申請日2015.11.04
公開(公告)日2016.03.02
IPC分類號C02F11/06
摘要
本發(fā)明提供了超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法，利用超臨界狀態(tài)下控制不同反應(yīng)條件對污泥進(jìn)行處理。按照本發(fā)明提供的處理方法，針對污水廠提供的脫水污泥進(jìn)行直接超臨界氧化的處理，其有益效果為：通過控制不同反應(yīng)條件及金屬類催化劑，處理市政污泥降低反應(yīng)出水COD值，使污泥處理后反應(yīng)出水COD去除率最高達(dá)到99%。
權(quán)利要求書
1.超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法，包括：
第一步：將污水處理廠的原污泥進(jìn)行烘干處理，直至質(zhì)量不在變化，用蒸餾水與烘干污泥配制成不同水料比的污泥漿，干污泥(g)：水(ml)=1:5—1:15;
第二步：將污泥漿加入反應(yīng)釜中，然后打開進(jìn)氣口閥門，并關(guān)閉其它閥門通入N2排出空氣，直至排除空氣;
第三步：待空氣排完，關(guān)閉進(jìn)氣口閥門，進(jìn)行加熱升溫，升壓，改變過氧比及反應(yīng)停留時間，反應(yīng)后冷卻收集液體產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，通過氧化劑控制過氧比為50%—800%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化劑包括O2、H2O2、 KMnO4、NaClO、重鉻酸鉀等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過氧比優(yōu)選為250%、 400%、600%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步中，烘干溫度 105℃，烘干10—12小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二步中，N2流量為 20ml/min;通入時間為3min—20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，所述加熱升溫溫度為300—700℃，升壓壓強(qiáng)為20—45MPa，停留時間為20—1000s。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，溫度優(yōu)選350、450、600℃，壓強(qiáng)優(yōu)選22、30、40MPa，停留時間優(yōu)選100、400、600s。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第三步將污泥漿加入反應(yīng)釜后，加入催化劑，催化劑放置于反應(yīng)器(釜)內(nèi)攪拌器上的不銹鋼金屬網(wǎng)筐中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述催化劑：CuSO4、Pd- Sn/Al2O3、Ni/Al2O3，加入量優(yōu)選為干污泥實際重量的0.5%—5%。
說明書
超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于資源環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法。
背景技術(shù)
現(xiàn)有技術(shù)的污泥處理方法主要有以下幾種：
一、污泥的衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代，是一項比較成熟的污泥處置技術(shù)。污泥既可單獨填埋也可與生活垃圾和工業(yè)廢棄物一起填埋。這種處置方法簡單、易行、成本低，污泥又不需要高度脫水，適應(yīng)性強(qiáng)。填埋場一般為廢棄的礦坑或天然的低洼地。
二、污泥的直接土地利用
污泥土地利用是把污泥或干燥化后污泥以及經(jīng)過發(fā)酵化形成的生物固體，應(yīng)用于林地、果園、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)以及嚴(yán)重擾動的土地復(fù)墾與重建等。污泥中的養(yǎng)分(如氮和磷)、有機(jī)質(zhì)施用于花園、林地、景觀美化，增加土壤肥力，促進(jìn)作物生長的效果。污泥的土地利用投資少、能耗低、運行費用低，其中有機(jī)質(zhì)部分可轉(zhuǎn)化為土壤的有效成分。
三、污泥的焚燒
污泥焚燒是將污泥置入焚燒爐內(nèi)，在通入過量空氣情況下，進(jìn)行完全焚燒，使污泥中的可燃成分在高溫下充分燃燒，最終成為穩(wěn)定的灰渣，最大限度地減少污泥體積，使污泥最終處置極為方便。1t干污泥焚燒后僅產(chǎn)出0.36t灰渣，減量化效果顯著。另外，污泥中所含有的重金屬在高溫下被氧化成穩(wěn)定的氧化物，是制造陶粒、瓷磚等產(chǎn)品的優(yōu)良原材料，若能綜合利用最終可達(dá)到污泥的穩(wěn)定化、無害化和資源化。
四、污泥的低溫?zé)峤馓幚?/P>
城市污泥低溫?zé)峤馐且环N發(fā)展中的能量回收型污泥熱化學(xué)處理技術(shù)。它通過在催化劑作用下無氧加熱干燥污泥至一定溫度(<500℃)，由干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、反應(yīng)水、不凝性氣體和炭4種可燃產(chǎn)物，最大轉(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常產(chǎn)率為200～300L(油)/噸(干泥)，其性質(zhì)與柴油相似。低溫?zé)峤馐悄芰績糨敵鲞^程，成本低于直接焚燒。
現(xiàn)有技術(shù)方法的污泥衛(wèi)生填埋存在部分局限性，如：填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴(yán)重污染的液體，如果填埋場選址或運行不當(dāng)，這種液體就會進(jìn)入地下水層，污染地下水環(huán)境。填埋場產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，若不采取適當(dāng)措施會引起爆炸和燃燒。另外，適合污泥填埋的場所也因城市污泥的大量產(chǎn)出而越來越有限，這也限制了該法的進(jìn)一步實施。
污泥中含有大量的病原菌，以及多氯聯(lián)苯等難降解的有毒有害物，特別是污泥中所含的重金屬限制了土地對污泥利用的適應(yīng)性，所以必須嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行污泥利用，污泥在土地利用前，必須經(jīng)過無毒無害化處理，否則污泥會對環(huán)境做成危害。所以污泥的土地直接利用會受到很大程度的限制。
污泥直接焚燒，操作管理復(fù)雜，可能產(chǎn)生廢氣、噪聲、震動、熱和輻射等污染，特別是在經(jīng)過不充分燃燒的過程時會產(chǎn)生二噁英等有害氣體，在大氣控制方面還存在一定的技術(shù)問題，因此，普遍采用污泥焚燒的處理方法，不論在經(jīng)濟(jì)上還是在技術(shù)上都存在著一定的難度。
低溫?zé)峤膺^程中由于含有苯環(huán)的有機(jī)物質(zhì)的存在，所以在液態(tài)油類的產(chǎn)物中會含有毒性，燃燒時也會產(chǎn)生有毒性的氣體污染環(huán)境。
現(xiàn)有技術(shù)CN104829072A公開了提供了金屬類催化劑在超臨界水下直接催化氣化污泥制備能源氣體的方法，利用超臨界水催化氣化處理裝置將污泥間歇性轉(zhuǎn)化為能源氣體。按照本發(fā)明提供的處理方法，針對污水廠提供的低含水率脫水污泥進(jìn)行直接超臨界水氣化的處理，其有益效果為：針對金屬類催化劑的可選擇性更廣闊，催化劑可重復(fù)利用，可以節(jié)約成本，同種催化劑的不同形態(tài)結(jié)構(gòu)下的催化效果不一樣，可用來提高能源氣體的產(chǎn)率。該技術(shù)在制備氫氣的同時，還會有CO2和CH4等其它氣體產(chǎn)生，因此，氣體分離是急需解決的問題。金屬催化劑的添加有可能為超臨界處理后的固態(tài)產(chǎn)物中引入重金屬殘渣，為下一步固態(tài)殘渣的處理埋下隱患。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法。
具體地，本發(fā)明通過以下方案實現(xiàn)：
超臨界氧化處理市政污泥的技術(shù)方法，包括：
第一步：將污水處理廠的原污泥進(jìn)行烘干處理，直至質(zhì)量不在變化(指質(zhì)量變化范圍控制在1%以內(nèi))，用蒸餾水與烘干污泥配制成不同水料比的污泥漿，干污泥(g)：水(ml)=1:5—1:15，優(yōu)選為1:5，1:6，1:7，1:8，1:9，1:10，1:11， 1:12，1:13，1:14，1:15;通常優(yōu)選烘干溫度105℃，烘干10—12小時;
第二步：將污泥漿加入反應(yīng)釜中，然后打開進(jìn)氣口閥門，并關(guān)閉其它閥門通入N2排出空氣，直至排除空氣;
優(yōu)選N2流量為20ml/min;通入時間3min—5min。
第三步：待空氣排完，關(guān)閉進(jìn)氣口閥門，進(jìn)行加熱升溫，升壓，提高過氧比，停留時間，反應(yīng)后冷卻收集液態(tài)產(chǎn)物。
優(yōu)選通過氧化劑控制過氧比50%—800%，優(yōu)選250%、400%、600%。
所述氧化劑優(yōu)選包括：O2，H2O2，KMnO4，NaClO，重鉻酸鉀等。
實驗條件優(yōu)選為：溫度300—700℃，壓強(qiáng)20—45MPa，停留時間20— 1000s。溫度進(jìn)一步優(yōu)選350、450、600℃，壓強(qiáng)進(jìn)一步優(yōu)選22、30、40MPa，停留時間進(jìn)一步優(yōu)選100、400、600s。
其中，過氧比的提高有利于降低污泥處理后反應(yīng)出水化學(xué)耗氧量(chemical oxygendemand，COD)值，超臨界氧化污泥的目的就是降低污泥反應(yīng)出水COD 值，達(dá)到環(huán)境規(guī)定的排放要求。
如果氧化劑過氧比不在該范圍內(nèi)，超臨界氧化污泥的處理效果不明顯，即反應(yīng)出水COD去除率不高，COD值降低不顯著。
催化劑的加入：在第三步將污泥漿加入反應(yīng)釜后，加入催化劑，催化劑放置于反應(yīng)器(釜)內(nèi)攪拌器上的不銹鋼金屬網(wǎng)筐中。
催化劑優(yōu)選：CuSO4、Pd-Sn/Al2O3、Ni/Al2O3。加入量優(yōu)選為干污泥實際重量的0.5%—5%。
本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)的有益效果包括：
(1)、按照本發(fā)明提供的處理方法，針對污水廠提供的脫水污泥進(jìn)行直接超臨界氧化的處理，其有益效果為：針對不同催化劑在超臨界條件下對脫水污泥進(jìn)行處理，其金屬類催化劑的可選擇性更廣闊，催化劑可重復(fù)利用，可以節(jié)約成本，提高污泥處理后反應(yīng)出水COD去除率。
(2)、特別通過控制過氧比50%—800%，所起到的效果包括隨著氧化劑過氧比增加，污泥處理后反應(yīng)出水COD去除率顯著提高。
(3)、污泥處理效果：在不同反應(yīng)條件、催化劑等條件下，通過超臨界水氧化處理脫水污泥，實現(xiàn)污泥處理后反應(yīng)出水COD值大幅降低，COD去除率超過97%以上。
