[发明专利]印染污泥的超临界水氧化处理系统及工艺

说明书

【技术领域】

本发明属于环境保护及化工领域，特别涉及一种超临界水处理系统及工艺。

【背景技术】

纺织印染业的废水水量大、色度高、水质变化大、可生化性差。2013年，我国纺织印染业的废水排放量达到了21.5亿吨，占本年度工业废水排放量的11.2％。其中印染废水占纺织印染业废水的80％，是一种难处理的有机工业废水。对印染废水的传统处理方法主要有物化法与生物处理法。但是传统处理方法的主要问题在于处理过程中会产生二次污染物印染污泥，每处理1000吨印染废水将产生10～30吨湿污泥(含水率97％)。并且印染污泥中含有染料、浆料、助剂等，成分非常复杂，其中染料的结构具有硝基和氨基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素，具有较大的生物毒性，对环境的污染很强，属于危险废物。印染污泥已经成为我国一个严重的环境问题。

目前，对印染污泥的处置方法包括填埋法、焚烧法、土地利用法、厌氧消化法、湿式氧化法等。但是填埋法处置印染污泥侵占土地严重，并且会污染地下水。焚烧法要消耗大量的能源，处理成本高，并且过程中会产生二次污染无NO_x、SO_x、二噁英等。土地利用法的堆肥效率低，污染物还可能通过食物链进入人体。厌氧消化法的工艺复杂，一次性投资大，运行有难度，最终仍需要卫生填埋。湿式氧化法的反应速度慢，处理不彻底(去除率70～90％)，还需要后续处理。因此需要开发一种工艺简单、处理效果好、占地面积小、设备投资和运行费用低，具有应用前景的印染污泥新型处理工艺。

超临界水氧化技术(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)是利用水在超临界状态(Tc＝374℃,Pc＝22.1MPa)下所具有的特殊性质，使有机物和氧化剂完全溶于超临界水中，并迅速发生均相氧化反应，迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO₂、N₂、H₂O等小分子化合物。和传统有机废物的处理技术相比具有明显的技术优势：1)反应彻底、处理效率高；2)反应系统封闭，不会产生二次污染。3)反应速率极高，有机物完全去除所需停留时间很短，因此反应器的体积小，整个装置的占地面积少；4)当有机物含量超过3wt％时，可依靠反应过程中自身释放的热量来维持系统热量平衡，不需外界添加辅助热量，富裕热量还可以回收利用。SCWO技术在美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中被定义为最有前途的废物处理技术。

目前，超临界水氧化处理技术已经成功应用于对城市污泥的处置领域中。2002年瑞典ChematurEngineeringAB公司开发了168m³/d的城市污泥超临界水氧化处理装置。2013年美国SuperWaterSolutions公司建成处理量约100t/d的城市污泥超临界水氧化处理装置，污染物去除率达到99％以上，充分证明了超临界水氧化技术处置有机污泥的可行性。

虽然超临界水氧化技术已经取得了很大的进步，但是在系统可靠性方面仍存在一系列的问题：

(1)通过超临界水氧化反应降解有机污染物，就要将物料加温加压至水的临界点以上。除了系统正常运行过程中有机污染物自身放热可满足反应器物料预热需求外，在系统启动阶段仍需要大量的燃料供应。现有的超临界水氧化装置一般采用燃气炉直接加热有机物物料的方式，但是污染物中一般含有高分子难降解有机物，在加热过程中容易发生结焦积碳反应，所产生的焦油或焦炭粘附在管道壁面，会引起管道传热恶化，还可能造成燃气炉管道堵塞，严重影响了燃气炉的安全可靠运行。

(2)水的离子积和介电常数在超临界区附近显著降低，使超临界条件的水变为非极性溶剂。污泥中不仅含有不溶性惰性固体，另外可溶性无机盐在超临界水中溶解度明显降低，进而从水中析出以固体颗粒的形态存在。这些固体颗粒在系统中流动会导致输运管道或设备堵塞，严重影响系统的安全、可靠运行。此外，不溶性惰性固体仍存在于降温后的反应后流体中，流经背压阀降压时，系统全部压降在一个点实现，因而背压阀处流体流速非常高。此时流体中的惰性无机盐会对背压阀造成严重的磨蚀或堵塞现象，进而影响系统的可靠运行。

因此，针对印染污泥的SCWO系统的开发，需要解决系统启动阶段预热单元的结焦堵塞和惰性固体对降压设备的磨蚀堵塞问题，进而提高系统的可靠性和安全性。

【发明内容】