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[学位]

有机磷农药废水超临界水氧化处理的关键问题研究

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Author:

唐兴颖 (唐兴颖.)

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Abstract:

有机磷农药是我国最重要的农药体系,其生产总量占全国农药生产总量的70%以上,但同时有机磷农药行业也是我国精细化工行业中污染治理投入最多且难度大的行业。有机磷农药废水是有机磷农药在生产过程中排出的废水,具有污染物浓度高、含盐量大、成分复杂且毒性大等特点,而有机磷农药废水的常规处理方法存在运行费用高、二次污染和占地面积大等问题。作为一种新型的高浓度难降解有机废水处理技术,超临界水氧化技术具有处理彻底、反应迅速、无二次污染和占地面积小等显著优点,因此本文将超临界水氧化技术引入到有机磷农药废水的处理中来,围绕处理过程中的关键问题进行了深入研究,主要研究内容和创新性成果如下:
本文研究超临界水氧化处理有机磷农药废水过程参数的优化,分别研究了反应温度、反应时间、氧化系数等过程参数及碱性催化剂对超临界水氧化出水水质的影响规律,分析了反应过程中氮平衡分析、碳平衡分析及有机物降解路径。相比氧化系数和反应时间,反应温度对提升XCOD的影响最为明显,提高进料的预热速度也能显著提高XCOD。在600°C、25MPa、OC=3.0和t=2.0min的反应条件下,XCOD和XTN能分别达到99.42%和86.70%,另外,超过92.0wt%的TOC和86.70wt%的TN分别转化成为CO2和N2。反应后出水氨氮的浓度增高,这表明氨的浓度增大表明有机氮转化为氨氮的量高于氨氮转化为氮气的量。
本文研究了典型镍基合金在超临界水氧化降解真实农药废水系统中亚临界缺氧(350°C,25MPa)和超临界氧化(450°C,25MPa)条件下的腐蚀行为特性。在超临界条件下,氯和氧引起的协同腐蚀作用比单一的含氯或含氧条件能引起更为严重的腐蚀。超临界含氯溶液能造成Incoloy 800发生严重的点腐蚀,但是其他测试合金均表现出较好的抗点腐蚀能力。Ni表现出严重选择性溶解而流失,而Cr却在氧化条件下能生成稳定的铬氧化物。Mo对镍基合金合金耐蚀能力的增强作用依赖于Cr的存在。镍基合金中的Fe也能形成稳定的Fe3O4。含碳有机物不完全的分解,能在合金表层形成碳沉积。超临界条件下,对Incoloy 825、Inconel 625和Hastelloy C-276三种镍基合金的腐蚀特性进行研究,Incoloy 825表现出最弱的抗腐蚀能力,且在高含氯和高含氧条件下,呈现最高14.6mmpy的腐蚀速率。由于Cr含量高,因此Inconel 625的抗氧化腐蚀能力要强于Hastelloy C-276。然而,Hastelloy C-276的Mo含量高,使其在超临界盐溶液条件下表现出最低0.9mmpy的腐蚀速率。
本文在超临界水(450°C、25MPa)含氯、含氧和含磷酸盐条件下,对奥氏体不锈钢、镍基合金和钛基合金的腐蚀行为特性进行了研究,并阐明了磷酸根对含氧含氯条件下三种合金的腐蚀抑制机理。316 SS和TA 10分别呈现出最弱和最强的抗腐蚀能力。在超临界水含氯和含氧环境中,316 SS呈现出严重的氧化皮脱落和Inconel 600则呈现出最严重的点蚀形貌。TA 10的腐蚀氧化层中由内向外的钛氧化物中氧含量逐渐增加,分别是TiO、Ti2O3和TiO2。氧化物TiO2、Fe3O4、Cr2O3和MoO2均在试样表面生成。316 SS在氯和氧共存的条件下,呈现出最高的腐蚀速率16.1mmpy。而TA 10在呈现出低于1.8mmpy的最低腐蚀速率。磷酸盐吸附在合金表面并生成的稳定磷酸盐膜,是其具有效抑制腐蚀作用的机理。金属离子的流失是导致腐蚀的重要成因,而K3PO4能明显降低腐蚀测试釜中金属离子的流失,由于CrPO4的高溶解度,K3PO4对Ni和Fe流失的抑制作用要大于对Cr的抑制作用。逆流过滤的盐分离方式能较好地使无机盐分离,由于同离子效应,K2SO4能降低Na2SO4的溶解度小。而K3PO4能通过双电层结构阻止Na2SO4在析出后团聚,提高其在流体中的可输送性。当质量浓度比为Na2SO4:K3PO4为2:1时,Na2SO4的溶解度仅由亚临界条件下的45g/kg降低至超临界条件下的40g/kg。
本文研究了超临界水氧化条件下的镀层防腐作用、流动加速腐蚀特性及镀层对流动加速腐蚀抑制作用。采用电弧离子镀膜(镀TiN和Cr)和酸洗钝化两种表面处理技术来提高镍基合金在超临界水氧化环境中抗腐蚀能力。镀Cr的Incoloy 825在超临界水中的耐腐蚀性最优、镀TiN膜次之、最弱为酸洗钝化,但均优于未处理的试样。在自主设计的高温高压流动腐蚀实验装置上研究了对攻角、流速和腐蚀环境对流动腐蚀的影响机制,镀Cr对合金抗流动加速腐蚀有明显的抑制作用。在攻角为45°,流速为1.0m/s时,其腐蚀速率最高为22.7mmpy,约为静止状态下的2倍。攻角对流动腐蚀的影响明显,攻角为45°时的腐蚀速率明显高于攻角为0°时的腐蚀速率。在超临界水含氧含氯的条件下,流动加速腐蚀主要是由于对表面氧化膜的剥离作用。

Keyword:

超临界水 腐蚀 磷酸盐 氧化 有机磷农药废水

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  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 王树众

Year: 2015

Language: Chinese

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