2022《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还原性无机物在水相氧化分解大幅度去除COD、BOD、SS等的方法。反应在热水相中进行是这类方法的特征。1水热氧化机理当反应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。当反应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反应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应属于自由基反应学说湿式氧化反应属于自由基反应经历诱导期、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应形成烃基自由基(R·)；在增殖期烃基自由基继续与分子氧反应产生的酯基自由基(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应停止。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应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应转化在单相进行。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达到对有机成分极高的破坏率并且反应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。由于相对较低的反应温度(比较焚烧而言)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应。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应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：马承愚等的研究表明COD去除率达98．1％；氧化反应时间为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)进行了研究结果表明：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应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。通过水热反应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应制取有望实现地球上碳资源的和谐循环。用人工合成的办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应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