Supercritical water oxidation of flammable industrial wastewaters: economic perspectives of an industrial plant

Abstract

La oxidación en agua supercrítica (GASC) es una tecnología prometedora que respeta el medio ambiente, destruye los residuos y permite la recuperación de energía. Este proceso se ha aplicado a muchos compuestos modelo y aguas residuales reales a escala de laboratorio. Sin embargo, los tratamientos con GASC a escala de planta piloto de aguas residuales reales son escasos. La aplicación de esta tecnología a aguas residuales industriales presenta inconvenientes como la corrosión, la deposición de sal y el alto costo, por lo que la ampliación a escala industrial se ha retrasado. Por ello, en este trabajo, en una primera etapa, por razones de seguridad se evaluó la viabilidad de la GASC aplicada a aguas residuales industriales inflamables a escala de laboratorio en un reactor isotérmico de flujo pistón con bajas concentraciones (3–10 g DQO L−1), a una presión constante de 250 bar y a diferentes temperaturas en el rango 350–500 mayores de concentración (20–90 g DQO L-1) en un reactor GASC a escala de planta piloto. Los experimentos a escala de planta piloto demostraron la posibilidad de trabajar en condiciones autotérmicas y los resultados se utilizaron para estimar los costos de tratamiento para una planta GASC con una capacidad de 1m3 h−1. Los resultados demostraron la viabilidad técnica de utilizar un proceso SCWO para tratar aguas residuales industriales inflamables a escala de planta piloto debido a la ausencia de inconvenientes operativos relacionados con la inflamabilidad de estas aguas residuales, como taponamientos, problemas de presurización o precalentamiento y reacciones incontroladas (explosión, etc.). La viabilidad económica quedó demostrada, especialmente teniendo en cuenta la optimización de la recuperación energética. ​

Supercritical water oxidation (SCWO) is a promising technology that respects the environment, destroys wastes and allows energy recovery. This process has been applied to many model compounds and real wastewaters at laboratory scale. However, SCWO treatments at pilot plant scale of real wastewaters are scarce. The application of this technology to industrial wastewaters has drawbacks such as corrosion, salt deposition and high cost, so industrial scale-up has been delayed. In this study, in a first stage, for safety reasons the feasibility of SCWO applied to flammable industrial wastewaters was evaluated at laboratory scale in an isothermal plug flow reactor with low concentrations (3–10 g COD L−1), at a constant pressure of 250 bar and at different temperatures in the range 350–500 ◦C. In a second stage, experiments were conducted with much higher concentrations (20–90 g COD L−1) in a SCWO reactor at pilot plant scale. Experiments at pilot plant scale demonstrated the possibility of working under autothermal conditions and the results were used to estimate the treatment costs for a SCWO plant with a capacity of 1m3 h−1. Results demonstrated the technical feasibility of using a SCWO process to treat flammable industrial wastewater at pilot plant scale due to the absence of operational drawbacks related to the flammability of this wastewater, such as plugging, pressurization or preheating problems and uncontrolled reactions (explosion, etc.). The economic feasibilitywas demonstrated, especially bearing in mind the energy recovery optimization.