CN115555387A - 一种废水及污泥中塑料降解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废水及污泥中塑料降解的方法，包括进料的预热及加压、超临界氧化反应、盐的形成和分离、物料的冷却和能量循环、物料的减压和相分离以及物料的排出步骤。本发明充分利用超临界氧化原理即在超临界条件下废水及污泥中塑料的溶解度大幅增加，使超临界水成为废水及污泥中塑料的理想介质；塑料溶解入超临界水中，与O2完全混合，相界面消失，形成单一相，塑料与氧气能够自由均相反应，反应速度急剧提高，使塑料完全被氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，有毒物质清除率达99%以上；由于废水及污泥中的COD含有大量的代谢能，超临界氧化过程中放出大量的热形成自热而不需额外供给能量；本发明简单高效，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于塑料降解技术领域，具体涉及一种废水及污泥中塑料降解的方法。
背景技术
随着城市建设的快速发展、生活水平的显著提高，塑料被广泛使用，使得塑料被发现广泛存在于各类环境中，其中在水及污泥中含有来自个人护理品使用、化纤衣物洗涤、汽车轮胎磨损、塑料工厂生产等过程产生的大量塑料。而传统的处理方法会使绝大部分塑料会被截留在水及污泥中，此外，水及污泥处理过程中，塑料的表面理化特性也会发生显著变化，从而影响其与重金属，有机污染物，致病菌等的相互作用，随着水生生物摄食和陆生植物富集从而在体内积累，毒性会随着微塑料沿食物网逐级传递，最终对人类产生威胁。
传统的水处理方法对于不同来源的废水需用不同的处理方法，现有的处理方法有气提法、液相催化氧化法、多相催化氧化法、燃烧法等，但均有其适用局限性，某些方法的处理效率不高，燃烧法等还可能因生成SO2、SO3造成二次污染。另外，许多废水成分复杂，除S－2外，还含有酚、氰、氨等其他污染物，需要分别处理，流a程复杂。污泥目前处理的一般流程是先进行调质、浓缩、脱水和消化处理，最后进行填埋、堆肥和焚烧、浓缩、消化、脱水、填埋、堆肥工艺旨在降低城市污泥含水率，改善城市污泥形状，但不能做到彻底无害化，随着环境保护要求的日益严格，这些传统方法受到了严重限制。焚烧法处理彻底，但会产生噁二英、SOx、 NOx以及飞灰等有害物质,且设备投资和运行成本较高。因此，研发一种经济、高效、无污染且无需复杂操作过程的水及污泥塑料降解的方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废水及污泥中塑料降解的方法，本发明充分利用超临界氧化原理即在超临界条件下废水及污泥中塑料的溶解度大幅增加，使超临界水成为废水及污泥中塑料的理想介质。塑料溶解入超临界水中，与O2完全混合，相界面消失，形成单一相，塑料与氧气能够自由均相反应，反应速度得到了急剧提高，并且能使塑料完全被氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，有毒物质的清除率达99%以上；由于废水及污泥中的COD含有大量的代谢能，超临界氧化过程中放出大量的热，可以形成自热而不需额外供给能量，能够高效节能的处理水及污泥中的塑料，涉及工艺简单高效，成本低廉，便于推广应用。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、进料的预热及加压：借助高压泵和空气预热器达到反应所需的高压和辅助燃料燃点的温度时，将含塑料的废水及污泥、氧气以及辅助燃料送进超临界氧化反应装置里；
S2、超临界氧化反应：在超临界条件下使废水及污泥中的塑料和氧气发生超临界氧化反应；
S3、盐的形成和分离：在罐式反应器盐份不处于超临界条件下，停留在罐底，排出；
S4、物料的冷却和能量循环：在物料冷却和超临界氧化反应过程中通过热交换器，产生的热量用于加热进料；
S5、物料的减压和相分离：利用减压器使冷却的物料减压，并将无机物从水中分离出来；
S6、物料的排出：将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用。
其中，超临界氧化反应是指废水及污泥中塑料在超临界条件下(Tc>374.3℃，Pc>22.1MPa)与氧化剂(O2、Air、H2O2等)反应，把水及污泥中的塑料分解成无害成分的技术，超临界氧化反应可在短时间内全部处理水及污泥中含有的塑料，而且处理过程中有机碳转化成CO2，氢转化为水，卤素原子转化成卤化物的离子，硫和磷分别转化为硫酸盐和磷酸盐，氮主要转化为氮气或者少量的硝酸根和亚硝酸根离子决不发生二次污染物质；超临界氧化反应过程可以形成自热而不需额外供给能量，而且，通过热交换器，反应产生的热量可用于加热进料。
优选地，所述的超临界氧化反应是在钛基不锈钢材质的罐式反应器中进行。
优选地，所述的辅助燃料是低燃点的液体燃料，在初次使用时促进反应器内迅速发生氧化反应使反应器内温度上升至设定温度。
优选地，所述的超临界氧化反应装置为钛基不锈钢材质的罐式反应器。
优选地，S1步骤预热温度控制在570~650℃。
优选地，S1步骤压力控制在25~30 Mpa。
优选地，S1步骤过氧量3~3.15倍。
本发明的有益效果：
1、本发明效率高，处理彻底，废水及污泥中塑料在适当的温度、压力和一定的保留时间下，能完全被氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，有毒物质的清除率达99%以上，符合全封闭处理要求。
2、本发明所涉及的超临界氧化技术是在高温高压下进行的均相反应，反应速率快，停留时间短（可小于1min），所以能使反应器结构简洁，体积小。
3、本方法处理废水及污泥中的塑料不会形成二次污染，产物清洁不需要进一步处理，且无机盐可从水中分离出来，处理后的废水可完全回收利用。
4、本方法可以依靠反应过程中自身氧化放热来维持反应所需的温度，不但不需要额外供给热量，而且能放出更多的氧化热，这部分热能可以回收。是一种低成本、高效且环保的，具有明显的环境、经济和社会效益废水及污泥中塑料处理技术。
5、本方法对于处理那些有毒、难降解的有机废物也具有独特的效果，因此在处理用常规方法难以处理的有机物污染物以及在某些场合取代传统的焚烧法等方面具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
处理含塑料的城市废水和污泥，通过高压泵和空气预热器对罐式反应装置里含塑料的城市废水和污泥预热及加压，开启进料装置向反应器内进料，供水以及提供必要的辅助燃料，在570℃、25MPa，过氧量3.11倍，停留时间26s的条件下进行超临界水氧化反应，反应后盐份不处于超临界条件下，停留在反应器底部冷却至30℃后排出，利用减压器使物料减压并将无机物从水中分离出来，将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用，反应装置中产生的氧化反应热则通过热交换器用于加热进料以及对外输出，处理量为82.5 m3/d，并且计算得出使用该技术处理，相比用于农田和掩埋处理，单位干污泥处理费减少了435元/t，大大节省了费用。
实施例2
处理含塑料质量分数7%的污水，通过高压泵和空气预热器对罐式反应器里含塑料质量分数7%的污水预热及加压，开启进料装置向反应器内进料，供水以及提供必要的辅助燃料，在650℃、25MPa，过氧量为3倍，停留时间24s的条件下进行超临界水氧化反应，反应后盐份不处于超临界条件下，停留在反应器底部冷却至25℃后排出，利用减压器使物料减压并将无机物从水中分离出来，将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用，反应装置中产生的氧化反应热则通过热交换器用于加热进料以及对外输出，处理能力为 950 L/d，处理效果良好。
实施例3
处理含塑料质量分数5%的污泥，通过高压泵和空气预热器对罐式反应器里含塑料质量分数5%的污泥预热及加压，开启进料装置向反应器内进料，供水以及提供必要的辅助燃料，在650℃、30MPa，过氧量为3.15倍，停留时间28s的条件下进行超临界水氧化反应，反应后盐份不处于超临界条件下，停留在反应器底部冷却至28℃后排出，利用减压器使物料减压并将无机物从水中分离出来，将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用，反应装置中产生的氧化反应热则通过热交换器用于加热进料以及对外输出，其处理量为7m3/h，同样取得了较好的结果。
实施例4
处理危险有机废物主要包括长链烷烃、支链烷烃、苯系物和多环芳烃，通过高压泵和空气预热器对罐式反应器里危险有机废物进行预热及加压，开启进料装置向反应器内进料，供水以及提供必要的辅助燃料，临界水的温度为500℃～700℃，压力为25～35MPa；氧化剂过氧比为1.5～5.0；反应时间为20～30分钟，反应后盐份不处于超临界条件下，停留在反应器底部冷却至30℃后排出，利用减压器使物料减压并将无机物从水中分离出来，将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用，反应装置中产生的氧化反应热则通过热交换器用于加热进料以及对外输出，发现危险有机废物转化降解率大于99％，同样取得了较好的结果。
Claims (6)
1.一种废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、进料的预热及加压：借助高压泵和空气预热器达到反应所需的高压和辅助燃料燃点的温度时，将含塑料的废水及污泥、氧气以及辅助燃料送进超临界氧化反应装置里；
S2、超临界氧化反应：在超临界条件下使废水及污泥中的塑料和氧气发生超临界氧化反应；
S3、盐的形成和分离：在罐式反应器盐份不处于超临界条件下，停留在罐底，排出；
S4、物料的冷却和能量循环：在物料冷却和超临界氧化反应过程中通过热交换器，产生的热量用于加热进料；
S5、物料的减压和相分离：利用减压器使冷却的物料减压，并将无机物从水中分离出来；
S6、物料的排出：将减压后的物料送入气液分离器进行分离使物料排出，气体放空，净化水回用。
2.根据权利要求1所述的废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于所述的辅助燃料是低燃点的液体燃料。
3.根据权利要求1所述的废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于所述的超临界氧化反应装置为钛基不锈钢材质的罐式反应器。
4.根据权利要求1所述的废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于S1步骤预热温度控制在570~650℃。
5.根据权利要求1所述的废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于S1步骤压力控制在25~30 Mpa。
6.根据权利要求1所述的废水及污泥中塑料降解的方法，其特征在于S1步骤过氧量3~3.15倍。
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- 2022-09-12 CN CN202211106573.3A patent/CN115555387A/zh active Pending
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