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超临界水氧化法处理城市污水处理厂活性污泥

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第一章 前言

1.1 污泥的来源

1.2 污泥的成分及危害

1.3 我国城市污泥处理方法及现状

1.4 污泥的超临界水氧化法处理

1.4.1 污泥的超临界水氧化法处理介绍

1.4.2 美国哈林根市污泥SCWO法处理简介

1.5 超临界水氧化技术简介

1.5.1 超临界水及其性质

1.5.2 超临界水氧化技术及特点

1.5.3 国内外超临界水氧化技术的研究进展

1.6 本文研究内容

第二章 超临界水氧化实验部分

2.1 实验装置

2.2 实验影响因素及条件控制

2.2.1 实验影响因素

2.2.2 实验条件控制

2.3 实验步骤

2.3.1 实验装置安全性检查

2.3.2 实验步骤

2.4 分析项目及方法

2.4.1 CODCr的测定

2.4.2 色度

2.4.3 总氮

2.4.4 生成气体的测定

2.4.5 出水重金属的测定

2.5 小结

第三章 超临界水氧化降解影响因素的实验研究

3.1 各因素对污泥CODCR氧化降解去除率的影响

3.1.1 温度

3.1.2 停留时间

3.1.3 压力

3.1.4 过氧比

3.2 各因素对活性污泥超临界水氧化降解生成气体浓度的影响

3.2.1 温度

3.2.2 压力

3.2.3 停留时间

3.2.4 过氧比

3.3 各因素对TN去除率的影响

3.4 各因素对色度除去效果的影响

3.5 各因素对活性污泥SS去除的影响

3.6 各因素对重金属去除的影响

3.7 小结

第四章 超临界水氧化降解活性污泥的动力学及热值研究

4.1 超临界水氧化降解活性污泥的动力学研究

4.1.1 动力学方程的建立

4.1.2 反应级数的估算

4.1.3 反应速率常数与活化能的的求取

4.2 超临界水氧化法处理活性污泥的热值分析

4.2.1 污泥有机物浓度与反应热的关系

4.2.2 污泥的反应热与消耗空气量的关系

4.2.3 干污泥热值的测量

4.2.4 活性污泥超临界水氧化反应热分析

4.3 小结

第五章 超临界水氧化中的工程问题

5.1 腐蚀问题

5.2 盐沉积问题

5.3 工业应用现状及前景

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文及科研情况

致谢

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摘要

超临界水氧化是一种高效的处理有机废水和废物的氧化技术,受到国内外高度重视。水处于临界点(374℃,22.1MPa)以上的高温高压状态时称为超临界水。超临界水具有特殊的性质,能与空气、氧气和有机物以任意比混溶形成均相,消除了相间的传质阻力。氧气与超临界水生成·HO2、HO·、O·等具有强氧化性的自由基,废水中的有机物在超临界水中与HO·等发生自由基反应,生成H2O、CO2、N2和盐类。大多数有机物在数分钟内被去除(去除率可达99%)。
   本文以上海市松江污水处理厂活性污泥为处理对象,污泥中含有丰富的有机物、腐殖质和氮、磷、钾等营养元素,还含有大量重金属元素及致病菌和寄生虫。该厂处理的废水为生活污水和工业废水的混合废水,采用A/O生物脱氮工艺,污泥处理采用中温厌氧消化后离心脱水,经处理后的出水直接排入黄浦江。经测定,活性污泥含水率为99%,干污泥热值为3479.36Kcal/kg,相当于烟煤热值的一半,干污泥中重金属含量较高,其中Cr、Ni、Zn含量最高。
   在了解超临界水的性质,超临界水氧化的特点以及国内外超临界水氧化技术研究成果的基础上,对活性污泥的超临界水氧化法处理进行比较深入的实验研究。通过改变反应影响因素探索活性污泥超临界水氧化法处理的氧化行为,测定了在不同反应条件下,活性污泥中各成分的去除效率,并研究了排放尾气有害气体浓度与超临界水氧化反应影响因素的联系,然后研究了活性污泥SCWO法处理的动力学性质和活性污泥超临界水氧化法处理的化学反应热。
   超临界水氧化法处理活性污泥有很好的效果,出水CODcr和SS都得到明显的去除,在最佳反应压力26MPa、过氧比1.6条件下,当反应温度520℃,停留时间达6min时,污泥CODCr去除率达93.86%,出水SS去除率达96.82%,出水色度较低。TN的去除效率较CODcr底,这与这于污泥中有机氮和无机氮类物质较难氧化去除有关。出水重金属离子浓度较低,本文检测的六中重金属离子,只有总镉超标,这与活性污泥中镉离子含量较高有关。污泥的重金属离子污染一直以来是污泥处理的一个难以解决的问题,超临界水氧化法处理可以有效去除污泥中的重金属元素。
   通过对活性污泥的超临界水氧化反应排放气体的测定,发现排放气体中有CO、SO2、NOx等有害气体,其中CO为主要污染气体,SO2、NOx含量很少。CO是有毒气体,在水中的溶解度甚低,但易溶于氨水。SO2、NOx气体在水中可溶解,大部分气体溶解在水中,少部分在尾气中。提高超临界水氧化反应的氧化降解效率可以减少CO气体的生成量。
   研究发现,超临界水氧化法处理活性污泥,温度对活性污泥CODcr氧化降解的活化能Ea为64.95kJ/mol,频率因子k0值为14.06×103。活性污泥在发生超临界水氧化反应时,产生一定量的热量。通过计算,本文中当污泥SWCO的氧化率为90%时,活性污泥SWCO过程释放的反应热Q为68.00~86.47kJ/L。不足以维持反应所需的热量。是由于活性污泥总固体含量含量较低,只有1%,理想的进水总固体含量应为6~9%,COD值应为100,000~125,000mg/L。才有足够的热量维持反应连续进行。

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