超临界水氧化技术及应用发展

LOGO超临界水氧化技术及应用发展食工班李娴本课题研究意义随着工业技术的迅猛发展,生产废物及废水量不断增加,且其中有些污染物很难降解.常用的理化或生物方法都不能完全除去污染物质.以至环境污染问题日益严重.超临界水氧化处理技术的出现引起了许多研究都的关注.超临界水氧化(SCWO)技术是一种清洁、无污染、对环境友好的有机废物处理技术，在处理有毒难降解的有机废物方面具有独特的效果。超临界水性质水的临界温度是374℃，临界压力是21.76MPa，当温度和压力都超过了这两个临界值时，水就进入到了超临界状态。如图1所示。是水的临界点，阴影部分为超临界水区。超临界区的水表现出许多独特的性质常态水是不可压缩的，但超临界水（SCW）为可压缩的流体。1SCW的密度接近于液体，粘度与气体接近，扩散系数大约是液体的100倍，具有气体的传递性2溶解度和表面张力也都发生改变。3介电常数大大降低，此时水表现得更像一种非极性溶剂。4根据相似相溶原理，超临界水可溶解一些非极性物质如苯、甲苯等有机物，并且氧气、二氧化碳、空气等气体可以以任意比例溶于超临界水中．由于超临界水的这些特性，使之成为氧化有机物的理想介质．２．超临界水氧化反应机理SCWO反应是利用SCW作为反应介质,以空气、氧气、H2O2等作为氧化剂来氧化分解有机物。由于超界水所特有的性质，有机物和氧气都能很好的溶解于其中，因而形成均相反应，不存在气液界面之间物质移动及热传递问题，使超临界氧化反应高效完成．有机废物SCWO氧化反应是基于自由基反应机理．其基本反应步骤如下：氧气攻击最弱的Ｃ－Ｈ产生自由基。RH+O2=R·+HO2·(1)RH+HO2·=R·+H202(2)H202进一步分解成羟基：H2O2+M→2HO·(3)(M为均质或非均质界面)羟基具有很强的亲电性，几乎能与所有的含氢化合物作用：RH+HO·→R·+H2O(4)(1)、(2)、(4)式中产生的自由基(R·)能与氧气作用生成氧化自由基，后者能进一步获取氢原子生成过氧化物：R·+O2→ROO·ROO·+RH→ROOH+R·过氧化物通常分解生成分子较小的化合物，这种断裂迅速进行直至生成甲酸或己酸。甲酸或己酸最终也转化成二氧化碳和水。３反应影响因素３.1温度一般情况下，SCWO氧化速率随着温度升高而加快３.2压力SCWO氧化速率随着压力升高而加快３.3氧化剂不同的氧化剂在反应时产生的自由基可能不同，从而影响氧化反应效果．而且氧化剂的用量也会影响降解率．３.4催化剂非均相催化剂优于均相催化剂．４超临界水氧化技术研究现状国外用SCWO法处理有机废水的研究较早，研究领域较宽，包括化工、冶金、印染、造纸、医药、石油、食品和酿造等行业，大部分研究工作是处理有机废水。Tae－JoonPark.研究了SCWO技术对苯二酸生产废水的处理.STEVENFR和RICHARDRS研究了SCWO技术对酚类、甲醇、硝基苯、尿素、氰化物、二恶英、多氯联苯等的处理．结果发现超临界水氧化法处理效果很好．我国在近几年也开始对SCWO技术进行研究．丁军伟等分别就超临界水氧化技术理多氯联苯、苯酚、氨基氰、造纸废水及有机磷药等进行了研究，进一步说明超临界水氧化技术理效率高．4.１处理有机废水处理污泥通常污泥采用填埋法、焚烧法、热解法进行处理，但填埋法导致污泥中有害微生物传染疾病，并且该方法占用一定的填埋空间，焚烧法对空气带来很大污染，热解法会产生油等二次污染物。采用超临界水氧化法处理污泥可以解决以上问题A．Shanableh等研究了污泥在超临界状态下的破坏情况，结果表明，在20min内，有机物去除率从300℃下的84％增大到425℃时的99．8％。固体废弃物处理据统计，SCWO法进行废旧聚苯乙烯塑料降解的研究较多．Douglas用SCWO法进行废旧聚苯乙烯塑料降解，发现完全反应的最终产物为二氧化碳和水。也有文献报道了聚乙烯的SCWO降解试验，发现聚乙烯溶解于超临界水中，熔融的聚乙烯被超临界水稀释，发生β-链断裂，最终产物为短链的烃类。其他应用SCWO技术还可以从高分子材料中回收化学材料。利用SCWO氧化法，可分解或降解高分子废物，得到气体、液体或固体产物。１腐蚀问题SCWO反应都是在高温高压条件下进行的。高温高压会腐蚀SCWO不锈钢反应器，当处理的有机物中含有硫或磷时，反应过程中会产生酸，对设备有腐蚀性。腐蚀往往会产生两个方面的问题:一是反应后的流出液中含有某些金属离子,影响处理效果;二是过度腐蚀会影响压力系统正常运行。SCWO技术也存在一定的问题２盐沉积无机盐在超临界水中的溶解度很小，因此在反应的过程中会有盐沉淀。盐沉淀会导致换热率降低，增加系统压降。严重时会堵塞管路。３超临界水氧化反应在高温高压下进行，在线检测及监控技术的实现存在困难，需采用分子模拟试验，从而建立恰当的反应模型。结语超临界水氧化技术是一项具有广阔发展和应用前景的有机废水和污泥处理技术，具有高效、快速、环保等特点。超临界水氧化技术对有机废物的氧化速度快且非常彻底，其最终产物是CO２、H２O和无机盐等物质，产物清洁，无二次污染．因此，随着研究不断深入及处理好超临界水氧化技术所存在的问题，超临界水氧化技术在未来环境保护工作中将发挥巨大的作用，并且在其它领域如材料制备，生物工程，医药工业等也具有广阔的应用前景．LOGO