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能动学院
超临界水氧化技术处理含酚废水
来源: 日期:2014年10月17日 10:11 点击数:


项目名称:超临界水氧化技术处理含酚废水
负责人:王树众
联系电话:029-82665157
Email:szwang@mail.xjtu.edu.cn

所在学院:能动学院

1项目介绍

含酚废水主要来源于焦化、煤气、炼油和以苯酚或酚醛为原料的化工、制药等生产过程,其来源广、数量多、危害大,是各国水污染控制中列为重点解决的有毒有害废水之一。2011年,我国废水排放量约652亿吨,其中含酚废水排放量约5110万吨。

该类废水具有以下特点:

来源广:主要来自石油加工及煤化工行业,占含酚废水排放量的68%;

排放量大:以年产40亿Nm3天然气的煤气化站为例,排放的含酚煤气化废水约为770t/h;每生产1吨石油化工产品,约排放废水40m3;

难处理:污染物浓度高,COD达10000mg/L,其中酚高达7000mg/L,NH3-N达5000mg/L;成分复杂,除酚外,还含脂肪族化合物,杂环类化合物和多环芳烃;水质变化幅度大,COD变化系数达2.3;

强毒性:致畸、致癌、致突变。当酚浓度超过10mg/L时,鱼类等水生植物不能生存。该类废水已列入危废名录。

对该种废水的有效处理成为困扰水处理行业的一个难题。

超临界水氧化技术(SCWO)是一种新型高效的高浓度难降解有机废水处理技术。该技术在超临界水(温度>374℃,压力>22.2MPa)环境下,并在过量氧的参与下,有机物发生以自由基为主导的氧化反应,使废水中含碳有机物迅速彻底的氧化为二氧化碳和水,具有反应迅速、彻底、清洁环保的优点。近年来,该技术在高浓度难降解有机废水的处理中受到了越来越多的关注。研究表明,该技术对含酚5000mg/L的废水无需经预处理即可使出水酚浓度低于0.1mg/L,达到国家GB8978-1996排放标准。

2技术创新型和技术领先性

目前,含酚废水处理工艺主要为以生物法为核心的组合工艺,即预处理工艺(如氨氮吹脱、蒸氨脱酚等)-生物法-后续深度处理工艺(如高级氧化法、化学沉淀法等)。这种组合工艺虽然能最终使废水达标排放,单仍存在以下问题:

工艺流程复杂,必须有严格的预处理工段及高效的深度处理;

酚、氨浓度要求较高,进生化工段酚浓度需低于300mg/L,氨浓度低于30mg/L;

处理不彻底,生化段COD降解率仅为80%左右;

产生二次污染:每处理10000吨废水约有3~4吨污泥产生,污泥中含有PAHs、重金属等有害物质危废污泥产生,属于危险废弃物,对其的进一步处理是含酚废水常规方法处理所带来的一个难点。

SCWO处理含酚废水的工艺流程见图1。

图1 SCWO技术处理含酚废水工艺流程

该技术具有以下优势:

设置废水浓缩塔,可使废水水量降低5倍,有机物浓度提高5倍,对初始COD10000mg/L的废水可有效实现自热,降低能耗;

设置碳酸铵回收装置,SCWO产生的CO2与蒸氨塔出口的氨反应,一方面生产碳酸铵,另一方面实现SCWO出口过量O2与CO2的分离,回收O2,降低物料消耗。

处理彻底。在600℃,25MPa,氧化系数3条件下,COD、NH3-N、挥发酚出水浓度分别为13、9、0.1mg/L,可达国家一级排放标准。

3市场及效益分析

以处理500t/d煤气化含酚废水为例:SCWO系统工艺中SCWO的实际处理量为100t/d,与“蒸氨脱酚—生化—混凝”传统工艺相比,工艺投资分别为2500、1500万元;SCWG-SCWO工艺每处理1吨废水费用为20元/t,“蒸氨脱酚—生化—混凝”处理费用为40元/t。“SCWG-SCWO”与“蒸氨脱酚—生化—混凝”工艺相比,年节约365万元,3年即可收回所多出的投资费用。

含酚废水主要来源于石油化工行业和煤化工行业。以中国石化综合配套加工能力1.68亿吨为例,排放废水约67.2亿m3。采用SCWO工艺,运行费用为1344亿元,采用常规生化法的运行费用高达2688亿元。

以年产40亿Nm3天然气的煤气化站为例,排放的含酚煤气化废水约为770t/h,采用SCWO工艺,运行费用为37万元/天,年运行费用1.35亿元。采用常规生化法,处理费用为40元/t废水,运行费用74万元/天,年运行费用达2.7亿元。采用SCWO工艺较常规生化法年节约1.35亿元。十二五期间,规划煤制天然气产能达600亿Nm3/年,据此核算,废水排放量将增至11550t/h,年排放量约10116万吨。采用SCWO工艺处理废水将较常规生化法年节约20亿元。

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