超臨界水氧化法在水處理中的應(yīng)用

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1、超臨界水氧化法在水處理中的應(yīng)用小組成員：周軍、黃艷秋、鄧小惠具體分工：1、周軍—負(fù)責(zé)寫第1部分，參考文獻(xiàn)及整合報(bào)告；2、黃艷秋—到圖書館借閱圖書，并負(fù)責(zé)第2部分；3、鄧小惠—網(wǎng)上查找資料，并負(fù)責(zé)寫第3、4部分。1發(fā)展源流迅速發(fā)展的現(xiàn)代化工業(yè)為人類提供了豐富的現(xiàn)代化產(chǎn)品和用品，同時也對人類的生存環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的污染，其中水污染問題尤為突出。未得到有效處理的工業(yè)廢水的大量排放，危害著動植物的生長和人類的健康，對生態(tài)平衡構(gòu)成了威脅。雖然已有不少的物理、化學(xué)、生物的方法在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，然而對那些

2、難降解的有毒有害高濃度廢水，如制藥、石化、印染廢水等仍缺乏經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)。20世紀(jì)80年代初，美國學(xué)者M(jìn)odell提出了超臨界水氧化（SCWO）技術(shù)，該方法以其高效和環(huán)保特點(diǎn)已越來越引起人們的關(guān)注。它可廣泛應(yīng)用于有毒廢水、有機(jī)廢物和污泥的處理，是一全新的水污染處理技術(shù)，污染物可在超臨界中在較短的時間內(nèi)徹底降解。對于有毒難降解有機(jī)廢水的處理，人們先后開發(fā)出光催化氧化、濕式氧化、濕式催化氧化及焚燒技術(shù)，但要實(shí)現(xiàn)污染物在溫和的條件下全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，這些方法都受到限制。而在超臨界水中進(jìn)行的多相催化反應(yīng)

3、，能將有毒難降解有機(jī)物迅速徹底地轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，實(shí)現(xiàn)有毒有機(jī)污染物無害化，而且整個反應(yīng)過程設(shè)置在密封的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，占地面積少，出水能達(dá)到回用的要求，因而該技術(shù)在有機(jī)廢水處理中發(fā)展迅速，有望取代傳統(tǒng)的高濃度有毒有機(jī)廢水處理技術(shù)。2超臨界水氧化技術(shù)2.1超臨界水的性質(zhì)水的臨界溫度是374.3℃，臨界壓力是22.05MPa。當(dāng)水的溫度和壓力分別處于臨界溫度和臨界壓力以上時，水就進(jìn)入了超臨界狀態(tài)。在通常條件下，水是極性溶劑，可以溶解包括鹽類在內(nèi)的大多數(shù)電解質(zhì)，但對氣體和大多數(shù)有機(jī)物溶解能力則較差。但是當(dāng)水處

4、于超臨界狀態(tài)時，這些性質(zhì)就要發(fā)生反轉(zhuǎn)，介電常數(shù)的變化將引起超臨界水溶解能力的變化。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由于氫鍵的作用，水的介電常數(shù)是比較高的，會隨溫度而降低、隨密度的增加而增加。超臨界水的介電常數(shù)類似于常溫常壓下極性有機(jī)物的介電常數(shù)。因?yàn)樗慕殡姵?shù)在高溫下很低，水很難屏蔽掉離子間的靜電勢能，因此溶解的離子以離子對的形式出現(xiàn)。在這種條件下，水表現(xiàn)得更像一種非極性溶劑。2.2超臨界水氧化反應(yīng)機(jī)理有機(jī)物在超臨界水中氧化，除發(fā)生氧化反應(yīng)外，還伴隨有機(jī)物的水解、熱解等反應(yīng)。只含有碳、氫、氧元素的有機(jī)物經(jīng)過復(fù)雜的中間產(chǎn)物

5、最終氧化生成二氧化碳和水。含有雜元素N、S、P等的有機(jī)物在氧化成二氧化碳和水的同時，N轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，S、P分別與其它元素生成硫酸鹽、磷酸鹽。在濕式氧化基礎(chǔ)上提出的自由基反應(yīng)機(jī)理是解釋超臨界水反應(yīng)比較典型的機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為，自由基是由氧氣進(jìn)攻有機(jī)物分子中健合力較弱的C-H鍵產(chǎn)生的：過氧化物通常分解生成較小的化合物，最后生成甲酸或乙酸。甲酸或乙酸最終被氧化成為二氧化碳和水。這一機(jī)理能較好地解釋脂肪族化合物在超臨界水中的降解過程。3SCWO法的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀目前在歐美許多國家，不僅出現(xiàn)了SCWO中試裝置，工業(yè)規(guī)模的

6、SCWO裝置也已投入運(yùn)行。1985年，美國建成了第一個SCWO中試裝置，1994年又建成處理能力為5t/d的SCWO處理廠，1995年之前，美國共建成了3座SCWO污水處理裝置。2001年德克薩斯州的哈靈根水廠啟動了采用SCWO技術(shù)處理城市污水污泥的首條作業(yè)線，當(dāng)其兩條作業(yè)線于2001年8月底全部投入使用時，該處理廠每天可處理固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7％~8％的城市污水污泥1325m3。在德國，1994年德國醫(yī)藥聯(lián)合體的SCWO處理廠開始運(yùn)行，處理能力為5~30t/d。在日本，對于超臨界水的研究也進(jìn)入了中試階段，K

7、obe鋼鐵公司于1997年建立了一家基于SCWO技術(shù)的商用規(guī)模的工廠。日本東北電力公司和三菱重工業(yè)公司合作，建成了一套處理廢塑料500kg/d的中試裝置。1999年，瑞典建成一套處理能力為5.7m3的SCWO水處理裝置。而中國在該領(lǐng)域研究起步較晚，目前的研究也僅限于試驗(yàn)階段。4結(jié)語盡管目前對SCWO的研究正在不斷深入，但仍然沒有真正意義上實(shí)現(xiàn)SCWO的大規(guī)模工業(yè)推廣，關(guān)鍵是仍有一些技術(shù)問題未能得到解決。如設(shè)備腐蝕問題、鹽沉積及反應(yīng)器堵塞問題、催化劑問題等。但各國對SCWO技術(shù)的研究肯定會越來越深入。相信伴

8、隨著現(xiàn)有技術(shù)難題的陸續(xù)解決，SCWO真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)為期不遠(yuǎn)[參考文獻(xiàn)][1]劉欣.超臨界水氧化法在水處理中的應(yīng)用.化工文摘,2007.[2]江濤，張建，李方圓.環(huán)境友好型新技術(shù)—超臨界水氧化法.污染防治技術(shù),2008,02.[3]張光明，張盼月，張信芳.水處理高級氧化技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.