城镇污泥主要是各种微生物的集合体,微生物的细胞壁是由肽聚糖组成的,肽将多糖 链架桥结合而形成牢固的三维结构。在高温下这种肽键结合体因热振动而不稳定,而反应 性活泼的热水分子进攻多糖链中的糖苷键及氨基酸中的肽键,并发生水解反应生成单糖、 氨基酸或它们的低聚物。浓缩、消化、脱水、堆肥工艺旨在降低城镇污泥的含水率,改善 城镇污泥形状,但不能做到彻底无害化。填埋通常作为过渡性措施,随着环境保护要求的 日益严格,该方法受到了严重限制。土地利用是比较理想的资源化方式,但受泥质影响较 大。焚烧法处理彻底,但会产生二嘿英、S0_ NOi以及飞灰等有害物质,且设备投资和 运行成本较髙。而研究表明利用亚/超临界水氧化技术处理城镇污泥能够避免上述问题• 取得满意的处理效杲。
村上等人在320°C、1211MPa的亚临界水氧化条件下,将难分解的剩余活性污泥转ft 为易分解物后,返回曝气槽进行生物降解,亚临界水氧化反应时的污泥可溶化率达98R. 可使剩余污泥大幅度减少甚至完全消除,出水水质指标(生化需氧量、化学需氧量、总有 机碳)含量也没有额外增加。在该亚临界条件下污泥的分解反应以水解反应为主,不生成 有害副产物。即使污泥中存在二噁英,也会因脱氯而被无害化。目前,美国有三大公司 (Modell Develiment Corp.、Eco-Waste Technologies 和 Modarlnc.)已经建立 了处理 130〜230L/h污泥的超临界水氧化试验装置。
日本九州大学还研究了在亚临界条件下从污泥中回收石油化工产品的方法。首先在价 廉且易于被磁选回收的铁催化剂作用下于250°C反应生成丙酮、丁酮,再用沸石作催化韧 生成苯、甲苯和二甲苯等石油化工产品。在整个过程中不排放co2,并使污泥量大大 减少。
总结亚/超临界水氧化技术处理城镇污泥具有的技术优势如下:
{C}1) 较高的反应温度很容易杀死城镇污泥中的病原体。有机物、氧化剂完全溶于亚/趫 临界水中形成均相,克服了相间的传质阻力,大大提高了有机物的氧化速率。该技术能在 数秒内将城镇污泥中的有机物氧化成C02、、和:^0,将杂环原子转化为无机盐。由于 无机盐在超临界水中的溶解度特别低,因此可以很容易地将其从中分离出来,排放到体系 外的只是co2和处理干净的水,产物清洁,无需后续处理。
{C}2) 亚/超临界水氧化反应是放热反应,只要城镇污泥有机物质量分数超过3%,仅需 输入系统启动时所需的能量,整个反应过程中可依靠自身反应放出的热量来维持。多余热 量可以用来产生热水、蒸汽,用于制冷或发电。
{C}3) 亚/超临界水氧化反应的设备投资和运行费用均较低。由于反应速率极快,因此可 以采用较小的反应装置实现较大规模的城镇污泥处理量,设备投资低,封闭性好。
{C}4) 城镇污泥的亚/超临界水氧化技术与焚烧法相比,不再需要高能耗的脱水、干燥过 程,可直接处理重力浓缩后的城镇污泥或未经任何处理直接来自二沉池的城镇污泥,大大 减少了运行费用。此外,由于亚./超临界水氧化反应温度远低于焚烧法,二_英等有机物 可完全混溶于水中直接被反应掉,因此不会产生SCU N0_ 二噁英以及飞灰等二次污 染物。
{C}5) {C}城镇污泥的亚/超临界水氧化技术可以进行城镇污泥的分散处理,即在现有的污水 处理厂内设置1个相匹配的亚/超临界水氧化装置,就能就地消化城镇污泥。超临界水氧 化处理产生的水可进行循环利用,产生的泥渣可集中填埋或资源化利用,可减少大量的城 镇污泥运输费用,避免了另建城镇污泥处理厂的资金投入。