Hidrológiai Közlöny 1989 (69. évfolyam)

5. szám - Kálmán János–Izsáki Zoltán–Kovács László–Grofcsik András–Gruiz Katalin: A ??? oxidáció alkalmazási lehetőségei a szennyvíztechnológiában

KALMAN et al.: A nedves oxidáció 271 1. táblázat Szerves vegyületek nedves oxidációja során felszabaduló hőenergia Anyag Égéshő (kJ/kg) Levegőszüks. (kg/kg) Égéshő (kJ/kg lev) Ecetsav 14 580 1,07 13 600 Oxálsav 2 800 0,18 15 700 Piridin 34 770 2,53 13 700 Tüzelőolaj 45 000 3,26 13 800 Laktóz 16 500 1,13 14 610 Kazein 24 500 1,75 14 000 Primér szennyvíziszap* 18 200 1,34 13 600 Fölösiszap* 15 200 1,19 12 800 *Az iszap azárazanyagtartalmára vonatkoztatva, az [ÍBzap szerves/ szervetlen részének aránya 65/35. GAZ SZENNYVÍZ REAKTOR SZIVATTYÚ HŐCSERÉLŐ 6. ábra. Az eljárás folyamatábrája baduló hőmennyiséget, az oxidációhoz szükséges levegőmennyiséget, és a felhasznált levegő rnenynyiségre vonatkoztatott fajlagos felszabaduló hőmennyiséget mutatjuk be Teletzke (1964) adatai alapján. Az 1. táblázatból látható, hogy a nedves oxidációhoz felhasznált oxigén (levegő) mennyiségére vonatkoztatva a felszabaduló hőenergia csaknem azonos a legkülönbözőbb típusú vegyületekre és szennyező anyagokra. Ezért a gyakorlati számításokban a nedves oxidáció során jelentkező hőmennyiség jó közelítéssel számítható az anyag KOI-ja alapján. Szennyvíziszapok esetében az 1 g/l KOI-nak 14—15,5 kJ/l felszabaduló reakcióhő felel meg. A fenti adatok alapján számítható, hogy a nedves oxidáció milyen KOIórtéknél válik autotermmé, vagyis az oxidálandó anyag milyen KOI-értéke esetén tudja fedezni a felszabaduló hőenergia az anyagnak a reakcióhőmérsékletre (220—300 °C) történő felmelegítését. A nedves oxidáció, ill. a magas hőmérsékletű égetés hőszínezetének alakulását az oxidált anyag KOI-ja függvényében az 5. ábrán mutatjuk be Wilhelmi (1979) számításai alapján. E szerint a nedves oxidáció elméletileg már 10,000 mg/l KOI-értéknél autotermmé válik. A gyakorlati megvalósítás esetén fellépő hőhasznosítást és hőveszteségeket is figyelembe véve az autotermitást kb. 15 g/l KOI értéknél érjük el. A nedves oxidáció végtermékeiben mindig találhatók nem teljesen oxidált vegyületek: karbonsavak, aldehidek, ketonok. A 2. ábra szerint adott hőmérsékleten a tartózkodási idő növelésével gyakorlatilag nem csökkenthető bizonyos határon túl a KOI. Felmerül a kórdós, hogy ennek termodinamikai vagy pusztán kinetikai okai vannak. Ennek eldöntésére kinetikai számításokkal meghatároztuk néhány vegyület (formaldehid, hangyasav, ecetsav) oxidációjának szabadentalpia-változásait. A kapott eredmények alapján ezen reakciók egyensúlya teljesen a termékek irányában van eltolva. A nem teljes oxidációnak tehát nincs termodinamikai korlátja. A 2. ábra vízszintesbe hajló görbéi úgy magyarázhatók, hogy a keletkezett kis molekulájú oxo-vegyületek ós karbonsavak további oxidációja az adott körülmények között rendkívül kis sebességgel folyik. Az elérhető minimális KOI elsősorban a hőmérséklet növelésével, ill. katalizátor alkalmazásával csökkenthető. -5000-•5 •t 5 50001000010 30 100 KOI lg/11 300 1000 5. ábra. Az égetés hőszinezete a KOI függvényében 3. Az eljárás technológiai folyamatvázlata Az eljárás elvi folyamatábrája a 6. ábrán látható. A megfelelően előkészített szennyvizet vagy szennyvíziszapot nagynyomású szivattyúval nyomjuk a hőcserélőbe. Az oxidációhoz szükséges, számított mennyiségű nagynyomású levegőt többfokozatú levegőkompresszorral tápláljuk be. Az elegy a hőcserélőben felmelegszik a reakcióhőmérséklet közeli értékre, majd belép a reaktorba. A reaktor egy megfelelő hossz/átmérő arányú függőleges csőreaktor, amely biztosítja, hogy a felfelé áramló folyadék és a felszálló légbuborékok a levegő oxigénjének beoldódásához szükséges ideig érintkezzenek. A reakció lejátszódása után keletkező maradékgázok oxigéntartalma megfelelő reaktor kialakítás esetén 1—1,5%. A reaktorból távozó oxidált folyadék-gáz elegy a szeparátorba kerül. Az oxidált folyadék ismét a hőcserélőbe jut ahol — miközben a hőtartalma hasznosul — szobahőmérsékletre visszahűl. A lehűlt folyadékot szintszabályzóval vezérelt szelepen