[发明专利]超临界水处理废弃多氯联苯的工艺流程与成套设备

说明书

技术领域

本发明涉及持久性有机污染物(POPs)无害化处理处置，属于环境保护领域的废弃污染物控制治理，尤其适合于液态危险废弃物的无害化处置。

背景技术

多氯联苯是斯德哥尔摩公约中所列12种POPs中的一种。工业用途的多氯联苯早在上世纪80年代初停止生产，但是大部分含多氯联苯的工业设备如变压器和电容器在强制淘汰后只是简单地进行山地封存，目前大多数封存点已经超过了设计使用年限，多氯联苯存在以地表径流的形式泄漏于环境中的潜在风险。我国关于多氯联苯处理与处置的原始基础资料储备很不完全，而关于超临界水处理与处置的资料基本是空白。目前采用的多氯联苯处理与处置方法主要是焚烧，焚烧所带来的二次污染等使开发环境友好型的多氯联苯处理处置方法显得十分迫切。基于上述原因，进行持久性有机污染物超临界水处理与处置技术的研发显得十分必要和迫切，其意义主要表现在：多氯联苯的处理与处置将为公约中的其他POPs的处理与处置提供重要的经验与理论信息；在我国现有的规模化多氯联苯处理处置技术基础上增加一项新的环境友好处理处置技术；为我国切实严格履行公约提供又一条可行的实现途径，并为我国最终解决危害人类健康安全和生态系统稳定的世纪之毒-持久性有机污染物问题提供技术支持。

超临界水氧化技术是20世纪80年代初美国学者Modell首次提出，当温度达到374℃，压力达到22.1MPa时，水处于超临界状态，水的物理性质发生了巨大的变化，如介电常数，粘度，扩散系数，离子积等均发生了改变。超临界水能与非极性有机物质完全互溶。一些通常状态下只能少量溶于水的氧气，氮气，二氧化碳，空气可以以任意比例溶于超临界水中。而无机物质，特别是盐类，在超临界水中的溶解度很低。超临界水的特性使有机物、氧化剂、水形成均一的相，克服了相间的传质阻力，高温高压大大提高了有机物的氧化速率，并且可以依靠有机物氧化过程所放出的热来维持反应所需温度，实现自热。因而许多学者将这一技术引入难降解有机危险废弃物的处理之中。

本发明结合多氯联苯的特点和污染特性，采用新兴的超临界水氧化技术，以废弃变压器油为实施对象，将其中的多氯联苯彻底氧化分解成环境友好的CO₂和H₂O，实现环境友好型无害化处理的目的。

发明内容

本发明的目的是结合多氯联苯(PCBs)、尤其是废弃变压器油和电容器油中所含PCBs的形态特征和受热后的分解转化特点，采用超临界水氧化技术，通过导入反应促进助剂，将液相介质中含有的PCBs彻底氧化分解成环境友好的CO₂和H₂O，达到无害化处理的目的。具体工艺包括：首先将含废弃PCBs的液体与水以一定的比例混合，加入一定量的氧化剂和催化剂，在手动加压式超临界水反应装置中密闭加热，待温度、压力达到所需要的超临界条件之后，开始计时，处理结束后，使反应釜冷却至室温。将处理后的悬浊液转入离心管，固液分离后从固相中回收NaCl，水相可以循环利用。此工艺的处理效果受处理样品中PCBs的含量、氧化剂和催化剂的加入量、处理温度、压力、处理时间等因素的影响。下面结合说明书附图及实施方案进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1超临界水氧化电容器油中多氯联苯的工艺流程示意图。

图2超临界水反应釜示意图。

图3不同H₂O₂加入量时超临界水氧化PCBs后的GC-MS图谱。反应条件是：电容器油体积/H₂O₂体积＝1/10，反应温度420℃，压强25MPa，处理40分钟。

具体实施方式

如图1和图2所示，将1ml含有60％(w/w％)PCBs的废弃电容器油置于容积为100ml的手动加压式超临界水反应装置的反应釜中，电容器油的密度为1.5g/ml，往反应釜中加入70ml去离子水，再加入1克Na₂CO₃，最后加入10ml H₂O₂后立即密封反应釜，拧紧后加热，温度升至420℃后开始计时，此时容器内压强通过手动加压装置控制在25MPa，反应40分钟后停止加热。温度降至室温后开启反应釜体，将反应物转移到离心管中，离心分离后固相为反应过程中形成的NaCl；用正己烷淋洗液相，洗液与液相合并，将液相用1∶10的丙酮和正己烷超声波萃取15分钟，振荡分离，该过程重复三次。静置分层后对有机相定容，用气相色谱-质谱联用议测定液相中是否残存有PCBs。实验结果表明，当电容器油体积/H₂O₂体积＝1/10时，反应温度420℃、压强25MPa时，处理40分钟可以将废弃电容器油中的PCBs全部氧化分解。系统中H₂O₂的加入量是关键参数，图3显示，在上述反应条件下，只有当H₂O₂加入量不低于10ml时，PCBs才能完全氧化分解。