超临界水氧化技术处理城市污泥 超临界水(SupercriticalWater，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点（Tc=374.15℃，Pc=22.12MPa）的水

技术名称： 超临界水氧化技术处理城市污泥

超临界水氧化技术处理城市污泥

一、项目背景及意义

      城市污泥是对目前采用常规方法处理城市污水所产生的少量沉淀物、颗粒物和漂浮物等物质的统称。其含有多种有机物、病原菌、寄生虫卵；含有铬、汞等重金属，同时有恶臭气味；含水量大且不易脱除。

      随着污水处理厂的不断兴建，我国市政污泥也保持较高增幅，预计到2015年产生量达到4000万吨以上。2010年，我国只有不到10%的污泥进行了卫生填埋、土地利用、焚烧或建材利用等方面的处理处置，其余大部分未进行规范化的处理处置。5年来，污泥处理处置率不超过20%。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，这给当地的生态环境带来严重的安全隐患，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。

 

图1城市污泥产生及堆放

      “十三五”提出的“水十条”中要求现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。“十三五”是污泥处理处置建设高峰期。因此，对城市污泥的高效、彻底处理处置已经成为我国当前所面对的重要环境问题之一，妥善解决该问题，是十分艰巨而紧迫的任务，且直接影响到了国家的城镇化进程与人类的未来生存环境。

二、传统处理方法

      目前城市污泥处理与处置的方法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化、有效利用（多为农用）、填埋及焚烧等，或用其中几个方法组合处置。这些传统处置方法的技术特点如表1所示，还存在诸多技术缺点和不足。

表1城市污泥传统处置方法的特点

方法	优点	缺点
填埋法	过程简单，成本低，适应性强 。	侵占土地严重，污染地下水。
焚烧法	减容显著，处理彻底。	投资大，掺辅料成本高，有二次污染。
热干化法	减容效果好，产品稳定。	管理复杂，耗费能源，增加处理成本。
土地利用法	投资少，能耗低，运行费用低。	效率低，污染物可进入食物链。
厌氧消化法	能有效减量、稳定化，且产生沼气。	不能彻底处理、最终仍需卫生填埋。
好氧发酵法	实现污泥稳定化、无害化、减量化。	工艺复杂，设备投资大，占地面积大。

 

三、超临界水氧化技术

      超临界水(SupercriticalWater，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点（Tc=374.15℃，Pc=22.12MPa）的水。SCW对非极性分子有很好的溶解能力，具有高的扩散系数和低的粘度，传递性能好；有机物、氧气可以溶解在超临界水中发生均相反应，大大缩短了反应时间。

      超临界水氧化(SupercriticalWaterOxidation，简称SCWO)是指有机物和空气、氧气等氧化剂在超临界水中进行氧化反应而将有机废物去除。该技术能迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O等小分子化合物。在SCWO过程中，氯转化成金属氯盐、硝基物转化成氮气、硫转化成硫酸盐及磷转化成磷酸盐。美国国家关键

技术所列的六大领域之一“能源与环境”中就指出，最有前途的有机废物处理技术是超临界水氧化技术，该技术在国外已经商业化运行。该技术具有显著优势如下：

1、可以实现含水率85%以上的城市污泥的，无需高能耗的脱水和干燥过程；

2、反应空间密闭，不带来二次污染，环境友好；

3、反应过程自热，无需外部热源；

4、反应速度快，在数分钟内能实现城市污泥的彻底无害化处理处置；

5、迅速降解工艺流程短设备结构简单，占地面积小；

6、能使重金属转化成为惰性残渣态，灰渣中重金属浸出率远低于国家标准。

四、技术优势

      从2000年起，本公司技术团队一直致力于超临界水处理技术的相关研究，先后承担并完成了与该技术相关的“973计划”课题、“863计划”专题、“新世纪优秀人才计划”课题、“985工程”建设项目、企业委托研发课题等二十余项课题，研究经费总计近2000万元。先后开发、建设了类型多样、规模齐全、功能完善的科研平台：从间歇式、半连续式到完全连续式，从3L/h小型到0.5t/d中型规模的连续式超临界水处理实验装置，以及微型金属反应器-沙浴加热炉、石英管反应器－管式加热炉等高精度超临界水处理实验装置。这些科研平台完全可以满足对各种高浓度有机废水及城市污泥的超临界水反应进行深入、系统的实验及理论研究。

      并针对农药、制药、纺织印染、化工、电子等行业高浓度工业有机废水、垃圾渗滤液及城市污泥的超临界水处理技术，从基础理论研究、关键技术攻克到系统集成优化等方面进行了长期系统而深入地研究。2009年在国家“863计划”的支持下建立了当时国内首台示范3t/d城市污泥超临界水氧化处理装置（如图3所示），形成了15项国家发明专利。

      同时创新设计了日处理量100t的农药废水超临界水氧化处理装置，实现了高有机物浓度、高含盐量和难降解农药废水的彻底无害化处理。该项目于2012年4月完成整体工艺方案和具体设备设计，2014年1月建成。该装置形成了12项具有自主知识产权的专利技术。2015年5月至今正在进行50t/d石化废水及污泥混合物超临界水氧化处理装置设计和开发，通过系列产业化项目的研究，技术团队攻克了盐沉积防控、材料腐蚀防控、能量回收、系统安全控制以及经济性提升等一系列关键技术，从而为该项目的产业化应用奠定了坚实的基础。

         

（a）                                                                                               （b）

图3（a）国内首台城市污泥SCWO示范装置；                                       （b）该装置处理城市污泥照片对比

系统集有机物去除、脱盐除渣、余热利用/制取富氢气体、防堵塞、防腐蚀多项功能于一体，是目前国内处理能力最大，技术最先进和完善的示范装置。

      在超临界水技术领域，我国共计授权发明专利93项，其中本技术团队针对该技术的国家发明专利已授权44项，占47.3%，数量位居全国第一。并获得国际授权发明专利1项。

五、城市污泥SCWO方案投资及运行费用

      与传统处理技术相比，超临界水技术在城市污泥的无害化处理和资源化利用中具有明显的经济优势。对于处理规模为100t/d的超临界水处理商业化装置，吨含水率80%的湿污泥的投资约为3000万和运行费用约为100元，其中运行费用约为焚烧法的一半，该技术可将含水率80％的脱水污泥大部分转化成生活杂用水，而且反应产生的CO2气体可以通过分离装置分离后回收、出售获得经济效益。因此城市污泥超临界水氧化处理及资源化利用的项目运营的利润空间十分巨大。将SCWO应用于城市污泥的处理中必将拥有光明的前景。