[发明专利]一种超临界水氧化处理含有机物污水或污泥的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理含有机物污水或污泥的方法与生产装置。

背景技术

超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation简称SCWO)技术是以水为介质，在超临界状态下(温度＞374.3℃；压力＞22.1MPa)，液相与气相间界面消失，氧气能以任意比例溶入，不存在气液相界面之间的物质移动等问题而提供了理想的氧化反应环境，对悬浮或溶解在水中的有机物质进行氧化并加以去除的一种方法。SCWO法处理污水具有现有其它污水处理技术所无法比拟的优点，主要体现是：有害物质的清除率几乎达到100％，降解时间以秒计(取决于有机物的种类、温度和压力)，几乎对所有有机有害物质均可处理，还可以实现能量自给。同焚烧、湿式催化氧化相比，SCWO在全封闭状态，具有污染物完全氧化；最终产物为水、N₂、CO₂和无机小分子化合物，不需要作进一步处理；运行费用相对较低等优势。另外，由于无机盐在超临界水中溶解度特别低，因此可以很容易地从中分离出来，处理后所得洁净水可完全回收利用。

目前的超临界水氧化和气化试验装置，国内外都存在共同的缺点：

从物料和水的加热方式看，要么是物料与反应介质先混合后一起预热、要么只预热反应介质，而物料不预热。前一种情况，如专利申请号为01120974.7的中国专利“一种超临界污水氧化处理装置”，就是这样的原理，如果预热温度达到超临界温度，则物料在预热管内就开始发生热解、裂解反应，会产生焦油、焦炭堵塞管路。如果预热温度低，则在进入反应器后，还需要继续加温到超临界温度，势必会使反应器结构更复杂。后一种情况，由于物料不预热，在进入反应器之前混合，导致整个流体的温度下降很多，使整个系统需要设计更多的加热部分。

当前，国际上投入了越来越多的人力和物力致力于SCWO技术的发展，许多的科学研究和工程技术侧重于各种各样设计方式的超临界反应器的开发，以设法解决高温高压下设备材质的腐蚀问题，同时也有许多针对一些难降解、剧毒、爆炸性的特殊有机物料开发的SCWO降解工艺，但是在SCWO法污水处理工艺流程中，几乎所有的现有技术均将反应实现热量自给作为节能降耗的必备措施，这仿佛成为一种不假思索、必须遵守的原则。鉴于此，必须要添加大量的辅助燃料或对低浓度污水进行浓缩，根据各种有机物热值的不同，污水中有机物的含量至少要达到2％～5％以上，才能使反应实现热量自给，这相当于有机污水的COD值等于80000～200000PPM(mg/l)以上，需要耗费大量的氧，处理一吨这样污水的耗氧量至少80～200公斤。实际上大部分有机污水COD分布在几百至几万PPM之间，市政污水多在1000PPM以下，而严重污染环境的造纸厂高浓度有机污水也仅在50000PPM左右，用这样的技术思想处理绝大部分种类的污水，添加辅助燃料成为不争的事实。这不仅会增加污水的处理成本，同时也带来了其它一系列问题，如：添加油、醇等辅助燃料，会使处理成本提高，同时伴随而来的高耗氧量，无疑增大了投资成本和运行成本；如果用空气作为氧源，将需要昂贵的大排气量空气压缩机，折算氧量必须过量100％，而且空气中78％的氮气不仅会阻碍超临界水中氧化反应的正常进行，而且会消耗一部分能量；用液氧将需要投资昂贵的空分设备与昂贵的具有良好保温设施的液氧储罐、液氧泵、汽化器等一系列设备；使用过氧化氢或硝酸不仅会大大提升成本，也会加大对设备材质的腐蚀；使用纯氧，会要求储氧罐具有较大体积，作为大体积的高压压力容器中，其制造成本是较高的。更为严重的是在高温高压的环境条件下，过高的氧浓度将加大设备氧腐蚀的严重程度。这也是为什么当前报道的有关这方面的种种技术方案由于采用了上述技术，造成投资或运行成本较高而没有真正获取市场的原因。