[发明专利]高含固率城市污泥的超临界水氧化处理及发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超临界水氧化技术SCWO对高含固率（质量含固率为6%～15%）城市污泥进行无害化处理和资源化利用的系统。

背景技术

超临界水是指温度和压力均高于其临界点（T=374.15℃，P=22.12MPa）的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于极性有机溶剂。有机物、氧气与超临界水互溶，而无机盐在超临界水中的溶解度极低。超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是利用超临界水的性质使有机污染物在富氧的超临界水环境中进行均相反应，将有机物转化成H₂O、CO₂等无害化小分子化合物和无机盐。SCWO主要应用于城市污泥及高浓度难生化降解有机废水的高效无害化处理。该技术反应速率快，反应时间短，有机物分解率大于99%，反应系统完全封闭，无二次污染，无机盐容易分离出来，当有机物质量浓度大于2%时可实现自热反应，能量回收优化时运行成本低，具有经济优势，在取代传统焚烧法方面具有光明的发展前景。因此，SCWO的发展在国内外受到广泛关注。目前，国外已有少量商业化SCWO装置正在运行，用于城市污泥等有机物污染物的高效低成本处理，而在国内该技术还处于起步阶段，尚未见有商业化装置运行的实例。

城市污泥中含有大量的有机污染物，高含固率的脱水污泥通常化学需氧量（COD）大于100000mg/L，可以利用SCWO实现这类城市污泥无害化处理。因是放热反应过程，有大量的热量释放，可以满足系统自热需要，且有大量的热量富余，通常这些富余的热量可以用来产生热水或低品位的蒸汽输出给用户。但是，因为城市污泥SCWO装置通常会建在城市污水处理厂旁边，附近通常没有使用热水或蒸汽的市场需要，长距离输送经济性较差，因此，这些副产品难以出售，导致无法获得经济收益，所有最好能将高含固率城市污泥的超临界水氧化过程中释放的热量转化成电力就近输出。当处理含固率低（质量含量率小于6%）的城市污泥时，因其有机物质量浓度低，可能无法实现副产品收益，甚至无法实现系统自热而需要额外补充热量，造成较高的运行成本。此外，氧化剂的用量也是决定SCWO运行成本最重要的因素之一。因此，要保证城市污泥SCWO装置运行的经济性，需要尽量处理高含固率的城市污泥，尽量降低氧化剂的使用量，且提高其副产品收益。

高含固率城市污泥超临界水氧化系统的稳定可靠运行，还需要克服反应器的腐蚀问题，以及因无机盐在超临界水中沉积导致的反应器堵塞问题。这是因为：高温高压的反应条件以及城市污泥中含有的腐蚀性物质会引起反应器的腐蚀问题，降低反应器的使用寿命，影响SCWO装置运行的安全性。此外，无机盐在超临界水中的溶解度极低，通常小于100mg/L。城市污泥SCWO过程中析出的无机盐会在反应器内表面沉积，逐渐导致反应器或出口管路堵塞，进而引起整套装置停机、冲洗和再启动，影响装置运行的可靠性。

目前，城市污泥超临界水氧化处理系统尚未理想地解决高运行成本、反应器腐蚀和堵塞问题。因此，针对城市污泥超临界水氧化处理系统的开发还在发展之中，尚未见有高含固率城市污泥的超临界水氧化无害化处理及发电系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种可有效克服反应器腐蚀、堵塞及运行成本高的高含固率城市污泥SCWO无害化处理及资源化利用的系统。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：