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“十二五”水專項(xiàng)課題為難降解高濃度有機(jī)廢水處理提供新型關(guān)鍵技術(shù)裝備
來(lái)源:ht-66.com 發(fā)布時(shí)間:2018年11月26日
作為我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè),化工、制藥等行業(yè)在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中發(fā)揮了非常重要的作用。但由于這類行業(yè)的特殊性,每年會(huì)產(chǎn)生大量難降解高濃度廢水,特別是有機(jī)毒物廢水更是位居各行業(yè)之首。有機(jī)毒物廢水濃度高、成分復(fù)雜,而且化工反應(yīng)的分離過(guò)程往往會(huì)產(chǎn)生大量含鹽的此類廢水,造成該類廢水處理難度極大。目前國(guó)內(nèi)仍沿用傳統(tǒng)的廢水處理方法,如生化法、物理法、反滲透膜過(guò)濾法,這些方法成本高,且均不能有效處理此類廢水。隨著我國(guó)對(duì)企業(yè)排污標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,部分地區(qū)有多家化工企業(yè)因缺乏有效的廢水處理技術(shù)導(dǎo)致廢水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放,面臨整改和關(guān)停。
超臨界水氧化設(shè)備(20t/d)
要解決這些問(wèn)題,有效的廢水處理技術(shù)和裝備是關(guān)鍵。在國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)“十二五”課題《難降解高濃度有機(jī)廢水深度氧化設(shè)備開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》(2014ZX07214002)支持下,由上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司牽頭承擔(dān),上海交通大學(xué)(環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院)、寶鋼特鋼有限公司、上海老港廢棄物處置有限公司和上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司聯(lián)合參與,經(jīng)過(guò)4年多艱苦的技術(shù)攻關(guān),研發(fā)出新型難降解高濃度高毒有機(jī)廢水處理技術(shù)與裝備。
課題組攻克了超臨界水氧化技術(shù)處理高濃度高毒難降解有機(jī)廢水在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)面臨的高壓、堵塞、腐蝕、大型化和穩(wěn)定性等一系列技術(shù)難題,設(shè)備的處理能力和性能指標(biāo)目前在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上都處于較為領(lǐng)先的水平,為重污染行業(yè)中最難治理之一的化工、制藥和農(nóng)藥等高濃度高毒難降解廢水處理提供了新型關(guān)鍵技術(shù)和裝備,課題在“十二五”期間進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)示范,有效支撐了國(guó)家“水專項(xiàng)”在污水處理領(lǐng)域高尖技術(shù)的發(fā)展。
廢水處理“殺手锏”
“秒殺”有毒有機(jī)物
廢水中的有毒有機(jī)物也有“天敵”,它就是“超臨界水氧化”。我們知道,水在常溫常壓下是液態(tài),蒸發(fā)后會(huì)變成氣態(tài)。而當(dāng)溫度高于374℃,壓力大于22MPa(常壓為0.101MPa)的條件下,此時(shí)的水稱作超臨界水,兼具有氣體與液體的高擴(kuò)散性、高溶解性、高反應(yīng)活性及低表面張力等優(yōu)良特性。處于超臨界狀態(tài)的水能與有機(jī)物完全互溶,同時(shí)還可以大量溶解空氣中的氧,而無(wú)機(jī)物特別是鹽類在超臨界水中的溶解度則很低。利用超臨界水作為特殊溶劑,水中的有機(jī)物和氧氣可以在極短時(shí)間內(nèi)完成徹底的氧化反應(yīng),把有機(jī)物徹底“秒殺”。
課題研究團(tuán)隊(duì)使用的正是這種廢水處理技術(shù)。整個(gè)過(guò)程可以看成是有機(jī)物在超臨界水中的燃燒過(guò)程。反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)分離裝置進(jìn)行固、液、氣分離,轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的水、無(wú)機(jī)鹽以及二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w,并最終在生產(chǎn)和生活中得到回收利用。
課題負(fù)責(zé)人陳善平表示,該技術(shù)具有污染物去除率高、二次污染小、反應(yīng)迅速快等優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是廢水處理技術(shù)中的“殺手锏”,可以“秒殺”一切有機(jī)物,具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。超臨界水氧化技術(shù)對(duì)Fenton法、臭氧氧化等難有效降解的農(nóng)化、石油、制藥等有機(jī)廢水尤為適用。如能成功應(yīng)用于各化工、制藥行業(yè)等污水處理領(lǐng)域,可有效提升流域內(nèi)重污染行業(yè)的控源減排能力,為我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。
材料“特種兵”
解決廢水處理裝備核心難題
超臨界水氧化設(shè)備在大型工業(yè)化過(guò)程中,一個(gè)基本的問(wèn)題就是解決大型化設(shè)備對(duì)核心部件材料的問(wèn)題。高濃度有毒廢水大型化設(shè)備的核心部件的材料運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,對(duì)使用材料要求十分苛刻,要求材料同時(shí)具備高強(qiáng)度、耐高溫、高耐蝕、低成本、高安全穩(wěn)定的特性。因此,超臨界水氧化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用被認(rèn)為是一項(xiàng)“世界性難題”,國(guó)內(nèi)外在污水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的案例極少。
課題材料研究團(tuán)隊(duì)上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和寶鋼特鋼有限公司長(zhǎng)期從事高強(qiáng)度材料及耐熱耐高溫材料的相關(guān)研究,在對(duì)一些典型的高溫、耐腐蝕合金在實(shí)驗(yàn)室超臨界環(huán)境下的性能進(jìn)行全面系統(tǒng)性地模擬與評(píng)估的基礎(chǔ)上,對(duì)篩選出的合金進(jìn)行成分的優(yōu)化與改進(jìn),聯(lián)合制備出適用于超臨界水氧化設(shè)備的4種特種材料,這4種材料就像是4個(gè)特種兵,各司其職,為超臨界水氧化設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
在保證超臨界水氧化設(shè)備不同部件材料具有良好的使用壽命、穩(wěn)定安全的基礎(chǔ)上,為適應(yīng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用成本控制的需求,課題研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)超臨界設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn),構(gòu)建了超臨界水氧化設(shè)備用材料的功能化梯度式配置技術(shù),優(yōu)化并完善了超臨界水氧化設(shè)備高強(qiáng)度高溫耐蝕材料組合體系,使設(shè)備制造成本大幅度降低,并且設(shè)備整體運(yùn)行效率得到保證。
高效廢水處理“一條龍”
有效降低設(shè)備運(yùn)行成本
據(jù)介紹,課題設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單實(shí)用,運(yùn)行基本過(guò)程為廢水通過(guò)高壓泵打入換熱器,然后進(jìn)入超臨界反應(yīng)釜,在反應(yīng)釜內(nèi)與經(jīng)空壓機(jī)進(jìn)入反應(yīng)釜的氧氣充分混合反應(yīng),反應(yīng)后的出水經(jīng)換熱器到冷卻器進(jìn)行冷卻,然后通過(guò)減壓閥減壓之后進(jìn)行氣液分離。此外,在集成化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)功能模塊化拼裝,換熱器、反應(yīng)釜、集中控制器采用獨(dú)立成型,組合配套聯(lián)用,形成模塊化組合結(jié)構(gòu),便于檢修與改造。同時(shí)設(shè)備可以包含多組用于污水處理的水熱反應(yīng)系統(tǒng),大大增加了單位時(shí)間內(nèi)污水的處理量,提高了工作效率。
課題研發(fā)的超臨界水氧化技術(shù)與裝備可一步將化學(xué)需氧量(COD)為2萬(wàn)—10萬(wàn)毫克/升的各類廢水降解至COD<50毫克/升(可達(dá)到化工廢水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)),將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。
在此基礎(chǔ)上,課題團(tuán)隊(duì)共同完成了20噸/天連續(xù)式超臨界水氧化設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱設(shè)備)的設(shè)計(jì)、制造和安裝。設(shè)備集成脫鹽、連續(xù)排渣、脫氨氮、能量再利用等系統(tǒng),從設(shè)計(jì)上有效縮短工藝流程,減少一次性投資費(fèi)用,并且可對(duì)反應(yīng)后的蒸汽熱量進(jìn)行再利用,有效降低運(yùn)行成本。據(jù)悉,投資一套日處理量達(dá)每天20噸的超臨界水氧化設(shè)備初期建造費(fèi)用約為200萬(wàn)—300萬(wàn)元,費(fèi)用較為適中;噸運(yùn)行直接成本≤200元/噸,運(yùn)行成本低于目前現(xiàn)有處理工藝(膜處理、離子交換、焚燒等),具備服務(wù)于全國(guó)各大化工園區(qū)的化工廢水處置能力。
破解維護(hù)難題
設(shè)備自己會(huì)“洗澡”
該設(shè)備的穩(wěn)定性如何?課題技術(shù)負(fù)責(zé)人申哲民指出,無(wú)機(jī)物質(zhì)(如氧化物、氯化物、鹽類、無(wú)機(jī)酸類等)在超臨界狀態(tài)下溶解度很低,設(shè)備容易堵塞,而團(tuán)隊(duì)結(jié)合高壓沖擊除垢原理與多閥聯(lián)排技術(shù),采用PLC(可編程邏輯控制器)實(shí)現(xiàn)壓力、溫度協(xié)同控制,并采用電腦組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行,用多閥程序開(kāi)啟不斷排出無(wú)機(jī)物質(zhì)和殘?jiān)瑢?shí)現(xiàn)了自己為自己“洗澡”的自潔能力,提高了設(shè)備的工作效率。
超臨界水氧化設(shè)備(20t/d)
要解決這些問(wèn)題,有效的廢水處理技術(shù)和裝備是關(guān)鍵。在國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)“十二五”課題《難降解高濃度有機(jī)廢水深度氧化設(shè)備開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》(2014ZX07214002)支持下,由上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司牽頭承擔(dān),上海交通大學(xué)(環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院)、寶鋼特鋼有限公司、上海老港廢棄物處置有限公司和上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司聯(lián)合參與,經(jīng)過(guò)4年多艱苦的技術(shù)攻關(guān),研發(fā)出新型難降解高濃度高毒有機(jī)廢水處理技術(shù)與裝備。
課題組攻克了超臨界水氧化技術(shù)處理高濃度高毒難降解有機(jī)廢水在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)面臨的高壓、堵塞、腐蝕、大型化和穩(wěn)定性等一系列技術(shù)難題,設(shè)備的處理能力和性能指標(biāo)目前在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上都處于較為領(lǐng)先的水平,為重污染行業(yè)中最難治理之一的化工、制藥和農(nóng)藥等高濃度高毒難降解廢水處理提供了新型關(guān)鍵技術(shù)和裝備,課題在“十二五”期間進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)示范,有效支撐了國(guó)家“水專項(xiàng)”在污水處理領(lǐng)域高尖技術(shù)的發(fā)展。
廢水處理“殺手锏”
“秒殺”有毒有機(jī)物
廢水中的有毒有機(jī)物也有“天敵”,它就是“超臨界水氧化”。我們知道,水在常溫常壓下是液態(tài),蒸發(fā)后會(huì)變成氣態(tài)。而當(dāng)溫度高于374℃,壓力大于22MPa(常壓為0.101MPa)的條件下,此時(shí)的水稱作超臨界水,兼具有氣體與液體的高擴(kuò)散性、高溶解性、高反應(yīng)活性及低表面張力等優(yōu)良特性。處于超臨界狀態(tài)的水能與有機(jī)物完全互溶,同時(shí)還可以大量溶解空氣中的氧,而無(wú)機(jī)物特別是鹽類在超臨界水中的溶解度則很低。利用超臨界水作為特殊溶劑,水中的有機(jī)物和氧氣可以在極短時(shí)間內(nèi)完成徹底的氧化反應(yīng),把有機(jī)物徹底“秒殺”。
課題研究團(tuán)隊(duì)使用的正是這種廢水處理技術(shù)。整個(gè)過(guò)程可以看成是有機(jī)物在超臨界水中的燃燒過(guò)程。反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)分離裝置進(jìn)行固、液、氣分離,轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的水、無(wú)機(jī)鹽以及二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w,并最終在生產(chǎn)和生活中得到回收利用。
課題負(fù)責(zé)人陳善平表示,該技術(shù)具有污染物去除率高、二次污染小、反應(yīng)迅速快等優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是廢水處理技術(shù)中的“殺手锏”,可以“秒殺”一切有機(jī)物,具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。超臨界水氧化技術(shù)對(duì)Fenton法、臭氧氧化等難有效降解的農(nóng)化、石油、制藥等有機(jī)廢水尤為適用。如能成功應(yīng)用于各化工、制藥行業(yè)等污水處理領(lǐng)域,可有效提升流域內(nèi)重污染行業(yè)的控源減排能力,為我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。
材料“特種兵”
解決廢水處理裝備核心難題
超臨界水氧化設(shè)備在大型工業(yè)化過(guò)程中,一個(gè)基本的問(wèn)題就是解決大型化設(shè)備對(duì)核心部件材料的問(wèn)題。高濃度有毒廢水大型化設(shè)備的核心部件的材料運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,對(duì)使用材料要求十分苛刻,要求材料同時(shí)具備高強(qiáng)度、耐高溫、高耐蝕、低成本、高安全穩(wěn)定的特性。因此,超臨界水氧化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用被認(rèn)為是一項(xiàng)“世界性難題”,國(guó)內(nèi)外在污水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的案例極少。
課題材料研究團(tuán)隊(duì)上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和寶鋼特鋼有限公司長(zhǎng)期從事高強(qiáng)度材料及耐熱耐高溫材料的相關(guān)研究,在對(duì)一些典型的高溫、耐腐蝕合金在實(shí)驗(yàn)室超臨界環(huán)境下的性能進(jìn)行全面系統(tǒng)性地模擬與評(píng)估的基礎(chǔ)上,對(duì)篩選出的合金進(jìn)行成分的優(yōu)化與改進(jìn),聯(lián)合制備出適用于超臨界水氧化設(shè)備的4種特種材料,這4種材料就像是4個(gè)特種兵,各司其職,為超臨界水氧化設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
在保證超臨界水氧化設(shè)備不同部件材料具有良好的使用壽命、穩(wěn)定安全的基礎(chǔ)上,為適應(yīng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用成本控制的需求,課題研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)超臨界設(shè)備運(yùn)行的特點(diǎn),構(gòu)建了超臨界水氧化設(shè)備用材料的功能化梯度式配置技術(shù),優(yōu)化并完善了超臨界水氧化設(shè)備高強(qiáng)度高溫耐蝕材料組合體系,使設(shè)備制造成本大幅度降低,并且設(shè)備整體運(yùn)行效率得到保證。
高效廢水處理“一條龍”
有效降低設(shè)備運(yùn)行成本
據(jù)介紹,課題設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單實(shí)用,運(yùn)行基本過(guò)程為廢水通過(guò)高壓泵打入換熱器,然后進(jìn)入超臨界反應(yīng)釜,在反應(yīng)釜內(nèi)與經(jīng)空壓機(jī)進(jìn)入反應(yīng)釜的氧氣充分混合反應(yīng),反應(yīng)后的出水經(jīng)換熱器到冷卻器進(jìn)行冷卻,然后通過(guò)減壓閥減壓之后進(jìn)行氣液分離。此外,在集成化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)功能模塊化拼裝,換熱器、反應(yīng)釜、集中控制器采用獨(dú)立成型,組合配套聯(lián)用,形成模塊化組合結(jié)構(gòu),便于檢修與改造。同時(shí)設(shè)備可以包含多組用于污水處理的水熱反應(yīng)系統(tǒng),大大增加了單位時(shí)間內(nèi)污水的處理量,提高了工作效率。
課題研發(fā)的超臨界水氧化技術(shù)與裝備可一步將化學(xué)需氧量(COD)為2萬(wàn)—10萬(wàn)毫克/升的各類廢水降解至COD<50毫克/升(可達(dá)到化工廢水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)),將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。
在此基礎(chǔ)上,課題團(tuán)隊(duì)共同完成了20噸/天連續(xù)式超臨界水氧化設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱設(shè)備)的設(shè)計(jì)、制造和安裝。設(shè)備集成脫鹽、連續(xù)排渣、脫氨氮、能量再利用等系統(tǒng),從設(shè)計(jì)上有效縮短工藝流程,減少一次性投資費(fèi)用,并且可對(duì)反應(yīng)后的蒸汽熱量進(jìn)行再利用,有效降低運(yùn)行成本。據(jù)悉,投資一套日處理量達(dá)每天20噸的超臨界水氧化設(shè)備初期建造費(fèi)用約為200萬(wàn)—300萬(wàn)元,費(fèi)用較為適中;噸運(yùn)行直接成本≤200元/噸,運(yùn)行成本低于目前現(xiàn)有處理工藝(膜處理、離子交換、焚燒等),具備服務(wù)于全國(guó)各大化工園區(qū)的化工廢水處置能力。
破解維護(hù)難題
設(shè)備自己會(huì)“洗澡”
該設(shè)備的穩(wěn)定性如何?課題技術(shù)負(fù)責(zé)人申哲民指出,無(wú)機(jī)物質(zhì)(如氧化物、氯化物、鹽類、無(wú)機(jī)酸類等)在超臨界狀態(tài)下溶解度很低,設(shè)備容易堵塞,而團(tuán)隊(duì)結(jié)合高壓沖擊除垢原理與多閥聯(lián)排技術(shù),采用PLC(可編程邏輯控制器)實(shí)現(xiàn)壓力、溫度協(xié)同控制,并采用電腦組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行,用多閥程序開(kāi)啟不斷排出無(wú)機(jī)物質(zhì)和殘?jiān)瑢?shí)現(xiàn)了自己為自己“洗澡”的自潔能力,提高了設(shè)備的工作效率。
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