Technologie pro recyklaci vody

Typ procesu

Fyzikálně chemické procesy

Skupina technologií

Oxidačně redukční procesy

Název procesu

Oxidace v nadkritickém stavu (Supercritical Water Oxidation - SCWO)

Popis technologie

Oxidace kyslíkem za zvýšeného tlaku a teploty, obecně nad kritickým bodem vody (22,1 MPa 374 °C), obvykle 25 - 35 MPa a 450 - 650 °C.

Voda v nadkritickém stavu mění významně své vlastnosti, chová se jako superhustý plyn. Je neomezeně mísitelná s kyslíkem, takže proces není omezen rozpustností kyslíku (vlastního oxidačního činidla), klesá rozpustnost anorganických solí, naopak vzrůstá rozpustnost nepolárních látek jako jsou uhlovodíky a organické látky obecně.

Dochází k oxidaci organických látek 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. Kovy jsou oxidovány do nejvyšších oxidačních stavů a transformovány na oxidy a soli. Organicky vázaný a amoniakální dusík se oxiduje převážně na N₂.

Účinnost odstranění organických látek vyjádřených jako ChSK je běžně uváděna vyšší než 99 %. Doba zdržení vody v reaktoru je obvykle v rozpětí desítek sekund až několika minut.

Aktuálnost

ve vývoji

Vhodné pro srážkové vody

ne

Typické reaktory a jejich uspořádání

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

Obecně podmínky procesu kladou extrémní nároky na konstrukci reaktoru, který musí dlouhodobě odolávat vysokým tlakům, teplotám a silně korozivnímu prostředí.

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 obvykle znamenají neekonomičnost procesu. Koncentrace ChSK by měla být vyšší než 5 000 mg/l.

Vysoké koncentrace solí (zejména chloridů) znamenají vysoké riziko koroze a zanášení reaktoru. Soli nemusí být přímo přítomné ve vstupu, mohou vznikat z heteroatomů v organických sloučeninách.

Limity pro další parametry závisí na konstrukci (materiálu) reaktoru.

Dosažitelné koncentrace cílového znečištění

Pro nerozpuštěné látky (vysrážené soli a další anorganický inert) lze dosáhnout koncentrace podle složení vstupu.

Podle některých zdrojů oxidy dusíku (NO_X) a kyselina octová ve stopových množství.

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) složení vstupu.

Výroba reaktoru je mimořádně náročná z hlediska materiálů. Reaktor musí vydržet vysoké tlaky a teploty. Materiálové požadavky jsou významně ovlivněny také agresivitou prostředí. Vysoké koncentrace chloridů, ale i dalších solí způsobují za podmínek procesu silnou korozi. Např. vznikající kys. fosforečná působí za daných podmínek agresivně i vůči titanu.

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, čerpáním a kompresí kyslíku. Vždy je nutná kontrola teploty. V případě dostatečné koncentrace org. látek na vstupu (cca 3 - 4 % hm.) 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) a dodávkou kyslíku. V současné době (2020) nejsou k dispozici data z ČR.

Zahraniční zdroje uvádějí desítky až stovky EUR/t sušiny.

Chemikálie

kyslík

Měření a regulace

průtok, tlak, teplota, pH

Plynné

odplyn (především CO₂, N₂)

Pevné

Anorganické kaly (vysrážené soli a oxidy)

Vyžadovaná předúprava

Podle typu reaktoru separace nerozpuštěných látek

Vždy separace anorganických nerozpuštěných látek

Předehřátí

Někdy separace anorganických solí

Vyžadované dočištění

odplynění

ochlazení

separace nerozpuštěných látek

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.