[發(fā)明專利]用于難降解含氮及高鹽有機污染物的多功能型超臨界水強化氧化系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010593255.9
• 申請日: 2020-06-26
• 公開（公告）號: CN111762866A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王樹眾;李建娜;蔣卓航;李艷輝;楊健喬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發(fā)明一種用于難降解含氮及高鹽有機污染物的多功能型超臨界水強化氧化系統(tǒng)，包括氧化劑預(yù)處理單元、物料預(yù)處理單元、藥劑預(yù)處理單元、超臨界水氧化單元、供水單元以及產(chǎn)物后續(xù)處理單元。在一個超臨界水氧化系統(tǒng)中一次性耦合了反應(yīng)器內(nèi)壁面催化、非均相金屬氧化物催化、輔助助劑的共氧化、分段氧化、分段共氧化以及無機鹽的催化氧化等多種強化氧化技術(shù)，其中一項或多項強化技術(shù)的結(jié)合都可以在相對溫和的反應(yīng)條件下實現(xiàn)含氮有機污染物COD與氨氮的協(xié)同高效去除，降低了系統(tǒng)運行條件及設(shè)備的投資費用，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性與安全可靠性。同時避免了預(yù)熱器、加熱器等設(shè)備及其連接管道在預(yù)熱過程中發(fā)生的鹽結(jié)晶、沉積及堵塞現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)運行可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于難降解含氮及高鹽有機污染物的多功能型超臨界水強化氧化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來了嚴峻的環(huán)境污染問題，高濃度難降解有機廢水及污泥的年排放量持續(xù)增長，2016年，工業(yè)廢水的排放量超200億噸，市政污泥的排放量超4000萬噸，嚴重影響了生態(tài)環(huán)境的安全與人類的健康。值得注意的是，化工、石化、制藥、石油、印染等行業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有大量含氮有機物，如醫(yī)藥廢水中的磺胺類、喹諾酮類抗生素，農(nóng)藥廢水中的吡啶、喹啉、呋喃，焦化廢水中的吡啶、吲哚、酰胺，印染廢水中的吡啶、苯胺、硝基苯等。此外，城市污水、城市污泥中也含有大量蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮化合物。在廢水及污泥的處理過程中，含氮化合物一直是國家嚴格控制的污染物，大多數(shù)的含氮有機物都具有毒性，尤其是對人類血液系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，長期與含氮有機物接觸會引起癌癥，還可導(dǎo)致人體急性中毒甚至死亡，因此，含氮有機廢物必須經(jīng)過妥善處理后才可排放。

目前常用于降解含氮有機廢物的方法主要有物化法、生化法以及高級氧化法。物化法通常只適用于低濃度含氮有機廢水，且一般作為其他方法的預(yù)處理。由于含氮有機物的毒性高、可生化性差，微生物易中毒，生化法的應(yīng)用也受到一定的限制。傳統(tǒng)的高級氧化技術(shù)如化學(xué)氧化法及濕式氧化法存在處理效率低、運行時間長、處理費用高且會產(chǎn)生毒性更強的副產(chǎn)物等缺點。此外，焚燒法雖然可在一定程度上實現(xiàn)含氮有機危廢的減容減量，但對于含氮雜原子的有機物，焚燒過程中極易產(chǎn)生NOx等二次污染，產(chǎn)生的含有重金屬離子的飛灰還需進一步填埋，而填埋并不能從根本上銷毀有害成分，由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液嚴重污染地表水和地下水。

超臨界水氧化技術(shù)(supercritical water oxidation,SCWO)由上世紀80年代麻省理工學(xué)院Modell教授提出，是一種新型的有機廢物處理技術(shù)。其利用水在超臨界狀態(tài)下(溫度＞374.1℃，壓力＞22.1MPa)低介電常數(shù)、低粘度、高擴散性等的特殊性質(zhì)，將超臨界水作為反應(yīng)媒介，使有機物和氧氣完全溶解在超臨界水中并發(fā)生均相、快速、高效的氧化反應(yīng)，有機物中的C、H元素分別轉(zhuǎn)化成無害化的CO₂、H₂O小分子物質(zhì)，雜環(huán)原子Cl、S和P等分別轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的無機酸或鹽，重金屬礦化成穩(wěn)定固相存在殘渣中。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，其具有反應(yīng)快速性(小于2min)、高效性(去除率大于99％)、無二次污染、能實現(xiàn)系統(tǒng)自熱、高經(jīng)濟性等技術(shù)優(yōu)點。

但利用超臨界水氧化技術(shù)處理難降解含氮及高鹽有機污染物時，還存在一些問題：

(1)在典型SCWO反應(yīng)條件下(400～600℃，24～28MPa)，盡管此時含氮有機物的COD去除率可達99％以上，但有機氮大部分轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物氨氮，氨氮雖然結(jié)構(gòu)簡單，但其進一步降解卻是含氮有機物SCWO過程中的速率決定步驟。大量學(xué)者研究表明，氨氮在低于525℃時不會被氧化，即使將反應(yīng)溫度提高到650℃，氨氮的去除率也僅有10.9％。要進一步實現(xiàn)氨氮的有效降解，需要更高的反應(yīng)溫度(＞650℃)、更高的反應(yīng)壓力(27～30MPa)和更長的停留時間(＞10min)，反應(yīng)條件極其苛刻，而高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境無疑會增大對反應(yīng)器材料耐高溫耐腐蝕的性能要求，長的停留時間也會進一步增加反應(yīng)器的尺寸，如果結(jié)合后續(xù)的蒸氨處理工藝，無疑會進一步增大SCWO反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備投資，從而降低了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性與安全可靠性。