超臨界水氧化技術

超臨界水氧化技術

超臨界水氧化技術是一種能夠徹底破壞有機物結構的新型氧化技術。

概述

超臨界水氧化技術是一種能夠徹底破壞有機物結構的新型氧化技術。其原理是利用具有特殊性質的超臨界水作為介質將廢水中所含的有機物用氧氣分解成水、二氧化碳等簡單無毒的小分子化合物。在歐、美、日等已開發國家,超臨界水技術得到了很大發展,出現了一些中試工廠和一些商業性裝置。我國超臨界水尚處於研究起步階段,還沒有工程套用。
超臨界水氧化技術在處理各種廢水和剩餘污泥方面已取得了較大的成功,其缺點是反應條件苛刻和對金屬有很強的腐蝕性,及對某些化學性質穩定的化合物氧化所需時間也較長。為了加快反應速度、減少反應時間、降低反應溫度,使超臨界水氧化技術的優勢更加明顯,許多研究者正在嘗試將催化劑引入超臨界水氧化工藝過程中。

原理

所謂超臨界,是指流體物質的一種特殊狀態。當把處於汽液平衡的流體升溫升壓時,熱膨脹引起液體密度減小,而壓力的升高又使汽液兩相的相界面消.失,成為均相體系,這就是臨界點。當流體的溫度、壓力分別高於臨界溫度和臨界壓力時就稱為處於臨界狀態。超臨界流體具有類似氣體的良好流動性,但密度又遠大於氣體,因此具有許多獨特的理化性質。
水的臨界點是溫度374.3℃、壓力22.05MPa,如果將水的溫度、壓力升高到臨界點以上,即為超臨界水,其密度、粘度、電導率、介電常數等基本性能均與普通水有很大差異,表現出類似於非極性有機化合物的性質。因此,超臨界水能與非極性物質(如烴類)和其他有機物完全互溶,而無機物特別是鹽類,在超臨界水中的電離常數和溶解度卻很低。同時,超臨界水可以和空氣、氧氣、氮氣和二氧化碳等氣體完全互溶。
由於超臨界水對有機物和氧氣均是極好的溶劑,因此有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行,反應不存在因需要相問轉移而產生的限制。同時,400~600℃的高反應溫度也使反應速度加陝,可以在幾秒鐘內達到對有機物很高的破壞作用。有機物在超臨界水中進行的氧化反應,可以簡單表示為:
酸+Na0H一無機物
超臨界水氧化反應完全徹底:有機碳轉化為CO2,氫轉化為H20,鹵素原子轉化為鹵離子,硫和磷分別轉化為硫酸鹽和磷酸鹽,氮轉化為硝酸根和亞硝酸根離子或氮氣。而且超臨界水氧化反應在某種程度上和簡單的燃燒過程相似,在氧化過程中釋放出大量的熱量。
為了進一步加快反應速度、減少反應時間和降低反應溫度,使超臨界水氧化技術能充分發揮出自身的優勢,對催化超臨界水氧化技術處理廢水的研究正在日益興起。

隨著現代工業的不斷發展,各種類型有毒物質不斷進入到大環境中,這樣一來有毒有害的物質就會嚴重影響環境,如果使用常規的原始的水處理方法,包括物理化學法或者是生物處理方法完全不能滿足處理要求。因此,高級氧化技術在中國受到一些大型的水處理廠家的高度重視,但是還需要研究更好的水處理方法,使其能夠涉及到各種領域,但是這對中國來說是一項十分難的挑戰。

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