Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Oxidačně redukční procesy

Název procesu

Mokrá oxidace (Wet Air Oxidation - WAO)

Popis technologie

Oxidace kyslíkem za zvýšeného tlaku a teploty, obecně pod kritickým bodem vody (22,1 MPa 374 °C). Dochází k oxidaci organických látek na sloučeniny jednodušší, případně až na CO₂ a H₂O. Heteroatomy jako jsou halogeny, S nebo P se uvolňují ve formě halogenidů, síranů a fosforečnanů, respektive ve formě příslušných kyselin. Organicky vázaný dusík se uvolňuje převážně ve formě N_amon.

Účinnost odstranění organických látek vyjádřených jako ChSK se pohybuje v rozsahu 60 - 95 %. Doba zdržení vody v reaktoru je obvykle v rozpětí desítek minut až několika hodin.

Mokrá oxidace se běžně rozděluje na nízko- a vysokotlakou variantu.

Nízkotlaká:
< 2 MPa 
< 200 °C

Vysokotlaká:
2 - 20 MPa
200 - 350 °C

Použitím katalyzátoru lze docílit snížení nákladů mírnějšími podmínkami procesu (nižší teplota), vyšší míry oxidace organických sloučenin a částečné transformace N_amon na plynný N₂. Katalýza může být:

a) homogenní - katalyzátor je rozpuštěn ve vstupní vodě a následně musí být oddělen;
b) heterogenní - katalyzátor je v tuhé fázi, obvykle na nosiči přímo v reaktoru.

Alternativně lze jako pomocné oxidační činidlo použít i peroxid vodíku.

Aktuálnost

stávající high-tech

Vhodné pro srážkové vody

ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

Reaktory jsou koncipovány jako průtočné. Reaktor musí být materiály i uspořádáním přizpůsoben konkrétnímu vstupu.

Reaktory v nízkotlakém provedení jsou konstruovány z korozivzdorné ocele, alternativně se smaltováním nebo teflonovým povrchem. Vysokotlaká verze vyžaduje materiály na bázi titanu a jeho slitin, případně další speciální slitiny.

Typické schéma

Cílené znečištění

organické znečištění ve vysoké koncentraci a/nebo obtížně rozložitelné

Typické koncentrace cílového znečištění

jednotky až desítky g/l ChSK (v rozsahu cca 5-200 g/l)

Kritické parametry

Nízké koncentrace ChSK (< 5000 mg/l) obvykle znamenají neekonomičnost procesu.

Vysoké koncentrace solí, zejména chloridů (> 150 g/l RAS; > 50 g/l Cl^-) znamenají vysoké riziko koroze.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Pro snadno rozložitelné organické látky (org. kyseliny, alkoholy) lze dosáhnout jednotky g/l ChSK.

Hygienizační funkce

ano

Investiční náklady

Nelze uvést přesný rozpočet.

Výše investičních nákladů silně závisí na vstupních podmínkách, především na:

a) objemu vstupních vod (kapalných odpadů)

b) podmínkách procesu

vysokotlaká varianta klade vyšší nároky na materiál zařízení.

Reaktory v nízkotlakém provedení jsou konstruovány z korozivzdorné ocele, alternativně se smaltováním nebo teflonovým povrchem. Vysokotlaká verze vyžaduje materiály na bázi titanu a jeho slitin, případně další speciální slitiny. Materiálové požadavky jsou ovlivněny také agresivitou prostředí.

V současné době (2020) nejsou k dispozici data z ČR.

Zahraniční zdroje uvádění nejčastěji náklady od 1 mil. EUR až do desítek mil. EUR.

Prostorová náročnost

Vzhledem k technologické náročnosti, nutnosti dodržovat patřičná bezpečnostní opatření nebo nezbytnému odvodu odpadního tepla nelze označit za kompaktní technologii.

Bezpečnostní rizika

vysoký tlak a teplota, korozivní kapalina

Energetická náročnost

Požadavky na energie jsou spojeny především s ohřevem a čerpáním. Vždy je nutná kontrola teploty. V případě dostatečné koncentrace org. látek na vstupu (orientačně cca 50 g/l ChSK pro vysokotlakou WAO) se proces stává autotermní a naopak je nutné teplo odvádět.

Náročnost na obsluhu

Technologie umožňuje vysokou míru automatizace, nicméně vyžaduje kvalifikovanou obsluhu (v podstatě jde o řízení chemického procesu)

Provozní náklady

Jsou spojené především s energiemi (čerpání, ohřev). V současné době (2020) nejsou k dispozici data z ČR.

Zahraniční zdroje uvádějí 10-80 EUR/m³ až 100 EUR/m³ v případě nutného dočištění.

Chemikálie

vzduch/kyslík

kyseliny/zásady pro úpravu hodnoty pH

katalyzátor v případě homogenní katalýzy

modifikovaná verze využívá dávkování H₂O₂

Měření a regulace

průtok, tlak, teplota, pH

Plynné

odplyn (především CO₂, vodní pára, CO, VOC)

Pevné

Kaly v případě předčištění

Oddělený katalyzátor v případě homogenní katalýzy (recyklace je žádoucí)

Vyžadovaná předúprava

Podle typu reaktoru separace nerozpuštěných látek

Vždy separace anorganických nerozpuštěných látek

Vyžadované dočištění

odplynění

ochlazení

neutralizace

běžně biologické dočištění (podle koncentrace anaerobně/aerobní nebo čistě aerobní)

Typická průmyslová odvětví

Chemický průmysl Farmaceutický průmysl Petrochemický průmysl Likvidace organických kalů a nebezpečných odpadů

Kabdasli, I. and O. Tunay (2010). Chemical Oxidation Applications for Industrial Wastewaters, IWA Publishing.

Tchobanoglous, G., et al. (2014). Wastewater engineering: treatment and resource recovery. New York, NY, McGraw-Hill Education.

Parsons, S. (2004). Advanced oxidation processes for water and wastewater treatment. London, IWA.

Rao, D. G. (2013). Wastewater treatment: advanced processes and technologies. London, IWA Publishing.