超臨界水氧化技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展

1、www.themegallery.com,Company Logo,本課題研究意義,隨著工業(yè)技術(shù)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(shù)的出現(xiàn)引起了許多研究都的關(guān)注.超臨界水氧化(SCWO)技術(shù)是一種清潔、無污染、對環(huán)境友好的有機廢物處理技術(shù)，在處理有毒難降解的有機廢物方面具有獨特的效果。,www.themegaller

2、y.com,Company Logo,1.超臨界水性質(zhì),水的臨界溫度是374℃，臨界壓力是21.76 MPa，當(dāng)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。,www.themegallery.com,Company Logo,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)。,www.themegallery.com,Company Logo,超臨界區(qū)的水表現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì),,www.th

3、emegallery.com,Company Logo,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)．,www.themegallery.com,Company Logo,２．超臨界水氧化反應(yīng)機理,SCWO反應(yīng)是利用SCW作為反應(yīng)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

4、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(yīng)，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(yīng)高效完成．,www.themegallery.com,Company Logo,有機廢物SCWO氧化反應(yīng)是基于自由基反應(yīng)機理．其基本反應(yīng)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　　　　　　　

5、(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),www.themegallery.com,Company Logo,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

6、： 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。,www.themegallery.com,Company Logo,３　反應(yīng)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

7、３.3 氧化劑　 不同的氧化劑在反應(yīng)時產(chǎn)生的自由基可能不同，從而影響氧化反應(yīng)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．,www.themegallery.com,Company Logo,４　超臨界水氧化技術(shù)研究現(xiàn)狀,國外用SCWO法處理有機廢水的研究較早，研究領(lǐng)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－Joon Par

8、k.研究了SCWO技術(shù)對苯二酸生產(chǎn)廢水的處理.STEVEN F R和RICHARD R S研究了SCWO技術(shù)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(jié)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(shù)進行研究．丁軍偉等分別就超臨界水氧化技術(shù)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(shù)理效率高．,4.１處理有機廢水,www.themegallery.com

9、,Company Logo,4.2　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(dǎo)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(jié)果表明，在 20 min內(nèi)，有機物去除率從 300℃下的84％增大到425℃時的 99．8％。,www.themegal

10、lery.com,Company Logo,4.3　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(yīng)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。,www.themegallery.com,Company Logo,4.4　其他應(yīng)

11、用,SCWO技術(shù)還可以從高分子材料中回收化學(xué)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。,www.themegallery.com,Company Logo,５　超臨界水氧化技術(shù)優(yōu)缺點,www.themegallery.com,Company Logo,１腐蝕問題 SCWO反應(yīng)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(yīng)器，當(dāng)處理的有機物中含有硫或磷時，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生酸，對設(shè)備

12、有腐蝕性。 腐蝕往往會產(chǎn)生兩個方面的問題:一是反應(yīng)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(shù)也存在一定的問題,www.themegallery.com,Company Logo,２ 鹽沉積 無機鹽在超臨界水中的溶解度很小，因此在反應(yīng)的過程中會有鹽沉淀。鹽沉淀會導(dǎo)致?lián)Q熱率降低，增加系統(tǒng)壓降。嚴重時會堵塞管路。,www.themegallery.com,Company Logo,

13、３　超臨界水氧化反應(yīng)在高溫高壓下進行，在線檢測及監(jiān)控技術(shù)的實現(xiàn)存在困難，需采用分子模擬試驗，從而建立恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)模型。,www.themegallery.com,Company Logo,結(jié)語,超臨界水氧化技術(shù)是一項具有廣闊發(fā)展和應(yīng)用前景的有機廢水和污泥處理技術(shù) ，具有高效 、快速、環(huán)保等特點。超臨界水氧化技術(shù)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)物清潔，無二次污染．因此，隨著研究不斷深入及處理好