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超临界水氧化法处理医院废水
第一作者：Selin Top
通讯作者：Mehmet Sinan Bilgili
单位：伊尔第兹技术大学
链接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116279
医院是流入自然环境的传染性和危险废物流的主要来源。一般来说，废物流分为三类，即：1)城市废物，由非危险材料组成，如厨房垃圾和可回收废物，包括纸、纸板和塑料等；2)医疗废物，包括危险和传染性废物，如身体部位、手术废物和尖锐材料，如针头、碎玻璃等；3)液体废物，包括制药废物、实验室的化学和生物废物。和放射性废物。除了包括危险和传染性固体残留物在内的医疗废物外，医疗机构也是废水的主要来源。这些污染物负荷和产生的废水造成的主要环境问题是未经任何处理直接排放到污水系统中。医院废水的性质与生活污水不同，其有毒物质种类繁多，主要是药物残留及其代谢物、致病微生物、酚类和洗涤剂等化学物质，以及其他化合物过量的新污染物。据报道，医院废水中此类微污染物的含量是生活污水的4-150倍。在过去的十年中，人们研究了新的有效的现场处理医院废水的方法，这些方法可以有效地去除药物和致病微生物。这些研究大多集中在物理化学处理上；高级氧化；生物处理包括膜生物反应器。超临界水技术是基于水在超临界条件下（T>374.1℃，P>22.1 MPa）的独特特性，近年来作为一种替代处理技术受到了广泛关注。由于氢键含量的减少，水的物理化学性质与环境水不同。在超临界水中，水的密度、介电常数和粘度分别从1000 kg/m3、80和0.89 μPa-s降低到322 kg/m3、2和0.03 μPa-s。因此，与环境条件相反，超临界水成为非极性材料（即碳氢化合物）的良好溶剂，而成为极性材料（盐和其他离子化合物）的不良溶剂。尽管SCWO工艺被认为是处理高强度废水的有效技术，但其工业应用一直受到腐蚀和盐沉淀等主要问题的阻碍。关于减少SCWO反应器中的腐蚀和盐沉淀的研究已经发表了大量的文章。这些研究通常集中在耐腐蚀材料的使用、涂层的应用、蒸发壁的使用、中和和操作条件的优化。超临界水氧化法以其对有机物的高效去除，近年来在工业废水处理中得到了广泛的应用。在包括物理、化学和生物处理系统在内的废水处理技术中，超临界水氧化是一种很有前途的技术，可以解毒和修复各种新出现的有机污染物。伊尔第兹技术大学Mehmet Sinan Bilgili等人在Water Research发表了题为“Treatment of hospital wastewater by supercritical water oxidation process”的研究论文，该文研究了研究超临界水氧化技术处理医院废水。实验研究可分为三个部分；1)考察温度、停留时间和氧化剂配比对去除医院废水中有机物的影响；2)在优化条件下对合成溶液中部分药物（扑热息酚、环丙沙星、卡马西平、氨苄西林、环磷酰胺）的去除；3)超临界水氧化处理实际医院废水，并对各参数的去除率进行评价。![]()
要点一：反应温度、停留时间和氧化剂配比的影响
氧化反应在TOC降解方面随着温度的升高而增强。在所有温度值下，反应30 s后TOC浓度降至5 mg/L以下，去除率>90%。然而，温度的进一步升高导致TOC浓度的有限下降，最佳温度为450℃，反应时间为60 s，对医院废水中TOC的去除率可达95%左右。为确定超临界水氧化的重要操作参数之一——最佳氧化剂比。在温度为450℃、反应时间为60 s、氧化剂用量为0 ~ 10 H2O2/COD的条件下进行了分析。与添加1/1氧化剂（> 90%）相比，未添加氧化剂的医院废水TOC去除率相对较低（55%）。较高的氧化剂比例对TOC去除率没有显著影响，在所有分析条件下，去除率均在90%至95%之间。因此，为了防止H2O2的进一步消耗，选择最佳的氧化剂剂量为1:1 （100%）。![]()
图2. 温度和反应时间对TOC去除率（H2O2/COD∶1）的影响。
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图3. 氧化剂配比对TOC去除率的影响（T = 450℃，T = 60 s）。
要点二：合成溶液中除去药物
经超临界水氧化处理后合成溶液中所选微污染物的出水浓度。对乙酰氨基酚、环丙沙星、卡马西平、氨苄西林和环磷酰胺在所有实验条件下的出水浓度均低于1.5 μg/L，去除率均高于99%。在较高温度下去除速率的增加可以忽略不计。在温度、反应时间和氧化剂配比的最佳运行条件条件下，所选药物微污染物的去除率分别为450℃、60 s和100%。![]()
图4. SCWO处理后出水微污染物浓度（C0: 200 μg/L， 1/1氧化剂比, 25 MPa）。
要点三：真实医院污水样本的处理
在初步研究期间确定的最佳条件下对医院废水进行处理，并测量了除药物外所有污染物的去除率。SCWO对医院废水中COD、BOD、TOC、TN和SS的去除率均在90%以上。医院废水TOC去除率反映了有机化合物的矿化程度。高去除率意味着大部分有机污染物被分解为CO2和水。根据观察结果，超临界水氧化法可以在很短的时间内（60 s）处理医院废水，对理化参数的去除率大于90%。SCWO对医院废水中总磷、正磷酸盐、苯酚、AOX和表面活性剂的去除率及原液和处理后废水中的浓度如图。磷的去除率大于90%，对医院废水中苯酚、AOX、表面活性剂的去除率在80%左右。AOX不能通过常规处理工艺去除。因此，获得的AOX去除率对达到下水道系统的排放限值具有重要意义。由于苯酚、AOX、表面活性剂等特殊污染物在医院废水中的高毒性，其浓度比常规的理化参数更为重要，因此对这些污染物去除率高的处理方法将更适合医院废水的处理。医院废水经SCWO处理后，对乙酰氨基酚的去除率最高，为99.9%，华法林的去除率最低，为72%。卡马西平、环丙沙星、环磷酰胺、氨苄西林、萘普生、双氯芬酸和磷酸三酯（2-丁氧乙基）的去除率在73% ~ 97.6%之间。对于常规处理工艺不能去除的药物，获得的去除率相当高。由此可见，SCWO在很短的时间内处理医院废水具有很大的潜力。大部分溶解的有机污染物，包括药物，转化为高度氧化的中间体，最终转化为二氧化碳和水。可以得出的结论是，所有污染物的浓度都在很短的反应时间内降至低于土耳其条例规定的排放限值。![]()
图5. SCWO（450°C, 25 MPa, 60 s）去除医院废水中的COD、BOD、TOC、TN和SS。
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图6. SCWO（450°C, 25 MPa, 60 s）去除医院废水中的总磷、正磷酸盐、苯酚、AOX和表面活性剂。
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图7. SCWO处理（450°C, 25 MPa, 60 s）去除医院废水中的药物。
本研究重点介绍了SCWO工艺处理医院废水，以完全去除常规污染物和药物。实验研究表明，在超临界条件下，医院废水可以在450℃、60 s、1/1的温度、反应时间和氧化剂比下处理。COD、TOC、BOD和磷的去除率均在90%以上，苯酚、AOX和表面活性剂的去除率均在80%以上。SCWO也是从医院废水中去除药物的有效选择。实际医院废水中9种药物的去除率在72% ~ 99.9%之间，与其他方法相比去除率较高。SCWO是一种新型的污水处理方法，可用于处理含有药品、其他有毒化学物质以及各种病原微生物的医院废水。高去除率可以实现，而不需要一个二级步骤的排放处理后的废水。据我们所知，SCWO处理真正的医院废水尚未在科学文献中发表。本研究在含药品、化学品、放射性物质和病原微生物的医院废水的全面处理方面取得了突破性进展。Treatment of hospital wastewater by supercritical water oxidation process https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116279
整理：蔡锶璇
编辑：张雅倩
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