超临界水氧化技术处理焦化废水的工艺优化及动力学研究

论文摘要

焦化废水是在生产煤气、焦油、焦炭以及其它一些焦化产品的过程中产生的,它主要含有氨氮、酚类、氰化物、硫化物、油份等,属有毒有害难降解的有机工业废水,处理难度很大,焦化废水的处理问题已成为现阶段环境保护领域急需解决的一个难题。目前,我国在焦化废水处理方面普遍采用的方法是：首先对高浓度的焦化废水采用溶剂萃取脱酚和蒸氨,经过预处理的出水与其他废水混合后进入废水处理设施,经调节、隔油沉淀、生物处理等过程后排放。这些工艺对酚类、氰化物等易降解有机物有很好的处理效果,但是对于多环芳烃和杂环化合物等难降解有机物的处理效果并不理想,出水COD和氨氮的浓度较高,无法满足废水排放标准的控制要求,给环境和人体带来危害。针对目前焦化废水处理效果不理想的情况,本课题研究采用了超临界水氧化法（SCWO）处理的新工艺。超临界水氧化法在处理高浓度难降解废水方面有独特优势,是近年发展起来的一项绿色环保处理技术。本文以超临界水的特性为出发点,详细阐述了SCWO技术的特点,并对国内外在SCWO技术上的研究进展进行了较全面的综述。以此为基础,利用自行设计的SCWO处理装置,以焦化废水中COD、氰化物及硫氰化物为主要研究对象,对其反应规律进行了较深入的研究,得出以下实验结论：1、焦化废水的SCWO处理效果较好,在最佳试验条件下,三项指标去除率均可高达95%以上,说明SCWO技术是一种高效水处理技术；2、单因素试验结合正交试验结果表明,单因素对于SCWO处理焦化废水中COD去除率影响的大小顺序为：停留时间>过氧倍数>系统温度>系统压力,并得出SCWO技术处理焦化废水的最佳工艺：N=2.5、t=56.34s、T=480℃、P=26MPa;3、以双氧水为氧化剂时,在系统温度460℃,反应压力26MPa,停留时间34.16s的条件下,水中COD的去除率与过氧倍数的增加几乎呈线性关系,所拟合方程为：y=21.724+17.726, R2=0.8663,相关系数R较高超过0.9,但当过氧倍数增加到2.5时,它的再增加对于三项指标去除率的影响不大；4、对于SCWO处理焦化废水的动力学方面,本实验采用了幂指数方程法,在过氧2.5倍,反应压力26MPa条件下,根据实验所得数据,得出了动力学方程的参数,如下表：最后计算得到动力学反应方程的活化能En=37.993KJ/mol,指前因子k0=21.97;5、分析阐述了SCWO技术的应用前景,为实现绿色水处理的应用提供了进一步的理论依据,最后总结了SCWO技术工程应用中出现的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 焦化废水概况
• 1.1.1 废水来源
• 1.1.2 焦化废水的特征和水质水量
• 1.2 焦化废水的处理现状及处理技术
• 1.2.1 焦化废水处理现状
• 1.2.2 焦化废水处理技术简介
• 1.3 焦化废水中氰化物和硫氰化物
• 1.3.1 氰化物
• 1.3.2 硫氰化物
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 超临界氧化技术理论基础
• 2.1 超临界水的特性
• 2.1.1 超临界水的氢键
• 2.1.2 超临界水的密度
• 2.1.3 介电常数
• 2.1.4 离子积
• 2.1.5 粘度
• 2.1.6 扩散系数
• 2.1.7 溶解度
• 2.2 超临界水化学反应
• 2.3 超临界水氧化原理和反应机理
• 2.3.1 氧化原理
• 2.3.2 反应机理
• 2.4 超临界水氧化反应动力学
• 2.4.1.反应网络法
• 2.4.2.幂指数方程法
• 2.5 超临界水氧化技术在水处理中的应用
• 2.5.1 酚类的氧化
• 2.5.2 处理含硫废水
• 2.5.3 处理多氯联苯等有机物废水
• 2.5.4 污泥的超临界水处理
• 2.6 优越性
• 2.7 本章小结
• 第三章 超临界水氧化实验装置及研究方法
• 3.1 实验主要材料及装置
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验装置
• 3.2 实验影响因素及条件控制
• 3.2.1 实验的影响因素
• 3.2.2 实验条件控制
• 3.3 实验流程及步骤
• 3.3.1 气密性和安全性检验
• 3.3.2 实验步骤
• 3.4 分析仪器
• 3.5 主要测试项目及分析方法
• 3.5.1 COD的测定
• 3.5.2 氰化物的测定
• 3.5.3 硫氰化物的测定
• 3.6 本章小结
• 第四章 不同实验因素对焦化废水降解效果的影响及动力学分析
• 4.1 单因素水平分析
• 4.1.1 温度影响分析（过氧倍数N=2.0）
• 4.1.2 压力影响分析（过氧倍数N=2.0）
• 4.1.3 停留时间影响分析（过氧倍数N=2.0）
• 4.1.4 过氧倍数影响分析
• 4.2 正交试验分析
• 4.3 超临界水氧化法处理焦化废水反应动力学分析
• 4.3.1 动力学模型
• 4.3.2 动力学方程
• 4.3.3 误差分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 超临界水氧化技术的工程问题分析
• 5.1 反应器腐蚀问题
• 5.2 无机盐结垢问题
• 5.3 基础数据的缺乏
• 5.4 催化剂的二次污染问题
• 5.5 成本问题分析
• 5.5.1 SCWO技术国外应用成本简介
• 5.5.2 SCWO技术国内应用成本分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表论文