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超临界水氧化法处理山梨酸废水的研究

赵晓春  
【摘要】: 山梨酸是国际上公认的低毒高效食品防腐剂,具有广泛市场发展前景。但在山梨酸钾的生产过程中产生的废水量很大,废水的成分复杂,这些物质进入水体后,消耗大量的溶解氧,对环境造成严重污染,是一种高浓度难降解有机废水。根据山梨酸废水的特点,本文提出利用超临界水氧化法处理山梨酸废水。 超临界水氧化技术(SCWO)是利用超临界水(SCW)的特性逐渐发展起来的一种处理有毒有害污染物的新方法。本文对超临界水氧化法处理山梨酸废水的各方面进行了具体研究,通过实验得出: 1) SCWO处理山梨酸废水具有很好的处理效果,正交试验表明,各因素对山梨酸废水COD去除率影响的显著顺序为:反应时间过氧比反应温度反应压力。过氧比相同时,空气的氧化效率略高于双氧水: 2)在温度为450℃,压力为25MPa,反应时间为180s时,过氧比的增加和废水COD去除率几乎呈线性关系,拟合方程相关系数接近或超过0.9。但过氧比增加到一定数值时,它对废水的处理效果的影响会明显减弱; 3)本文采用幂指数法,对超临界水氧化法处理山梨酸废水进行了动力学研究,并且得出在过氧比K=1.1,压力为25MPa,温度为450℃、480℃和500℃动力学方程的具体参数,即当T=450℃时,k=0.0202,a=0.995;当T=485℃时,k=0.02232,a=0.996;当T=500℃时,k=0.02294,a=0.997。并由此得出超临界水氧化处理山梨酸废水动力学方程的反应活化能E_n和指前因子k_0:E_n=16815.07J·mol~(-1);k_0=1.125; 4)对比了不同温度下,超临界水氧化反应后废水中山梨酸和COD的去除率,证明山梨酸在SCWO反应过程中形成了一种中间产物,且这种中间产物的活化能较山梨酸高,它的迅速氧化需要在600℃左右的温度下进行: 5)对超临界水氧化法处理山梨酸钾过程的废水热值进行了分析,最终得到了山梨酸废水的剩余热量896kJ/L; 6)对超临界水氧化过程中设备的腐蚀问题进行了一定研究,采用电子显微镜观察了超临界反应器经一段时间实验后的腐蚀情况,得出316L型不锈钢在超临界状态下存在点蚀情况,点蚀直径3-6μm,腐蚀速率为0.25mm/a; 7)进行了超临界水氧化法处理山梨酸废水的经济成本分析,计算出该方法的具体运行费用为¥577.3/t(未利用反应形成的过热蒸汽)。 除此以外,本文还总结归纳了超临界水氧化法工程化中出现的问题,并且根据每个问题的不同特点提出了进一步解决的方案。


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