超臨界水氧化技術及應用發(fā)展

超臨界水氧化技術及應用發(fā)展第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo本課題研究意義隨著工業(yè)技術的迅猛發(fā)展,生產(chǎn)廢物及廢水量不斷增加,且其中有些污染物很難降解.常用的理化或生物方法都不能完全除去污染物質(zhì).以至環(huán)境污染問題日益嚴重.超臨界水氧化處理技術的出現(xiàn)引起了許多研究都的關注.超臨界水氧化(SCWO)技術是一種清潔、無污染、對環(huán)境友好的有機廢物處理技術，在處理有毒難降解的有機廢物方面具有獨特的效果。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo1.超臨界水性質(zhì)水的臨界溫度是374℃，臨界壓力是21.76MPa，當溫度和壓力都超過了這兩個臨界值時，水就進入到了超臨界狀態(tài)。如圖1所示。

第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo圖1水的狀態(tài)圖1中點tc是水的臨界點，陰影部分為超臨界水區(qū)。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo超臨界區(qū)的水表現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)常態(tài)水是不可壓縮的，但超臨界水（SCW）為可壓縮的流體。1SCW的密度接近于液體，粘度與氣體接近，擴散系數(shù)大約是液體的100倍，具有氣體的傳遞性2溶解度和表面張力也都發(fā)生改變。3介電常數(shù)大大降低，此時水表現(xiàn)得更像一種非極性溶劑。4第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo根據(jù)相似相溶原理，超臨界水可溶解一些非極性物質(zhì)如苯、甲苯等有機物，并且氧氣、二氧化碳、空氣等氣體可以以任意比例溶于超臨界水中．由于超臨界水的這些特性，使之成為氧化有機物的理想介質(zhì)．第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo２．超臨界水氧化反應機理SCWO反應是利用SCW作為反應介質(zhì),以空氣、氧氣、H2O2等作為氧化劑來氧化分解有機物。由于超界水所特有的性質(zhì)，有機物和氧氣都能很好的溶解于其中，因而形成均相反應，不存在氣液界面之間物質(zhì)移動及熱傳遞問題，使超臨界氧化反應高效完成．第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo有機廢物SCWO氧化反應是基于自由基反應機理．其基本反應步驟如下：氧氣攻擊最弱的Ｃ－Ｈ產(chǎn)生自由基。RH+O2=R·+HO2·(1)RH+HO2·=R·+H202(2)H202進一步分解成羥基：H2O2+M→2HO·(3)(M為均質(zhì)或非均質(zhì)界面)第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo羥基具有很強的親電性，幾乎能與所有的含氫化合物作用：RH+HO·→R·+H2O(4)(1)、(2)、(4)式中產(chǎn)生的自由基(R·)能與氧氣作用生成氧化自由基，后者能進一步獲取氫原子生成過氧化物：R·+O2→ROO·ROO·+RH→ROOH+R·過氧化物通常分解生成分子較小的化合物，這種斷裂迅速進行直至生成甲酸或己酸。甲酸或己酸最終也轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。

第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo３反應影響因素３.1溫度一般情況下，SCWO氧化速率隨著溫度升高而加快３.2壓力SCWO氧化速率隨著壓力升高而加快３.3氧化劑不同的氧化劑在反應時產(chǎn)生的自由基可能不同，從而影響氧化反應效果．而且氧化劑的用量也會影響降解率．３.4催化劑非均相催化劑優(yōu)于均相催化劑．第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo４超臨界水氧化技術研究現(xiàn)狀國外用SCWO法處理有機廢水的研究較早，研究領域較寬，包括化工、冶金、印染、造紙、醫(yī)藥、石油、食品和釀造等行業(yè)，大部分研究工作是處理有機廢水。Tae－JoonPark.研究了SCWO技術對苯二酸生產(chǎn)廢水的處理.STEVENFR和RICHARDRS研究了SCWO技術對酚類、甲醇、硝基苯、尿素、氰化物、二惡英、多氯聯(lián)苯等的處理．結果發(fā)現(xiàn)超臨界水氧化法處理效果很好．我國在近幾年也開始對SCWO技術進行研究．丁軍偉等分別就超臨界水氧化技術理多氯聯(lián)苯、苯酚、氨基氰、造紙廢水及有機磷藥等進行了研究，進一步說明超臨界水氧化技術理效率高．

4.１處理有機廢水第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo4.2處理污泥通常污泥采用填埋法、焚燒法、熱解法進行處理，但填埋法導致污泥中有害微生物傳染疾病，并且該方法占用一定的填埋空間，焚燒法對空氣帶來很大污染，熱解法會產(chǎn)生油等二次污染物。采用超臨界水氧化法處理污泥可以解決以上問題A．Shanableh等研究了污泥在超臨界狀態(tài)下的破壞情況，結果表明，在20min內(nèi)，有機物去除率從300℃下的84％增大到425℃時的99．8％。第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo4.3固體廢棄物處理據(jù)統(tǒng)計，SCWO法進行廢舊聚苯乙烯塑料降解的研究較多．Douglas用SCWO法進行廢舊聚苯乙烯塑料降解，發(fā)現(xiàn)完全反應的最終產(chǎn)物為二氧化碳和水。也有文獻報道了聚乙烯的SCWO降解試驗，發(fā)現(xiàn)聚乙烯溶解于超臨界水中，熔融的聚乙烯被超臨界水稀釋，發(fā)生β-鏈斷裂，最終產(chǎn)物為短鏈的烴類。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo4.4其他應用SCWO技術還可以從高分子材料中回收化學材料。利用SCWO氧化法，可分解或降解高分子廢物，得到氣體、液體或固體產(chǎn)物。

第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo５超臨界水氧化技術優(yōu)缺點超臨界水氧化技術優(yōu)點反應速度快無二次污染氧化效率高

產(chǎn)物分離容易第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo１腐蝕問題SCWO反應都是在高溫高壓條件下進行的。高溫高壓會腐蝕SCWO不銹鋼反應器，當處理的有機物中含有硫或磷時，反應過程中會產(chǎn)生酸，對設備有腐蝕性。腐蝕往往會產(chǎn)生兩個方面的問題:一是反應后的流出液中含有某些金屬離子,影響處理效果;二是過度腐蝕會影響壓力系統(tǒng)正常運行。SCWO技術也存在一定的問題第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo２鹽沉積無機鹽在超臨界水中的溶解度很小，因此在反應的過程中會有鹽沉淀。鹽沉淀會導致?lián)Q熱率降低，增加系統(tǒng)壓降。嚴重時會堵塞管路。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo３超臨界水氧化反應在高溫高壓下進行，在線檢測及監(jiān)控技術的實現(xiàn)存在困難，需采用分子模擬試驗，從而建立恰當?shù)姆磻Ｐ汀?/p>

第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo結語超臨界水氧化技術是一項具有廣闊發(fā)展和應用前景的有機廢水和污泥處理技術，具有高效、快速、環(huán)保等特點。超臨界水氧化技術對有機廢物的氧化速度快且非常徹底，其最終產(chǎn)物是CO２、H２O和無機鹽等物質(zhì)，產(chǎn)物清