水熱氧化技術(shù)

1、水熱氧化技術(shù)水熱氧化(HydrothermalOxidation-HTO)是一種非常有效的化學(xué)氧 化技術(shù)，特別適用于有毒害的和高濃度的有機(jī)的處理。水熱氧化法是 在高溫高壓下，以空氣或其它氧化劑，將(液)中溶解的和懸浮的有機(jī) 物或還原性無機(jī)物在水相氧化分解，大幅度去除COD、BOD、SS等的 方法。反應(yīng)在熱水相中進(jìn)行是這類方法的特征。1水熱氧化機(jī)理當(dāng)反應(yīng)溫度和壓力在低于水的臨界點(diǎn)(Te=374. 3C，Pc=22. 05MPa) 時(shí)，稱為濕式氧化法。當(dāng)反應(yīng)的溫度和壓力超過水的臨界點(diǎn)時(shí)，稱為 超臨界水氧化法，其最典型的操作條件是溫度t： 400-600C，壓力： 2540MPa，反應(yīng)時(shí)間為幾分鐘甚

2、至數(shù)秒鐘。1.1濕式氧化法濕式氧化法最早來源于濕式空氣氧化法，濕式空氣氧化法(WAO)是 在高溫和高壓下，以空氣或純氧為氧化劑將有機(jī)污染物按濕式燃燒原 理氧化分解為無機(jī)物或小分子的有機(jī)物的化學(xué)過程。對于濕式氧化原 理，目前大多數(shù)學(xué)者偏向于濕式氧化反應(yīng)屬于自由基反應(yīng)學(xué)說，濕式 氧化反應(yīng)屬于自由基反應(yīng)，經(jīng)歷誘導(dǎo)期、增殖期、退化期及結(jié)束期4第1頁個(gè)階段。在誘導(dǎo)期，分子氧與有機(jī)物反應(yīng)形成烴基自由基(R-);在增 殖期，烴基自由基繼續(xù)與分子氧反應(yīng)，產(chǎn)生的酯基自由基(ROO-)還可 以與有機(jī)物作用生成低分子酸和羥基自由基(OH)；在退化期，低分子 酸分解形成醚基自由基(RO)、羥基自由基(OH)以及烴基自

3、由基(R)， 羥基自由基有強(qiáng)氧化性，再去氧化有機(jī)污染物；在結(jié)束期，自由基之 間結(jié)合能量湮滅反應(yīng)停止。1.2超臨界水氧化超臨界水氧化的主要原理是利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)來氧化分解 有機(jī)物，其過程類似于濕式氧化，超臨界水氧化與濕式氧化最大的不 同是：前者氧化分解有機(jī)物是在超過水的臨界點(diǎn)的更高溫度和更高壓 力下進(jìn)行的。超臨界水的特性使有機(jī)物、氧化劑、水形成均一的相， 克服了相間的物質(zhì)傳輸阻力，使原本發(fā)生在液相或固相有機(jī)物和氣相 氧氣之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化在單相進(jìn)行。由于高溫高壓大大提高了有機(jī) 物的氧化速率，因此在數(shù)秒內(nèi)就能達(dá)到對有機(jī)成分極高的破壞率，并 且反應(yīng)徹底完全，碳?xì)浠衔镅趸a(chǎn)物為CO2和H2O

4、,雜核原子轉(zhuǎn) 化為無機(jī)化合物，通常成為酸鹽或高氧化狀態(tài)的氧化物，而這些物質(zhì) 可與其它存在于進(jìn)料中的不希望得到的無機(jī)物一道沉積下來。磷轉(zhuǎn)化 為磷酸鹽，硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，氮轉(zhuǎn)化為N2或N2O。由于相對較低的 反應(yīng)溫度(比較焚燒而言)，所以不會(huì)有NOX或SO2形成。另外，超臨 界水氧化在某種程度上類似于有機(jī)燃料的簡單燃燒，屬放熱反應(yīng)。在第2頁進(jìn)料具有適宜的有機(jī)含量的前提下，只要啟動(dòng)所需的外界能量輸入, 整個(gè)反應(yīng)就可由自身維持進(jìn)行。2應(yīng)用實(shí)例2.1處理高濃度乳化:WenweiT等研究原始COD為48000mg / L情況 下，COD去除率為86. 4%,后接生化處理即可達(dá)標(biāo)。2.2處理農(nóng)藥廢水：馬承愚等

5、的研究表明COD去除率達(dá)98. 1%；氧 化反應(yīng)時(shí)間為300s時(shí)，其COD去除率達(dá)99. 8%。2.3處理含酚廢水：李輝等在超臨界水氧化系統(tǒng)中，以過氧化氫為氧 化劑，研究了含酚廢水的氧化作用及效果，COD去除率接近100%； 在亞臨界及超臨界條件下(T=400C500C，P=25.330.4MPa)，在很 短的停留時(shí)間內(nèi)，苯酚的去除率可達(dá)96%以上。2.4處理含油污水:趙朝成等對含油污水(COD6443483mg/L)進(jìn)行了 研究，結(jié)果表明：水熱氧化技術(shù)可有效地深度處理含油污水，使污染 物成為無毒無害的二氧化碳和水。3研究前沿第3頁同濟(jì)大學(xué)金放鳴教授目前正在應(yīng)用水熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)二氧化碳到有機(jī)物 的

6、轉(zhuǎn)化，并且還可以將將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成礦物。對不同有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化 需要設(shè)定不同的高溫高壓環(huán)境，一般來說，攝氏200400度的條件 下就能將秸稈變成醋酸、甲酸或乳酸。通過水熱反應(yīng)，生物質(zhì)還可被 轉(zhuǎn)化成能直接利用的礦物，如煤炭。金教授表示，從宏觀上看，水熱 反應(yīng)制取有望實(shí)現(xiàn)地球上碳資源的和諧循環(huán)。用人工合成的辦法，把 生物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為礦物能源，并把排放的碳收集起來，快速返還成生 物質(zhì)，這就有望恢復(fù)地球碳資源的和諧循環(huán)。業(yè)廢水中的主要污染物是高濃度難降解的有機(jī)物，它們都是一些有 毒物質(zhì)，傳統(tǒng)的處理方法是將有機(jī)物處理掉，將其轉(zhuǎn)化成二氧化碳和 水，或是礦化、過濾掉。但這種有機(jī)物也是一種資源。從機(jī)理上說， 我們可以通過控制反應(yīng)，使這些高濃度難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成我們需 要的資源，轉(zhuǎn)化成工業(yè)原料或煤炭等礦物能源。據(jù)金教授介紹，在實(shí)驗(yàn)室條件下，她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)做到將工業(yè)排放廢 水中的高濃度難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成化工原料，如一些低級(jí)脂肪酸等。 現(xiàn)在雖然還沒有轉(zhuǎn)化出成品煤，但也有了研究思路。如果研究費(fèi)用充 裕、各種實(shí)驗(yàn)進(jìn)展較順利，大概兩三年時(shí)間就可以將這一技術(shù)大規(guī)