1、污水處理中的超臨界水氧化技術(shù)污水處理中的超臨界水氧化技術(shù)11環(huán)境工程胡進祿111273060121摘要摘要：超臨界水氧化法是一種很有前途的廢水處理方法。介紹了超臨界水的性質(zhì)、超臨界水氧化技術(shù)的原理及在廢水處理中的應用并對該技術(shù)存在的問題和發(fā)展前景進行了探討。關鍵詞關鍵詞：超臨界水；超臨界水氧化技術(shù)；污水處理1超臨界水超臨界水超臨界水是指當氣壓和溫度達到～定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。繼固體、

2、液體和氣體之后人們發(fā)現(xiàn)了可以稱為第四狀態(tài)的超臨界流體(SupercriticalFluid簡稱SCF)。所謂超臨界流體是指物質(zhì)的溫度和壓力分別高于其所固有的臨界溫度和臨界壓力時所處的特殊流體狀態(tài)。近20年來SCF技術(shù)廣泛應用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、環(huán)境科學、生物科學、材料科學和化學工業(yè)等諸多領域[1]。1.11.1超臨界水的特點超臨界水的特點水的臨界點在相圖上是氣體一液體共存曲線的終點，它由一個具有固定不變的溫度、壓力和密度的點來表示，在

3、該點氣相和液相之間的差別剛好消失。當體系的溫度和壓力超過臨界點值時，體系中的水就被稱作“超臨界”的水。超臨界水的許多物理和傳輸性質(zhì)介于液體和氣體之間，并具有許多獨特的性質(zhì)。例如，與普通水相比，超臨界水具有較小的極性、易改變的密度、較低的粘度、較低的介電常數(shù)、較低的表面張力和較高的擴散性。超臨界水的密度、介電常數(shù)、粘度、導電率、離子積以及各種物質(zhì)在其中的溶解度等值可以通過改變溫度和壓力而連續(xù)地改變。超臨界水也具有獨特的溶解性質(zhì)，在室溫水中

4、難溶的化合物在超臨界環(huán)境下會變得易溶，而一些在室溫下易溶的化合物在超臨界環(huán)境下變得難溶。超臨界水對有機物具有高的溶解度，而對鹽類則具有較小的溶解度。2超臨界水氧化技術(shù)超臨界水氧化技術(shù)超臨界水氧化(SupercriticalWaterOxidation，SCWO)技術(shù)是由美國MIT(麻省理工學院)的Modell教授在20世紀80年代提出的[2]，它是以超臨界水為介質(zhì)，均相氧化分解有機物，將有機碳轉(zhuǎn)化成CO2，硫、磷和氮原子分別轉(zhuǎn)化成硫酸鹽

5、、磷酸鹽、硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。超臨界水氧化法是近十幾年出現(xiàn)的新的有機廢水處理技術(shù)應用范圍廣降解速度快降解徹底無二次污染受到研究工作者的普遍關注。2.12.1SCWOSCWO法的優(yōu)點法的優(yōu)點與傳統(tǒng)的有害物質(zhì)處理方法相比，超臨界水氧化技術(shù)利用超臨界水與有機物混溶的性質(zhì)，具有多方面的優(yōu)勢：(1)反應速度非常快，氧化分解徹底，一般只需幾秒至幾分鐘即可將廢水中的有機物徹底氧化分解，并且去除率可達99％以上；(2)有機物和氧化劑在單一相中反

6、應生成C02和H20，出現(xiàn)在有機由于超臨界水氧化法操作條件比較苛刻：高溫、高壓及強氧化性，因此對設備材料的要求就比較高。到目前為止有報道的大部分設備都是由不銹鋼制成的，由其它新型材料制成的反應器還未見報道。對管道污物處理的實驗表明：在溫度低于450K時，奧氏體不銹鋼可以抵御濃度低于300mg／L的氯離子的腐蝕，但仍有腐蝕裂紋和點蝕。這就有必要使用鈦和鎳合金等特殊材料制造反應設備，雖然材料的成本很高，但抗腐蝕能力也要強很多。改進的反應器在

7、處理只含有C、H、O和N的有機物時，即使工作時間很長，其對容器的腐蝕也較小。所以在設計反應器時可以不予考慮腐蝕問題。處理含有Cl、S和P等原子的有機物時，會產(chǎn)生HC1、H2so4和H3PO4等，這些酸性物質(zhì)會對反應器產(chǎn)生腐蝕。對于連續(xù)式反應器，含有雜質(zhì)的有機物經(jīng)超臨界水氧化法處理后產(chǎn)生的酸會對冷卻段造成嚴重的腐蝕。改進后的超臨界水氧化法是先膨脹后冷卻。除此之外，由于冷卻段的壓力降低，對容器材料的要求也隨之降低，制造成本也會降低[3]。3

8、超臨界水氧化超臨界水氧化技術(shù)在技術(shù)在廢水廢水處理中處理中的應用的應用3.13.1處理含油污水處理含油污水趙朝成等[4]利用超臨界水氧化技術(shù)對含油污水(COD644～3483mgL)進行了研究研究結(jié)果表明超臨界水氧化技術(shù)可有效地深度處理含油污水使污染物成為無毒無害的二氧化碳和水。反應時間是影響COD脫除率的主要因素隨著反應時間的延長COD可較為徹底地去除如在溫度390℃、壓力28MPa污水中COD濃度2653mgL過量氧存在反應時間10m

9、in，COD可脫除99.9%。反應溫度對COD有較大的影響壓力卻對之影響不大。在過量氧存在的情況下COD濃度對其脫除沒有明顯的影響。3.2處理油田含油污泥處理油田含油污泥荊國林等人[5]用SCWO技術(shù)處理油田含油污泥的實驗裝置包括加熱器、反應器、分離器等主要設備。實驗前用氮氣對系統(tǒng)進行吹掃，排出裝置內(nèi)的空氣，氧化劑選用H20，反應器中裝有含油污泥。實驗考察了反應停留時間、反應溫度、反應壓力和pH值等工藝參數(shù)對含油污泥中原油去除率的影響。

10、實驗結(jié)果表明，超臨界水中的氧化反應能有效去除含油污泥中的原油，去除率可達95％，反應停留時間、反應溫度、反應壓力是影響含油污泥中原油去除率的重要因素，隨反應溫度、反應停留時間和反應壓力的增加，含油污泥中的原油去除率增加，pH值對去除率影響不大。3.33.3處理造紙廢水處理造紙廢水戴航等在超臨界水反應系統(tǒng)中對之進行了研究。對總有機物濃度(TOC)高達135372mgL的廢水以H2O2氧化劑超臨界條件對廢水中有機物降解作用明顯TOC去除率接