新技术费用高和不知名的忧虑,使得商品化的革新观念进入市场的速度迟缓。本文所介绍的几种技术,在观念上毫无“新颖”之处,然而它们都是机遇性的技术。旧的技术观念经改进、验证,有些能变成切实可行的技术;缺乏吸引力的那些“传统”技术,则让位于新技术。

辐射能水处理技术

太阳的自然光解反应遵循自然规律,净化着地球上的水源。紫外光是最著名和为人熟悉的光辐射。它通常与H2O2、O3,或其它催化剂一起被用于加强氧化过程,紫外光与氧化剂或催化剂作用时,产生可使污染物破坏的强氧化剂氢氧自由基OH。这种技术已商业化应用于城市污水和工业废水处理及地下水消毒处理中。

电子束流是正在被提倡用于污水和污泥杀菌除毒的另一种能源。该技术已被研究多年,由于费用相当高,阻碍着它的广泛商业应用。

佛罗里达州迈阿密电子来研究装置的研究者相信,这种技术现在可能进入市场,国家科学基金会最近通过的环保局苏必芬地革新技术评委会的新兴技术计划,考该项技术提供了启动资金。

研究者库帕(Copper)说,紫外光氧化技术完全依赖于氢氧自由基;而电子的辐照作用,除产生氢和氢氧自由基外,还产生水溶液电子,它们均能有效地破坏包括CCl4(四氯化碳)和CHCl3(三氯甲烷)在内的多种化合物。

加速至95%光速的电子轰击污水或污泥薄层,电子穿透废物时,其处理作用的接触时间约为1/10秒。

库帕等人认为,电子辐照技术在地下水消毒处理和工业废水处理领域中前景光明——在处理费用上,电子辐照技术可与其它技术竞争。他们已着手成立自己的电子辐照处理的商业公司。

加利福尼亚Palo Alto核子技术公司60年代起首先采用电子辐照技术对医疗补给品进行消毒杀菌,开展了电子辐照的商业服务。核子技术公司在Palo Alto废水处理厂内建立了电子辐照中间规模装置,以便研究高能电子束杀菌消毒的有效性、可靠性和运行费用。费用对比初步表明,电子束辐照技术的费用略低于氯/二氧化硫(Cl2/SO2)装置。前者的长处,在于取消了氯气和二氧化疏的贮存和使用设备,以及其运输设备。

太阳光水处理技术

80年代的太阳光解技术的重大进步,可能使其在90年代中期的商业市场中占有稳固的地位。地下水的消毒处理和工业废水处理是该技术的潜在市场。

在太阳光解毒作用的自然过程中,有害物质被破坏变成无害物质,此处,对光化学反应起催化作用的是太阳光中的紫外线。研究者们声称,光解反应能破坏的毒性化合物达80多种,其中包括工业用溶剂、杀虫剂、木材防腐剂、染料和某些燃料油。

研究者正在对苏必芬地区地下水的太阳光消毒处理的净化能力进行评价。此处的地下水曾被二次大战期间飞机和机械维修时的三氯乙烯和四氯乙烯污染,实验结果证明,太阳光解毒作用使上述溶剂的含量由106 PPb降至0.5 PPb以下,其去除率达99%以上。

太阳光与光活性催化剂相结合的方法处理污水时,其中的催化剂是以泥浆状TiO2加入到污水中的。TiO2吸收太阳光并发生破坏污染物的反应,产物为CO2、H2O和低浓度的简单无机酸(排放前予以中和)。

研究中采用抛物面凹形反射槽,将太阳光中的紫外线反射到所谓反应器的玻璃管道中(泵送的污水通过此管道)。

光反应器的最新设计发展提示,非聚焦式或“一个太阳”式的光反应器,甚至比抛物面凹形反射槽更有效。非聚焦式光反应器能加速该技术的商品化进程。

研究者们还研究了以玻璃、玻璃纤维、陶瓷或金属作为催化剂担体的方法。因为加入的泥浆状催化剂,使用后必须滤出其颗粒物,过滤会有困难,而且可能浪费催化剂。

令人遗憾的是太阳光照具有间歇性。总流量很小的水(如地下水的消毒处理),可在夜间或多云天贮存起来,等到有太阳光时再处理。由于这在应用中不切合实际,研究者们正在考虑太阳辐射与备用紫外灯装置相结合、24小时连续处理的可行性。

伦敦和安大略的核子技术环境公司发展了一种环境温度下的光催化技术,该技术采用人工光和TiO2催化剂破坏包括含有PCBs(多氯联苯类)和二噁英在内的工业废液和污染地下水中的有机污染物。该技术采用担体结构的催化剂,沿管道进入反应器的污染水通过TiO2涂层网格,受到低剂量紫外光灯的照射后,产生反应活性氢氧自由基,将有机物分解为CO2和H2O。

该技术的优点是节省能量、氧化速度快和总有机碳(TOC)减少。“未监测到某种有害性化学物就说它已被消除,这未必就是水已解毒”一位研究人员说,“一种有害性污染物可能刚好由一种形式转变为另一种形式,而TOC并不发生变化”。

目前,该公司致力于商业装置的设计,并打算在今后几年内设计几种示范装置。

超临界水氧化技术(SCWO)

水处于3200磅/平方英寸(~225 atm)和705°F(~374℃)下就变成了“超临界”单相流体(其性质既不是液,又不是气体)。有机物易溶于超临界水中,并在加入氧时立即被氧化。SCWO法99.9%以上的超高效率破坏二噁英、PCBs卤代溶剂和杀虫剂类有机性和生物性废物。

1985年以来,得克萨斯大学的Gloyna先生一直在研究SCWO工艺,他报道的毒性有机物破坏率极高。Gloyna说,“在45年的研究生涯里,我发现SCWO工艺具有最大的破坏力和极广泛的环境效益”。该大学的Balcones研究中心,有间歇流和连续流SCWO装置6座。根据该校与得克萨斯州奥斯丁ECO废物处理技术公司已批准的合作研究计划,正在建设一座40加仑/分处理容量的中间规模装置。

ECO的总裁Davis说,“SCWO技术使我们深受鼓舞”。该公司计划将SCWO技术推入商业市场,Davis认为,SCWO技术在处理危险性工业废物领域中大有初级市场;随着该技术的发展,大箭推进器、燃料和神经性毒气等军事性废物的处理,会有“巨大的市场”。

该工艺的基本原理是加压过的废液与高压热液氧混合后,送至预热器加热至360~380℃变成单一相,氧化作用开始,含有残余有机废物的混合液,再送入隔热反应器氧化。排出的废液冷却后送往气-液-固分离器,剩余O2循环使用,CO2可液化后出售。

SCWO工艺符合EPA有关危险性废物实行全封闭式处理的指导方针。不同于焚烧炉,SCWO反应器为全封闭式装置,无大气污染排放。根据Balcones研究中心和其它SCWO研究与发展公司的试验结果,SCOW反应器的操作温度较低,不产生NOx

但是,在SCWO所需高压和温度下,超临界水有腐蚀性——这是不容忽视的问题。因为腐蚀可能侵蚀昂贵的反应器并导致颗粒物堵塞系统。

亚临界水相氧化技术

APCT(美国宾夕法尼亚州亚林镇的空气制品和化学产品有限公司)提供了在美国实用的另一种技术——在“低于超临界状态”的压力和温度下,氧化城市污泥和组成简单的工业污泥中的有机物。

由于大多数城市污泥或废水处理产生污泥中的有机物易于在亚超临界状态下氧化,你就不需要超临界处理技术。危险性废水和较复杂的污泥,可能需要超临界处理技术。

荷兰的Ver Tech处理系统的Ver Tech特许技术,采用水溶液相氧化法,其本质是一种地下垂直反应器的湿氧化过程。废水和污泥在氧和高压作用下,转化为H2O、CO2、少量有机酸和可循环的残渣。

所用垂直管系列的深度由4000至5000英尺,泵送进入管内的污泥与氧混合,流向最大压力达1500磅/平方英寸(~losatm)和温度达550℉(-288℃)的氧化器底部。在此条件下,多种有机物被氧化。返回地面的出水,无臭、无菌,其中残余的无机性固体物在液-固分离罐中沉淀下来,分离得到地废液返回废水处理厂再处理。

[Pollution Engineering,1992年4月15日]