超临界水氧化技术在污水处理中的应用

生 产 与 环 境 编辑 倪桂 才 超_ 姜中堂 肖利萍 (辽宁工程技术大学，辽宁阜新 123000) 摘 要：介绍 了超临界水氧化的反应机理、工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 及其在污水处理领域的应用现状、突出优点 ，同时指出了 这种新型污水处理技术存在的问题和发展方向。 关键词：超临界水；超临界水氧化技术；污水处理 超临界水是指当气压和温度达到～定值时 ，因高温而 膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好 相同时的水。超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation， SCWO)技术是由美国 MIT(麻省理工学院)的Modeil教授 在 20世纪 80年代提出的【11，它是以超临界水为介质，均相 氧化分解有机物，将有机碳转化成 co2，硫 、磷和氮原子分 别转化成硫酸盐、磷酸盐、硝酸根和亚硝酸根离子或氮气 。 1 SCWO 反应机理 超临界水具有极强的氧化能力，将需要处理的物质置 人超临界水中，充人氧和过氧化氢，这种物质就会被氧化 和水解。 一 般情况下，0：和 H 0。通过两种机理引发链反应。 RH+02一R-+HO2· (1) RH+H02~— R·+H202 (2) H202+M一2HO·+M (3) M为均质或非均质介质。羟基 (HO·)具有很高的活 性，几乎能与所有的含氢化合物反应。 RH十HO·_÷R·+H20 (4) 以上各步反应过程中所产生的自由基 (R·)能和氧气 作用生成过氧化 自由基，并进一步获取氢原子生成过氧化 物。 R·+02 R0O· (5) RO0·+RH—+R00H+R· (6) 过氧化物不稳定，很快分解，直至生成小分子的甲酸、 乙酸等，再经 自由基氧化最终转化为 CO 和 H20。 目 2009年第9卷第11期 污水 2 SCWO 工艺流 程 超临界水氧化技术反应器有连续式和间歇式 2种，常 用连续式设备。Modell提出的连续式超临界水氧化法废水 处理工艺流程如图 1所示。 废物 氧化剂 图 1 SCWO 工 艺流程 SCWO工艺主要分为 7个步骤 ：进料制备及加压，预 热，反应，盐的形成和分离、淬冷，冷却和能量 ／热循环，减 压和相分离 ，流出水的清洁。 3 SCWO 技术的应用 3．1 SCWO技术处理含油废水 赵朝成 ，赵东风等人[21(石油大学环境保护科学研究 所)超临界水氧化技术处理含油污水的实验装置见图 2。 实验装置的核心部分是一个由不锈钢制作的带电磁搅拌 的高压反应器 ，设计最高温度 525℃，最高压力 30 399 kPa，设计容积为 500 mL，选用智能型控制器控制温度、搅 拌器速度、加热功率，搅拌器调速范围为 0～1 000 dmin，通 过压力表和放空阀控制压力。 利用该实验装置进行了处理含油污水的实验研究，考 察了 COD脱除率的主要影响因素，得出以下结论：SCWO 技术可以有效地深度处理含油污水 ，使之生成无毒 、无害 的水和二氧化碳等 ；随着反应时问的增加 ，COD的脱除趋 收稿 日期 ：2009-07—22 作者简介：姜中堂，辽宁工程技术大学建筑与工程学院 市政工程专业2007级硕士研究生，主要研究方 ．口为尊雩 水处理技术。 姜中堂，等．超I临界水氧化技术在污水处理中的应用 生 产 与 环 境 于完全 ；除临界点附近外 ，COD脱除率随温度升高而增 大；反应压力对 COD脱除率影响较小，反应压力在 24～28 MPa较为合适；在过量氧气存在下 ，COD浓度对其脱除率 没有明显影响。 图 2 买验 装置示意 1一压力表；2一反应产物冷凝器；3一液体样品收集器； 4一控制系统；5一带电磁反应搅拌器 ；6一手动高压计量 泵；7一污水罐；8一氧气瓶；9一氮气瓶 3．2 SCWO技术处理油田含油污泥 荆 国林 等人 [31(大庆石油 学院化学 化工学 院 )用 SCWO技术处理油田含油污泥的实验装置包括加热器 、 反应器 、分离器等主要设备。实验前用氮气对系统进行 吹扫，排出装置内的空气 ，氧化剂选用 H20 ，反应器中装 有含油污泥。实验考察了反应停留时间、反应温度、反应 压力和 pH值等工艺参数对含油污泥中原油去除率的影 响。实验结果见图 3。 实验结果表明，超临界水中的氧化反应能有效去除含 油污泥中的原油，去除率可达 95％，反应停留时间、反应温 度 、反应压力是影响含油污泥中原油去除率的重要因素 ， 随反应温度、反应停 留时间和反应压力的增加 ，含油污泥 中的原油去除率增加，pH值对去除率影响不大。 冰 褂 曩 褂 曩 隧 。。 ∞ 反应压力 ／MP a 反应温度 ／ ⋯ ⋯ (a) (b) (c) (d) 图3 各影响因素对含油污泥原油去除率的影响 3．3 SCWO技术处理废水中的硝化甘油和硝基二甘醇 v．I．Anikeev等人『41(俄罗斯新西伯利亚州催化研究 所和俄罗斯和联邦研究与生产中心 )利用超临界水氧化 技术处理含硝化甘油和硝基二甘醇的废水 。通过理论研 究 ，建立 了连续式管反应器容量为 40 kg／h的试验厂，以 丙酮为燃料 ，与废水按需要比例混合 ，H 0 作为氧气来 源，试验结果见表 1。 由表 1的数据可以看 出，当反应器温度超过 650~C 时，氮化物的去除效率超过 99．9％，说明该系统处理含氮 化合物的废水有很高的效率。 表 1 H o2作氧化剂的超临界水氧化系统的实验结果 4 SCWO技术的突出优点及存在的问题 4．1 SCWO技术的突出优点 通过实验研究和查阅文献 ，总结出超临界水氧化技术 具有以下优点。 a)反应速度快 、氧化分解彻底 。在一定温度和压力 下，几乎所有的有机物只需几秒至几分钟反应时间就可彻 底氧化分解，去除率可达 99％以上。 b)盐类与其它无机组分在超临界水中的溶解度很 低，以结晶形式析出。 c)选择性好 。通过调节温度与压力 ，改变其对有 机污染物的溶解性能 ，达到选择性控制反应产物的 目 的 。 d)当废水中的有机物质量分数大于 2％时 ，就可以依 靠反应过程中自身的氧化放热来维持反应所需的温度 ，节 约能源。 e)处理装置完全封闭，无二次污染。 f)适用范围广，可以用于处理多种有毒废水，有机废 水(如酚、多氯联苯等 )、污水处理的剩余污泥等。 SAFETY HEALTH&ENVIRONMENT @ 生 产 与 环 境 4．2 SCWO技术存在的问题 a)设备的腐蚀问题。SCWO是在高温、高压的强氧化 环境 中进行反应 ，在这种苛刻 的条件下 ，反应器材质 的 腐蚀将不可避免 ，尤其是在处理含硫 、磷和氯 的有机物 时，腐蚀将变得更加严重。 b)盐沉积问题 。大部分盐在低密度的超I临界水中溶 解度很低(典型为 1～100 rag／L)。当亚临界溶液被迅速加 热到超临界温度时 ，由于盐 的溶解度大幅度降低 ，将有 大量沉淀析出 ，沉积 的盐会 引起反应器堵塞 ，从而导致 无法正常操作。 e)建设费用和运行费用偏高 。SCWO法需要在高 温、高压的强氧化环境中进行反应 ，所以反应需要耐高 温、高压设备，设备基建投资及运行所需要的费用较高。 d)SCWO是一个放热反应 ，如何高效回收热能也是 工业化必须解决的问题。解决好这一问题 ，可降低成本 ， 有利于技术推广。 5 SCWO技术的发展方向 针对超临界水氧化技术的不足 ，可以通过研制新型 的耐压耐腐蚀材料 ，优化反应器 ，以及改善加压 、降压过 程来部分改善腐蚀。另外 ，也可以通过加入催化剂或更 强的氧化剂 (H20 和 HNO，)，降低超临界反应的压力和 温度 ，从而减弱对反应器的腐蚀。盐沉积问题可以通过 向反应器中加入某种盐与反应器中生成的易沉积的盐 共熔，形成的混合物的熔点低于反应器内的温度，从而 保持流体状态 ，避免了反应器的堵塞。随着 SCWO技术 研究 的深入和科学技术的发展 ，催化剂和高温 、高压条 件下耐腐蚀新材料的开发，以及工艺系统的优化设计会 使 SCWO技术 的优势更加明显 ，所需的运行费用也将会 (上接第23页) Application Research in HSE Integrated Performance Management of Western Pipeline Engineering Guo Chen，LiJian，JiaYonghHa，LinYang (CNPC Western Pipeline Company Ltd，Xinjiang， Urumqi，730012) @ 2009年第9卷第11期 大大降低。 6 结语 SCWO技术应用于环境保护是一个新的研究方向，因 其对污水处理具有快速、高效等特点 ，在污水处理领域应 用越来越广 ，可适合多种污水的处理，是一种非常有前途 的污水处理技术 ，在环保领域将会发挥更大的作用。 7 参考文献 1 Mod ell M．Processing methods for the oxidation of organic in supercritieal water[P]．U．s．Patent．1982 2 赵朝成，赵东风．超临界水氧化技术处理含油污水研究 [J]． 干旱环境监测 ，2001，15(1) 3 荆国林 ，霍维晶 ，崔宝臣．超I临界水氧化处理油田含油污泥 [J]．西南石油大学学报 ，2008，3O(1) 4 V．I．Anikeev，N．S．Belobrov，R．N．Piterkin，et a1．Results of testing the plant for supercritical water oxidation of nitroglycerin and diethylene glycol dinitrate[J1．Ind．Eng．Chem．Res，2006，(45) Application of Supercritical Water Oxidation Technology on Sewage Treatment Jiang Zhongtang，Xiao Liping (Liaoning Technical University，Liaoning，Fuxin，123000) Abstract：This paper is introduced reaction theory of supercrifieal water oxidation (scwo)，its process，its current application on sewage treatment and its advantages．It also points out the problems and development of supereritical water oxidation Key words：supereritieal water，SCWO technology，sewage tre栅 ent 0 Abstract：This paper analyzes the existing problems of HSE performan ce man agement in our pipeline engi—— neering project．Combined with PMT-PMC-EPC mode． it discusses the building of HSE integrated management system an d its application using perform ance manage— ment theory． Key words：pipeline engineering,HSE man agement, performance management 0