杜 琳, 王增長(zhǎng)

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山西 太原 030024)

0 引 言

目前，我國(guó)焦炭行業(yè)發(fā)展迅速，在產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了重大的環(huán)境問(wèn)題，煉焦、制氣過(guò)程中產(chǎn)生的焦化廢水水質(zhì)成分復(fù)雜.其無(wú)機(jī)物污染主要是氨氮、氰、硫氰的化合物，而有機(jī)污染物主要是酚、油類(lèi)、萘、吡啶、喹啉、蒽的多環(huán)和雜環(huán)芳烴等，屬于較難生化處理的高濃度工業(yè)有機(jī)廢水，其處理一直是國(guó)內(nèi)外污水處理的重點(diǎn)和難點(diǎn).

超臨界水氧化法(SCWO)是20世紀(jì)80年代中期由美國(guó)學(xué)者M(jìn)odell提出的一種新型水處理技術(shù)[1-4]，適用于處理有毒害和高濃度的有機(jī)廢水.在超臨界條件下(Tc>374 ℃，Pc>22.0 MPa)，水成為具有高擴(kuò)散性和優(yōu)良傳遞特性的非極性介質(zhì)，非極性的有機(jī)物和氣體能和水形成均相體系，即SCWO反應(yīng)為均相反應(yīng)，此種情況下，無(wú)相間傳質(zhì)、傳熱阻力，從而可提高反應(yīng)速度.在一定溫度、壓力下，幾乎所有的有機(jī)物在幾秒至幾分鐘時(shí)間內(nèi)都可徹底氧化分解，大大縮短了廢水處理的時(shí)間，處理裝置全封閉，節(jié)約空間且無(wú)二次污染.

圖1 超臨界水氧化裝置流程簡(jiǎn)圖

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

超臨界水氧化反應(yīng)裝置流程圖如圖1所示，反應(yīng)器由φ6×2 mm的316L不銹鋼管繞制而成，總體積為10 mL，最高設(shè)計(jì)溫度為600 ℃；高壓柱塞泵的最高壓力為35 MPa，流量連續(xù)且可調(diào)，最大流量為1 L/h.

用高壓柱塞泵按一定比例分別進(jìn)廢水和氧化劑，由預(yù)熱器預(yù)熱，混合由除鹽裝置除鹽以后，在反應(yīng)器中反應(yīng)，經(jīng)過(guò)冷卻、減壓裝置、氣液分離后取液體待測(cè).

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)采用的氧化劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫溶液，采用某焦化廠(chǎng)的焦化廢水，以其中的4種污染物(COD、氨氮、氰化物、硫氰化物)為研究對(duì)象，其水質(zhì)指標(biāo)如表1所示.

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度為400～550 ℃，壓力為24～30 MPa，過(guò)氧倍數(shù)為1～3倍，停留時(shí)間為40 s.

表1 某焦化廠(chǎng)廢水水質(zhì)指標(biāo)(mg/L,pH除外)

表2 國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值(mg/L,pH除外)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本套超臨界水氧化實(shí)驗(yàn)裝置建成后，采用上述焦化廠(chǎng)的焦化廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)降解率的影響

實(shí)驗(yàn)表明，SCWO對(duì)焦化廢水中的COD、氨氮、氰化物、硫氰化物都有一定的去除效果.圖2所示為在400～500 ℃、停留時(shí)間為40 s、系統(tǒng)壓力為30 MPa、過(guò)氧倍數(shù)2.5倍的條件下溫度與去除效率的關(guān)系.在500 ℃，30 MPa，停留時(shí)間40 s，SCN去除率達(dá)到了90%，CN去除率達(dá)到了98.24%，均可達(dá)標(biāo)排放.溫度對(duì)SCN的去除率影響較大，升高溫度可大大增加硫氰化物的去除率，溫度達(dá)到460 ℃以后趨于穩(wěn)定； CN的去除受溫度影響不大，在較低溫度時(shí)氰化物的去除率達(dá)到了91%以上.

在400～500 ℃的范圍內(nèi)，COD去除率不高，氨氮去除率很低，出水的COD、氨氮濃度均達(dá)不到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值(表2).許多研究者研究發(fā)現(xiàn)，在SCWO反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)COD、氨氮的影響主要是反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間，增加COD與氨氮的去除率，最好的方法是通過(guò)提高溫度和壓力來(lái)解決[5,6].

進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，氧化倍數(shù)為2.5，停留時(shí)間為40 s的條件下， 在壓力超過(guò)24 MPa時(shí)，隨著壓力的加大，COD與氨氮的去除率增加的幅度不大；但當(dāng)壓力一定時(shí)(大于24 MPa)，溫度達(dá)到560 ℃以上，其COD的去除率才能達(dá)到99%以上；氨氮是最難處理的物質(zhì)，維持溫度在600 ℃以上，氨氮去除可達(dá)到98%，使出水的氨氮達(dá)標(biāo)排放.

3 結(jié) 論

(1)超臨界氧化裝置對(duì)焦化廢水中的COD、氨氮、氰化物、硫氰化物都有比較好的處理效果，適當(dāng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件，可使處理效果達(dá)到國(guó)家規(guī)定的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

(2)出水的色度接近于自來(lái)水的色度，效果好于傳統(tǒng)處理方法，可達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn).

(3)裝置處理效果雖好，但運(yùn)行不穩(wěn)定，容易發(fā)生腐蝕和泄露.因?yàn)榉磻?yīng)器采用材質(zhì)為316L不銹鋼，其耐腐蝕強(qiáng)度不夠，在以后的實(shí)驗(yàn)中，可采用全鎳基合金或工業(yè)純鈦?zhàn)鳛榉磻?yīng)器材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

(4)焦化廢水中COD與氨氮的去除效果好，對(duì)溫度和壓力要求很高，而高溫高壓會(huì)加劇反應(yīng)器的腐蝕速度.為了延長(zhǎng)反應(yīng)裝置的使用壽命，考慮使用催化劑以降低反應(yīng)條件，并需要進(jìn)一步探討催化劑的二次污染問(wèn)題.

參考文獻(xiàn)

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