超临界水氧化技术在城市污泥处理中的应用_方明中

第24卷第3期2008年5月水资源保护WATERRESOURCESPROTECTIONVol.24No.3May2008作者简介:方明中(1982—),男,浙江苍南人,硕士研究生,研究方向为水污染控制。E-mail:mingzhongfang@sohu.com超临界水氧化技术在城市污泥处理中的应用方明中,孙水裕,林楚娟,郑雪丹(广东工业大学环境科学与工程学院,广东广州510006)摘要:综述了超临界水氧化(SCWO)技术的基本原理和工艺、在城市污泥处理中应用的国内外研究进展,并就SCWO处理城市污泥的前景作了展望。SCWO技术处理城市污泥,污泥中有机物的去除率可达99.9%以上,污泥氧化后的最终残余固体产物的容积仅为浓缩污泥容积的1.2%左右,反应后剩余收集液的COD质量浓度小于10mg/L,处理后的残留固体还可以进行磷酸盐和重金属回收。关键词:超临界水氧化;城市污泥;污泥处理技术中图分类号:X799.3文献标识码:A文章编号:1004-6933(2008)03-0066-03ApplicationofthesupercriticalwateroxidationtechniquetomunicipalsludgetreatmentFANGMing-zhong,SUNShui-yu,LINChu-juan,ZHENGXue-dan(FacultyofEnvironmentalScienceandEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)Abstract:Theprinciples,process,prospectsandapplicationofthesupercriticalwateroxidation(SCWO)techniquefortreatingmunicipalsludgeisreviewed.TheSCWOtechniquecanremove99.9%oforganicsubstances,andtheCODofresidualliquidfromtreatedsludgeislessthan10mg/L.Thefinalvolumeofresidualsolidisonly1.2%oftheoriginalcondensedsludgevolumeandphosphateandheavymetalscanberecoveredfromit.Keywords:supercriticalwateroxidation;municipalsludge;sludgetreatmenttechnique进入21世纪后,随着城市和经济的发展,我国城镇污水处理厂的建设开始加速发展,势必产生大量污泥,污泥处置已成为行业面临的一个难题。城市污水处理厂污泥中含有大量有机质和N、P等营养物质,有机质含量占其干机质的30%～40%以上。污泥中有毒有害物质主要是重金属和有机污染物,且含有大量病原微生物、细菌。将城市污水处理厂污泥直接用于填埋或者土地利用,将严重危害环境和人类健康,进行污泥焚烧处理费用相当高。此外,污泥中含有的一定量的有害化学物质,如可吸附性有机卤素等不仅导致污泥处置前预处理费用的增高,也极大限制污泥利用和处置的途径[1]。污泥处置的设备构筑物投资较高,占全部投资的相当份额。因此,很有必要寻求更高效的污泥处理新技术。超临界水氧化(SupercriticalWaterOxidation,简称SCWO)技术是近几十年出现的一种高级氧化技术,具有应用范围广、氧化速度快、氧化彻底、无二次污染等优点。目前该技术在城市污泥处理应用中取得了重大进展,并且已在国外开始了商业化应用。1SCWO技术基本理论1.1超临界水特性水的临界温度和压力分别是374℃和22MPa,在此温度和压力之上的水则处于超临界状态[2]。在超临界条件下,水的性质发生了极大的变化,其密度、介电常数、黏度、扩散系数、电导率和溶剂化性都不同于普通水。在超临界条件下,温度的微小变化将引起超临界水的密度大大减小,如在临界点时,水的密度为0.3g/cm3[3]。许多物质在超临界水中的溶解能力都随密度的增加而增加,但是无机盐在超临·66·界水中的离解常数和溶解度较常温常压状态下小很多[4]。超临界水同时具有极性与非极性的溶解性能,可以与氧气或有机物以任意比互溶,成为均一相,消除了相间的传质阻力,加快了反应速率。所以大多数有机物在超临界水中可在几分钟内达到99.9%以上的去除率。超临界水因其独特的性质具有其它物质无法比拟的优势,可以作为溶剂或者反应介质而应用于众多领域。1.2SCWO技术的基本原理SCWO技术是20世纪80年代中期由美国学者Modell首先提出的新型污水处理方法[5]。它就是利用超