且成效显著，而在国内却仅止于研究阶段，还不够深入，相应的配套处理设备的研发缺失，也给这一行业带来非常大的阻力，制约着行业的发展。因此，本项目草甘膦废水处理系统成套设备的开发研制成功将改变国内生产现状，实现国内首台套，改造优化废水无害化处理系统，提高水的回用率，并且对国家环保节能具有重大意义。
二、主要内容和原理
本项目主要有以下三个创新点：
第一：该系统的核心设备是氧化塔，将在原有的氧化塔废水入口处拟增加喷射混合器（射流器），目的是使氧气和高浓废水更充分混合，反应更均匀，提高废水中COD的处理效率。同时避免由于介质局部过度反应，而加重对设备的局部腐蚀，降低设备的使用寿命。
第二：废水与氧气经喷射混合器充分混合后，进入主反应器氧化塔，为使氧化液分布均匀进一步充分反应，均匀放热，拟在原塔内增加再分布器，使介质再次重新分布，进一步提高废水处理效率。
第三：废水经主反应器氧化塔反应完成后，生成的高温气相产物CO2、N2等和液相产物，排出后通入热交换器继续加热原废水。计划在氧化塔出口和热交换器之间增加一台气液分离器，分离后将液体通入热交换器继续加热废水，比原气液混合物热传导效率更高，从而提高热量利用率。
加工制造工艺方面：
本项目设计的氧化塔反应器和原料预热器工况条件比较苛刻，要求设备抗高温、高压、耐腐蚀。项目计划主反应器采用钛钢复合板结构，基层采用碳钢满足强度要求。从材料采购、图纸结构设计、制造工艺、钛材焊接质量和施焊环境五个方面进行控制，保证设备能够安全稳定运行。目的为满足工况条件的同时减少能源损失，提高废水处理效率。
工作原理：
湿式催化氧化法是将污水通过贮存罐由高压泵打入热交换器，与反应后的高温氧化液体换热，使温度上升到接近于反应温度后进入反应器。反应所需的氧由压缩机打入反应器。在反应器内，污水中的有机物与氧发生放热反应。在较高温度下将污水中的有机物氧化成二氧化碳和水，或低级有机酸等中间产物。反应后气液混合物经分离器分离，液相经热交换器预热进料，回收热能。高温高压的尾气首先通过再沸器（如废热锅炉）产生蒸汽或经热交换器预热锅炉进水。其冷凝水由第二分离器分离后通过循环泵再打入反应器，分离后的高压尾气送入透平机产生机械能或电能。
三、国内外技术发展趋势
湿式氧化（wo）技术主要来源于湿式空气氧化（WAO）技术。它是由美国人F.J.Zimmermann在1958年提出来的，并且美国的Zimpm公司最早将其应用于工业化，处理造纸黑液等有毒有害工业废水。从80年代中期开始又开展了对催化湿式氧化（CWAO）和超临界湿式氧化工艺（SWAO）的研究。到目前为止，国际上已成功地将WO技术应用于城市废水和丙烯腈、焦化、印染工业废水及含酚、有机磷、有机硫化合物的农药废水处理。据不完全统计，到1992年，仅Zimpro公司设计的WO工业装置就有500多套，分布于世界160多个国家，其中用于废水处理的装置约占一半。而国内从80年代才对WO进行研究，先后对造纸黑液、含硫废水、含磷废水、酚水、煤制气废水及农药废水等进行了研究，但目前仍处于试验研究阶段，对工业装置的研究数据更是寥寥无几。
四、开发方案（研制内容、解决的关键技术问题、方式、技术路线）
研制内容：
我公司项目组将针对设备需在高温高压下进行反应，并且介质成分多样复杂，腐蚀性大等难题，从设备结构设计、制造工艺选择与检验等几方面进行分析与研究，以期形成一套科学、合理、可操作性强的水处理系统结构创新优化方案。使研制的设备最终能达到降低设备成本，延长使用寿命，提高装置的生产效率和质量，降低生产能源消耗的目的。
解决的主要关键技术问题：
（1） 喷射混合器结构设计
保证氧气在正确的反应温度下与废水均匀混合是氧化塔的设计重点。原始设计结构，管理维修困难，容易堵塞，结构复杂，混合不均匀，氧转化率低，新结构根据软件模拟计算，拟确定混合器的结构尺寸，理论能够彻底避免上述问题。
传统的曝气设备氧的转化率一般低于10%，拟采用射流形式的曝气设备氧，理论上转化率可达25%以上。在有废水回流时，降低后级处理设施的负荷。期望该设计结构紧凑、效率高、管理维修简便、安装快捷、运行可靠、可随时启动或停止。
（2） 再分布器结构的设计
废水与氧气经过混合器混合后，为了在塔体内更加充分反应，设计在原有结构中增加再分布器，使介质在塔内分布均匀，充分反应，提高COD去除率，同时也降低因为反应不均匀对设备造成局部腐蚀降低设备的使用寿命的风险。
（3） 气液分离器结构设计
废水经氧化塔反应后，产生的高温高压的气液混合物由氧化塔流进热交换器继续给废水原液加熱，为了增加热交换效率，减少热量损失，拟在原有的氧化塔和热交换器之间增加气液分离装置，利用重力沉降原理，使气液分离，然后利用分离出的液体继续给废水原液加热，因为液体传热效率远高于气液混合物，所以热量利用更加充分，提高废水处理系统的效率。 （4） 接管端部环形盖板压形工艺
为了保证钛盖板、衬板与设备紧密贴合，计划制作专用成形胎具。
方式：自主研发
技术路线：
（1） 产品设计研究、工艺研究和关键工艺试验;
（2） 产品试制;
（3） 样机检验检测;
（4） 模拟工况实验，技术方案改进;
（5） 产品鉴定。
五、项目完成后达到的技术指标、技术水平及采用标准情况
技术水平：
公司项目组将通过对水处理再生系统成套设备的材料选择、结构设计、加工制造工艺等方面进行研究与开发，来实现国产化生产。项目研制成功后会达到降低生产成本，节能环保，延长使用寿命，提高装置的生产效率和质量目标。该设备以其独特的功能性和产品制造技术将达到国际先进水平。
采用的技术标准：
NB/T47041-2014《塔式容器》;GB/T150.1～GB/150.4-2011《压力容器》;TSG21-2016固定式壓力容器安全技术监察规程。
六、国内外同类产品技术指标对比情况
国内外同类产品技术指标对比优势：
1、节能热量利用率高;2、反应充分设备寿命长;3、全封闭，无有害气体外排;4、低能耗、低运行成本;5、COD去除效率高;6、没有剩余废水;7、占地面积小;8、产生的灰性质稳定，无浸出污染物;9、出水经过滤后可直接回用。
七、社会效益情况
草甘膦废水处理系统成套设备研发的设计过程中，项目组将节能和环保与实际相结合，积极响应国家对于环保的号召，贯彻学习国家环保政策，执行国家环保标准;优化和改进结构设计、加工制造工艺等方面，创新开发具有自主知识产权。最终达到提高能源利用率，延长设备使用寿命，提高设备的生产效率和质量的目标。改造优化废水无害化处理系统，极大提高水的回用率，为国家环保节能事业做出贡献。
关键词：喷射混合器;氧化塔;再分布器;湿式催化氧化法;
一、背景和立项意义
草甘膦是一种广谱除草剂，国内主要采用甘氨酸法生产草甘膦。然而，根据植保和环保部门多年的调查和监测，发现10%草甘膦水剂会引起土壤板结，并引起严重的土壤和水体的污染。草甘膦废水特点是难生化、浓度高、同时含有机物和无机物、可氧化性和生化性差，单纯的通过蒸发结晶和生物降解难以处理该废水，湿式催化氧化法处理技术的引入处理这一类废水具有很好效果。湿式催化氧化法在国外已经工业化且成效显著，而在国内却仅止于研究阶段，还不够深入，相应的配套处理设备的研发缺失，也给这一行业带来非常大的阻力，制约着行业的发展。因此，本项目草甘膦废水处理系统成套设备的开发研制成功将改变国内生产现状，实现国内首台套，改造优化废水无害化处理系统，提高水的回用率，并且对国家环保节能具有重大意义。
二、主要内容和原理
本项目主要有以下三个创新点：
第一：该系统的核心设备是氧化塔，将在原有的氧化塔废水入口处拟增加喷射混合器（射流器），目的是使氧气和高浓废水更充分混合，反应更均匀，提高废水中COD的处理效率。同时避免由于介质局部过度反应，而加重对设备的局部腐蚀，降低设备的使用寿命。
第二：废水与氧气经喷射混合器充分混合后，进入主反应器氧化塔，为使氧化液分布均匀进一步充分反应，均匀放热，拟在原塔内增加再分布器，使介质再次重新分布，进一步提高废水处理效率。
第三：废水经主反应器氧化塔反应完成后，生成的高温气相产物CO2、N2等和液相产物，排出后通入热交换器继续加热原废水。计划在氧化塔出口和热交换器之间增加一台气液分离器，分离后将液体通入热交换器继续加热废水，比原气液混合物热传导效率更高，从而提高热量利用率。
加工制造工艺方面：
本项目设计的氧化塔反应器和原料预热器工况条件比较苛刻，要求设备抗高温、高压、耐腐蚀。项目计划主反应器采用钛钢复合板结构，基层采用碳钢满足强度要求。从材料采购、图纸结构设计、制造工艺、钛材焊接质量和施焊环境五个方面进行控制，保证设备能够安全稳定运行。目的为满足工况条件的同时减少能源损失，提高废水处理效率。
工作原理：
湿式催化氧化法是将污水通过贮存罐由高压泵打入热交换器，与反应后的高温氧化液体换热，使温度上升到接近于反应温度后进入反应器。反应所需的氧由压缩机打入反应器。在反应器内，污水中的有机物与氧发生放热反应。在较高温度下将污水中的有机物氧化成二氧化碳和水，或低级有机酸等中间产物。反应后气液混合物经分离器分离，液相经热交换器预热进料，回收热能。高温高压的尾气首先通过再沸器（如废热锅炉）产生蒸汽或经热交换器预热锅炉进水。其冷凝水由第二分离器分离后通过循环泵再打入反应器，分离后的高压尾气送入透平机产生机械能或电能。
三、国内外技术发展趋势
湿式氧化（wo）技术主要来源于湿式空气氧化（WAO）技术。它是由美国人F.J.Zimmermann在1958年提出来的，并且美国的Zimpm公司最早将其应用于工业化，处理造纸黑液等有毒有害工业废水。从80年代中期开始又开展了对催化湿式氧化（CWAO）和超临界湿式氧化工艺（SWAO）的研究。到目前为止，国际上已成功地将WO技术应用于城市废水和丙烯腈、焦化、印染工业废水及含酚、有机磷、有机硫化合物的农药废水处理。据不完全统计，到1992年，仅Zimpro公司设计的WO工业装置就有500多套，分布于世界160多个国家，其中用于废水处理的装置约占一半。而国内从80年代才对WO进行研究，先后对造纸黑液、含硫废水、含磷废水、酚水、煤制气废水及农药废水等进行了研究，但目前仍处于试验研究阶段，对工业装置的研究数据更是寥寥无几。
四、开发方案（研制内容、解决的关键技术问题、方式、技术路线）
研制内容：
我公司项目组将针对设备需在高温高压下进行反应，并且介质成分多样复杂，腐蚀性大等难题，从设备结构设计、制造工艺选择与检验等几方面进行分析与研究，以期形成一套科学、合理、可操作性强的水处理系统结构创新优化方案。使研制的设备最终能达到降低设备成本，延长使用寿命，提高装置的生产效率和质量，降低生产能源消耗的目的。
解决的主要关键技术问题：
（1） 喷射混合器结构设计
保证氧气在正确的反应温度下与废水均匀混合是氧化塔的设计重点。原始设计结构，管理维修困难，容易堵塞，结构复杂，混合不均匀，氧转化率低，新结构根据软件模拟计算，拟确定混合器的结构尺寸，理论能够彻底避免上述问题。
传统的曝气设备氧的转化率一般低于10%，拟采用射流形式的曝气设备氧，理论上转化率可达25%以上。在有废水回流时，降低后级处理设施的负荷。期望该设计结构紧凑、效率高、管理维修简便、安装快捷、运行可靠、可随时启动或停止。
（2） 再分布器结构的设计
废水与氧气经过混合器混合后，为了在塔体内更加充分反应，设计在原有结构中增加再分布器，使介质在塔内分布均匀，充分反应，提高COD去除率，同时也降低因为反应不均匀对设备造成局部腐蚀降低设备的使用寿命的风险。
（3） 气液分离器结构设计
废水经氧化塔反应后，产生的高温高压的气液混合物由氧化塔流进热交换器继续给废水原液加熱，为了增加热交换效率，减少热量损失，拟在原有的氧化塔和热交换器之间增加气液分离装置，利用重力沉降原理，使气液分离，然后利用分离出的液体继续给废水原液加热，因为液体传热效率远高于气液混合物，所以热量利用更加充分，提高废水处理系统的效率。 （4） 接管端部环形盖板压形工艺
为了保证钛盖板、衬板与设备紧密贴合，计划制作专用成形胎具。
方式：自主研发
技术路线：
（1） 产品设计研究、工艺研究和关键工艺试验;
（2） 产品试制;
（3） 样机检验检测;
（4） 模拟工况实验，技术方案改进;
（5） 产品鉴定。
五、项目完成后达到的技术指标、技术水平及采用标准情况
技术水平：
公司项目组将通过对水处理再生系统成套设备的材料选择、结构设计、加工制造工艺等方面进行研究与开发，来实现国产化生产。项目研制成功后会达到降低生产成本，节能环保，延长使用寿命，提高装置的生产效率和质量目标。该设备以其独特的功能性和产品制造技术将达到国际先进水平。
采用的技术标准：
NB/T47041-2014《塔式容器》;GB/T150.1～GB/150.4-2011《压力容器》;TSG21-2016固定式壓力容器安全技术监察规程。
六、国内外同类产品技术指标对比情况
国内外同类产品技术指标对比优势：
1、节能热量利用率高;2、反应充分设备寿命长;3、全封闭，无有害气体外排;4、低能耗、低运行成本;5、COD去除效率高;6、没有剩余废水;7、占地面积小;8、产生的灰性质稳定，无浸出污染物;9、出水经过滤后可直接回用。
七、社会效益情况
草甘膦废水处理系统成套设备研发的设计过程中，项目组将节能和环保与实际相结合，积极响应国家对于环保的号召，贯彻学习国家环保政策，执行国家环保标准;优化和改进结构设计、加工制造工艺等方面，创新开发具有自主知识产权。最终达到提高能源利用率，延长设备使用寿命，提高设备的生产效率和质量的目标。改造优化废水无害化处理系统，极大提高水的回用率，为国家环保节能事业做出贡献。