Utylizacja nadmiernego osadu ściekowego metodą mokrego utleniania

Artykuł zawiera streszczenie pracy doktorskiej obronionej 21.05.2004 r. w Politechnice Łódzkiej na Wydziale Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska w Katedrze Inżynierii Systemów Ochrony Środowiska. Proces mokrego utleniania należy do technik zaawansowanego utleniania w warunkach temperatury 150-350°C, podciśnieniem tlenu 1.5-16.0 MPa i odbywa się najczęściej z jednoczesnym procesem termohydrolizy. Podczas tego procesu następuje konwersja związków organicznych zawartych w masie reak-tywnej w nisko cząsteczkowe związki organiczne, wodę i CO2. W literaturze przedmiotu najczęściej nie rozdziela się obu procesów. W pracy zaproponowano nowy sposób analizy złożonego procesu mokrego utleniania nadmiernego osadu ściekowego poprzez oddzielenie termohydrolizy prowadzącej do rozdzielenia zawiesiny osadu ściekowego na hydrolizat - produkt stały i hydrolizat -produkt ciekły od zasadniczego procesu mokrego utleniania obu produktów. Wykonano badania kinetyki mokrego utleniania w różnych temperaturach obu produktów na podstawie pomiaru TOC (całkowitego węgla organicznego) w czasie procesu z zastosowaniem wysokociśnieniowego reaktora typu PARR. Jednocześnie zaproponowano równanie kinetyczne opisujące proces mokrego utleniania hydrolizatu ciekłego i stałego. Rozkład produktu ciekłego prowadzi do powstania nierozkładalnego produktu końcowego oraz gazowego, rozkład produktu stałego poprzez pośredni produkt ciekły również prowadzi do powstania produktu końcowego oraz gazowego. Otrzymane rozwiązanie równań kinetycznych opisujące zależność względnego stężenia węgla organicznego od czasu dobrze opisują wyniki doświadczalne. Na podstawie dopasowania krzywych teoretycznych do wyników eksperymentów (przy pomocy programu OriginLab Origin) wyznaczono parametry kinetyczne procesu: stałe szybkości kolejnych reakcji i energie aktywacji procesów zakładając rzędy reakcji procesów n = 1 i m = 0 względem stężenia tlenu (który występuje w procesie w ilości nadmiarowej).

---

The wet oxidation process of is one of the advanced oxidation techniques carried out at the temperature 150-350 °C and oxygen pressure 1.5-16.0 MPa. It is most often accompanied by simultaneous thermohydrolysis. In this process, organic compounds contained in the reaction mass are converted into low-molecular organic compounds, water and CO2. In literature, these two processes are most frequently not separated. The authors propose a new technique to analyse complex wet oxidation process of excess sewage sludge by separating thermohydrolysis that results in the separation of sewage sludge suspension into hydrolyzates: solid and liquid products, from the basic process of wet oxidation of the two products. Wet oxidation kinetics was studied at different temperatures of both products basing on the measurement of TOC (Total Organic Carbon) during the process with the use of a PARR high-pressure reactor. A kinetic equation that describes wet oxidation of liquid and solid hydrolyzate was proposed. Decomposition of the liquid product leads to formation of a non-degradable and gaseous final product, while degradation of the solid product - via an intermediate liquid product - leads also to formation of a final and gaseous product. Solution of the kinetic equations that describe the dependence of relative organic carbon concentration on time, is well illustrated by experimental results. On the basis of fitting theoretical curves to the experimental results with the use of the OriginLab Origin program, the following kinetic parameters of the process were determined: rate constants of subsequent reactions and energies of process activation assuming the reaction orders: n = 1 and m = 0 in relation to the concentration of oxygen which is in excess in the reaction.