超臨界水氧化技術在廢水處理、清潔生產以及工業(yè)應用方面治理效果良好，而且具有一定的環(huán)保功能。水的超臨界區(qū)域在臨界溫度與臨界壓力之上，與普通的水體相比，超臨界水體是一種非極性的物質，有較好的溶解性，傳輸性能良好。在超臨界水中，極性和非極性物質都能夠互溶，空氣、氧氣也能夠用設定的比例在超臨界水中進行互溶，但是無機鹽在超臨界水中則無法溶解。本文將重點介紹超臨界水樣技術在廢水處理中的具體應用。
1、超臨界水氧化的工作原理
1.1 超臨界水的性質
水的狀態(tài)有蒸汽、液態(tài)和冰，有時還稱水為極性溶劑，適合溶解電解質，還包括鹽類的電解質，對氣體、非極性有機物會發(fā)生不溶情況，有時可能也會存在微溶，在常溫的狀態(tài)下，水的密度不會隨著壓力的變化而有所改變，如果將歲的溫度和壓力升高到一定的臨界點，比如臨界溫度為374.3℃，壓力在22MPa以上，則水的密度、常數以及相應的擴散系數也會隨著臨界的性質發(fā)生一系列的變化，水將會處于一種超臨界狀態(tài)，不同于固態(tài)，也不同于固態(tài)，這種狀態(tài)下，被稱為超臨界水。超臨界水與一般的水相比，擁有很多獨特的化學性質，比如水分子極性低，介電常數也較低，大多數的氣體都能夠與超臨界水發(fā)生互溶。如表1所示。
1.2 超臨界水氧化的原理與反應機理
1.2.1 超臨界水氧化的原理
根據表1所示，有機物和氣體都能夠與超臨界水發(fā)生互溶，因此有機物的氧化是在富氧的均一相中進行的，不會受到其他條件因素的限制。反應的溫度一般在500℃上下，能夠在很短的時間里達到很高的破壞效果，在氧化的過程中會釋放很大的熱量，一旦發(fā)生反應，則不需要外界的能量，用化學公式表示反應的過程為：酸+NaOH→無機鹽。
1.2.2 超臨界水氧化的反應機理
一般的反應激勵為自由基，產生的自由基反應理論是由氧氣有機物分子中的C-H產生。
其中M為反應體系中的介質。過氧化物一般會分解成較小的化合物，這種斷裂會加速，直到分裂成甲酸和乙酸，然后被氧化成CO2和H2O。
2、超臨界水氧化技術的工藝流程
圖1為超臨界水氧化的工藝流程圖，整個工作過程為：將等待處理的廢水，通過高壓泵加壓的方式進行壓力的設定，壓力要在水的臨界壓力之上，然后再通過加熱器進行加熱到一定的溫度，達到水的臨界溫度，添加氧化劑，在超臨界水氧化反應器中進行氧化。當處理的廢水中含有的有機物在超臨界的條件下發(fā)生混合，成為了均一相，將會在反應器中迅速的發(fā)生反應，并將反應器中的有機污染物進行分解，分解成小的分子產物。通過超臨界水氧化反應器處理的廢水，通過換熱器進行熱量的回收，然后進行分離處理，達標后可以進行排放，再根據生產的過程，根據需要進行回收使用。超臨界水氧化技術與傳統(tǒng)的廢水處理技術相比，處理的效率快，反應時間迅速，氧化的效果較好;可以保持自然的反應，當有機物濃度達到2%時，反應器仍然可以進行自由運行，這樣的運行方式能夠節(jié)約水資源，并且還可以進行回收利用;在密封的容器中進行廢水處理，不會對環(huán)境造成二次污染;應用范圍非常廣泛，能夠對所有的有機廢氣進行處理;處理的結構簡單，占用面積較小，在工業(yè)應用中能夠降低場地占用，節(jié)省成本，維修成本低，具有較好的經濟性;還可以對高濃度的二氧化碳進行收集，實現資源再利用。
3、超臨界水氧化技術在廢水處理中的應用
3.1 超臨界水氧化技術處理芳香族有機物廢水
使用超臨界水氧化技術對不同的廢水進行處理，比如水中含有苯酚的廢水，研究結果表明，超臨界水氧化反應能夠在很短的是時間內達到95%以上的脫酚率[6];隨著反應溫度的升高，轉化率也會隨之升高;在同樣的反應條件下，硝基苯的轉化率沒有苯酚的轉化率高，停留時間的變化會對硝基苯的轉化率有所影響。隨著反應溫度和壓力的不斷增加，停留時間越長，則苯酚的去除效果越好，去除率越高;超臨界水氧化能夠讓苯酚在很短的時間內就可以達到95%以上的去除率，而且苯酚氧化中間所產生的產量非常少;使用超臨界水氧化對二硝基重氮酚廢水進行處理，在最佳的條件反映下，溫度為600℃，時間不能超過3min，能夠達到99%的去除效果，通過色度除去效果為100%。使用連續(xù)反應裝置能夠有效地證明使用超臨界水氧化技術可以很好的處理高質量的含苯胺廢水，同時也能夠分解小分子化合物。
3.2 超臨界水氧化在含氮有機廢物中的應用
在化工領域中，有很多含氮的有機廢物，比如尿素廢水、硝基苯廢水等，這類廢水難以講解，而且在處理時較為困難，如果處理不達標就進行排放，將會對環(huán)境造成嚴重的污染，處理含氮的有機廢物是環(huán)境保護的重要工作之一，通過超臨界水氧化技術能夠快速的解決這種廢水處理問題。在超臨界水氧化的過程中含氮的有機物會產生氨，氨會在氧化劑的作用下形成小分子化合物，比如NO、NO2等。尿素廢水在高溫823.2K的條件下，經過3min的反應，有機氮的去除率能夠達到95%;硝基苯廢水在390℃高溫的條件下，經過10min的反應，去除率達到99%。
3.3 超臨界水氧化在含氯有機廢物中的應用
二惡英是含氯廢棄物中最難以降解和分解的有機物，且毒性較大，目前針對難以分解的有機廢棄物進行了大量的研究，在近年來使用超臨界水氧化技術對此類有機廢棄物進行處理，發(fā)現與其他的處理技術相比，能夠處理的更加徹底，并且沒有二次污染，且具有極大的經濟性，目前已經有很多的研究機構開始將其應用在工業(yè)的廢水處理中。在26MPa的壓力下，溫度為500℃的條件下，使用超臨界水氧化技術對含氯的廢棄物進行處理，能夠達到99.55%的去除率。
3.4 超臨界水氧處理多氯聯苯廢水
使用超臨界水氧化技術對多氯聯苯廢水進行處理，溫度對于去除率的影響最大，當條件超過500℃時，多氯聯苯的破壞率能夠達到99.99%以上。使用連續(xù)流系統(tǒng)對超臨界水氧化處理有機廢水進行研究，其中有機碳的含量為33000mg/L，在有機廢水中也有很多的有害物質，比如六氯環(huán)己烷、鄰二甲苯以及甲基乙基酮等。對此有毒的物質進行實驗，當溫度超過550℃時，有機碳的破壞率達到99.8%，而且所有的有機物都會轉換成無機物或者二氧化碳，對二噁英進行超臨界水氧化處理，使用連續(xù)流系統(tǒng)，在600℃的溫度條件下，壓力為25.6MPa下，廢水中的OCDBD的破壞率能夠達到99.9%。
3.5 超臨界水氧化處理含油的有機廢水
石油化工企業(yè)在對石油進行精煉的過程中容易產生高濃度的含油有機廢水，可以使用超臨界水氧化對含油的廢水進行氧化降解。實驗證明，使用超臨界水氧化對含油的廢水進行處理，去COD的去除率能夠達到95%以上，隨著反應溫度以及停留時間的不斷增加，有機廢水的去除率效果越好，在處理的過程中，壓力對含油有機廢水的處理影響較小。使用超臨界水氧化對含油泥污進行實驗研究，能夠有效的去除含油泥污中的原油，達到95%以上的去除率，隨著溫度的不斷增加，原油的去除率效果更加明顯。
4、超臨界水氧化處理過程中存在的問題與改進方法
4.1 腐蝕問題
在處理廢水的過程中，酸、堿等都會加速超臨界水氧化處理容器的腐蝕，沒有任何一種材料在超臨界水氧化的狀態(tài)下能夠經受住腐蝕的影響，抗腐蝕性能極好的鈦也無法抵擋溫度超過400℃以上的硫酸腐蝕。在處理的過程中出現腐蝕影響危害較多，會影響出水的質量，長期下來還會破壞壓力系統(tǒng)，影響壓力系統(tǒng)的正常運作。解決腐蝕問題的主要方法就是要改進反應器的材質，使用特殊的材料進行改進，比如鈦-鎳合金，這種特殊的材料能夠達到一定的耐腐蝕效果，用這種耐腐蝕的合金材料作為反應設備，能夠保證水質的質量;同時也可以使用陶瓷類或者金剛石作為冷卻器的內壁材料。除了對材質進行改進，還可以對反應材料的性質進行改進，比如將改變物料的pH值。對催化劑進行改進也是解決腐蝕問題的重要方式，在氧化的過程中，材質產生的無機鹽造成的沉淀容易造成設備管道的堵塞，需要及時進行處理，才能夠保證設備的正常運行。
4.2 基礎數據不足
超臨界水氧化中的相平衡數據不足，無法對超臨界水氧化的中間產物進行分析，只能通過推測的方法對中間反應進行判斷。如果數據充足的情況下，可以對中間反應進行控制，從而有效的解決上述中提到的腐蝕問題或者是管道堵塞問題。
4.3 運行成本高
根據相關調查，使用超臨界水氧化對1t污染物進行處理，成本能夠達到350美元。氧化劑的費用較高，同時抗腐蝕性的反應容器制作的費用也較高。
5、結束語
超臨界水氧化在工業(yè)的廢水處理中應用較為廣泛，是一種新型的綠色環(huán)保技術，應用潛力較高。在處理高濃度、難降解的有機廢棄物時，具有極好的去除效果，隨著技術的不斷成熟，超臨界水氧化的應用范圍越來越廣泛，但是在使用超臨界水氧化技術進行廢水處理的過程中仍然存在很多的問題，需要在技術上繼續(xù)增強，使用耐高壓耐腐蝕的材料作為反應容器，降低腐蝕效果，在保護環(huán)境方面發(fā)揮出更多的作用。( >
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