当代水处理技术湿式氧化课件.ppt

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1、第5章水处理的高级氧化处理技术5.1湿式氧化一、概述1、概念湿式氧化法（WetAirOxidation，简称WAO）是在高温（125℃-320℃）、高压（0.5-20MPa）下，利用氧化剂（如空气中的氧，臭氧，过氧化氢等）将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的。2、产生背景湿式氧化工艺最初由美国的F.J.Zimmermann于1958年研究提出，用于处理造纸黑液，其工作条件是控制反应温度为150～350℃，压力为5～20Mpa，处理后废水COD去除率可达90%以上。在20世纪70年代以前，湿式氧化工艺主要用于城市污泥的处理，造纸

2、黑液中碱液回收，活性炭的再生等。进入70年代后，湿式氧化工艺得到迅速发展，应用范围从回收有用化学品和能量进一步扩展到有毒有害废弃物的处理，尤其是在处理含酚、磷、氰等有毒有害物质方面已有大量文献报道，研究内容也从初始的适用性和摸索最佳工艺条件深入到反应机理及动力学，而且装置数目和规模也有所增大。二、湿式氧化技术原理1、自由基的概念任何含有不成对电子而能单独存在的物质。此种含不成对电子的状况在能量上而言是不稳定的，因此从另一个角度来看自由基是高反应性且短命的。自由基若要稳定必须向邻近的分子夺取电子而使自己的电子成对，但也因此使得电子被夺的那个分子因电子变

3、的不成对而造就出一个新的自由基，这就是产生自由基后可能引发之连锁反应。根据研究报道，普遍认为，湿式氧化去除有机物所发生的氧化反应主要属于自由基反应，共经历诱导期、增殖期、退化期以及结束期四个阶段。在诱导期和增殖期，分子态氧参与了各种自由基的形成。但也有学者认为分子态氧只是在增殖期才参与自由基的形成。生成的HO·，RO·，ROO·等自由基攻击有机物RH，引发一系列的链反应，生成其他低分子酸和二氧化碳。2、物理化学原理在高温高压下，水及作为氧化剂的氧的物理性质发生一定变化，为后续的反应奠定了基础。性质25℃100℃150℃200℃250℃300℃320℃

4、350℃水蒸气压atm0.0331.0334.85415.8540.5687.62115.1140.0黏度(10-3Pa·s)0.9220.2810.1810.1370.1160.1060.1040.103密度(g/L)0.9440.9910.9550.9340.9080.8700.8480.828氧扩散系数Ka(105cm2/s)2.249.1816.223.931.137.339.340.7氧亨利常数H(104atm/mol)4.387.045.823.942.381.361.080.9溶解度(mg/L)190145195320565104013

5、251585注：氧参数是在氧分压为5atm条件下（1atm=0.1MPa）3、反应步骤湿式氧化过程比较复杂，一般认为有两个主要步骤：①空气中的氧从气相向液相的传质过程；②溶解氧与基质之间的化学反应。若传质过程影响整体反应速率，可以通过加强搅拌来消除。诱导期：RH＋O2→R·＋HOO·（1）2RH＋O2→2R·＋H2O2（2）增殖期：R·＋O2→ROO·（3）ROO·＋RH→ROOH＋R·（4）退化期：ROOH→RO·＋HO·（5）ROOH→R·＋RO·＋H2O（6）结束期：R·＋R·→R－R（7）ROO·＋R·→ROOR（8）ROO·＋ROO·→R

6、OH＋R1COR2＋O2（9）注：RH为脂类不饱和脂肪酸；HOO·过氧化氢自由基、RO·为烷氧基自由基、ROO·过氧烷基自由基。4、反应机理分析（1）上述各阶段链反应所产生的自由基在反应过程中所起的作用，主要取决于废水中有机物的组成、所使用的氧化剂以及其他试验条件。（2）反应中H2O2的生成说明反应湿式氧化反应属于自由基反应机理。三、湿式氧化的主要影响因素1、温度温度越高，反应速度越快，反应进行的越彻底；温度升高有助于增加溶氧量及氧气的传质速度，减少液体的粘度；温度高能耗大。2、废水的反应热和所需要的空气量在系统中通过有机物氧化释放出的热维持反应温度

7、，反应相应的放出热量：H=13.6COD(kJ/L废液)；空气的理论需要量：A=4.3COD(g空气/L废液)3、压力总压不是氧化反应的直接影响因素，与温度耦合；压力的作用主要是保证呈液相反应，压力过低使大量的反应热消耗在水的蒸发上，反应温度的不都保证，且反应器有蒸干的危险。总压不低于该温度下的饱和蒸汽压，同时氧分压也应保持在一定范围内，以保证液相中高溶解氧浓度。4、反应时间有机物的浓度是反应时间的函数。缩短反应时间的措施：（1）提高反应温度；（2）投加催化剂。5、进水的pH值（1）对于有些废水，pH值越低，氧化效果越好。在农药废水处理的实验中，有机

8、磷水解速率在酸性条件下显著，且COD的去除随初始pH的降低而增大。（2）有些废水在湿式氧化过程中，pH值对C