分析超临界水氧化在环保的水处理中的应用

摘　要：基于超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation)技术的高效以及环保等优势，近年来如何有效的应用超临界水氧化技术成为了人们关注的热点话题，它的发展和应用符合新时期人类社会的需求，符合绿色科技、生态环保等理念，本文探究超临界水氧化技术在环保的水处理中的应用，进一步剖析超临界水氧化技术在当今社会中的作用与意义。

关键词：超临界水氧化；环保；水处理；应用
在高压以及高温的条件下，废水中的有害物质能够与氧气(O2)发生化学反应，最终生成无毒害作用的二氧化碳(CO2)、水(H2O)等物质，这既是超临界水氧化技术的基本原理，它实现了废水处理、资源优化利用等目的，对社会的发展起到了巨大的推动作用。
一、概述
　　当今社会，造纸、制药等工业废水的处理一直是困扰人们的一大难题，快速发展的各种工业为人们带来丰富利润的同时，也使人们不得不面对严重的环保问题，尤其是对于大多数的化工企业来说，水污染情况十分严重，严重危害了自然界中植物、动物的生存，也时时刻刻威胁着人类的生命健康。20世纪中后期，美国学者Modell率先提出了超临界水氧化技术，很快就受到了有关领域的广泛关注，超临界水氧化技术对水的净化过程用时短，而且净化的十分彻底，不需要二次净化，整个净化过程是在密封环境下进行，占用的空间较小，突破了传统催化氧化、湿式氧化、湿式催化氧化、焚烧等方法的局限，对一些难降解的持久性污染物也有很好的净化效果，在以后的发展中，超临界水氧化技术是否能够迅速取代传统的水资源净化手段，还有待有关领域进一步探索和研究，本文的观点可供参考。
二、超临界水氧化技术
(一) 超临界水的性质
　　在正常条件下，水的临界温度为374.3℃，水的临界压力为22.05Mpa，一旦水温和水压升到了临界标准以上，水就会处于超临界状态，如图1所示。
　　图1：水的状态

　　一般情况下，水属于一种极性容剂，介电常数会随着水温的增高而下降，会随着水密度的升高而升高，它能够溶解大多数的电解质，不过，水对气体以及有机物的溶解能力十分有限。超临界水与常规的水相比，各方面性质都有很大的不同，其介电常数与极性有机物在常规状态下的介电常数极其相似，其溶解的离子也大多都表现为离子对，因此，超临界水更趋向于非极性溶剂，对于有机物也有很好的溶解作用。
(二) 反应机理
　　有机物与超临界水不仅会发生氧化反应，还会发生热解、水解等化学反应，碳、氢、氧等元素经过氧化反应之后最终生成二氧化碳和水，氮、硫、磷等元素经过氧化反应后最终生成二氧化碳和水的同时,氮元素会转化成氮气, 硫元素会转化成硫酸盐，磷元素则会转化成磷酸盐。
　　自由基(R)的产生机制十分复杂，首先：
　　RH + O2 → R + H2O
　　RH + H2O → R + H2O2
　　而过氧化氢(H2O2)则又会分解为羟基：
　　H2O2 + M → 2HO
　　其中，M即代表均质或者非均质，羟基还能够与氢化物发生反应：
　　RH + HO → R + H2O
　　自由基可以发生氧化反应生成氧化自由基：
　　R + O2 → ROO
　　氧化自由基又可以与氢原子进行反应，生成过氧化合物：
　　ROO + HR → ROOH + R
　　综上所述，最终过氧化合物分解为若干小化合物，进而产生甲酸和乙酸，甲酸和乙酸经过反应转化为无毒害的二氧化碳和水。
　　在超临界水氧化处理中，一些典型污染物的降解率如表1所示。
　　表1：在超临界水氧化处理典型污染物的降解率

(三) 反应流程
　　超临界水氧化反应的基本流程大致如图2所示。
　　图2：超临界水反应流程

　　在超临界水氧化过程中，氧、水、污染物均是在压力25Mpa，温度400℃以上的环境中进行互溶，化学反应所产生的热量可使温度上升到600℃以上，在极短的时间里，绝大多数的有机物就会转化成二氧化碳、水、氮气等物质，加入碱之后，其他原子也会以盐的形式沉淀出来。
三、超临界水氧化在环保的水处理中的应用
　　实质上，超临界水氧化即是水在超临界状态下进行的湿式氧化反应，它可以充分的使氧气融入到反应过程当中，也不存在气体液体相互转化的问题。近年来，人们大力提倡废物优化处理以及绿色资源，各国都相继开发了各种废水处理技术，由于超临界水氧化技术具有成本低、效率高等特点，在城市环保水处理活动中被广泛运用。
　　采用超临界水氧化技术处理高浓度发酵废水时，在440℃的高温，24Mpa的压力下，COD的消除率可达到99%以上。而采用超临界水氧化技术处理乙酞螺旋霉素废水时，在440℃的高温，24Mpa的压力下，COD的消除率可达85%以上。
　　工业废水是我国废水的主要部分，超临界水氧化技术的应用可以把工业废水的毒害物质消除，进而把大量的工业废水转变为清洁水资源，既实现了环保的目的，同时又解决了水资源缺乏的情况。例如，造纸厂的废水中有大量的纤维物质,在一定的温度下可以发生裂解，进而生成一氧化碳、二氧化碳等物质，采用超临界水氧化技术处理造纸厂废水时，在380℃高温，2310Mpa压力下，随着过氧化氢剂量的增加，废水中的有机碳等物质可以有效的去除，去除率能够从66%左右上升到98%以上，而且，超临界水氧化技术处理造纸厂废水的过程中会产生大量热能，这些热能一旦回收利用，带来的效益也将十分丰富。
　　有研究证实，采用超临界水氧化技术处理污水剩余污泥，以及造酒厂废水，氧化剂依然选用过氧化氢，经过氧化处理后，异味消失。究其根本，这是因为过氧化氢可以完全氧化有机碳，由此可见，超临界水氧化处理技术的另一项优势就是它能够处理含有多种有机物的难降解废水。
　　总而言之，超临界水氧化处理技术在废水净化处理方面彰显了绝对的优势，在环保水处理工作中，值得我们应用和改进。
结束语:
　　随着我国社会主义现代化事业的不断推进，新时期、新时代对能源的要求越来越高，尤其对于水资源而言，它是人们赖以生存的资源，健康新能源的理念要求我们必须做好水资源的处理与利用，超临界水氧化技术能够有效的对各种废水进行处理，进而获得清洁的水资源，它的存在和发展有利于生态平衡，有利于节约资源，更有利于人类社会的进步，在以后的发展中，全世界各国人们势必会不断完善科学技术，使废水处理技术更加完备，为子孙后代留下宝贵财富，造福千秋万代。
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