CN105776794A - 一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法 - Google Patents

一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，包括以下几个步骤：(1)将工业污泥原料与催化剂混合均匀后通入反应釜内，并通入氧气对工业污泥进行湿式氧化处理；(2)将湿式氧化处理后的工业污泥送入冷却器冷却后，送入三相分离器，在三相分离器底部得到固体污泥；(3)将固体污泥进行脱水处理。与现有技术相比，本发明具有如下优点：(1)减量化：工业污泥的体积显著减少；(2)减害化：去除难降解有机物，杀灭有害病菌；(3)稳定化：处理后污泥有机物含量低，便于后续处理；(4)资源化：固废分离得到的液相返回至工业废水处理系统，可补充碳源；(5)节能：催化剂可显著降低湿式氧化的反应条件，减少能量消耗。

Description

一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法
技术领域
本发明涉及资源与环境技术领域，具体涉及一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法。
背景技术
近年来，我国医药、造纸、印染、石化等行业发展迅速。这在给人们的正常生活提供保障的同时，也带来了诸如工业废水等环境问题。目前，工业废水多采用以活性污泥法为基础的各种生物方式处理，处理过程中会产生大量的剩余污泥。工业污泥成分极其复杂，含有大量难降解的有机物、重金属、盐类等物质。此外，某些特定行业(如医药行业)的污泥中含有大量耐药微生物，如果不慎进入自然环境中，会给生态环境带来巨大风险。结合上述特点，绝大多数工业污泥在我国被认定为危险废物。因此，企业需要支付高昂的处理费用，将污泥交由专业的危险废物处理单位，完成最终处置。
为了减少工业污泥的转运量，降低污泥处置成本，企业一般会在厂内对污泥进行预处理，降低污泥中有机物含量，同时提高污泥的脱水性能。目前，企业一般使用聚丙烯酰胺或者聚合氯化铝等絮凝剂调理工业污泥，减少污泥与水的亲和力，提高工业污泥的脱水性能。但该方法并未减少污泥本身固体质量，不能杀灭污泥中微生物，这将给后续处理带来一定困难。还有企业选择在厂内建造污泥焚烧设备，将污泥中有机物全部氧化，杀死病原体，最大限度减小污泥体积。但是该方法初始设施投资大，处理费用高，设备维护成本高；且污泥本身热值低，需要外加燃料，燃烧时还会产生强致癌物二噁英。
湿式氧化技术可以将污泥中的有机物彻底氧化分解，减少污泥中固体含量。同时，该方法还可以大大提高污泥的脱水性能。但是工业污泥组成复杂，往往需要在较高的反应温度和压力下进行。湿式氧化法处理炼油厂含油污泥研究(广东化工，2011，38(10)：42-43)的研究结果表明：在温度为340℃，过氧比为5的条件下，污泥中COD的去除率为87.5％。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生产成本低、污泥处理效果好、无二次污染的催化湿式氧化处理工业污泥的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，该方法包括以下几个步骤：
(1)将工业污泥原料与催化剂混合均匀后通入反应釜内，并通入氧气对工业污泥进行湿式氧化处理；
(2)将湿式氧化处理后的工业污泥送入冷却器冷却后，送入三相分离器，在三相分离器底部得到固体污泥；
(3)将固体污泥进行脱水处理。
所述工业污泥原料的含水率为94％以上，其中可挥发性悬浮物(VSS)与总固体悬浮物(SS)之比为VSS：SS≥70％，该工业污泥原料来自产生工业污泥的行业包括医药、造纸、印染、石化和钢铁冶炼。
所述催化剂包括活性炭、金属阳离子或活性炭和金属阳离子组成的复合催化剂。
所述活性炭为粉末状活性炭，活性炭是一种常见的非金属催化剂，其比表面积大、孔隙率高。在湿式氧化体系中，活性炭能够与水反应产生高催化活性的羟基自由基，进而引发一系列自由基链反应，从而有效去除工业污泥中的有机物。所述金属阳离子包括Fe3+或Zn2+中的一种或两种，同样，Fe3+和Zn2+在湿式氧化体系中能够与水反应产生高催化活性的羟基自由基，引发自由基链反应，最终高效去除工业污泥中的有机物。当粉末活性炭和金属阳离子共同使用时，金属阳离子可附着在活性炭表面，并向活性炭孔隙内部扩散，二者结合可加速羟基自由基的形成，促进湿式氧化反应的进行。以上三种物质催化效率高，价格低廉，反应过程不会造成二次污染。
当所述催化剂为活性炭时，催化剂的加入量为1～10g/L，当所述催化剂为金属阳离子时，催化剂的加入量为0.01～0.1mol/L，当所述催化剂为活性炭与金属阳离子的混合物时，活性炭的加入量为1～5g/L，金属阳离子的加入量为0.01～0.05mol/L。
所述湿式氧化处理在反应釜中进行，该反应釜的顶部设有两个入口，分别通入工业污泥原料及氧气，反应釜的内部设有搅拌器，保证处理过程中物料混合均匀，反应釜的底部设置出泥口，并通过管道连接至冷却器入口；湿式氧化处理的条件为：反应温度：100～300℃，充氧气的起始压力：0.5～2MPa，反应压力：1.0～10MPa，反应时间：20～120min。本发明在湿式氧化反应体系中添加催化剂，可大大降低湿式氧化的反应条件。根据污泥COD以及被氧化的难易程度，反应温度优选为100～300℃，反应时间为20～120分钟。根据通入湿式氧化反应器内的污泥COD，充氧气的起始压力可控制在0.5～2MPa，保证湿式氧化反应所需O2量。
湿式氧化后，污泥SS去除率达到60％以上，VSS去除率达到80％以上。
对工业污泥冷却采用管壳式换热器，其冷却介质为水，从壳程通过，湿式氧化处理后的工业污泥从冷却器的管程通过，冷却至100℃即可通入三相分离器中，实现处理后污泥的固液分离。
所述脱水处理的方式包括离心脱水或过滤脱水。
脱水处理后污泥的性质为：含水率为40％～60％，污泥体积减少75％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明使用湿式氧化技术处理工业污泥，将工业污泥中的难降解有机物氧化分解后转移到液相或气相中，大大减少污泥固体含量，实现了危险品废物的减量化。同时，原污泥中存在的耐药性病菌被有效灭活，从而降低了后续处理的技术难度和环境风险。
(2)经过本发明处理的工业污泥，SS去除率达到60％以上，VSS去除率达到80％以上，脱水后污泥体积减少75％以上。
(3)本发明往湿式氧化反应系统内添加催化剂，大大降低湿式氧化处理工业污泥的反应条件，加速湿式氧化反应时间，从而减少处理过程的能源消耗，降低工业污泥的处理成本。
(4)本发明无二次污染产生，使用的催化剂价格低廉且无毒无害，不会给后续污泥的最终处理带来新的环境风险。
(5)三相分离后得到的液相可返回至工业废水处理系统中，为废水处理补充碳源。
(6)本发明能够广泛应用于包括医药、造纸、印染、石化和钢铁冶炼等各种行业产生的工业污泥。
附图说明
图1为本发明的装置连接示意图。
其中，1为反应釜，11为反应釜进泥口，12为反应釜氧气入口，13为反应釜出泥口，2为冷却器，21为冷却水入口，22为冷却水出口，3为三相分离器，31为三相分离器气相出口，32为三相分离器液相出口，33为三相分离器固相出口。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种催化湿式氧化处理某制药厂产生的制药污泥的方法，结合如图1所示处理装置，包括以下几个步骤：
(1)将制药污泥与粉末状活性炭混合均匀，从反应釜进泥口11加入至反应釜1中，其中制药污泥的含水率为97％，VSS：SS为81％，粉末状活性炭的加入量为5g/L；然后从反应釜氧气入口12通入氧气，使得反应釜1内的氧气压力为0.6MPa，启动反应釜1，使釜内温度为220℃，压力为4.2MPa，使制药污泥进行湿式氧化处理，处理30min后停止，湿式氧化后，污泥SS去除率达到67％，VSS去除率达到84％。
(2)将处理好的制药污泥从反应釜1底部的反应釜出泥口13排出，并排入冷却器2中，其中，冷却器2为管壳式换热器，制药污泥走管程，冷却水从冷却水入口21进入冷却器2，从冷却水出口22排出冷却器，从而带走制药污泥中的热量，使制药污泥冷却。
(3)将冷却后的制药污泥通入三相分离器3中，该三相分离器3顶部设置三相分离器气相出口31，用于排出整个装置中气体，如二氧化碳、氧气；中部设置三相分离器液相出口32，用于排出上清液；底部设置三相分离器固相出口33，用于排出固体污泥。
(4)将三相分离器固相出口33排出的固体污泥进行过滤脱水，该过滤脱水在板框过滤器中进行，经板框压滤后，得到的污泥中，含水率为56％，污泥体积较少84％。
实施例2
采用与实施例1相同的装置、制药污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用Fe3+离子作为催化剂，投加量为0.05mol/L；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为200℃，压力为4.0MPa，反应时间为30min，充氧气的起始压力为0.8MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到70％，VSS去除率达到88％。经板框压滤后，污泥的含水率为58％，污泥体积较少85％。
实施例3
采用与实施例1相同的装置、制药污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用Zn2+离子作为催化剂，投加量为0.05mol/L；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为200℃，压力为4.5MPa，反应时间为60min，充氧气的起始压力为1.0MPa。
最终，湿式氧化后，污泥SS去除率达到66％，VSS去除率达到82％。经板框压滤后，污泥的含水率为60％，污泥体积较少80％。
实施例4
采用与实施例1相同的装置、制药污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用粉末状活性炭/Fe3+复合催化剂作为催化剂，投加量为2g/L活性炭+0.02mol/LFe3+；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为100℃，压力为2.0MPa，反应时间为20min，充氧气的起始压力为1.0MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到77％，VSS去除率达到95％。经板框压滤后，污泥的含水率为48％，污泥体积较少90％。
实施例5
采用与实施例1相同的装置、制药污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用粉末状活性炭/Zn2+复合催化剂作为催化剂，投加量为2g/L活性炭+0.02mol/LZn2+；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为100℃，压力为2.0MPa，反应时间为20min，充氧气的起始压力为1.0MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到70％，VSS去除率达到90％。经板框压滤后，污泥的含水率为54％，污泥体积较少85％。
实施例6
采用与实施例1相同的装置及处理工艺，仅在污泥原料、催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)选用某炼油厂产生的含油污泥为污泥原料，其中含水率为95％，VSS/SS为89％；
(2)采用粉末状活性炭作为催化剂，投加量为10g/L；
(3)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为300℃，压力为10MPa，反应时间为20min，充氧气的起始压力为2.0MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到85％，VSS去除率达到95％。经离心脱水后，污泥的含水率为42％，污泥体积较少95％。
实施例7
采用与实施例1相同的装置及处理工艺，仅在污泥原料、催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)选用某造纸厂产生的造纸污泥为污泥原料，其中含水率为97％，VSS/SS为85％；
(2)采用Fe3+作为催化剂，投加量为0.01mol/L；
(3)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为250℃，压力为4.5MPa，反应时间为30min，充氧气的起始压力为0.8MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到83％，VSS去除率达到92％。经离心脱水后，污泥的含水率为43％，污泥体积较少92％。
实施例8
采用与实施例1相同的装置及处理工艺，仅在污泥原料、催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)选用某炼钢厂产生的炼钢污泥为污泥原料，其中含水率为94％，VSS/SS为70％；
(2)采用Zn2+作为催化剂，投加量为0.01mol/L；
(3)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为250℃，压力为4.5MPa，反应时间为120min，充氧气的起始压力为0.8MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到68％，VSS去除率达到92％。经离心脱水后，污泥的含水率为51％，污泥体积较少80％。
实施例9
采用与实施例8相同的装置及处理工艺，仅在污泥原料、催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)选用某炼钢厂产生的炼钢污泥为污泥原料，其中含水率为94％，VSS/SS为70％；
(2)采用Zn2+作为催化剂，投加量为0.1mol/L；
(3)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为180℃，压力为3.0MPa，反应时间为120min，充氧气的起始压力为0.6MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到67％，VSS去除率达到89％。经离心脱水后，污泥的含水率为47％，污泥体积较少84％。
实施例10
采用与实施例9相同的装置、污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用粉末状活性炭作为催化剂，投加量为1g/L；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为250℃，压力为5.5MPa，反应时间为120min，充氧气的起始压力为1.0MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到65％，VSS去除率达到86％。经离心脱水后，污泥的含水率为42％，污泥体积较少78％。
实施例11
采用与实施例9相同的装置、污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用粉末状活性炭/Zn2+复合催化剂作为催化剂，投加量为1g/L活性炭+0.01mol/LZn2+；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为180℃，压力为4.2MPa，反应时间为90min，充氧气的起始压力为1.0MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到64％，VSS去除率达到87％。经离心脱水后，污泥的含水率为48％，污泥体积较少80％。
实施例12
采用与实施例9相同的装置、污泥原料及处理工艺，仅在催化剂选用、处理条件上做了改变，改变如下：
(1)采用粉末状活性炭/Zn2+复合催化剂作为催化剂，投加量为5g/L活性炭+0.05mol/LZn2+；
(2)采用的湿式氧化处理的条件为：温度为150℃，压力为2.3MPa，反应时间为80min，充氧气的起始压力为0.6MPa。
最终，经湿式氧化后，污泥SS去除率达到72％，VSS去除率达到93％。经离心脱水后，污泥的含水率为54％，污泥体积较少87％。

Claims (9)

1.一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
(1)将工业污泥原料与催化剂混合均匀后通入反应釜内，并通入氧气对工业污泥进行湿式氧化处理；
(2)将湿式氧化处理后的工业污泥冷却后，送入三相分离器，在三相分离器底部得到固体污泥；
(3)将固体污泥进行脱水处理。
2.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，所述工业污泥原料的含水率为94％以上，其中可挥发性悬浮物VSS与总固体悬浮物SS之比为VSS：SS≥70％。
3.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，所述催化剂包括活性炭、金属阳离子或活性炭和金属阳离子组成的复合催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，所述金属阳离子包括Fe3+或Zn2+中的一种或两种。
5.根据权利要求3所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，当所述催化剂为活性炭时，催化剂的加入量为1～10g/L，当所述催化剂为金属阳离子时，催化剂的加入量为0.01～0.1mol/L，当所述催化剂为活性炭与金属阳离子的混合物时，活性炭的加入量为1～5g/L，金属阳离子的加入量为0.01～0.05mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，所述湿式氧化处理的条件为：
反应温度：100～300℃；
充氧气的起始压力：0.5～2MPa；
反应压力：1.0～10MPa；
反应时间：20～120min。
7.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，湿式氧化后的污泥冷却至100℃以下，再注入三相分离器中。
8.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，所述脱水处理的方式包括离心脱水或过滤脱水。
9.根据权利要求1所述的一种催化湿式氧化处理工业污泥的方法，其特征在于，脱水后最终污泥的含水率为40％-60％，污泥体积减少75％以上。
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