專利名稱：用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置及有機廢棄物的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置及有機廢棄物的處理方法。
背景技術(shù)：
城市污泥是指城市污水處理廠在污水處理過程中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)廢棄物，含有污水中大部分的污染物質(zhì)，是污水處理過程中不可避免的產(chǎn)物。隨著污水處理量的增加，污泥的產(chǎn)量也越來越大，如何有效處理與處置城市污泥已經(jīng)成為各個城市迫切需要解決的難題。目前，城市污泥常用的處理方法主要包括衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、污泥堆肥、污泥建材利用和水體消納等。污泥衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代，到目前為止，已經(jīng)發(fā)展成為一項比較成熟的技術(shù)，具有投資少、容量大、見效快、利于推廣等特點，但是污泥衛(wèi)生填埋需要占用大量場地，而且會產(chǎn)生難以處理的垃圾滲濾液，可能會污染地下水；污泥焚燒可以最大限度的減少污泥的體積，使污泥中病原微生物、寄生蟲卵、病毒等徹底被殺死，部分重金屬在高溫狀態(tài)下也被固化；但是，污泥焚燒成本較高，焚燒過程中會產(chǎn)生二噁英等劇毒空氣污染物；污泥堆肥是指在污泥中加入一定比例的秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等膨松劑和調(diào)理劑，利用微生物對污泥進行發(fā)酵并將其轉(zhuǎn)化為類腐植質(zhì)的過程，可以作為農(nóng)業(yè)用肥，但是堆肥污泥中含有的重金屬可能會引起二次污染；污泥作為建材主要用于污泥制磚、制纖維板、 制生態(tài)水泥等，但是，當(dāng)污泥中含有重金屬時，會增加爐窯的煙氣處理與控制的難度，并需要重金屬浸出進行監(jiān)控；污泥水體消納是指將污泥投入海洋等水體中，利用水體的自凈能力進行消納，但消納后其中的污染物質(zhì)排放到水體中，對水體造成污染和傷害，不符合環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。超臨界水是指溫度和壓力均高于其臨界點(T = 374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)的水，超臨界水同時具有極性與非極性的溶解性能，可以與氧氣或有機物以任意比互溶，成為均一相，能夠消除相間的傳質(zhì)阻力，加快反應(yīng)速率因此，大多數(shù)有機廢棄物在超臨界水中可在幾分鐘內(nèi)達到99. 9%以上的去除率。同時，超臨界水對有機物的氧化反應(yīng)較為完全、徹底，有機物中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氫轉(zhuǎn)化為水、鹵素原子轉(zhuǎn)化為鹵化物的離子、硫和磷分別轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和磷酸鹽、氮轉(zhuǎn)化為硝酸或氮氣等。另外，超臨界水氧化在氧化過程中能夠釋放大量熱，一旦開始，無需外界能量反應(yīng)即可自然維持。超臨界水氧化技術(shù)即是超臨界水具有的特殊性質(zhì)氧化有機物的一種高級氧化技術(shù)，具有應(yīng)用范圍廣、氧化速度快、氧化徹底、無二次污染等優(yōu)點，成為廢棄有機物，如城市污泥等處理的主要方法之一?，F(xiàn)有技術(shù)公開了多種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置，但由于超臨界水氧化有機物過程中會產(chǎn)生酸，會引起設(shè)備的強烈腐蝕；而亞臨界溶液被迅速加熱到超臨界溫度時，由于鹽的溶解度大幅度降低，會有大量鹽析出，并沉積在反應(yīng)器內(nèi)，引起反應(yīng)器堵塞等。研究表明，利用水膜將反應(yīng)器壁和發(fā)生超臨界水氧化的反應(yīng)液隔離開來是解決上述技術(shù)問題的有效方法(M. J. Cocero, Journal of supercritical Fluids, 2004，41-55),如申請?zhí)枮?00910022344. I的中國專利文獻公開了一種分區(qū)的超臨界水氧化反應(yīng)器，其引入由蒸發(fā)壁組成的內(nèi)腔室，進行物理分區(qū)，內(nèi)腔室和承壓腔室之間留有的空隙作為蒸發(fā)壁水區(qū)，內(nèi)腔室內(nèi)部貼近壁面處為蒸發(fā)壁水膜區(qū)，在由蒸發(fā)壁包圍的蒸發(fā)壁包圍的蒸發(fā)壁水膜區(qū)以外的區(qū)域包含有超臨界水、有機物、氧化劑以及腐蝕性離子等物質(zhì)，提供了超臨界水反應(yīng)的場所，而內(nèi)腔室和承壓腔室之間留有空隙的區(qū)域則只包含有干凈的蒸發(fā)壁水。蒸發(fā)壁水滲入蒸發(fā)壁，在蒸發(fā)壁的內(nèi)表面形成一層薄的保護性水膜，從而阻止腐蝕性離子或氧化劑接觸蒸發(fā)壁的內(nèi)表面，減少對蒸發(fā)壁的腐蝕作用。該反應(yīng)器通過物理分區(qū)，實現(xiàn)了壓力作用和腐蝕作用的分離，能夠解決反應(yīng)器的腐蝕和堵塞問題，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易進行日常運行和維護。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置及有機廢棄物的處理方法，本發(fā)明提供的超臨界水處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，日常運行和維護簡單，且能夠減少腐蝕或鹽沉積現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明提供了一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置，包括由耐壓外殼和設(shè)置有微孔的內(nèi)壁組成的雙層反應(yīng)器，所述內(nèi)壁圍成反應(yīng)室，所述耐壓外殼與所述內(nèi)壁形成空腔；分別貫穿所述耐壓外殼和所述內(nèi)壁、與所述反應(yīng)室相通的進料管和出料管；貫穿所述耐壓外殼與所述空腔相通的高壓氣體進氣管。優(yōu)選的，所述內(nèi)壁的材質(zhì)為微孔陶瓷或微孔金屬。優(yōu)選的，所述耐壓外殼的材質(zhì)為金屬。本發(fā)明還提供了一種有機廢棄物的處理方法，包括以下步驟向上述技術(shù)方案所述的處理裝置中通入預(yù)熱的高壓空氣；將預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物經(jīng)由高壓泵泵入反應(yīng)室中進行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物；將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫、分離。優(yōu)選的，所述預(yù)熱高壓空氣的溫度為200°C 600°C。優(yōu)選的，所述預(yù)熱高壓空氣的壓力為IOMPa 50MPa。優(yōu)選的，所述預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物的溫度為200°C 600°C。優(yōu)選的，所述預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物的壓力為IOMPa 50MPa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置包括由耐壓外殼和設(shè)置有微孔的內(nèi)壁組成的雙層反應(yīng)器，所述內(nèi)壁圍成反應(yīng)室，所述耐壓外殼與所述內(nèi)壁形成空腔；分別貫穿所述耐壓外殼和所述內(nèi)壁、與所述反應(yīng)室相通的進料管和出料管；貫穿所述耐壓外殼與所述空腔相通的高壓氣體進氣管。本發(fā)明將預(yù)熱后的由有機廢棄物和水組成的混合物經(jīng)由高壓泵泵入上述處理裝置的反應(yīng)室中，同時，通過高壓氣體進氣管向上述處理裝置的空腔中通入預(yù)熱的高壓空氣，有機廢棄物與空氣中的氧氣在超臨界水中進行劇烈的氧化反應(yīng)，將有機廢棄物分解。本發(fā)明利用設(shè)置有微孔的內(nèi)壁形成的反應(yīng)室作為超臨界氧化反應(yīng)的場所，通過高溫高壓的空氣將反應(yīng)液局限在反應(yīng)室內(nèi)不與耐壓外殼接觸，從而減少反應(yīng)液對耐壓外殼的腐蝕；同時，高壓空氣經(jīng)由設(shè)置有微孔的內(nèi)壁進入反應(yīng)室時，能夠在內(nèi)壁的內(nèi)表面上形成一層氣膜，該氣膜不僅可以阻止鹽沉積的固體附著在管壁造成的內(nèi)壁或管道堵塞，也可以避免反應(yīng)液與內(nèi)壁直接接觸，減少反應(yīng)液對處理裝置的腐蝕。另外，本發(fā)明提供的處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，不僅便于日常運行和維護，也便于規(guī)模化生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明實施例提供的用于廢棄有機物處理的超臨界水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置，包括由耐壓外殼和設(shè)置有微孔的內(nèi)壁組成的雙層反應(yīng)器，所述內(nèi)壁圍成反應(yīng)室，所述耐壓外殼與所述內(nèi)壁形成空腔；分別貫穿所述耐壓外殼和所述內(nèi)壁、與所述反應(yīng)室相通的進料管和出料管；貫穿所述耐壓外殼與所述空腔相通的高壓氣體進氣管。本發(fā)明將預(yù)熱后的由有機廢棄物和水組成的混合物經(jīng)由高壓泵泵入上述處理裝置的反應(yīng)室中，同時，通過高壓氣體進氣管向上述處理裝置的空腔中通入預(yù)熱的高壓空氣， 有機廢棄物與空氣中的氧氣在超臨界水中進行劇烈的氧化反應(yīng)，將有機廢棄物分解。本發(fā)明利用設(shè)置有微孔的內(nèi)壁形成的反應(yīng)室作為超臨界氧化反應(yīng)的場所，通過高溫高壓的空氣將反應(yīng)液局限在反應(yīng)室內(nèi)不與耐壓外殼接觸，從而減少反應(yīng)液對耐壓外殼的腐蝕；同時，高壓空氣經(jīng)由設(shè)置有微孔的內(nèi)壁進入反應(yīng)室時,能夠在內(nèi)壁的內(nèi)表面上形成一層氣膜，該氣膜不僅可以阻止鹽沉積的固體附著在管壁造成的內(nèi)壁或管道堵塞，也可以避免反應(yīng)液與內(nèi)壁直接接觸，減少反應(yīng)液對處理裝置的腐蝕。另外，本發(fā)明提供的處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，不僅便于日常運行和維護，也便于規(guī)?；a(chǎn)。為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的用于廢氣有機物處理的超臨界水處理裝置進行詳細描述。參見圖1，圖I為本發(fā)明實施例提供的用于廢棄有機物處理的超臨界水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，I為耐壓外殼，2為設(shè)置有微孔的內(nèi)壁，內(nèi)壁2圍成反應(yīng)室，3為耐壓外殼I和內(nèi)壁2形成的空腔，4為貫穿耐壓外殼I和內(nèi)壁2且與反應(yīng)室相通的進料管，5為貫穿耐壓外殼I和內(nèi)壁2且與反應(yīng)室相通的出料管，6為貫穿耐壓外殼I且與空腔3相通的高壓氣體進氣口。所述超臨界水處理裝置具有由耐壓外殼I和內(nèi)壁2形成的雙層結(jié)構(gòu)，其中，耐壓外殼I為外層結(jié)構(gòu)，能夠承受高溫高壓，可以為耐壓金屬材質(zhì)，本發(fā)明并無特殊限制。內(nèi)壁2 為內(nèi)層結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁2上設(shè)置有微孔，便于高壓氣體透過微孔進入內(nèi)壁2圍成的反應(yīng)室內(nèi)。內(nèi)壁2的材質(zhì)可以為微孔陶瓷或者微孔金屬，本發(fā)明并無特殊限制。內(nèi)壁2圍成反應(yīng)室，為廢棄有機物在超臨界水中進行反應(yīng)的主要場所。本發(fā)明對所述反應(yīng)室的形狀沒有限制，可以為矩形、圓柱形或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他任何形狀。內(nèi)壁2和耐壓外殼I形成空腔3，空腔3可容納高溫高壓氣體，使高溫高壓氣體透過內(nèi)壁2的微孔進入反應(yīng)室內(nèi)，參與氧化反應(yīng)的同時，在內(nèi)壁2內(nèi)表面形成氣膜，防止腐蝕和鹽沉積。本發(fā)明提供的處理裝置還包括進料管4，進料管4貫穿耐壓外殼I和內(nèi)壁2，與反應(yīng)室相通。預(yù)熱后的由水和廢棄有機物組成的混合物經(jīng)由進料管4直接進入反應(yīng)室，在反應(yīng)室進行反應(yīng)。在本實施例中，進料管4設(shè)置在反應(yīng)室的頂部，在其他實施例中，進料管4 也可以設(shè)置在反應(yīng)室的下部。本發(fā)明提供的處理裝置還包括出料管5，出料管4貫穿耐壓外殼I和內(nèi)壁2，與反應(yīng)室相通。預(yù)熱后的由水和廢棄有機物組成的混合物經(jīng)由進料口 4直接進入反應(yīng)室，在反應(yīng)室進行反應(yīng)后得到的反應(yīng)產(chǎn)物從出料管5排出。在本實施例中，出料管5設(shè)置在反應(yīng)室的底部，在其他實施例中，出料管5也可以設(shè)置在反應(yīng)室的上部。本發(fā)明提供的處理裝置還包括高壓氣體進氣管6，高壓氣體進氣管6貫穿耐壓外殼1，與空腔3相通。高壓氣體從高壓氣體進氣管6進入空腔3內(nèi)，并透過內(nèi)壁2上的微孔進入反應(yīng)室內(nèi)參與廢棄有機物的氧化反應(yīng)，同時在內(nèi)壁2上的內(nèi)表面上形成氣膜，避免腐蝕或沉積。為了使廢棄有機物充分在超臨界水中進行氧化反應(yīng)，本發(fā)明設(shè)置有多個高壓氣體進氣管6，使高壓氣體充分通過空腔3進入反應(yīng)室內(nèi)，并在內(nèi)壁2內(nèi)表面形成氣膜。本發(fā)明提供的處理裝置可用于在超臨界水的存在下處理廢棄有機物，包括城市污泥或其他廢棄有機物等，其使用方法如下將預(yù)熱后的由水和廢棄有機物的混合物通過高壓泵經(jīng)由進料管4直接進入反應(yīng)室內(nèi)；同時，經(jīng)過預(yù)熱的高壓空氣經(jīng)由高壓氣體進氣管6進入空腔3，并通過內(nèi)壁2上的微孔進入反應(yīng)室中與廢棄有機物混合；在高溫高壓作用下，水變?yōu)槌R界水，廢棄有機物與空氣中的氧氣在超臨界水中發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，生成二氧化碳、水、氮氣等氣體或鹵化物、硫酸鹽、磷酸鹽或硝酸鹽等固體。在上述過程中，高壓氣體能夠?qū)⒎磻?yīng)液局限在反應(yīng)室中，不與耐壓外殼I接觸，從而減少對耐壓外殼I的腐蝕，減少對處理裝置的腐蝕；同時，高壓空氣經(jīng)由設(shè)置有微孔的內(nèi)壁進入反應(yīng)室時，能夠在內(nèi)壁的內(nèi)表面上形成一層氣膜，該氣膜不僅可以阻止鹽沉積的固體附著在管壁造成的內(nèi)壁或管道堵塞，也可以避免反應(yīng)液與內(nèi)壁直接接觸，減少反應(yīng)液對處理裝置的腐蝕。本發(fā)明還提供了一種有機廢棄物的處理方法，包括以下步驟向上述技術(shù)方案所述的處理裝置中通入預(yù)熱的高壓空氣；將預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物經(jīng)由高壓泵泵入反應(yīng)室中進行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物；將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫、分離。本發(fā)明以上述技術(shù)方案所述的處理裝置、采用超臨界水處理技術(shù)對廢棄有機物進行處理，使預(yù)熱后的由廢棄有機物和水的混合物經(jīng)由進料管4進入反應(yīng)室，同時使預(yù)熱的高壓空氣經(jīng)由高壓氣體進氣管6進入空腔3，并透過內(nèi)壁2上的微孔進入反應(yīng)室與混合物混合。在本發(fā)明中，所述廢棄有機物可以為城市污泥或其他廢棄有機物，首先將其與水混合，得到混合物。本發(fā)明對所述水和廢棄有機物的用量沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的比例即可。得到混合物后，將其進行預(yù)熱，并通過高壓泵經(jīng)由進料管4泵入反應(yīng)室內(nèi)。本發(fā)明對所述預(yù)熱、高壓泵等均無特殊限制，進入反應(yīng)室的混合物的溫度優(yōu)選為200°C 600°C， 更優(yōu)選為250°C 550°C，最優(yōu)選為300°C 500°C ;所述混合物的壓力優(yōu)選為IOMPa 50MPa，更優(yōu)選為20MPa 40MPa，最優(yōu)選為25MPa 30MPa。在將高壓空氣通入之前，首先經(jīng)高壓空氣進行預(yù)熱。本發(fā)明對所述預(yù)熱方法沒有特殊限制，預(yù)熱后的高壓空氣的溫度優(yōu)選為200°C 600°C，更優(yōu)選為250°C 550°C， 最優(yōu)選為300°C 500°C ;所述預(yù)熱后的高壓空氣的壓力優(yōu)選為IOMPa 50MPa，更優(yōu)選為 20MPa 40MPa，最優(yōu)選為 25MPa 30MPa。同時將預(yù)熱后的混合物和預(yù)熱后的高壓空氣通入上述技術(shù)方案中的處理裝置后， 在高溫高壓的作用下，水成為超臨界狀態(tài)的水，廢棄有機物和空氣中的氧氣在超臨界水中發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)，將廢棄有機物處理。在廢棄有機物和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)的過程中自然放熱，使超臨界水保持超臨界狀態(tài)，從而便于廢棄有機物的持續(xù)處理。經(jīng)過處理后，得到的處理產(chǎn)物，即廢液的溫度優(yōu)選為400°C 600°C，更優(yōu)選為 450°C 550°C ;壓力優(yōu)選為20MPa 40MPa，更優(yōu)選為25MPa 3030MPa。處理完畢后，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物通過出料管5后按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行降溫、固氣分離處理后，即可直接排放。本發(fā)明利用設(shè)置有微孔的內(nèi)壁形成的反應(yīng)室作為超臨界氧化反應(yīng)的場所，通過高溫高壓的空氣將反應(yīng)液局限在反應(yīng)室內(nèi)不與耐壓外殼接觸，從而減少反應(yīng)液對耐壓外殼的腐蝕；同時，高壓空氣經(jīng)由設(shè)置有微孔的內(nèi)壁進入反應(yīng)室時，能夠在內(nèi)壁的內(nèi)表面上形成一層氣膜，該氣膜不僅可以阻止鹽沉積的固體附著在管壁造成的內(nèi)壁或管道堵塞，也可以避免反應(yīng)液與內(nèi)壁直接接觸，減少反應(yīng)液對處理裝置的腐蝕。另外，本發(fā)明提供的處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，不僅便于日常運行和維護，也便于規(guī)?；a(chǎn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置，其特征在于，包括由耐壓外殼和設(shè)置有微孔的內(nèi)壁組成的雙層反應(yīng)器，所述內(nèi)壁圍成反應(yīng)室，所述耐壓外殼與所述內(nèi)壁形成空腔；分別貫穿所述耐壓外殼和所述內(nèi)壁、與所述反應(yīng)室相通的進料管和出料管；貫穿所述耐壓外殼與所述空腔相通的高壓氣體進氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理裝置，其特征在于，所述內(nèi)壁的材質(zhì)為微孔陶瓷或微孔金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的處理裝置，其特征在于，所述耐壓外殼的材質(zhì)為金屬。
4.一種有機廢棄物的處理方法，包括以下步驟向權(quán)利要求I 3任意一項所述的處理裝置中通入預(yù)熱的高壓空氣；將預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物經(jīng)由高壓泵泵入反應(yīng)室中進行反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物；將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫、分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述預(yù)熱高壓空氣的溫度為200°C 600。。。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述預(yù)熱高壓空氣的壓力為IOMPa 50MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物的溫度為200°C 600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述預(yù)熱的由有機廢棄物和水組成的混合物的壓力為IOMPa 50MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于有機廢棄物處理的超臨界水處理裝置，包括由耐壓外殼和設(shè)置有微孔的內(nèi)壁組成的雙層反應(yīng)器，所述內(nèi)壁圍成反應(yīng)室，所述耐壓外殼與所述內(nèi)壁形成空腔；分別貫穿所述耐壓外殼和所述內(nèi)壁、與所述反應(yīng)室相通的進料管和出料管；貫穿所述耐壓外殼與所述空腔相通的高壓氣體進氣管。本發(fā)明還提供了一種有機廢棄物的處理方法。本發(fā)明利用設(shè)置有微孔的內(nèi)壁形成的反應(yīng)室作為超臨界氧化反應(yīng)的場所，通過高溫高壓的空氣將反應(yīng)液局限在反應(yīng)室內(nèi)；同時，高壓空氣經(jīng)由設(shè)置有微孔的內(nèi)壁進入反應(yīng)室時，能夠在內(nèi)壁內(nèi)表面上形成氣膜，從而阻止鹽沉積的固體附著在管壁造成的內(nèi)壁或管道堵塞，也可以避免反應(yīng)液與內(nèi)壁直接接觸，減少對處理裝置的腐蝕。
文檔編號C02F11/06GK102583935SQ20121000751
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者徐愿堅, 楊舒, 梁震 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院