高鹽廢水超臨界水氧化處理過(guò)程的響應(yīng)面優(yōu)化

閆正文，廖傳華，廖瑋，朱躍釗

（南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇南京210009）

高鹽廢水是指含有機(jī)物和總?cè)芙夤腆w物（TDS）質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3.5%的廢水，主要來(lái)自化工生產(chǎn)過(guò)程及石油和天然氣的采集加工等過(guò)程，在這類(lèi)廢水中，除了有機(jī)污染物，還有大量可溶性無(wú)機(jī)鹽，如Cl-、Na+、SO42-、Ca2+等[1-2]。高鹽廢水產(chǎn)生途徑廣泛，水量巨大且有逐年增加的趨勢(shì)，如果直接排放，廢水中高濃度的可溶性無(wú)機(jī)鹽和難降解的有毒有機(jī)物會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，造成淡水資源礦化和土壤堿化[3]。在水資源日漸短缺的今天，如何高效處理此類(lèi)廢水已經(jīng)成為水處理行業(yè)的一個(gè)難題。

超臨界水氧化（SCWO）技術(shù)利用水在超臨界狀態(tài)下（374.2℃，22.1 MPa以上）具有的特殊性質(zhì)[4]，以氧氣作為氧化劑，超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)，使水中的難降解有機(jī)物與氧化劑在均一相（超臨界流體相）中發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，有機(jī)物中的N轉(zhuǎn)變成N2和N2O，S和鹵素等則生成硫酸根離子和鹵素根離子的無(wú)機(jī)鹽沉淀析出[5-7]。SCWO技術(shù)具有反應(yīng)徹底、處理效率高；反應(yīng)速率快、停留時(shí)間短；產(chǎn)物清潔，無(wú)二次污染，無(wú)需后續(xù)處理等顯著優(yōu)勢(shì)[8-10]。

響應(yīng)面分析方法（Response Surface Methodology，RSM）是一種在多元因素中尋求最優(yōu)條件的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，采用多元二次回歸方程來(lái)擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)回歸方程的分析得到最佳的工藝參數(shù)。目前，響應(yīng)面分析方法已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于廢水處理的實(shí)驗(yàn)研究中[11-12]。本實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面分析方法，通過(guò)Box-Behnken Design（BBD）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以TDS去除率為目標(biāo)響應(yīng)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，選取溫度、壓力、反應(yīng)時(shí)間為實(shí)驗(yàn)因素，通過(guò)擬合響應(yīng)面模型分析各因素間交互作用對(duì)TDS去除率的響應(yīng)，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化以達(dá)到最佳的操作條件。……