2023年《安全环境环保技术》之水热氧化技术.docx

水热氧化技术         水热氧化(HydrothermalOxidation-HTO)是一种非常有效的化学氧化技术，特别适用于有毒害的和高浓度的有机的处理。水热氧化法是在高温高压下，以空气或其它氧化剂，将(液)中溶解的和悬浮的有机物或复原性无机物在水相氧化分解，大幅度去除COD、BOD、SS等的方法。反响在热水相中进行是这类方法的特征。         1水热氧化机理         当反响温度和压力在低于水的临界点(Te=374．3℃，Pc=22．05MPa)时，称为湿式氧化法。当反响的温度和压力超过水的临界点时，称为超临界水氧化法，其最典型的操作条件是温度t：400—600℃，压力：25—40MPa，反响时间为几分钟甚至数秒钟。         1.1湿式氧化法         湿式氧化法最早来源于湿式空气氧化法，湿式空气氧化法(WAO)是在高温和高压下，以空气或纯氧为氧化剂将有机污染物按湿式燃烧原理氧化分解为无机物或小分子的有机物的化学过程。对于湿式氧化原理，目前大多数学者偏向于湿式氧化反响属于自由基反响学说，湿式氧化反响属于自由基反响，经历诱导期、增殖期、退化期及结束期4个阶段。在诱导期，分子氧与有机物反响形成烃基自由基(R·)；在增殖期，烃基自由基继续与分子氧反响，产生的酯基自由基(ROO·)还可以与有机物作用生成低分子酸和羟基自由基(·OH)；在退化期，低分子酸分解形成醚基自由基(RO·)、羟基自由基(·OH)以及烃基自由基(R·)，羟基自由基有强氧化性，再去氧化有机污染物；在结束期，自由基之间结合能量湮灭反响停止。         1.2超临界水氧化         超临界水氧化的主要原理是利用超临界水作为反响介质来氧化分解有机物，其过程类似于湿式氧化，超临界水氧化与湿式氧化最大的不同是：前者氧化分解有机物是在超过水的临界点的更高温度和更高压力下进行的。超临界水的特性使有机物、氧化剂、水形成均一的相，克服了相间的物质传输阻力，使原本发生在液相或固相有机物和气相氧气之间的多相反响转化在单相进行。由于高温高压大大提高了有机物的氧化速率，因此在数秒内就能到达对有机成分极高的破坏率，并且反响彻底完全，碳氢化合物氧化产物为CO2和H2O，杂核原子转化为无机化合物，通常成为酸盐或高氧化状态的氧化物，而这些物质可与其它存在于进料中的不希望得到的无机物一道沉积下来。磷转化为磷酸盐，硫转化为硫酸盐，氮转化为N2或N2O。由于相对较低的反响温度(比较燃烧而言)，所以不会有NOX或SO2形成。另外，超临界水氧化在某种程度上类似于有机燃料的简单燃烧，属放热反响。在进料具有适宜的有机含量的前提下，只要启动所需的外界能量输入，整个反响就可由自身维持进行。         2应用实例         2.1处理高浓度乳化：WenweiT等研究原始COD为48000mg／L情况下，COD去除率为86．4％，后接生化处理即可达标。         2.2处理农药废水：马承愚等的研究说明COD去除率达98．1％；氧化反响时间为300s时，其COD去除率达99．8％。         2.3处理含酚废水：李辉等在超临界水氧化系统中，以过氧化氢为氧化剂，研究了含酚废水的氧化作用及效果，COD去除率接近    100％；在亚临界及超临界条件下(T=400℃～500℃，P=25.3—30.4MPa)，在很短的停留时间内，苯酚的去除率可达96％以上。         2.4处理含油污水：赵朝成等对含油污水(COD644～3483mg/L)进行了研究，结果说明：水热氧化技术可有效地深度处理含油污水，使污染物成为无毒无害的二氧化碳和水。         3研究前沿         同济大学金放鸣教授目前正在应用水热反响实现二氧化碳到有机物的转化，并且还可以将将有机质转化成矿物。对不同有机物质的转化需要设定不同的高温高压环境，一般来说，摄氏200～400度的条件下就能将秸秆变成醋酸、甲酸或乳酸。通过水热反响，生物质还可被转化成能直接利用的矿物，如煤炭。金教授表示，从宏观上看，水热反响制取有望实现地球上碳资源的和谐循环。用人工合成的方法，把生物质快速转化为矿物能源，并把排放的碳收集起来，快速返还成生物质，这就有望恢复地球碳资源的和谐循环。         业废水中的主要污染物是高浓度难降解的有机物，它们都是一些有毒物质，传统的处理方法是将有机物处理掉，将其转化成二氧化碳和水，或是矿化、过滤掉。但这种有机物也是一种资源。从机理上说，我们可以通过控制反响，使这些高浓度难降解的有机物转化成我们需要的资源，转化成工业原料或煤炭等矿物能源。         据金教授介绍，在实验室条件下，她的团队已经做到将工业排放废水中的高浓度难降解有机物转化成化工原料，如一些低级脂肪酸等。现在虽然还没有转化出成品煤，但也有了研究思路。如果研究费用充裕、各种实验进展较顺利，大概两三年时间就可以将这一技术大规模推广利用。他们要进一步研究的是，在转化设备的投入上，朝着能够工业化生产的方向去做。就是进一步完善转化过程，找到更有效的转化条件、更低的转化条件要求和更廉价的转化本钱，想方法让转化条件缓和一些。