超臨界水氧化法處理抗生素廢水影響因素

　　超臨界水氧化技術(shù)(SCWO)是一種新興的有機廢物和廢水處理技術(shù)，是在水的超臨界狀態(tài)下，有機物發(fā)生強烈氧化反應的過(guò)程。超臨界水氧化法具能使有機污染物徹底降解并且可以回收利用熱能等特點(diǎn)，已在廢水或廢液治理、廢物處理、環(huán)境監測及污染物分析等方面的應用取得了重大進(jìn)展，并已逐步開(kāi)始工業(yè)化應用。因此提出用超臨界水氧化法處理抗生素廢水。實(shí)驗主要研究停留時(shí)間、溫度、壓力、氧化劑濃度對超臨界水氧化處理效果的影響。

　　1、實(shí)驗方法

　　實(shí)驗由課題組自行設計，該裝置主要由進(jìn)料裝置、預熱裝置、反應與冷卻降壓裝置、氣液分離等組成。主要流程如圖1所示，主要設備如圖2所示。本次實(shí)驗選用某抗生素制藥廠(chǎng)的抗生素廢水，原水水質(zhì)指標如表1所示。主要步驟為：將抗生廢水與氧化劑(H2O2)均勻混合由計量泵進(jìn)入預熱器，同時(shí)加入清水，待溫度達到預熱與反應溫度時(shí)進(jìn)行反應，并調整壓力系統，穩定反應40min。

　　2、實(shí)驗結果及討論

　　2.1 停留時(shí)間對氧化效果的影響

　　有機物去除率與停留時(shí)間有關(guān)，停留時(shí)間越長(cháng)去除率越高。但是延長(cháng)停留時(shí)間會(huì )增加處理成本。因此，綜合考慮停留時(shí)間對去除效率的影響，操作溫度為653K～683K(380℃～410℃)進(jìn)水濃度COD約為500mg/L、H2O2濃度為7000mg/L，本文實(shí)驗結果如圖3所示。

　　由圖3可以知，在20s～60s的停留時(shí)間內，隨著(zhù)停留時(shí)間的增加COD去除率逐漸升高。而在40s～60s停留時(shí)間內COD的去除率增速明顯減緩。主要是由于隨著(zhù)反應的進(jìn)行，液體中本底濃度逐漸降低，因此反應速率逐漸降低，停留時(shí)間對COD的去除率的影響也逐漸減弱。

　　2.2 溫度對氧化效果的影響

　　在停留時(shí)間為20s～60s范圍內，水質(zhì)、H2O2濃度相同的情況下，同時(shí)考慮了溫度對COD去除率的影響，結果如圖4所示。由圖4可知，隨著(zhù)溫度的升高，COD去除率與溫度基本呈線(xiàn)性關(guān)系。

　　2.3 壓力對氧化效果的影響

　　停留時(shí)間為40s、溫度為673K(400℃)，水質(zhì)、H2O2濃度相同的情況下，考察壓力對COD去除效率的影響，結果如圖5所示。

　　由圖5可知，在溫度為673K(400℃)時(shí)，隨著(zhù)壓力的上升COD去除率明顯的增加，當壓力為20MPa～22MPa時(shí)，隨著(zhù)壓力升高COD去除率增加較慢。主要原因是由于隨著(zhù)壓力升高，有機物和水的濃度增大，增加了反應速度，同時(shí)壓力接近臨界壓力(22.1MPa)，水的性質(zhì)發(fā)生了一定的變化，廢水中有機分子產(chǎn)生的籠效應[7]，壓力在22MPa～23MPa時(shí)，隨壓力升高COD去除率增加較快，主要是因為實(shí)驗過(guò)程中壓力大于臨界壓力，水變?yōu)槌�臨界狀態(tài)使得不利于反應籠效應減弱。當壓力為23MPa～29MPa時(shí)，隨壓力的升高COD去除率變得緩慢。Thornton等人[8]研究了在臨界溫度附近，壓力對水氧化苯酚反應速率的影響，結果表明，隨著(zhù)水密度的增加反應速率逐漸增加。Koo等人[9]研究了苯酚的超臨界水氧化反應，結果表明：當密度相同時(shí)，隨著(zhù)壓力的增加，反應速率變化相對較小;但是壓力相同時(shí)，密度的變化對對反應速率的影響相對較大。研究結果表明，壓力對反應速率的影響主要是對密度變化的影響。實(shí)驗結果與Koo等人的研究結果相一致。

　　2.4 氧化劑用量對氧化效果的影響

　　選用H2O2為氧化劑研究其對去除效率的影響，實(shí)驗溫度為673K(400℃)、壓力為25MPa、停留時(shí)間為40s、初始進(jìn)水濃度COD約為500mg/L。H2O2用量在5種計量下進(jìn)行實(shí)驗，分別為0.0(0%)，0.5(50%)，1.0(100%)，1.5(150%)，2.0(200%)條件下進(jìn)行，結果如圖6所示。

　　由圖6可以看出，隨著(zhù)H2O2量的增加，COD去除率逐漸增加。當過(guò)氧量在0.0～1.0(0%～100%)范圍內，隨著(zhù)過(guò)氧量的增加，COD去除率呈線(xiàn)性增加。當H2O2量大于1.0(100%)時(shí)，隨過(guò)氧量的增加COD的去除率增加速率變慢。Arslan-Alaton等人[10]研究表明，適量的H2O2量對超臨界水氧化反應較為有利，而無(wú)限的增加H2O2量對去除效率促進(jìn)作用不大，反而增大了成本。本文研究結果與之相同。

　　3、結論

　　在實(shí)驗停留時(shí)間范圍內(20s～60s)COD去除率隨停留時(shí)間的增加而增大，不同時(shí)間段增速顯注不同，主要是由于隨著(zhù)反應的進(jìn)行，液體中本底濃度逐漸降低。在溫度為653K～683K(380℃～410℃)內，隨著(zhù)溫度的升高COD去除率增大。H2O2量在0.0～1.0(0%～100%)范圍內，隨著(zhù)H2O2量的增加，COD去除率顯著(zhù)增大;當H2O2量大于1.0(100%)時(shí)，COD去除率變化不大。(來(lái)源：長(cháng)治市屯留縣環(huán)境保護局)