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这个技术有点牛!上海交大团队研发废水处理“撒手锏”!
李明 2018-06-05
导语

上海交大团队经过10年艰苦的技术攻关,研发水体污染治理“撒手锏”破解这一难题!攻克高毒难降解废水处理,这块工业生产领域的硬骨头。

大量的难降解高浓度废水,怎么处理?有机毒物废水处理,有没有“天敌”?

上海交大环境科学与工程学院申哲民教授团队、材料科学与工程学院单爱党教授团队强强联合,经过10年艰苦的技术攻关,研发水体污染治理“撒手锏”破解这一难题!攻克高毒难降解废水处理,这块工业生产领域的硬骨头。

图:参加第19届中国国际工业博览会合影

废水处理“撒手锏”,秒杀有毒有机物

01 什么是超临界水氧化?

俗话说,一物降一物,废水中的有毒有机物也有“天敌”,它就是“超临界水氧化”。我们知道,水在常温常压下是液态,蒸发后会变成气态。而当温度高于374°C,压力大于22MPa(常压为0.101MPa)的条件下,此时的水称作超临界水,兼具有气体与液体的高扩散性、高溶解性、高反应活性及低表面张力等优良特性。

处于超临界状态的水能与有机物完全互溶,同时还可以大量溶解空气中的氧,而无机物特别是盐类在超临界水中的溶解度则很低。利用超临界水作为特殊溶剂,水中的有机物和氧气可以在极短时间内完成彻底的氧化反应,把有机物彻底“秒杀”。

02 超临界水氧化工作原理

整个过程可以看成是有机物在超临界水中的燃烧过程。反应产物通过分离装置进行固、液、气分离,转化为无毒无害的水、无机盐以及二氧化碳、氮气等气体,并最终在生产和生活中得到回收利用。——申哲民教授”

03 成果应用:废水中有毒有机物的“天敌”

该技术具有污染物去除率高、二次污染小、反应迅速等优势,被认为是废水处理技术中的“撒手锏”,可以“秒杀”一切有机物,具有广阔的工业应用前景。结合课题组的“三因素”氧化机理研究发现,对Fenton法、臭氧氧化等难有效降解的有机废水尤为适用。如能成功应用于各污水处理领域,可有效提升流域内重污染行业的控源减排能力,为我国工业的可持续发展提供技术支撑。

材料“特种兵”,解决废水处理装备核心难题

01 核心部件的材料用什么?

超临界水氧化设备在大型工业化过程中,一个基本的问题就是解决大型化设备中核心部件的材料用什么的问题。

高浓度有毒废水大型化设备核心部件的材料运行环境复杂,对使用材料要求十分苛刻,要求材料同时具备高强度、耐高温、高耐蚀、低成本、高安全稳定的特性。因此,超临界水氧化技术的产业化应用被认为是一项“世界性难题”,国内外在污水处理领域实现工业应用的案例极少。

02 成果应用:4个“特种兵”保驾护航

团队在对一些典型的高温、耐腐蚀合金在实验室超临界环境下的性能进行全面系统性模拟与评估的基础上,对筛选出的合金进行成分的优化与改进,与宝钢特钢有限公司合作,制备出适用于超临界水氧化设备的4种特种材料,这4种材料就像是4个特种兵,各司其职,为超临界水氧化设备的稳定安全运行保驾护航。

在保证超临界水氧化设备不同部件材料具有良好的使用寿命、稳定安全的基础上,为适应设备产业化推广应用成本控制的需求,团队针对超临界设备运行的特点,构建了超临界水氧化设备用材料的功能化梯度式配置技术,优化并完善了超临界水氧化设备高强度高温耐蚀材料组合体系,使设备制造成本大幅度降低,并且设备整体运行效率得到保证。

高效废水处理“一条龙”   设备自己会“洗澡”

01 基本运行过程

整个系统工艺流程简单实用,运行基本过程为废水通过高压泵打入换热器,然后进入超临界反应釜,在反应釜内与经空压机进入反应釜的氧气充分混合反应,反应后的出水经换热器到冷却器进行冷却,然后通过减压阀减压之后进行气液分离。

02 功能模块化拼装设计

在集成化设计基础上,实现功能模块化拼装,换热器、反应釜、集中控制器采用独立成型,组合配套联用,形成模块化组合结构,便于检修与改造。

设备可以包含多组用于污水处理的水热反应系统,大大增加了单位时间内污水的处理量,提高了工作效率。课题研发的超临界水氧化技术与装备可一步将化学需氧量(COD)为2-10万毫克/升的各类废水降解至COD<50毫克/升(可达到化工废水排放一级标准),将有毒物质转化为无毒无害物质。

03 有效降低设备运行成本

在此基础上,两个团队共同完成了20吨/天连续式超临界水氧化设备(以下简称设备)的设计、制造和安装。设备集成脱盐、连续排渣、脱氨氮、能量再利用等系统,从设计上有效缩短工艺流程,减少一次性投资费用,并且可对反应后的蒸汽热量进行再利用,有效降低运行成本。

“ 投资一套日处理量达每天20吨的超临界水氧化设备初期设备建造费用较为适中;吨运行直接成本≤200元/吨,运行成本低于目前现有处理工艺(膜处理、离子交换、焚烧等),具备服务于大型化工园区的化工废水和危险废物处置能力。——申哲民教授

04 破解维护难题,设备稳定运行

无机物质(如氧化物、氯化物、盐类、无机酸类等)在超临界状态下溶解度很低,设备容易堵塞,而团队结合高压冲击除垢原理与多阀联排技术,采用PLC(可编程逻辑控制器)实现压力、温度协同控制,并采用电脑组态软件监控系统运行,用多阀程序开启不断排出无机物质和残渣,实现了自己为自己“洗澡”的自洁能力,提高了设备的工作效率。该系统操作简单方便,简单培训即可上手。

同时,团队开发了一种超临界水氧化处理废水的阻垢剂,可去除水体的硬度,促进水体中的难溶类有机物质和水体混溶,在超临界条件下形成爆燃促进氧化燃烧,具有提升自燃效率、清除积炭、清洁管路、消除污垢等功能。有效提升超临界水氧化设备的高效持续稳定的运行,使得对废水的处理更加彻底。

(本文来源:上海交通大学微信公众号;)

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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科
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