【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 污染，故在設(shè)計(jì) WAO 的流程時(shí)要兩者兼顧。 （ 六 ） 停留時(shí)間 氧化時(shí)間的長(zhǎng)短直接 影響 WAO 的反應(yīng)器的容積。研究表 明在 WAO處理裝置中起決定作用的是反應(yīng)溫度，而氧化時(shí)間是較次要的因素。達(dá)到處理效果所需要的時(shí)間隨反應(yīng)溫度的升高而縮短；去除率越高，所需的反應(yīng)溫度越高或反應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)；氧分壓越高，所需的溫度越低或反應(yīng)時(shí)間越短。根據(jù)污染物被氧化的難易程度以及處理的要求，可確定最佳的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。一般而言，濕式氧化處理裝置的停留時(shí)間在 。 （ 七 ） 攪拌強(qiáng)度 在高壓反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，氧氣從氣相向液相中傳質(zhì)與攪拌強(qiáng)度有關(guān)。攪拌強(qiáng)度影響傳質(zhì)速率，攪拌強(qiáng)度越大，液體的湍流程度越大，氧氣在液相中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，傳質(zhì)速率 就越大。當(dāng)攪拌強(qiáng)度增大到一定時(shí)，攪拌強(qiáng)對(duì)度傳質(zhì)速率的影響很小。 （ 八 ） 反應(yīng)產(chǎn)物 13 一般條件下，大分子有機(jī)物經(jīng)濕式氧化處理后，大分子斷裂，然后進(jìn)一步被氧化為小分子的含氧的有機(jī)物。乙酸是一種常見(jiàn)的中間產(chǎn)物，由于其進(jìn)一步氧化較困難，往往會(huì)積累下來(lái)。如果進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度，可將乙酸等中間產(chǎn)物被完全氧化為 CO2和 H2O等最終產(chǎn)物。選擇適宜的催化劑和優(yōu)化工藝條件，可以使中間產(chǎn)物有利于 WAO 的徹底氧化。 （ 九 ） 反應(yīng)尾氣 WAO 系統(tǒng)排出的氧化氣體成分，隨著燃燒物質(zhì)和工藝條件的變化而不同。WAO 氧化氣體的組成類似于重油鍋爐煙道 氣，其代表性的成分見(jiàn)表 48。 表 48 WAO系統(tǒng)氧化氣體的組成成分 從表 48 可以看出， WAO 氧化氣體的主要成分是 N2和 CO2。氧化氣體一般具有刺激性臭味，故應(yīng)脫臭處理。排出的氧化氣體中含有大量的水蒸氣，其含量可根據(jù)其工作狀態(tài)確定。 四、 濕式氧化工藝和設(shè)備 WAO 自 1958 年開(kāi)始，經(jīng)多年發(fā)展和改進(jìn)，對(duì)于處理不同的有機(jī)物，出現(xiàn)了不同的 WAO 工藝流程。 （ 一 ） Zimpo 工藝 Zimpro流程是 F. J. Zimmermann 在 30年代提出、 40年代在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始研究，于 1950 年首次正式工業(yè)化的。到 1996 年大約有 200 套裝置用于處理廢水，大約一半用于城市活性污泥處理，大約有 20套用于活性炭再生， 50套用于工業(yè)廢水的處理。 Zimpo工藝是應(yīng)用最廣泛的 WAO 流程，如圖 42所示。 成分 烴 H2 N2 O2 Ar CO2 含量， % ≤ 14 圖 42 濕式氧化的 Zimpro 流程 此工藝的反應(yīng)器是 鼓泡塔式反應(yīng)器 ， 內(nèi)部處于完全混合狀態(tài) ，在反應(yīng)器的軸向和徑向完全混合，因而沒(méi)有固定的停留時(shí)間，這一點(diǎn)限制 了其在對(duì)廢水水質(zhì)要求很高場(chǎng)合時(shí)的應(yīng)用。雖然在廢水處理 方 面， Zimpo 流程不是非常完善的氧化處理技術(shù)，但可以作為有毒物質(zhì)的預(yù)處理方法。 廢水和壓縮空氣混合后流經(jīng)熱交換器，物料溫度達(dá)到一定要求后，廢水從下向上流經(jīng)反應(yīng)器，廢水中有機(jī)物被氧化，同時(shí)反應(yīng)釋放出的熱量使混合液體的溫度繼續(xù)升高。反應(yīng)器內(nèi)流出的液體溫度、壓力均高，在熱交換器內(nèi)被冷卻，反應(yīng)過(guò)程中回收的熱量用于提供大部分廢水的預(yù)熱。冷卻后的液體經(jīng)過(guò)壓力控制閥降壓后，液體在分離器分離為氣、液兩相。反應(yīng)溫度通?？刂圃?420K598K，壓力控制在 的范圍內(nèi)，溫度和壓力與所要求的氧化程度和廢水的的情況有關(guān)。用于污泥的脫水，溫度一般控制在 420K473K 范圍內(nèi)，而在473K523K 范圍，比較適宜活性炭再生和處理生物難降解的廢水。廢水在反應(yīng)器的平均停留時(shí)間為 60 分鐘，在不同的應(yīng)用中停留的時(shí)間可從 40 分鐘到 4 小時(shí)。 （ 二 ） Wetox 工藝 Wetox工藝是由 Fassell和 Bridges在 70年代設(shè)計(jì)成功的，此工藝 由 4到 6個(gè)有連續(xù)攪拌小室組成的階梯水平式反應(yīng)器，如圖 43所示： 15 圖 43 濕式氧化的 Wetox工藝 該裝置主要特點(diǎn)是每個(gè)小室內(nèi)都增加了攪拌和 曝 氣裝置，因而有利地改善了氧氣在廢水中的傳質(zhì)情況，這種改進(jìn)是從以下五個(gè)方面進(jìn)行的： 1． 通過(guò)減小氣泡的尺寸，增加了傳質(zhì)面積； 2． 改變反應(yīng)器內(nèi)的流形，使液體充分湍流，增加氧氣和液體的接觸時(shí)間； 3． 由于強(qiáng)化了液體的湍流程度，氣泡的滯膜厚度有所減小，從而降低了傳質(zhì)阻力。 4． 反應(yīng)室內(nèi)有氣液相分離設(shè)備，因而有效地增加了液相的停留時(shí)間，減少了液相的體積，提高了熱轉(zhuǎn)化的效率。 5． 出水的液體用于進(jìn)水液體的加熱，蒸氣通過(guò)熱交換器回收熱量，并被冷卻為低壓 的氣體或液相。 該裝備的主要工作溫度在 480520K之間，壓力在 ，停留時(shí)間在 30~60min的范圍內(nèi)。適用于有機(jī)物的完全氧化降解或作為生物處理的預(yù)處理過(guò)程。 Wetox工藝廣泛用于處理煉油、石油化工廢液，如含氰廢液，酸性污水，氯化含油污泥，含氨、氯廢液，碘化的線性烷基苯廢液等，而且也可用于電鍍、造紙、鋼鐵、汽車工業(yè)等的廢液處理。 Wetox 工藝的缺點(diǎn)是使用機(jī)械攪拌的能量的消耗、維修和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高壓密封問(wèn)題。此外，與豎式反應(yīng)器相比，反應(yīng)器水平放置將占有較大的面積。 （ 三 ） Vertech 工藝 16 Vertech工藝主要由一個(gè)垂直在地面下 12001500米的反應(yīng)器及兩個(gè)管道組成，內(nèi)管稱為入水管，外管稱為出水管，如圖 44所示。 圖 44 濕式氧化的 Vertech工藝 可以認(rèn)為這是一類深井反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)是 WAO 所需要的高壓可以部分由重力轉(zhuǎn)化，因而減少物料進(jìn)入高壓反應(yīng)器所需要的能量。在反應(yīng)器內(nèi)廢水和氧氣向下在管道流動(dòng)時(shí)，進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱過(guò)程。反應(yīng)器內(nèi)的壓力與井的深度和流體的密度有關(guān)。當(dāng)井的深度在 12001500 米之間時(shí)，反應(yīng)器底部的壓力在，換熱管內(nèi)的介質(zhì)使反應(yīng)器內(nèi)的溫度可達(dá)到在 550K，停留時(shí)間約為 1小時(shí)。 此工藝首次在 1993年開(kāi)始運(yùn)行，處理能力為 23000噸 /年，反應(yīng)器入水管的內(nèi)徑為 216mm，出水管的內(nèi)徑 343mm，井深為 1200米。但在操作過(guò)程中有一些困難，例如深井的腐蝕和熱交換。當(dāng)廢水在入水管隨著深度的增加壓力逐漸的增加，內(nèi)管的入水與外管的熱的出水進(jìn)行熱交換而使溫度升高。當(dāng)溫度為 450K時(shí)氧化過(guò)程開(kāi)始，氧化釋放的熱量使入水的溫度逐漸增加。廢水氧化后上升到地面，此時(shí)出水壓力減小，與入水和熱交換管的液體進(jìn)行熱交換后降低 ，從反應(yīng)器流出的液體溫度約為 320K。雖然此工藝有較好的降解效果，但流體在反應(yīng)器內(nèi)需要一定的停留時(shí)間才能流出較長(zhǎng)的反應(yīng)器。 （ 四 ） Kenox工藝 17 該工藝的新穎之處在于是一種帶有混合和超聲波裝置的連續(xù)循環(huán)反應(yīng)器，如圖 45所示。 圖 45濕式氧化的 Kenox工藝 該裝置的主反應(yīng)器由內(nèi)外兩部分組成，廢水和空氣在反應(yīng)器的底部混合后進(jìn)入反應(yīng)器，先在內(nèi)筒體內(nèi)流動(dòng)，之后從內(nèi)、外筒體間流出反應(yīng)系統(tǒng)。內(nèi)筒體內(nèi)設(shè)置有混合裝置，便于廢水和空氣的接觸。當(dāng)氣、液混合 物流經(jīng)混合裝置時(shí)，有機(jī)物與氧氣充分接觸，有機(jī)物被氧化。超聲波探測(cè)裝置安裝在反應(yīng)器的上部，超聲波穿過(guò)有固體懸浮物的液體，利用空化效應(yīng)在一定范圍內(nèi)瞬間產(chǎn)生高溫和高壓，從而可加速反應(yīng)進(jìn)行。反應(yīng)器的工作條件為：溫度控制在 473K513K之間，壓力控制在 –，最佳停留時(shí)間為 4min。通過(guò)加入酸或堿，使進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)器的廢水的 pH 值在 4左右。此工藝的缺點(diǎn)是使用機(jī)械攪拌能耗過(guò)高、高壓密封易出現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)備維護(hù)較難。 （ 五 ） Oxyjet 工藝 Oxyjet 工藝流程示意圖見(jiàn)圖 46所示。 18 圖 46 濕式氧化的 Oxyjet工藝 此工藝采用射氧裝置，極大提高了兩相流體的接觸面積，因而強(qiáng)化了氧在液體中的傳質(zhì)。在反應(yīng)系統(tǒng)中氣液混合物流入射流混合器內(nèi)，經(jīng)射流裝置作用，使液體形成了細(xì)小的液滴，實(shí)際上產(chǎn)生大量氣液霧混合物。液滴的直徑僅有幾個(gè)微米，故傳質(zhì)面積大大被強(qiáng)化了。此后氣液混合霧流過(guò)反應(yīng)管，在此有機(jī)物快速的被氧化。與傳統(tǒng)的鼓泡反應(yīng)相比，該裝置縮可有效縮短反應(yīng)停留時(shí)間。在反應(yīng)管之后，又有一個(gè)射流反應(yīng)器，使反應(yīng)混合物流出反應(yīng)器。 Jaulin 和 Chor 使用射流混合器和反應(yīng)管氧化苯酚，工作溫度為413453K，停留時(shí)間為 ，苯酚的降解率為 2050%。 Gasso等研究使用射流混合器和反應(yīng)管系統(tǒng)，并加入一個(gè)小型的用于輔助氧化的反應(yīng)室。在溫度為 573K，停留時(shí)間為 23min，處理純苯酚和液體， TOC降解率為 99%。他又做發(fā)現(xiàn)，此工藝適用于處理農(nóng)藥廢水、含酚等廢水。 （ 六 ） 濕式氧化的主要設(shè)備 從以上 WAO 主要工藝的介紹可以看出，不同應(yīng)用領(lǐng)域的 WAO 工藝雖然有所不同，但基本流程極為相似?；景ㄒ韵聨撞剑? 1． 將廢水用高壓排液泵送入系統(tǒng)中，空 氣（或純氧）與廢水混合后，進(jìn)入熱交換器，換熱后的液體經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后送入反應(yīng)器內(nèi)。 2． 氧化反應(yīng)是在氧化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，反應(yīng)器也是濕式氧化的核心設(shè)備。隨著反應(yīng)器內(nèi)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，釋放出來(lái)的反應(yīng)熱使混合物的溫度升高，達(dá)到 19 氧化所需的最高溫度。 3． 氧化后的反應(yīng)混合物經(jīng)過(guò)控制閥減壓后送入換熱器，與進(jìn)水換熱后進(jìn)入冷凝器。液體在分離器內(nèi)分離后，分別排放。 完成上述濕式氧化過(guò)程，主要設(shè)備 包括 ： 1． 反應(yīng)器 ：反應(yīng)器 WAO 設(shè)備中的核心部分。 WAO 的工作條件是在高溫、高壓下進(jìn)行，而且所處理的廢水通常是有一定的腐蝕性，因此需要反 應(yīng)器的材質(zhì)要求較高，需有良好的抗壓強(qiáng)度，且內(nèi)部的材質(zhì)必須耐腐蝕，如不銹鋼、鎳鋼、鈦鋼等。 2． 熱交換器 ：廢水進(jìn)入反應(yīng)器之前，需要通過(guò)熱交換器與出水的液體進(jìn)行熱交換，因此要求熱交換器有較高的傳熱系數(shù)，較大的傳熱面積和較好的耐腐蝕性，且必須有良好的保溫能力。對(duì)于有懸浮物多的物料常采用立式逆流管套式熱交換器，對(duì)于含懸浮物少的有機(jī)廢水常采用多管式熱交換器。 3． 氣液分離器 ：氣液分離器是一個(gè)壓力容器。當(dāng)氧化后的液體經(jīng)過(guò)熱交換器后溫度降低，使液相中的 O CO2和易揮發(fā)的有機(jī)物從液相進(jìn)入氣相而分離。分離器內(nèi)的液體，再經(jīng) 過(guò)生物處理或直接排放。 4． 空氣壓縮機(jī) ： WAO 中為了減少費(fèi)用，常采用空氣作為氧化劑，當(dāng)空氣進(jìn)入高溫高壓的反應(yīng)器之前，需要使空氣通過(guò)熱交換器升溫和通過(guò)壓縮機(jī)提高空氣的壓力，以達(dá)到需要的溫度和壓力。通常使用往