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(SupercriticalWaterOxidation，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。1SCWO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H0。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·+02R0O·(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2SCWO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1SCWO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。3SCWO技术的应用3．1SCWO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30399kPa，设计容积为500mL，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0～1000dmin，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24～28MPa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3．2SCWO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／MPa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3．3SCWO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40kg／h的试验厂，以丙酮为燃料，与废水按需要比例混合，H0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1Ho2作氧化剂的超临界水氧化系统的实验结果4SCWO技术的突出优点及