超临界水氧化处理焦化废水实验研究_胡树枝

第31卷第4期山西化工Vol．31No．42011年8月SHANXICHEMICALINDUSTRYAug．2011收稿日期:2011-05-12作者简介:胡树枝，女，1972年出生，1996年毕业于山西矿业学院，学士学位，现主要从事化工技术管理工作。环境保护超临界水氧化处理焦化废水实验研究胡树枝(大同市煤气化总公司，山西大同037000)摘要:采用超临界水氧化法对焦化废水进行处理研究，探讨了反应温度、时间和压力等因素对废水处理效果的影响。实验结果表明，在氧气过量2倍～3倍的条件下，实验系统的压力为28MPa，反应时间为60s，反应温度为580℃，焦化废水的CODCr去除率可达99．5%以上。关键词:超临界水氧化;焦化废水;废水处理;去除率中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1004-7050(2011)04-0065-03引言焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的废水，排放量大，水质成分复杂，除了氨、氰、硫氰根等无机污染物外，还有酚、油类、萘、吡啶、喹啉、蒽等含氮、氧、硫的杂环及多环芳香族化合物。酚类化合物对一切生物都有毒害作用，可以使细胞失去活力，使蛋白质凝固，引起组织损伤、坏死，直至全身中毒;多环芳烃不仅难以生物降解，而且还是致癌物质。因此，焦化废水的大量排放对环境造成的污染程度严重，持续时间长，难以治理，对人民群众身体健康也构成了严重的威胁［1］。焦化废水通常进行分级处理，第1级处理包括隔油、过滤(或沉降)、溶剂萃取脱酚、蒸氨、黄血盐脱氰等;第2级处理包括浮选、生物脱酚、混凝沉淀等。但是，经过2级处理后废水的化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、色度等多项指标仍居高不下，常常难以达到国家允许的排放标准。超临界水氧化法(SC-WO)［2］以其高效和环保的特点引起人们的关注，该法在高压、高温的超临界条件下，以氧气(或空气中的氧)或者过氧化氢作为氧化剂，超临界水作为反应介质，使水中的有机物与氧化剂实现在超临界水中的均相氧化反应，生成无毒的二氧化碳、水及其他化合物。含氮元素的有机物被氧化成N2和N2O等无害物质;氯、硫等元素也被氧化，以无机盐的形式从超临界流体中沉积下来;超临界流体中的水经过冷却后成为清洁水，达到废水处理的目的。本实验采用超临界水氧化法处理焦化废水，探讨反应温度、时间、压力和氧气用量等因素对废水化学需氧量为考核指标的影响，为焦化生产废水的处理提供了依据。1实验部分1．1仪器及试剂HXDK-01-A型间歇式超临界水氧化装置，最高温度700℃，最大压力45MPa，石家庄环祥设备有限公司;全玻璃回流装置。氧化剂为工业氧气;焦化废水取自大同市煤气化公司原废水处理车间。1．2工艺流程超临界水氧化法处理焦化废水的工艺流程如第66页图1所示。实验水样经自然沉降滤去泥沙等杂质后，用稀碱液调节pH=8～9，与氧气分别用高压泵打入预热器中进行预热。焦化废水气化后与氧气混合，进入反应釜中。反应釜的温度由氧化反应放热和外部加热套控制，系统压力通过阀门控制。反应一定时间DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2011.04.028废水高压泵预热器反应釜冷凝器固体O2与CO2净水分离器图1超临界水氧化法工艺流程后，反应体系中的盐分大部分沉积在反应釜底，反应釜内的流体经热交换装置冷却后气液分离，在出口处收集液体进行水质分析，气体排空。1．3实验条件当水的温度和压力升高到临界点(温度374．3℃，压力22．05MPa)以上时，水就处于一种既不同于气态也不同于液态和固态的超临界状态。由超临界水氧化处理硝基苯［3］等实验知，超临界水氧化降解过程的主要因素为反应温度、控制压力、废水的停留时间和氧化剂的用量。本研究的实验条件设定为:反应温度:450℃～600℃;控制压力:22MPa～35MPa;废水停留时间:20s～120s;氧化剂用量:过量2倍～4倍;废水样初始CODCr的质量浓度为5260mg/L。重铬酸钾法(GB1941-1989)测定CODCr。以CODCr去除率表示焦化废水中有机物等氧化分解程度。2结果与讨论2．1反应温度对焦化废水CODCr去除率的影响将实验系统的压力设定为28MPa，反应时间为60s，在2倍～3倍过量氧气存在条件下，考察反应温度对焦化废水CODCr去除率的影响，结果见图2。100908070605040350%%%%%%%400%%%%%%%450%%%%%%500%%%%%%%550%%%%%600温度/%℃CODCr去除率/%％●●●●●●●图2反应温度对焦化废水CODCr去除率的影响由图2可以看出，反应温度对超临界水氧化焦化废水的影响非常显著。随着反应温度的升高，CODCr去除率明显提高。反应温度为380℃时，CODCr去除率仅为48%;反应温度升高至580℃