废纸造纸废水的超临界水氧化实验研究

2016.4九江职业技术学院学报(李海霞：废纸造纸废水的超临界水氧化实验研究)85废纸造纸废水的超临界水氧化实验研究李海霞，王仁群(南京科技职业学院，江苏南京210048)摘要：针对废水的污染特征，开发用于废水深度处理与回用的超临界水氧化技术，通过实验完成工艺条件的优化：温度500丈，压力30MPa，停留时间120s。实验表明，采用超临界水氧化技术可将废纸造纸废水中的有机物一次性氧化降解为二氧化碳和水，有机物（以COD计）的去除率为99.2%，处理后的出水可满足废纸造纸工艺的回用要求。关键词：污染；废纸造纸；超临界水氧化；有机物中图分类号：X793文献标识码：A文章编号：1009-9522(2016)04-0085-03随着产量的提高，我国废纸造纸行业的用水总量也在不断增大，但由于管理不善或者是没有进行综合利用，导致了大量的污废水被排出，这不仅造成了水资源的浪费，而且加重了环境污染，可使用的水资源逐渐减少[1],形成了恶性循环。因此，对生产过程排放的废水进行深度处理和回用是废纸造纸行业亟待解决的问题，也是一种最为现实并且可行的节水途径。超临界水氧化（SCWO)是使有机物质在超临界水条件下氧化成CO2和无机物的工艺过程[2]。1实验材料废纸造纸废水由某造纸厂提供，初始的COD值经过测定为80000mg/L。氧化剂采用30%的双氧水，购于南京晚晴化学仪器有限公司。在实验过程中，对于不同的过氧系数，需确定反应所需的氧化剂（双氧水）的量，具体如下：⑴过氧系数的计算过氧系数e=[c〇D。]x1〇〇%式中：[COD]为理论需氧量即废纸造纸废水的初始浓度，mg/L[3]；[O]。为参与反应的氧化剂的初始浓度，mg/L。⑵双氧水体积的计算2H2O2=2H2O+O2AT/=-196.5/molVh2o2=68[COD]xV„xe32X—pH2O2x0.3式中：¥„为反应中所处理的废纸造纸废水体积，mL;P/O2=1.11g/mL为质量分数为30%的双氧水密度。2分析方法化学需氧量COD-般是指废水中能被强氧化剂氧化的有机物的氧当量[4]，是一个非常重要且可以快速测定的有机物污染指标。COD去除率则是表征处理有机污染物的能力的常规指标，一般通过测定有机污染物氧化降解前后的COD值计算求得[];对废纸造纸废水有机污染物氧化降解的规律也是通过COD去除率的形式表征。计算公式如下：式中：[COD]。为初始的废纸造纸废水溶液的浓度，mg/L;[COD]为经超临界处理后溶液的浓度，mg/L。3实验装置与工艺流程采用自行设计的连续式超临界水氧化实验装置，反应釜材料是316L,设计压力和温度分别为50MPa和600丈，容积为1000mL反应釜，其工艺流程图如图1所示。图1连续式超临界水氧化工艺流程图⑴动力系统：由高压柱塞菜将双氧水氧化剂和待处理废水注人系统，型号：2J-XZ5/50,最大流量为5L/h,最收稿日期：2016-09-07作者简介：李海霞，女，南京科技职业学院讲师，研究方向为机电设备。基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目（项目编号：PPZY2015C232)86九江职业技术学院学报JournalofJiujiangVocational&TechnicalCollege2016.4大工作压力：50MPa;⑵预热系统：采用外加热方式，筒体材质为316L，规格：08x2mm,长：10m;加热丝功率：4kW,最大工作压力55MPa，最大工作温度600丈。⑶反应系统：管式反应器，规格：08x2mm，长：10m，材质：316L;设计压力50MPa，设计温度：550丈；⑷能量回收系统：主要依靠管壳式换热器和蒸汽发生器对余热进行回收利用；(5)温控表为可手动调节预热器所需温度。其实验过程如下：废水和氧化剂分别经过高压柱塞菜，达到所需压力进入系统，在此之前废水需先流经质量流量计，氧化剂的流量可通过柱塞菜进行调节；进入系统的废水和氧化剂在依次流经换热器进行换热，使得自身温度有所升高；然后在预热器里依靠电加热丝达到反应所需的温度，最后在反应器里完成反应，达到处理的目的；从反应器流出的液体需先近入固液分离器使得无机盐沉淀下来，以防止堵塞管道和设备；从固液分离器出来的液体依次进入换热器对新进入的废水和氧化剂进行预热，以达到能量的回收利用；从换热器流出的液体在进入蒸汽发生器之前先流经减压阀，使得压力降到大气压左右，最后流经气液分离器分别收集反应之后的气液相，以便获取实验结果。4实验操作条件温度：380~500丈；压力：22~30MPa;停留时间：30~150s;过氧量：150%~350%。5实验结果与分析⑴过氧量对COD去除率的影响在超临界水氧化技术处理有机废水的过程中，氧化剂的含量对有机废水的处理效果有直接的影响。当氧化剂含量不足时，会导致处理效果不好，使得有机废水反应不完全；同时反应的成本会随着氧化剂含量增高而增加，使得处理效率低下。因此，适合的过氧量可以在最经济的条件下达到最高效的处理目的。图2过氧量对COD去除率的影响图2为28MPa、500丈时，不同过氧量（150%，200%，250%，300%，350%)对废纸造纸废水COD去除率的影响。由图3可以看出：氧化剂含量会影响COD去除率，但当过氧量达到250%时，COD去除率随过氧量的变化几乎没有影响。从经济效益的角度考虑，本实验舰250%的过氧量。⑵反应温度对COD去除率的影响图3反应温度对COD去除率的影响图3为在反应压力为28MPa、反应时间为120s、过氧量250%的条件下逐步提高反应温度，COD去除率的结果。由图可知，在温度为380丈时，COD的去除率为94.3%，当温度上升到470丈、500丈时，COD的去除率已达到98.22%、99.14%。虽然COD去除率随着温度增高而增加，但温度过高，会对反应器材质提出更苛刻的要求。根据目前国内压力容器制造常用材料的性能，本实验选定500^的操作温度。⑶反应压力对COD去除率的影响图4反应压力对COD去除率的影响由图4可知，COD去除率随压力的升高而提高，但只有很小幅度的提高，最主要的原因是实验的反应温度(480丈）比水的临界温度（374.3丈）高出很多，此时，对反应产生影响的主要因素是温度，次要因素是压力，压力对密度、粘度和扩散系数等的影响都比较小。6结论在超临界水氧化技术处理有机废水的过程中，氧化剂的含量对有机废水的处理效果有直接的影响；同时COD去除率随着温度增高而增加，但温度过高，会对反应器材质提出更苛刻的要求。参考文献〔1〕张利平，夏军，胡志芳.中国水资源状况与水资源安全问题分析[J].长江流域资源与环境，2009⑵：1162016.4九江职业技术学院学报(李海霞：废纸造纸废水的超临界水氧化实验研究)87-120〔2〕刘春明，董秀芹，张敏华.超临界水氧化技术处理工业废水的研究进展[J].化工进展，2011(8):1841-1847〔3〕褚旅云，廖传华，方向.超临界水氧化法处理高含量印染废水研究[J].水处理技术，2009(8):84-86〔4〕熊建铭，雷颉.废纸造纸行业废水处理[J].江西化工，2007(4):235-237〔5〕廖传华，李永生，朱跃钊.造纸黑液超临界水氧化过程的能流分析与经济评价[J].中国造纸学报，2010(3)：58-63TheExperimentResearchofSuperCriticalWaterOxidationforWasteWaterinRegeneratedPapermakingLIHaixia,WangRenqun(NanJingPolytechnicInstitute,Nanjing,Jiangsu,210048)Abstract：Accordingtopollutioncharacteristicsofwastewater,technologyofsupercriticalwateroxidationwasdevelopedforadvancedtreatmentandreusedwastewater.Throughexperiments：temperatureat500丈，pres­sureat30MPaandresidencetimeof120s.Resultsshowthatorganicmatterfromwastewaterofregeneratedpapermakingcouldbeone-timeoxidizedanddegradedtocarbondioxideandwaterconditionswith99.2%removalrateoforganic(COD)underthisprocessandtreatedwastewatercouldmeettherequirementofrecyclingofregeneratedpapermakingprocess.Keywords:pollution;wastepapermaking；supercriticalwateroxidation;organicmatter(上接第84页）(三）采取有效措施防止洗钱活动。第一，人人贷应当审核投资人的身份，确保其注册身份信息的真实有效。第二，人人贷应当审核投资人资金的来源，对于大额资金的投资，可以要求投资人提供资金的来源渠道，证明资金的合法性。一旦发现有大宗资金来源不明，应该马上禁止用户在平台上的投资活动。第三，人人贷可与银行合作，一方面保留用户的交易记录，便于以后的查询，另一方面银行作为金融机构，可以借助反洗钱监管机构的监管，保障人人贷投资的合法性。(四）保证借款人资金合理的用途。首先，人人贷应要求借款人提供合理的资金用途证明，对于不同的用途采取不同的监控措施，严禁借款人将贷款用于投资期货、股票、房地产等高风险的投资。其次，人人贷应当建立风险应急措施，当借款人资金的用途与申请不相符时，应紧急强制收回资金，以防更大损失。(五）建立健全的P2P行业法律法规，加强对行业的监管。第一，出台相应的法律法规对P2P行业性质进行界定，明确人人贷的业务范围和操作规章，让人人贷的运营有法可依。第二，明确人人贷的监管机构，将人人贷公司一并纳人银监会的监管范围，对其业务范围、操作规范、资金安全、用户信用进行全面监管。第三，成立P2P行业协会，制定行业准则，相互监督，共同促进行业的健康发展。ResearchontheDevelopmentSituationandRiskPreventionandControloftheSharingEconomy------ACaseStudyofEveryoneLoanZhuTian(ChangjiangInstituteofTechnology，Wuhan，Hubei，430212)Abstract：Peer-to-peerlending，asaformofeconomicinnovationandfinancialdisintermediation，cannotonlypromoteChinaeconomyreformation，butalsohasalotofrisk.Itsmainrisksareasfollows：creditsystemisnotperfect，thelegalsystemisnotperfect,theuseoffundsisnotdetermined,andsoon.Soweshouldimprovetherelevantlegislation，strengthensupervisionandimprovethecreditsystemassoonaspossible.Keywords：sharingeconomy;everyoneloan;financialriskpreventionandcontrol