濕式氧化處理高濃度難降解有機廢水研究

李雪

摘 要：濕式氧化法是處理高濃度難降解有機廢水的有效途徑。與其他工藝相比，其處理效果好、效率高、應(yīng)用范圍廣泛。本文將對濕式氧化法的工作原理以及工藝改進進行闡述分析，旨在為相關(guān)有機物廢水處理工作提供一定參考借鑒。

關(guān)鍵詞：濕式氧化法；有機廢水處理；改進方法

中圖分類號：TK223 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0003-01

近些年，我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，一方面促進了國民經(jīng)濟的增長，另一方面產(chǎn)生了大量有機廢物，對水體造成嚴(yán)重污染。對于無法生物降解、具有毒性的污染物而言，傳統(tǒng)的處理工藝已然無法滿足環(huán)保要求，且其處理成本過高，因而對新型有機廢水處理方法的研究勢在必行，并具有重要的現(xiàn)實意義。濕式氧化處理方法就是針對上述問題而研發(fā)的新型有機廢水處理技術(shù)。濕式氧化法，簡稱WAO，是在高溫高壓環(huán)境下，通過氧化劑將廢水中的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)樗约岸趸嫉姆椒ā?/p>

濕式氧化法起源于美國，最早應(yīng)用于造紙廢液的處理。在上世紀(jì)七十年代，濕式氧化法被廣泛應(yīng)用于城市污泥處理、造紙廢液回收、活性炭再生等領(lǐng)域。之后，因其處理效率高、時間短等優(yōu)勢，濕式氧化法被研發(fā)應(yīng)用于對有毒有害、難降解的有機廢物處理上。

1 濕式氧化法原理

濕式氧化法應(yīng)用于高溫高壓環(huán)境下（溫度一般維持在150℃～350℃，壓力在0.5MPa～20MPa左右），將氧氣或者空氣作為氧化劑，對廢水中的有機物以及還原態(tài)的無機物進行降解處理。通常況下，氧的溶解度與溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是在溫度大于150℃以后，情況發(fā)生逆轉(zhuǎn)，氧的溶解度與溫度正相關(guān)，并且氧在水中的傳質(zhì)系數(shù)也隨溫度的升高而增加。因而，在高溫條件下，氧的上述特征對于氧化反應(yīng)具有一定的促進作用。

濕式氧化反應(yīng)也被稱為自由基反應(yīng)，主要包括四個階段，分別為誘導(dǎo)期、增值期、退化期、結(jié)束期。具體反應(yīng)式如下。

1.1 誘導(dǎo)期

RH+O2→R·+HOO· 2RH+O2→2R·+H2O2

1.2 增值期

R·+O2→ROO· ROO·+RH→ROOH+R

1.3 退化期

ROOH→ROO·+HO· ROOH→R·+RO·+H2O

1.4 結(jié)束期

R·+R→R-R ROO·+R·→ROOR

ROO·+ROO→ROH+R1COR2+O2

由上述四個反應(yīng)階段可以看出，自由基ROO·，HO·，RO·等可與有機物HR發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，生成低分子酸及二氧化碳。且氧化反應(yīng)所占的比重較高，在高溫高壓條件，也伴隨熱解、水解、聚合等一系列其它反應(yīng)類型。有機物的氧化反應(yīng)模型如圖1所示。其中，A—初始有機物及不穩(wěn)定中間產(chǎn)物；B—穩(wěn)定中間產(chǎn)物；C—氧化反應(yīng)產(chǎn)物。一般由A到C的反應(yīng)活化能范圍維持在54kJ/mol～78kJ/mol之間。

2 濕式氧化法的改進

與其它工藝相比較，濕式氧化法的處理效果更佳、處理時間更快、應(yīng)用領(lǐng)域更廣，因此其拓展應(yīng)用較為迅速。然而，在實踐應(yīng)用過程中，傳統(tǒng)的濕式氧化法也存在一定弊端。比如說，其所需反應(yīng)溫度以及壓力較高，只能用于處理濃度高且流量不大的廢水；對于多氯聯(lián)苯、低級梭酸等有機物的處理效果并不理想；有時生成的中間產(chǎn)物要比原始產(chǎn)物的毒性還要大。

為解決以上問題，相關(guān)人員對濕式氧化法進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了新型催化濕式氧化以及濕式過氧化物氧化等有機廢水處理方式。上世界80年代，美國專家還研發(fā)了能夠徹底處理有機、難降解物質(zhì)的超臨界水氧化技術(shù)。

2.1 催化濕式氧化

催化濕式氧化法，簡稱CWAO，是通過添加催化劑的方式，降低氧化條件，加速氧化過程的方式。催化劑具有降低活化能，改變部分反應(yīng)歷程的作用。

按照狀態(tài)不同，催化劑主要有均相催化劑以及非均相催化劑兩類，與之對應(yīng)的催化濕式氧化反應(yīng)分別為均相催化濕式氧化、非均相催化濕式氧化。前者主要是在溶液中添加可溶性催化劑，進而以分子或者離子形式加快氧化反應(yīng)，其反應(yīng)溫度溫和、反應(yīng)性能專一，然而因為均相催化劑可溶解，因而為了避免造成再污染的現(xiàn)象，應(yīng)采取相應(yīng)措施對催化劑進行回收處理。后處理工序使氧化工藝流程更為復(fù)雜化，并且增加了水處理成本。而非均相催化劑多為固態(tài)，易與溶液分離，因而其操作流程比較簡便。所以，實踐應(yīng)用中，提高催化劑的活性以及穩(wěn)定性是提高催化濕式氧化技術(shù)水平的核心內(nèi)容。

2.2 超臨界水氧化法

超臨界水氧化技術(shù)，簡稱SCWO，起源于美國，具有徹底分解廢水中有機物的特點。如圖2所示，一般情況下，水主要氣態(tài)、液體以及固態(tài)三種存在形式。但是當(dāng)溫度以及壓力處于臨界狀態(tài)，即溫度達到647K，壓力達到22.MPa時，水的狀態(tài)便會發(fā)生改變，成為一種超臨界流體。與氣、液、固三態(tài)不同，超臨界流體的密度、粘度以及其它物理性能均發(fā)生了改變。具可靠數(shù)據(jù)表明，超臨界水可有效溶解氧氣以及有機物，特別是對于苯、己烷以及氧氣等物質(zhì)的混合比例沒有任何要求。與此同時，升高溫度會對超臨界水氧化反應(yīng)起到促進作用。另外，超臨界水氧化技術(shù)與燃燒過程具有一定程度上的相似，當(dāng)廢水中需要被氧化的還原性物質(zhì)的含量在2000mg/L以上時，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量也足以維持整個反應(yīng)過程，而并不需再借助其他外界能量。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，有機污染物的數(shù)量逐年增加，并通過各種方式流入水體之中，對動植物以及人體造成極大傷害。因而，加大對有機廢水的研究力度，改進水處理技術(shù)是十分必要的，且迫在眉睫。濕式氧化法是處理有毒有害、難降解廢水的有效途徑。濕式氧化法是在高溫高壓條件下，將氧氣或者空氣作為氧化劑，對溶液中的有機物以及還原態(tài)的無機物進行降解處理的技術(shù)，具有處理效果好、處理效率高、經(jīng)濟環(huán)保性能強等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于高濃度、難降解的有機廢水處理領(lǐng)域。

參考文獻

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