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湿式酸化は、水熱処理の一種です。これは、酸素を酸化剤として使用して、水中の溶解または懸濁した成分を酸化する方法です。空気を使用する場合は、「湿式空気酸化」(WAO) と呼ばれます。酸化反応は、水の通常の沸点 (100 °C) より高く、臨界点 (374 °C) より低い温度の 過熱水中で発生します。
過剰な水分の蒸発を避けるために、システムは圧力下で維持されなければなりません。これは、蒸発潜熱によるエネルギー消費を制御するために行われます。また、ほとんどの酸化反応を起こすには液体の水が必要であるためでもあります。同じ温度と圧力で乾燥条件下では酸化されない化合物が、湿潤酸化条件下では酸化されます。
湿式酸化は約60年間商業的に利用されてきました。主に廃水処理に使用されています。20世紀半ばに商業化したFred J. Zimmermannにちなんで、 Zimpro （ZIMmerman PROcessから）と呼ばれることがよくあります。[1]
システムの説明
商業システムでは、通常、気泡塔型リアクターが使用され、高温で加圧された廃水が満たされた垂直の塔に空気が泡立ちます。新鮮な廃水は塔の底部に入り、酸化された廃水は上部から排出されます。酸化中に放出される熱は、動作温度を維持するために使用されます。
WAO は、水中の溶存酸素を使用して廃水汚染物質を酸化する液相反応です。溶存酸素は通常、加圧空気を使用して供給されますが、純酸素も使用できます。酸化反応は通常、150°～320 °C の中温および 10～220 bar の圧力で発生します。このプロセスにより、有機汚染物質が二酸化炭素、水、および生分解性の短鎖有機酸に変換されます。硫化物やシアン化物などの無機成分は、非反応性の無機化合物に変換されます。
WAO反応では、生物学的難分解性化合物を含む複雑な有機分子がより単純な有機化合物または完全に無機化された状態（CO 2、NH 3、Cl −、SO 4 −2、PO 4 −3）に分解されます。低分子量カルボン酸などの単純な有機化合物や無機化された反応生成物は、WAO排水中に存在する可能性があります。このため、WAO排水は一般に排出前に後処理が必要です。WAO排水は一般に容易に生分解され、BOD：COD比が高くなります。完全な処理には、活性汚泥生物処理などの標準的な処理技術がWAOと併用されるのが一般的です。[2]
WAO システムでは、処理を強化し、より高い COD 分解を達成するために触媒を使用することができます。不均一触媒と均一触媒が使用されています。不均一触媒は、安定した基質に堆積した貴金属に基づいています。均一触媒は溶解した遷移金属です。Ciba-Geigy、LOPROX、ATHOS などのいくつかのプロセスでは、均一触媒が使用されています。 [3] [4] Ce/Mn、Co/Ce、Ag/Ce などの混合金属触媒も、WAO システムで達成される処理を改善するのに効果的です。[5]
特殊なタイプの湿式酸化プロセスは、いわゆる「VerTechプロセス」システムでした。このタイプのシステムは、1994年から2004年までオランダのアペルドールンで稼働していました。このシステムは地下圧力容器（重力圧力容器またはGPVとも呼ばれる）に設置されていました。圧力は、深さ1,200メートル（3,900フィート）の反応器に材料を供給することによって供給されました。深層シャフト反応器は熱交換器としても機能するため、予熱は必要ありませんでした。動作温度は約270°C、圧力は約100バール（1,500psi）でした。この設備は、運用上の問題により最終的に閉鎖されました。[6] [7]
商用アプリケーション
使用済み苛性ソーダ処理
市販の湿式酸化システムの大部分は、エチレンや LPG 製造からの硫化物を含む使用済み苛性アルカリや、製油所からのナフテン系およびクレゾール系の使用済み苛性アルカリなどの産業廃水の処理に使用されています。
WAO処理システムの典型的な分類。[8]
低温 WAO システムは硫化物をチオ硫酸塩と硫酸塩に酸化しますが、処理された排水には高濃度のチオ硫酸塩が存在します。中温システムは硫化物を完全に硫酸塩に酸化し、メルカプタンはスルホン酸に酸化します。硫化物系の使用済み苛性アルカリの場合、化学的酸素要求量 (COD) が高くなり (>90%) 破壊されます。高温システムは、ナフテン系およびクレゾール系の使用済み苛性アルカリに含まれる有機化合物を酸化するために使用されます。
下水汚泥処理
バイオソリッドの処理にも、低温殺菌や廃棄量削減を目的としたシステムがほぼ同数使用されています。熱処理は210～240℃の温度で行われます。4%乾燥固形物スラリーはWAOシステムで処理され、消毒され、処理された排水はフィルタープレスを使用して乾燥固形物55%まで脱水されます。[4]
その他のアプリケーション
湿式空気酸化は、次のようなさまざまな工業プロセス水や廃水の処理にも使用されています。
· 有害廃棄物[9]
· 生産水からの運動性水和物抑制剤（KHI） [10]
· ポリオールエーテル/スチレンモノマー（POSM）廃水[11]
· 硫酸アンモニウム結晶化装置母液[11]
· 製薬廃水[11]
· シアン化物廃水[11]
· 粉末活性炭再生[11]
参照
参考文献
- ツィンマーマン、F.廃棄物処理、米国特許 2665249、1950 年。
- Mishra, V.; Mahajani, V.; Joshi, J.「湿式空気酸化」、Ind. Eng. Chem. Res."、34、2-48、1995。
- Maugans C.、Ellis、C.「湿式空気酸化：商用亜臨界水熱処理のレビュー」、第 21 回国際焼却および熱処理技術会議、ニューオーリンズ、2002 年 5 月 13 ～ 17 日。WAO 歴史論文
- Patria, L.; Maugans, C.; Ellis, C.; Belkhodja, M.; Cretenot, D.; Luck, F.; Copa, B. 「湿式空気酸化プロセス」、水および廃水処理のための高度酸化プロセス、S. Parsons 編集、pp 247–274。2004 年、IWA 出版。
- Giudici, D.; Maugans, C.「湿式空気酸化プロセス (WAO) の応用によるメチルメタクリレートの工業的合成の改善」、MMA WAO 論文
- ^ 「Zimproの歴史」。2010年2月4日閲覧。
- ^ Kumfer, B.; Lehmann, D. 処理困難な医薬品廃棄物の湿式空気酸化。Water Practice 2007, 2 , 1-11。
- ^ Levec, J .; Albin , P . 触媒湿式空気酸化プロセス：レビュー。Catalysis Today。2007、124、172-184。
- ^ ab Luck, F. 湿式空気酸化：過去、現在、そして未来。Catalysis Today 1999、53、81-91。
- ^ Silva, A.; Marques, R.; Quinta-Ferreira, R. 環境リスク防止のためのアクリル酸の湿式酸化用セリウム系触媒。Applied Catalysis 2004 , 47 , 269-279。
- ^ Bhargava, SK; Tardio, J.; Prasad, J.; Folger, K.; Akolekar, DB; Grocott, SC 湿式酸化と触媒湿式酸化。Ind . Eng. Chem. Res. 2006 , 45 , 1221-1258.
- ^ Kolaczkowski, ST; Plucinski, P.; Beltran, FJ; Rivas, FJ; McLurgh, DB 湿式空気酸化：プロセス技術と反応器設計の側面のレビュー。Chemical Engineering Journal 1999 73、143-160。
- ^ Kumfer, B.; Clark, M.「石油精製所における使用済み苛性アルカリの湿式空気酸化」、国際水会議（IWC）、テキサス州サンアントニオ、2012年11月4～8日。
- ^ Heimbuch, J.; Wilhelmi, A. 湿式空気酸化 - 水性有害廃棄物ストリームの処理手段。Journal of Hazardous Material。 1985年、12、187-200。
- ^ Kumfer, B.; Clark, M.; Cook, S.; Garza, T.; Jackson, S. 「湿式空気酸化によるKHI含有生産水の処理」、国際ガスハイドレート会議（ICGH）、中国北京、2014年7月28日～8月1日。
- ^ abcde Patria, L.; Maugans, C.; Ellis, C.; Belkhodja, M.; Cretenot, D. Luck, F., Copa, B; 湿式空気酸化プロセス。水および廃水処理のための高度酸化プロセス、Parsons, S.; IWA Publishing: ロンドン、2004、247-274。