申请日2018.09.10
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号C02F11/06; C08J11/10; C08L101/00
摘要
本发明公开了一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置及方法，包括：釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应;管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化;空气泵送系统，配置为向管式氧化系统输送压缩空气;废弃塑料粉碎系统，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中;配料泵送系统，配置为将水和氧化剂的配料经预热后输送到釜式氧化系统中;城市污泥泵送系统配置为将城市污泥经预热后输送到釜式氧化系统中。本发明在高温高压条件下采用水作为介质进行联合氧化处理，可使废弃塑料和城市污泥在相对简单的水热体系中实现氧化降解。
权利要求书
1.一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于，包括：
釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应;
管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，以及与空气泵送系统连接，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化;
空气泵送系统，其与管式氧化系统连接，配置为向管式氧化系统输送压缩空气;
废弃塑料粉碎系统，其与釜式氧化系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中;
配料泵送系统，包括第一高压泵送系统和第一预热系统，第一高压泵送系统与第一预热系统连接，第一预热系统与水热氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中;
城市污泥泵送系统，包括第二高压泵送系统和第二预热系统，第二高压泵送系统与第二预热系统连接，第二预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，配置为将城市污泥从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。
2.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥 联合氧化处理装置，其特征在于：还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述管式氧化系统的出料口连通，适于将氧化后的产物减压分离为气体、液体和固体。
3.根据权利要求2所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。
4.根据权利要求2所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。
5.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：所述釜式氧化系统为高压反应釜。
6.根据权利要求1所述的废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，其特征在于：所述管式氧化系统为管式反应器。
7.一种利用权利要求6所述废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置进行废弃塑料和城市污泥联合氧化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)釜式超临界水氧化
第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的废弃塑料颗粒进入到釜式氧化系统;
第二步：利用第一高压泵送系统将水和氧化剂按照给定的质量比例打入第一预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统;
第三步：利用第二高压泵送系统将给定质量比例的城市污泥打入第二预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统;
第四步：开启釜式氧化系统的加热和搅拌设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后保持恒定;
第五步：通过催化剂进口加入釜式氧化系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料和城市污泥的超临界水氧化反应;
(2)管式水热氧化
第一步：釜式超临界水氧化反应完成后，停止釜式氧化系统的加热和搅拌设施，并将初始氧化后的物料按照设定的速率打入管式氧化系统;
第二步：利用空气泵送系统将空气按照设定的速率打入管式氧化系统;
第三步：管式氧化过程结束后，反应物料冷却降温;
(3)后处理
第一步：管式水热氧化反应完成后，反应物料进入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空;
第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降池，通过沉降处理后将上清液直接排放，残余固体通过常规方法进行收集和处理。
说明书
一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置及方法，尤其涉及废弃塑料和城市污泥在处于高温高压条件下的水介质中进行釜式超临界水氧化和管式水热氧化联合处理装置及处理方法，属于环境保护领域。
背景技术
随着人们生活水平的逐步提高，对塑料产品的需求越来越大。这些塑料产品使用后被大量丢弃，成为废弃塑料。目前，我国对废弃塑料的处理仍然以填埋为主。虽然采用填埋法可以暂时满足废弃塑料目前的处理要求，但具有其明显的局限性：①由于废弃塑料的密度小、体积大，它能很快填满场地，大大降低了填埋场地的处理能力，侵占宝贵的土地资源;②废弃塑料性质稳定，需要数百年时间才能被微生物降解，导致填埋场地长期不能使用;③废弃塑料中有毒添加剂与细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水、地面径流甚至江河湖海，恶化周边环境。
随着我国污水处理产业的快速发展，污泥产量迅速增加。然而，目前通常采用的填埋、焚烧、堆肥、建材利用等污泥处理技术均难以兼顾环境保护、处理成本和资源回收等多方面的要求，导致大量污泥未能获得妥善处理处置，给生态环境保护带来巨大挑战。
上世纪80年代初，美国麻省理工学院Modell教授提出了能够彻底破坏有机污染物结构的超临界水氧化技术。由于有机污染物和氧均能以任意比例与超临界水混溶，使得该降解反应表现出均相反应属性，相间传热/质阻力消失。所以 SCWO技术具有反应速度快、氧化分解彻底，无二次污染等明显优势，特别适合于难降解有机污染物的处理。超临界水氧化技术由于其高氧化率和不受处理对象的限制，所以自从被人们认识以来一直受到相关领域科研工作者的广泛关注和重视，并就其在污泥高效处理处置方面开展了大量的科学研究和应用探索。然而，其高能耗导致的高成本问题极大程度地制约了该技术的进一步推广应用。
鉴于目前废弃塑料处理处置的严峻形势以及城市污泥超临界水氧化技术所面临的种种困境，本发明充分利用废弃塑料高热值的优势，将其与城市污泥联合进行超临界水氧化处理，使废弃塑料在超临界水氧化过程中释放出大量的热量，以满足体系的自持运行，实现废弃塑料和城市污泥的联合氧化降解处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种废弃塑料和城市污泥在高温高压条件下采用水作为介质进行联合氧化处理的装置及方法，使废弃塑料和城市污泥在相对简单的水热体系中实现氧化降解。废弃塑料和城市污泥按照给定的质量比例进行釜式超临界水氧化和管式水热氧化联合处理，可以充分利用废弃塑料的高热值优势，使整个超临界水氧化体系能够自持运行，既达到充分降解废弃塑料和城市污泥的目的，又大大降低了能耗，节约了成本。
本发明的技术方案是：一种废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置，包括：
釜式氧化系统，配置为使废弃塑料和城市污泥在高温高压水热流体中进行超临界水氧化反应;
管式氧化系统，其进料口与釜式氧化系统的出料口连通，以及与空气泵送系统连接，配置为利用压缩空气对超临界水氧化后的物料进行二次氧化;
空气泵送系统，其与管式氧化系统连接，配置为向管式氧化系统输送压缩空气;
废弃塑料粉碎系统，其与釜式氧化系统的进料口连通，配置为将废弃塑料粉碎并输送到釜式氧化系统中;
配料泵送系统，包括第一高压泵送系统和第一预热系统，第一高压泵送系统与第一预热系统连接，第一预热系统与水热氧化系统的进料口相连，配置为将水和氧化剂的配料从第一高压泵送系统泵送到第一预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中;
城市污泥泵送系统，包括第二高压泵送系统和第二预热系统，第二高压泵送系统与第二预热系统连接，第二预热系统与釜式氧化系统的进料口相连，配置为将城市污泥从第二高压泵送系统泵送到第二预热系统，经预热后输送到釜式氧化系统中。
还包括减压分离系统，所述减压分离系统的进料端与所述管式氧化系统的出料口连通，适于将氧化后的产物减压分离为气体、液体和固体。
还包括吸收净化设备，所述吸收净化设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的气体进行吸收净化处理。
还包括沉降处理设备，所述沉降处理设备与所述减压分离系统连接，适于将经所述减压分离系统减压分离后的液体和固体进行沉降处理。
所述釜式氧化系统为高压反应釜。
所述管式氧化系统为管式反应器。
本发明还提供一种利用所述废弃塑料和城市污泥联合氧化处理装置进行废弃塑料和城市污泥联合氧化处理的方法，包括以下步骤：
(1)釜式超临界水氧化
第一步：利用废弃塑料粉碎系统按要求对需要处理的废弃塑料进行粉碎处理，并将所得粉碎后的废弃塑料颗粒进入到釜式氧化系统;
第二步：利用第一高压泵送系统将水和氧化剂按照给定的质量比例打入第一预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统;
第三步：利用第二高压泵送系统将给定质量比例的城市污泥打入第二预热系统，经过预热后进入到釜式氧化系统;
第四步：开启釜式氧化系统的加热和搅拌设施，使高压反应釜内部的温度达到设定值后保持恒定;
第五步：通过催化剂进口加入釜式氧化系统所需要的催化剂，加完后关闭催化剂进口，开始废弃塑料和城市污泥的超临界水氧化反应;
(2)管式水热氧化
第一步：釜式超临界水氧化反应完成后，停止釜式氧化系统的加热和搅拌设施，并将初始氧化后的物料按照设定的速率打入管式氧化系统;
第二步：利用空气泵送系统将空气按照设定的速率打入管式氧化系统;
第三步：管式氧化过程结束后，反应物料冷却降温;
(3)后处理
第一步：管式水热氧化反应完成后，反应物料进入减压分离系统，通过减压阀将体系压力减至常压后，将气体分离出来，并通过吸收净化设备对所得气体进行处理后排空;
第二步：除去气体的剩余物料被引入到沉降池，通过沉降处理后将上清液直接排放，残余固体通过常规方法进行收集和处理。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有的优点如下：
(1)采用高温高压条件下的水作为介质，通过氧化降解反应，使废弃塑料和城市污泥分别得到充分的降解，转化为简单的无机分子，反应速度快，降解彻底，不会对环境造成二次污染。
(2)将废弃塑料和城市污泥进行联合超临界水氧化处理，充分利用废弃塑料高热值的优势，通过其氧化降解所释放出来的热量，使超临界水热氧化体系能够自持运行，大大降低了能耗成本，有利于规模化推广应用。
(3)在釜式超临界水氧化阶段，可以根据降解难易程度，通过对氧化剂过氧量，反应时间，催化助剂，废弃塑料和城市污泥配比等参数调节，使废弃塑料和城市污泥基本全部降解。
(4)将釜式超临界水氧化和管式水热氧化有机结合，充分利用废弃塑料和城市污泥在釜式超临界水氧化过程中所具有的高能量状态，继续进行管式水热氧化反应，既使得污染物质降解更为彻底，又通过反应物料与所引入的冷空气之间的能量交换，使反应物料温度得以冷却。
(5)废弃塑料和城市污泥经过釜式超临界水氧化、管式水热氧化、减压分离三个步骤后，两类污染物不但实现了完全氧化降解，而且其降解过程中所产生的各种物料均得以妥善处理。其中，气态组分经过吸收净化后直接排空;液体组分直接排放;无机固体残渣按照常规方法进行收集和处理。
