超臨界水氧化技術(shù)在高濃度 難降解廢水處理中的應(yīng)用
【純水設(shè)備http://】近年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，我國(guó)對(duì)各種化工產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大。因此，大中小化工產(chǎn)品在全國(guó)各地不斷涌現(xiàn)，極大地滿足了人們對(duì)各種化工產(chǎn)品的需求。但它也帶來(lái)了大量難降解高濃度有機(jī)化工廢水純水設(shè)備，單靠生物或物理化學(xué)方法往往難以有效處理。而且，處理成本高，污染已成為亟待解決的問(wèn)題。
超臨界水氧化(sco)技術(shù)近年來(lái)已被應(yīng)用于環(huán)境污染控制。是一種新型高效處理技術(shù)，在處理各種難處理、高濃度廢水、污泥和危險(xiǎn)廢物方面取得了很大的成功。
2. 超臨界水氧化技術(shù)原理
超臨界水氧化技術(shù)(超臨界水OxidationSCWO),是一個(gè)美國(guó)學(xué)者提出上一次在1980年代中期,當(dāng)水22.1 MPa和374℃以上,其中介紹了超臨界條件下,強(qiáng)烈的物理性質(zhì)的變化,關(guān)鍵時(shí)刻氫鍵消失,水變成了類(lèi)似于中等極性溶劑,完全溶解的有機(jī)污染物在超臨界水和氣體,消除了傳質(zhì)阻力,在高溫高壓氧化反應(yīng)器中，當(dāng)一定量的氧氣進(jìn)入水中的有機(jī)污染物時(shí)，發(fā)生30~60秒的快速氧化反應(yīng)(> 99.999%)。氧化反應(yīng)是放熱的純水設(shè)備。有機(jī)污染物被氧化形成無(wú)機(jī)鹽沉淀下來(lái)，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和水。實(shí)踐證明，該工藝對(duì)有機(jī)物的總破壞效率大于99.99%+，出水COD值小于5ppm。處理后的水完全符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
典型的超臨界水氧化反應(yīng)機(jī)理是基于濕空氣氧化和氣相氧化的自由基反應(yīng)機(jī)理。
M為均勻或非均勻介質(zhì)(界面)。
3.超臨界水氧化技術(shù)的應(yīng)用
3.1在造紙廢水處理中的應(yīng)用
有研究應(yīng)用表明，造紙廢水中的有機(jī)物在反應(yīng)溫度為500℃、壓力為300MPa、停留時(shí)間為120S的超臨界條件下，可以一次性氧化降解為CO2和H2O。原水CODcr濃度為80000mg/L，最終出水為640mg/L。去除率達(dá)到99.2%，處理后的水達(dá)到循環(huán)利用要求。
3.2芳香族有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用
采用超臨界水氧化技術(shù)處理含酚廢水。結(jié)果表明，超臨界水氧化反應(yīng)可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到95%以上的脫酚率。隨著反應(yīng)溫度的升高，轉(zhuǎn)化率也隨之提高。在相同的反應(yīng)條件下，硝基苯的轉(zhuǎn)化率不如苯酚的轉(zhuǎn)化率高水處理設(shè)備。隨著反應(yīng)溫度和壓力的升高，停留時(shí)間越長(zhǎng)，去除效果越好，苯酚去除率越高。超臨界水氧化可以使苯酚的去除率在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到95%以上，而苯酚氧化的產(chǎn)量很小。采用超臨界水氧化法處理二硝基重氮酚廢水。在最佳條件下，溫度為600℃，時(shí)間不超過(guò)3min，去除率99%。通過(guò)色度去除效果為100%。連續(xù)反應(yīng)裝置可以有效地證明scwo可以處理高質(zhì)量的含苯胺廢水，小分子化合物也可以分解。
3.3 在含氮有機(jī)廢水中的應(yīng)用
在化工領(lǐng)域中，有很多含氮的有機(jī)廢物，比如尿素廢水、硝基苯廢水等，這類(lèi)廢水難以降解，而且在處理時(shí)較為困難，如果處理不達(dá)標(biāo)就進(jìn)行排放，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，處理含氮的有機(jī)廢物是環(huán)境保護(hù)的重要工作之一， 通過(guò)超臨界水氧化技術(shù)能夠快速的解決這種廢水處理問(wèn)題。在超臨界水氧化的過(guò)程中含氮的有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生氨，氨會(huì)在氧化劑的作用下形成小分子化合物純水設(shè)備，比如NO、NO2等。尿素廢水在高溫823.2K的條件下，經(jīng)過(guò)3min的反應(yīng)，有機(jī)氮的去除率能夠達(dá)到95%；硝基苯廢水在390℃高溫的條件下，經(jīng)過(guò)10min的反應(yīng)，去除率達(dá)到99%。
3.4 在含氯有機(jī)廢水中的應(yīng)用
Dioxin是含氯廢棄物中最難以降解和分解的有機(jī)物，且毒性較大，目前針對(duì)難以分解的有機(jī)廢棄物進(jìn)行了大量的研究，在近年來(lái)使用超臨界水氧化技術(shù)對(duì)此類(lèi)有機(jī)廢棄物進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)與其他的處理技術(shù)相比，能夠處理的更加徹底，并且沒(méi)有二次污染，且具有極大的經(jīng)濟(jì)性，目前已經(jīng)有很多的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始將其應(yīng)用在工業(yè)的廢水處理中。在26MPa 的壓力下，溫度為500℃的條件下，使用超臨界水氧化技術(shù)對(duì)含氯的廢棄物進(jìn)行處理，能夠達(dá)到99.55%的去除率。
3.5 在多氯聯(lián)苯廢水中的應(yīng)用
使用超臨界水氧化技術(shù)對(duì)多氯聯(lián)苯廢水進(jìn)行處理，溫度對(duì)于去除率的影響最大，當(dāng)條件超過(guò)500℃時(shí)，多氯聯(lián)苯的破壞率能夠達(dá)到99.99%以上。使用連續(xù)流系統(tǒng)對(duì)超臨界水氧化處理有機(jī)廢水進(jìn)行研究，其中有機(jī)碳的含量為33000mg/L，在有機(jī)廢水中也有很多的有害物質(zhì)，比如六氯環(huán)己烷、鄰二甲苯以及甲基乙基酮等。對(duì)此有毒的物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)溫度超過(guò)550℃時(shí)，有機(jī)碳的破壞率達(dá)到99.8%，而且所有的有機(jī)物都會(huì)轉(zhuǎn)換成無(wú)機(jī)物或者二氧化碳純水設(shè)備，對(duì)二噁英進(jìn)行超臨界水氧化處理，使用連續(xù)流系統(tǒng)水處理設(shè)備，在600℃的溫度條件下，壓力為25.6MPa下，廢水中的OCDBD 的破壞率能夠達(dá)到99.9%。
3.6 在含油有機(jī)廢水中的應(yīng)用
石油化工企業(yè)在對(duì)石油進(jìn)行精煉的過(guò)程中容易產(chǎn)生高濃度的含油有機(jī)廢水， 可以使用超臨界水氧化對(duì)含油的廢水進(jìn)行氧化降解。實(shí)驗(yàn)證明，使用超臨界水氧化對(duì)含油的廢水進(jìn)行處理，去COD 的去除率能夠達(dá)到95%以上，隨著反應(yīng)溫度以及停留時(shí)間的不斷增加，有機(jī)廢水的去除率效果越好，在處理的過(guò)程中，壓力對(duì)含油有機(jī)廢水的處理影響較小。使用超臨界水氧化對(duì)含油泥污進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究， 能夠有效的去除含油泥污中的原油，達(dá)到95%以上的去除率，隨著溫度的不斷增加，原油的去除率效果更加明顯。
3.7 其他應(yīng)用
1、城鎮(zhèn)生活污水中污泥的處理，有機(jī)污泥被完全破壞，無(wú)機(jī)物可做無(wú)害化處理，可用于混凝物或磷酸鹽的原料。
2、脫色污泥、填料回收和廢催化劑回收貴金屬。
3、生化、劇毒生化制劑的銷(xiāo)毀。
4、航天火箭、導(dǎo)彈推進(jìn)劑有毒物質(zhì)的分解。
5、清潔再生能源發(fā)電：SCWO是一個(gè)氧化放熱反應(yīng)，在處理廢水的同時(shí)，可以產(chǎn)生大量的熱蒸汽。
6、一噸COD將產(chǎn)生4,200 kwh的熱能，大約25%的這種能量可以轉(zhuǎn)換成電能，在污水污泥1干噸將生成大約1兆瓦小時(shí)的電力或3.6兆瓦小時(shí)的熱能。
7、連接超臨界發(fā)電機(jī)組即可用來(lái)發(fā)電，是一種新興的變廢為寶的清潔再生能源，受到歐美日發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視。
4.技術(shù)突破點(diǎn)
4.1 腐蝕、鹽的沉積
在處理廢水的過(guò)程中，酸、堿等都會(huì)加速超臨界水氧化處理容器的腐蝕，沒(méi)有任何一種材料在超臨界水氧化的狀態(tài)下能夠經(jīng)受住腐蝕的影響。
解決方法：改進(jìn)反應(yīng)器的材質(zhì)，使用特殊的材料進(jìn)行改進(jìn)，比如鈦-鎳合金，這種特殊的材料能夠達(dá)到一定的耐腐蝕效果，用這種耐腐蝕的合金材料作為反應(yīng)設(shè)備，能夠保證水質(zhì)的質(zhì)量；同時(shí)也可以使用陶瓷類(lèi)或者金剛石作為冷卻器的內(nèi)壁材料，還可以對(duì)反應(yīng)材料的性質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，比如將改變物料的pH值。對(duì)催化劑進(jìn)行改進(jìn)也是解決腐蝕問(wèn)題的重要方式，在氧化的過(guò)程中，材質(zhì)產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽造成的沉淀容易造成設(shè)備管道的堵塞，需要及時(shí)進(jìn)行處理，才能夠保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
4.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足
超臨界水氧化中的相平衡數(shù)據(jù)不足，無(wú)法對(duì)超臨界水氧化的中間產(chǎn)物進(jìn)行分析，只能通過(guò)推測(cè)的方法對(duì)中間反應(yīng)進(jìn)行判斷純水設(shè)備。如果數(shù)據(jù)充足的情況下，可以對(duì)中間反應(yīng)進(jìn)行控制，從而有效的解決上述中提到的腐蝕問(wèn)題或者是管道堵塞問(wèn)題。
5.展望
超臨界水氧化技術(shù)發(fā)展遭遇了一些技術(shù)挑戰(zhàn)水處理設(shè)備，主要是鹽酸、硫酸等的腐蝕和鹽類(lèi)的沉積。目前國(guó)際上對(duì)于腐蝕和鹽沉積問(wèn)題也正在逐步開(kāi)展研究，可以預(yù)見(jiàn)，隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步，利用超臨界水氧化這種潔凈、安全、節(jié)能、高效、高品質(zhì)的綠色環(huán)保技術(shù)，將是未來(lái)工業(yè)化應(yīng)用的主流之一。
上海環(huán)鉆環(huán)?？萍脊煞萦邢薰境闪⒂?span>2012年，并于2016年5月20日掛牌新三板，是國(guó)內(nèi)較早從事以污染場(chǎng)地調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和修復(fù)工程實(shí)施為核心業(yè)務(wù)的環(huán)境工程公司。環(huán)鉆環(huán)保不斷開(kāi)拓，已將業(yè)務(wù)拓展至水處理、大氣治理等領(lǐng)域，環(huán)鉆環(huán)保擁有超臨界水氧化技術(shù)，并具有利用該技術(shù)處理高濃度、難降解廢水的工程經(jīng)驗(yàn)。蘇州皙全皙全純水設(shè)備公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設(shè)備，超純水設(shè)備及純水設(shè)備，水處理設(shè)備和去離子水設(shè)備。
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