Utylisation of excess sewage sludge by the wet oxidation method

• Autorzy: Mucha J.

Warianty tytułu

PL

Utylizacja nadmiernego osadu ściekowego metodą mokrego utleniania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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).

Słowa kluczowe

PL

utylizacja osadów; osady ściekowe; mokre utlenianie

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Inżynieria Chemiczna i Procesowa / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2006
• Tom: Z. 30
• Strony: 93--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Mucha J.

Bibliografia

• [1] Strehlenert R.W. Swedish Patent. 34. 941. 1911, US Patent 1, 149, 420, 1915.
• [2] Zimmermann F.J.: New Waste Disposal Process., Chem. Eng., 1958, 25, 117-120.
• [3] SeilerG.S.: Sludge Manage, 1987, 17, 100.
• [4] Devlin H.R., Harris Iestyn J.: Mechanism of the Oxidation of Aqueous Phenol with Dissolved Oxygen., Ind. Eng. Chem. Fundam., 1984, 23, 387-392.
• [5] Debellefontaine H., Chakchouk M., Foussard J.N., Tisso D., Striolo P.: Treatment of Organic Aqueous Wastes, Wet Air Oxidation and Wet Peroxide Oxidation., Environ. Pollut., 1996, 92, 2, 155-164.
• [6] Debellefontaine H., Crispel S., Reilhac P., Perie F., Foussard J.N.: Wet air oxidation (WAO) for treatment of industrial wastewater and domestic sludge. Design of bubble column reactors. Chem. Eng. Sci., 1999, 54, 4953-4959.
• [7] Duprez D., Delanoe F., Barbier Jr J., Isnard P., Blanchard G.: Catalytic oxidation of organic compouns in aqueous media. Catalysis Today. 1996, 29, 317-322.
• [8] Khan Y., Anderson G.K., Elliott D.J., Wet oxidation of activated sludge. Water Research., 1999, 33/7, 1681-1687.
• [9] Schmidt A.S., Thomsen A.B.: Optimization of Wet Oxidation Pretreatment of Wheat Straw, Bioresource Technology, 1998, 64/2, 139-151.
• [10] Joglekar H.S., Samant S.D., Joshi J.B.: Kinetics of Wet Oxidation of Phenol and Substituted Phenols., Water Res., 1991, 25, 2. 135-145.
• [11] Łuck F.: Wet air oxidation, past, present and future. Catalysis Today, 1999, 53, 81-91.
• [12] Mucha J., Zarzycki R., Imbierowicz M.: Zastosowanie Katalizatorów Miedziowych i Manganowych do Mokrego Utleniania Nadmiernych Osadów Ściekowych, Cieplne Maszyny Przepływowe, 2001, 120, 139-150.
• [13] Mucha J., Zarzycki R., Imbierowicz M.: Porównanie skuteczności mokrego utleniania nadmiernych osadów ściekowych z oczyszczalni regionu łódzkiego, Inżynieria i Ochrona Środowiska. 2002. 5. 3-4. 245-251.
• [14] Li L., Chen P., Gloyna E.F.: Generalized kinetic model for wet oxidation of organic compounds, AIChe Journal, 1991, 37, 11, 1687-1697.
• [15] Zhang Q., Chuang K.T.: Lumped kinetic model for catalytic wet oxidation of organic compound in industrial wastewater. AIChE Journal, 1999, 45, 1, 145-150.
• [16] Mucha J.: Utylizacja nadmiernego osadu ściekowego metodą mokrego utleniania, Praca doktorska. Politechnika Łódzka. Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, 2004.
• [17] Zarzycki R., Imbierowicz M., Zawadzka A.: Badanie efektywności mokrego utleniania nadmiernego osadu czynnego. Materiały konferencyjne IV Międzynarodowej Konferencji Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód. Kraków. 2000.
• [18] Mucha J., Urbaniak M.: Kinetyka procesu mokrego utleniania nadmiernego osadu ściekowego po wstępnej termohydrolizie. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2005.