超臨界水氧化技術及應用發展第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo本課題研究意義隨著工業技術的迅猛發展,生產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.以至環境污染問題日益嚴重.超臨界水氧化處理技術的出現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。如圖1所示。

第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo圖1水的狀態圖1中點tc是水的臨界點，陰影部分為超臨界水區。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期五CompanyLogo超臨界區的水表現出許多獨特的性質常態水是不可壓縮的，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生改變。3介電常數大大降低，此時水表現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根據相似相溶原理，超臨界水可溶解一些非極性物質如苯、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．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,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，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為均質或非均質界面)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、醫藥、石油、食品和釀造等行業，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、多氯聯苯等的處理．結果發現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下的破壞情況，結果表明，在20min內，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固體廢棄物處理據統計，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，發現完全反應的最終產物為二氧化碳和水。也有文獻報道了聚乙烯的SCWO降解試驗，發現聚乙烯溶解于超臨界水中，熔融的聚乙烯被超臨界水稀釋，發生β-鏈斷裂，最終產物為短鏈的烴類。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缺點超臨界水氧化技術優點反應速度快無二次污染氧化效率高

產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，反應過程中會產生酸，對設備有腐蝕性。腐蝕往往會產生兩個方面的問題: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。鹽沉淀會導致換熱率降低，增加系統壓降。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，在線檢測及監控技術的實現存在困難，需采用分子模擬試驗，從而建立恰當的反應模型。

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，其最終產物是CO２、H２O和無機鹽等物質，產物清