超临界水氧化技术
超临界水氧化技术
严格控制反应器温度、压力、氧气流量等操作条件，确保废水在最佳状态下进行氧化反应 。
效果评估与经济效益分析
处理效果
经过超临界水氧化技术处理后，废水中 的有机物、氨氮等污染物去除率达到 95%以上，废水达标排放，有效降低了 对周边环境的影响。
VS
经济效益
相对于传统废水处理方法，超临界水氧化 技术具有处理效率高、占地面积小、运行 成本低等优点。经测算，该项目投资回收 期约为5年，具有良好的经济效益。
生活污水处理
02
该技术可去除生活污水中的难降解有机物，提高污水处理效率
，减少污泥产量。
印染、制药等行业废水
03
超临界水氧化技术可解决印染、制药等行业废水处理难题，实
现废水达标排放。
有机废弃物资源化利用
餐厨垃圾处理
该技术可将餐厨垃圾转化为可再 生能源，减少垃圾填埋量，降低
环境污染。
农业废弃物利用
超临界水氧化技术可将农业废弃物 转化为生物燃料或肥料，提高废弃 物利用率，促进循环农业发展。
产业发展规划与目标
产业发展规划
政府将超临界水氧化技术纳入环保产业发展 规划，推动产业集聚和升级，提高产业整体 竞争力。
产业发展目标
通过政策引导和市场机制，推动超临界水氧 化技术在危险废物处理、污水处理、能源利 用等领域的应用和推广，实现产业规模化、 高端化发展。
资金支持与优惠措施
政府资金支持
政府通过设立专项资金、建立投资基金等方式，对超临界水氧化技 术研发和产业化给予资金支持。
超临界水氧化技术
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目录
• 技术原理及特点 • 工艺流程及关键设备 • 应用领域与市场前景 • 研究进展与发展趋势 • 工程实例分析 • 政策法规与产业支持
超临界水氧化技术详解
超临界水氧化(SCWO)法，作为一项环境友好型技术，是20世纪80年代中期由美国学者Modell提出的一种具有适应性强，节省能耗，高效等特点的水处理技术，特别是对于有机污染物浓度高，种类多，危害大，难生化的工业废水、城市污水，超临界水氧化技术能够完全氧化污水中的污染物，处理产生的二次污染小，且设备与运行费用相对较低，受到国内研究者的广泛关注,被视为是最有前途的废物处理技术。
1. 超临界水氧化技术（1）超临界水的性质超临界水，是一种非协同，非极性溶剂[1]。
超临界水在温度高于374 ℃，压力高于22.1 MPa的条件下制得，此条件下的超临界水具有液态水和气态水双重性质,汽液两相之间的界面消失，成为一个均相体系，流体传送随之增强，有利于反应的快速进行，它对有机物、气体具有较好的溶解能力，可以和氧气等气体完全互溶，而无机盐则溶解度很小，同时，水的介电常数、密度和粘度也随着温度和压力的升高而降低。
总之，超临界水因为其溶解能力特殊、密度易变、粘度较低、表面张力较低，扩散性强，所以比非超临界水的活性更强，反应更迅速。
（2）技术原理在高温、高压下，利用分子氧作为氧化剂，以超临界水作为溶剂，把有机物氧化分解为CO2和H2O的高级氧化技术，称为超临界水氧化(SCWO)法。
超临界水氧化反应，可以用自由基反应理论来解释，产生自由基的过程为[2]：RH + O2R· + HO2·RH + HO2·R· + H2O2PhOH + O2PhO· + HO2·PhOH + HO2·PhO· + H2O2式中：Ph ——芳香族化合物。
在具有液体和气体的性质的超临界水中加入分子氧，活性氧与键能最弱的C—H作用产生自由基HO2·，它与有机物中的H生成H2O2，H2O2进一步分解产生羟基自由基：H2O22HO·羟基自由基HO·具有高活性，它与有机物反应产生有机自由基R，而有机自由基又与O2反应得到有机过氧自由基，有机过氧自由基进一步与有机物反应产生有机过氧氢化物和有机自由基，由于过氧氢化物不稳定，其键发生断裂而生成较小分子量的化合物乙酸或甲醇，最后转化为CO2、H2O等物质。
超临界水氧化技术
水污染控制新技术-超临界水氧化技术1前言超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation, SCWO）是以超临界水为介质，均相氧化分解有机物。
美国把SCWO法列为能源与环境领域最有前途的废物处理技术，该技术具有反应速率快、停留时间短、氧化效率高，短时间内有机物处理率达99%以上；反应器结构简单，设备体积小，处理范围广，不仅可以用于各种有毒物质、废水、废物的处理，还可以用于分解有机化合物；无需外界供热，处理成本低；选择性好，通过调节温度与压力，改变水的密度、粘度、扩散系数等物化特性，从而改变其对有机物的溶解性能，达到选择性控制反应产物的目的是一种新兴有机废水处理技术。
该技术自20世纪80年代中期美国学者Modell提出后经过二十多年的发展成为了继光催化、湿式催化氧化技术后国内外学者研究热点。
2超临界水的性质水的临界温度为374.2 ℃，临界压力为22.1MPa，水在超临界状态下能与有机物、氧气、空气以任意比例互溶，气液界面消失，多相反应转化为速度更快的单相反应，一般只需要几秒至几分钟即可将有机物彻底分解为CO2和H2O，将污水中硫、磷和氮原子分别转化为硫酸盐、磷酸盐、硝酸根和亚硝酸根离子或氮气无机盐，最终以无机盐沉淀得以分离，实现了有毒有害物的无害化处理。
3超临界水氧化的反应机理比较典型的机理是在湿式空气氧化、气相氧化的基础上提出的自由基反应机理。
在没有引发物的情况下，自由基由氧气攻击最弱的C-H键而产生，发应如下：RH+O2→R·+HO2·RH+ HO2·→R·+H2O2过氧化氢进一步被分解成羟基：H2O2+ M→2HO·M 可以是均质或非均质界面。
在反应条件下,过氧化氢也可热解成羟基。
羟基具有很强的亲电性,几乎能与所有的含氢化合物作用:HO·+RH→R·+H2O上述反应产生的自由基R·能与氧作用生成过氧化自由基,过氧化自由基能进一步获取氢原子生成过氧化物:R+ O2·→ROO·ROO·+RH→ROOH+R·过氧化物通常分解生成较小的化合物,最后生成甲酸或乙酸。
超临界水氧化
1 scwo概念原理超临界水氧化( SCWO)法是一种新兴的废物处理技术,具有节能、高效、适用性强等特点,。
美国国家关键技术所列的六大领域之一“能源与环境”中指出,最有前途的废物处理技术是SCWO法。
超临界水氧化（supercritical water oxidation,SCWO）是在水的温度超过水的临界温度、压力超过水的临界压力条件下，以氧气作为氧化剂，超临界水作为反应介质，使水中的有机物与氧化剂在均一相（超临界液体相）中发生强烈的氧化反应的过程。
2 超临界水氧化反应机理比较典型的超临界水氧化反应机理为在湿式空气氧化、气相氧化的基础上提出的自由基反应机理。
RH+O2→R·+HO2·RH+ HO2·→R·+H2O2H2O2+M→2HO·RH+ HO·→R·+HR·+O2→ROO·ROO·+RH→ROOH+ R·M 为均质或非均质介质（界面）。
过氧化物通常分解生成分子较小的化合物,这种断裂迅速进行直至生成甲酸或乙酸为止。
甲酸或乙酸最终也转化为CO2和水。
2 SCWO法优点与其他技术相比,应用SCWO法处理有机废水、废物具有以下优点:( 1)对有机物的分解效率高,可达99. 99 %以上;适用范围广,可用于处理各种有毒难降解的有机物;( 2)反应速度快,在几十秒的时间内有机物即可完全氧化为CO2和H2O；不形成二次污染，分解产物不需做进一步处理；杂原子被氧化成对应的酸或以盐的形式从超临界水中析出。
( 3)一般不需外部供热,有机物含量超过2 %,即可利用有机物氧化反应产生的热量维持系统的反应温度;（4）反应器结构较简单，体积小。
SCWO法处理有机废水具有显著的效果。
此外,城市污水、造纸废水和人类代谢产物也可用SCWO法处理成无毒、无味、无色的气体和水。
3SCWO法废水处理工艺流程Modell提出的连续式SCWO法废水处理工艺流程如图1所示。
超临界氧化技术
3、影响反应的因素
3.1 温度
一般情况下,SCW0氧化速率随着温度升高而加快;
3.2 压力
SCWO氧化速率随着压力升高而加快
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 氧化剂
不同的氧化剂在反应时产生的自由基可能不同,从而影响氧化 反应效果. 而且氧化剂的用量也会影响降解率.
3.4 催化剂
非均相催化剂优于均相催化剂.
4、超临界水氧化技术研究现状
结语
超临界水氧化技术是一项具有广阔发展和应用前景的有机 废水和污泥处理技术,具有高效、快速、环保等特点。超 临界水氧化技术对有机废物的氧化速度快且非常彻底,其 最终产物是C02、H20和无机盐等物质,产物清洁,无二次污 染.因此,随着研究不断深入及处理好超临界水氧化技术所 存在的问题, 超临界水氧化技术在未来环境保护工作中将 发挥巨大的作用,并且在其它领域如材料制备,生物工程, 医药工业等也具有广阔的应用前景.
我国在近几年也开始对SCW0技术进行研究。 丁军伟等分别就超临界水氧化技术理多氯联苯、苯酚、氨基氰、造纸废
水及有机磷药等进行了研究, 进一步说明超临界水氧化技术理效率高。
4.2处理污泥
通常污泥采用填埋法、 焚烧法、 热解法进行处理,但
填埋法导致污泥中有害微生物传染疾病, 并且该方法占 用一定的填埋空间, 焚烧法对空气带来很大污染,热解 法会产生二次污染物。采用超临界水氧化法处理污泥可 以解决以上问题。
溶解度和表面张力也都发生改变
介电常数大大降低，此时水表现地更像一种非极性溶剂
根据相似相溶原理，超临界水可溶解一些非极性
物质，如苯、甲苯等有机物，并且氧气、二氧化 碳、空气等气体可以以任意比例溶于超临界水中。
由于超临界水的这些特性，使之成为氧化有机物
超临界水氧化技术的优缺点学习资料
超临界水氧化技术的优缺点超临界水氧化技术的优缺点然而，尽管超临界水氧化法具备了很多优点，但其高温高压的操作条件无疑对设备材质提出了严格的要求。
另一方面，虽然已经在超临界水的性质和物质在其中的溶解度及超临界水化学反应的动力学和机理方面进行了一些研究，但是这些与开发、设计和控制超临界水氧化过程必需的知识和数据相比，还远不能满足要求。
在实际进行工程设计时，除了考虑体系的反应动力学特性以外，还必须注意一些工程方面的因素，例如腐蚀、盐的沉淀、催化剂的使用、热量传递等。
（1）腐蚀在超临界水氧化环境中比通常条件下更易导致金属的腐蚀。
高浓度的溶解氧、高温高压的条件、极端的pH值以及某些种类的无机离子均可使腐蚀加快。
腐蚀会产生两个方面的问题，一是反应完毕后的流出液中含有某些金属离子（如铬等），会影响处理的质量；二是过度的腐蚀会影响压力系统正常工作。
在300～500℃、pH值2～9、氯化物浓度为400mg/L的条件下，对13种合金的腐蚀进行了实验研究。
结果表明，在给定的温度范围内pH对腐蚀的影响不大。
在300℃的亚临界状态下，由于水的介电常数和无机盐的溶解度均较大，主要以电化学腐蚀为主。
当温度升至400℃以上时，水的介电常数和盐的溶解度迅速下降，这时以化学腐蚀为主。
（2）盐的沉淀在超临界水氧化中，往往在进料中加入碱中和过程中产生的酸和生成的盐，因超临界条件下无机物的溶解度很小，过程中会有盐的沉淀。
某些盐的粘度较大，有可能会引起反应器或管路的堵塞。
通过反应器形式的优化和适当的操作方式可予以部分地改善。
对于某些高含盐体系可能需要预处理。
（3）催化剂在一些物质的超临界水氧化研究中使用了催化剂，主要是为了提高复杂有机物的转化率、缩短反应时间或降低所需的反应温度。
现在应用的绝大部分催化剂是以往湿式空气氧化和亚临界水氧化过程研究中使用的。
均相催化和非均相催化相比，非均相催化的综合效果较好。
（4）热量传递因为水的性质在临界点附近变化很大，在超临界水氧化过程中也必须考虑临界点附近的热量传递问题。
超临界 湿式氧化
超临界湿式氧化1. 简介超临界湿式氧化（Supercritical Wet Oxidation，SWO）是一种利用超临界水进行氧化反应的技术。
超临界水是指在高温高压条件下，水的密度和溶解能力显著增加，具有类似气体和液体的特性。
超临界湿式氧化通过将有机废水与超临界水混合，在高温高压条件下进行氧化反应，将有机污染物转化为无害的物质。
2. 工艺原理超临界湿式氧化的工艺原理主要包括以下几个方面：2.1 超临界水的特性超临界水具有以下特性：•高溶解能力：超临界水对有机物的溶解能力远高于常规水，在高温高压条件下可以有效溶解有机污染物。
•高扩散性：超临界水的扩散系数较大，有利于反应物质的传质。
•高离子化程度：超临界水中水分子的离子化程度较高，有利于反应物质的离子反应。
2.2 氧化反应超临界湿式氧化主要通过氧化反应将有机废水中的有机污染物转化为无害的物质。
在超临界水中，氧分子可以与有机物发生氧化反应，生成二氧化碳、水和其他无害物质。
2.3 温度和压力控制超临界湿式氧化需要在高温高压条件下进行。
温度和压力的选择对反应速率和产品分布具有重要影响。
适当的温度和压力可以提高反应速率和转化率，并控制产物的生成。
3. 应用领域超临界湿式氧化技术在环境保护和废水处理领域具有广泛应用前景，主要应用于以下几个方面：3.1 有机废水处理超临界湿式氧化可以高效地降解有机废水中的有机污染物，将其转化为无害的物质。
该技术对于难降解的有机污染物具有较高的降解效率，可以有效减少有机废水对环境的污染。
3.2 化工废水处理化工废水中常常含有大量的有机化合物和有毒物质，传统的废水处理方法往往效果有限。
超临界湿式氧化技术可以高效地降解化工废水中的有机物，达到废水处理的要求。
3.3 生物质能源开发超临界湿式氧化技术可以将生物质转化为可燃气体或液体燃料，实现生物质能源的高效利用。
该技术可以将生物质中的碳氢化合物转化为可燃的气体或液体燃料，具有较高的能源利用效率。
污水处理中的超临界水氧化技术应用
谢谢
THANKS
污水处理中的超临界水氧化技 术应用
汇报人：可编辑
2024-01-04
目录
CONTENTS
• 引言 • 超临界水氧化技术基础 • 污水处理中的超临界水氧化技术应用 • 技术优势与挑战 • 实际应用案例
01 引言
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱAPTER
技术背景
01
超临界水氧化技术是一种利用超 临界水（温度和压力均超过水的 临界点）作为反应介质，进行有 机物氧化分解的方法。
总结词
该案例介绍了超临界水氧化技术在城市污水处理厂的应用，通过技术改造和升级，提高 了污水处理效率和污染物去除率，减少了二次污染，为城市环境治理提供了有效手段。
详细描述
某城市污水处理厂采用传统的活性污泥法处理工艺，但存在处理效率低下、二次污染严 重等问题。引入超临界水氧化技术后，通过高温高压条件下的氧化反应，实现对污水中 的有机物和有害物质的快速分解和去除。处理后的水质显著改善，满足了排放标准，同
超临界水氧化技术的研究 起步。
20世纪90年代
该技术逐渐应用于污水处 理领域。
21世纪初
随着技术不断改进和完善 ，超临界水氧化技术在污 水处理领域的应用逐渐广 泛。
02 超临界水氧化技术基础
CHAPTER
超临界水性质
高溶解能力
超临界水具有高溶解能力，可以有效 地溶解有机物、氧气等物质。
介于液体和气体之间
适用范围广
超临界水氧化技术适用于多种有机废水的处理，具有广泛的适用 性。
技术挑战与解决方案
技术成本高
超临界水氧化技术的设备投资和运行成本较高，需要进一步降低 成本。
操作条件严格
超临界水氧化技术需要高温高压的条件，对设备的安全性和稳定性 要求较高。
超临界水氧技术
超临界水氧技术超临界水氧技术（Supercritical Water Oxidation，SCWO），是一种氧化废水的高温高压技术，近年来受到了广泛关注。
超临界水氧化技术依靠高压高温下的水-氧化剂混合物，在短时间内将有机废水完全氧化分解，这就是它比其他废水处理技术更快、更干净的原因之一。
本文将着重介绍超临界水氧化技术的性质、优缺点及应用。
超临界水氧化技术的性质：超临界水氧化技术能够在高温高压的条件下以氧气和水为主要反应物，通过氧化反应将废水中的有机物彻底转化为二氧化碳、水和硫酸盐等无害物质，因此具有高效、彻底、快速的特点。
这种技术在高温高压条件下进行，不需要使用催化剂，对于废水中较难降解的物质具有很高的处理效果，运行成本低，对环境污染小，具有很好的应用前景。
超临界水氧化技术的优缺点：超临界水氧化技术具有以下优点：1. 处理效率高：能够将废水中的有机物快速、彻底地氧化分解，处理效率极高。
2. 安全性高：高温高压下，在反应过程中能够自主控制温度和压力，具有很高的安全性。
3. 环保性能好：SCWO能够将废水处理后的产物中的污染物分解为无害物质，对环境的影响很小。
但是，超临界水氧化技术在应用上还存在一些缺点，主要包括以下几个方面：1. 设备成本高：需要采用高压、高温反应釜，设备成本高，维护费用也属较高。
2. 依赖能源：SCWO需要大量的热量和电力，在设备维护和能源供应上的方面成本较高。
3. 生产二氧化碳：超临界水的制备和应用过程中需要消耗大量的能源，将导致大量的二氧化碳排放。
超临界水氧化技术的应用：超临界水氧化技术已经在化工、医药、焚烧、船舶、油田、污水处理等领域得到了广泛应用。
在化工行业，由于反应体系不需要运用催化剂，成本较低，同时能处理硬水管中的钛白粉、DMSO等难处理物质，这为化工行业废水处理带来了希望。
在医药行业，该技术可将医药废水及医药废弃物彻底降解，对医院废物的处置也起到了积极的作用。
此外，SCWO还可以作为一种替代传统焚烧技术的环保技术，在焚烧废物时能够减少有毒有害物质的产生。
超临界水氧化技术
2—3根无缝不锈钢 管并列组成
优点： 原料丰富 制造简单 费用低
缺点： 导致盐类和固体堆积 要求废水良好流动性
3.2 反应器类型——管式反应器
塔式（釜式）反应器
反应区 沉降区 沉淀区
高温氧化反应 无机盐下沉
盐水带走
3.2 反应器类型——管式反应器
TWR反应器
超临界水氧化反应物和反应釜内壁之间 不再直接接触，而是有一层采用特殊设 计形成的去离子水隔离层。
存在问题
盐堵塞问题
由于超临界条件下无机 物的溶解度很小, 过程中 产生盐的沉淀会引起反 应器或管路的堵塞, 使热传递效率急剧下降, 甚至会发生事故。
热量传递问题
因为水的性质的临界点附近变化很大，在超 临界水氧化过程中也要考虑临界点附近的热 量传递问题。
超临界水氧化技术(scwo)
3、工艺流程介绍与应用
3.1 工艺流程 3.2 反应器类型 3.3 废物处理中的应用
3.1 工艺流程
高压泵
进料系统
预热器
反应器： 耐温： ≧500℃， 耐压： ≧300kg/cm2
反应器
冷却器 （或热回收系统）
分离器
3.2 反应器类型
➢管式反应器 ➢塔式（釜式）反应器 ➢TWR反应器
3.2 反应器类型——管式反应器
超临界水氧化技术(scwo)
Supercritical water oxidation
超临界水氧化技术(scwo) 1、发展背景
2、基本原理介绍 3、工艺流程介绍与应用 4、目前存在问题
1、发展背景
提出
80年代中期美国学者Moddl首次提出
概念
有机物 空、氧气等氧化剂
应用
均相快 速氧化
超临界水氧化技术
受污染土壤：矿油、含卤素有机物。
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H2O2 → 2OH· 2HO2 ·→ H2O2+O2 OH· +HO2 · → H2O+O2 H2O2+OH·→H2O+HO2 ·
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污泥来源：the Karlskoga Sewage Treatment Works 污泥固体含量：15 wt% 反应条件：最大反应温度平均570oC, 反应器出口处平均压 力23.3 MPa ，反应停留时间60s. 污泥负荷 220 ~230 kg hr-1.
反应系统包括：进料系统、高压泵、预热器、反应器、 冷却器（或热回收系统）、分离器等。 反应器： 耐温：≧500℃，耐压：≧300kg/cm2 处理量：≧30㎏/h 反应時间：数秒至数分钟
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超临界流体萃取
因为超临界流体具有低粘度和高扩散系数，因此相较于一般的液体萃取， 超临界流体萃取可以有较快的萃取速度。借由调整超临界流体的密度， 可以进行选择性的萃取，而且在不加压的情形下，超临界流体会蒸发， 残留溶剂的量非常少，甚至没有残留。二氧化碳是最常用的超临界流体 溶剂，大量用在生咖啡豆的去咖啡因制成，或是在啤酒制造中用来萃取 啤酒花中的成份，或是从植物中提炼精油及药品。
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超临界水氧化系统的研究开始于70年代。 80 年代GA (General Atomics)公司利用早期MIT的有机物
超临界水氧化技术
焚烧法
1.92
0.26-1.17（处理一般液体） 1.94-3.9（处理有毒液体）
WAO法（以氧为氧化剂）
2.35
LOGO
超临界水氧化技术的研究背景
超临界水氧化（supercritical water oxidation，简称SCWO）技术是一种新型、 高效的废物处理技术，最早由美国学者Modell于20世纪80年代提出。
LOGO
超临界水的性质
超临界水的这些溶剂性能和物理性质使其成为氧化有机物的理想介质，当 有机物和氧溶解于高于临界点的水中时，它们在高温下的单一相状况下密 切接触，在没有内部相转移限制和有效的高温下，动力学上的快反应使氧
化反应迅速完成，碳氢化合物氧化产物为CO2和H2O，杂核原子转化为无
机化合物，通常是酸、盐或高氧化状态的氧化物，而这些物质可与其他存 在于进料中的不希望得到的无机物一道沉积下来、磷转化为磷酸盐，硫转
LOGO
SCWO反应机理
在SCWO反应中，有机物的C、H元素被完全氧化成CO2和H2O；有机氮和无机 氮转化为N2，Cl，P，S及金属元素转化成HCl，H2SO4，H3PO4及盐析出，这些 盐类在降压和冷却的条件下，可以有选择地从系统中分离出来。同时，SCWO在 某种程度上与简单燃烧过程相似，在氧化过程中释放出大量的热，有机物质量分 数超过2%时能实现自热，反应一旦开始，反应自身可以维持，无需外界提供热 量。
美国国家关键技术所指出，最有前途的废物处理技术是SCWO法。 美国能源部会同国防部和财政部于1995年召开了第一次SCWO研讨会，讨论 用SCCWO法处理政府控制污染物（government wastes）。 美国能源部科学家Paul W.Hart指出：“鉴于SCWO法具有诸多优点，用它来 代替焚烧法是极有生命力的”。
超临界水氧化技术
(SCWO)
• 超临界水氧化技术是美国学者 Modell于 80年代中期提出的利用超临界水作为反 应介质，彻底破坏有机物质的一种新型 氧化技术。
• 美国国国家关键技术“能源与环境”指 出
最有前途的处理技术是SCWO
什么是超临界状态？
• 临界温度、临界压力、临界密度 • 当P>PC且T>TC时，Supercritical State • 超临界CO2 • 超临界水
虽然…… SCCWWOO的的未缺来陷
腐当蚀技问术题问题高得腐蚀到速解度决，，选择SC反W应釜O的的材突 出优势会更质加极明难显，得到充分发挥 盐前的途沉是淀光明无堵的机塞物，溶连解续度运减转小难，诱发工程
动力学和机理研究还不够 较高的初期投资费
参考资料
• 《水处理新技术原理与应用》，苑宝玲、王洪杰，化学工 业出版社
超临界水氧化(SCWO)过程原理
有机化合物+O2 N,S,P等杂原子 [O]
CO2+H2O 酸、盐、氧化物
N
N2
Cl等卤素
HCl
与燃烧过程相似⊿H<0 反应自己维持
自由基反应
链的引发
链的发展或传递
链的终止
• 链的引发
• RH + O2
R·+ HO2·
• RH + HO2·
R· + H2O2
• H2O2
2HO·
• O2
2O·
• O·+ H2O
2HO·
• RH + HO·
R· + H2O
• 链的发展或传递
• RH + HO· • R· + O2 • ROO·+ RH
超临界水氧化
最早由Modell提出的SCWO工艺流程
超临界水氧化反应
超临界水的特性 (1) 介电常数急剧减小，呈现出非极性有机 化合物的性质，能与非极性物质和其他 有机物完全互溶，无机物尤其是盐类的 溶解度急剧下降； (2) 与空气\O2\N2\CO2等气体完全互溶； (3) 具有很高的扩散性和优良的传输能力， 化学反应速率快； (4) 物理性质可以通过压力、温度连续改变 超临界水氧化 利用SCW作为介质来氧化分解有机物。过程为均相反应，高温高压可显著 提高有机物的氧化速率，因而能在数秒内就能对有机成分产生极高的破坏率, 反应完全彻底.
k2
B O2
k3
C为氧化最终产物；B为中间控制产物； A为初始反应物以及不同于B的其他中间产物
4.3.3 反应动力学
一、碳氢化合物
把乙酸看做中间控制产物，反应途径为
CmHnOr 为初始反应物或不稳定的中间产物 CO2和H2O 为氧化最终产物
4.3.3 反应动力学
二、含氮化合物
低温下含氮有机物的超临界水氧化途径
SCWO
气体 液体 固体
燃料或化工原料
粘稠糊状物用作防水涂料或胶粘剂 残渣用作铺路或其他建筑材料
4.4.1 超临界水氧化技术的应用
四、受污染土壤的修复
受污染土壤 超临界水萃取
五、污泥的处理 Shanableh研究结果 停留5min, 99%的有机污染物 被 迅速氧化成CO2、H2O等无机物
有机物/重金属
c＝0.3g/cm3
4.2.1 高温水状态
各种状态水性质比较
流 体 普通水
25 1 78.5 8 0.998 0.890 7.74×10-6
超临界水
450 27 1.8 ∝ 0.128 0.0298 7.67×10-4
超临界水氧化技术研究与应用进展
2023超临界水氧化技术研究与应用进展contents •超临界水氧化技术简介•超临界水氧化技术的基础研究•超临界水氧化技术的工程应用•超临界水氧化技术的挑战与前景•超临界水氧化技术在实际应用中的案例分析目录01超临界水氧化技术简介超临界水氧化技术是一种先进的污水处理技术，其原理是利用超临界水的特性，在高温高压条件下，将有机污染物氧化分解为无机物质，实现废水的净化。
超临界水是指温度和压力超过一定阈值的水，具有独特的物理和化学性质，如高密度、低粘度、良好的传质和扩散性能等。
定义与原理技术特点与优势超临界水氧化技术具有高效降解有机污染物的特点，可短时间内将污染物彻底氧化分解。
高效性广谱性环保性节能性该技术适用于处理多种有机污染物，包括难降解的有毒有害物质。
超临界水氧化技术不产生二次污染，净化后的废水可直接排放或再次利用。
该技术能量利用率高，具有较低的运行成本。
超临界水氧化技术的研究主要集中在反应机理、反应动力学、污染物降解路径等方面。
目前，国内外学者已成功研发出适用于不同领域和场景的超临界水氧化装置。
在应用方面，超临界水氧化技术已广泛应用于工业废水处理、医疗废水处理、垃圾渗滤液处理等领域。
同时，该技术在清洁能源、材料制备等领域也有着广泛的应用前景。
研究与应用现状02超临界水氧化技术的基础研究反应动力学研究反应动力学影响因素研究反应温度、压力、浓度等参数对反应速率的影响，为优化反应条件提供理论依据。
反应动力学实验验证通过实验验证反应动力学模型的准确性和可靠性，为实际应用提供可靠的预测工具。
反应动力学模型建立通过实验测定反应速率常数，建立反应动力学模型，为实际应用中的反应过程模拟和优化提供基础数据。
从理论上研究超临界水氧化反应的化学过程和反应路径，揭示反应机理的内在规律。
反应机理理论研究通过实验手段检测和分析反应过程中的中间产物，进一步揭示反应机理和产物形成途径。
反应中间产物研究基于反应机理研究，建立反应机理模型，为实际应用中的反应过程模拟和优化提供理论指导。
超临界水氧化技术(SCWO)
超临界水氧化技术(SCWO)SCWO 技术简介SCWO 是一项高温高压技术，利用水在超临界条件下(Pc= 220.55 bar, Tc=373.976 )℃的特性，处理有机化合物和有毒废物及有机反应研究(如选择性氧化)。
经超临界氧化反应，C 转化为CO 2，H 转化为H 2O ，有机物中的Cl 转化为氯化物离子，硝基化合物转化为硝酸盐，S 转化为硫酸盐，P 转化为磷酸盐。
超临界水的独特性质是超临界水氧化工艺的关键。
包括O 2和有机物质等气体完全溶于超临界水中，然而，无机盐的溶解度急剧降低。
有机物质溶解入超临界水中，与O 2完全混合，相界面消失，形成单一相，使有机物与氧气能够自由均相反应，反应速度得到了急剧提高。
反应完成后，即生成了包括水、气体和固体的混合物，排放的气体中无NO X 、酸气（如HCl 或SO X 等）和粉尘微粒等，CO 的含量低于10 ppm 。
完全符合排放水标准和气体排放标准。
另外，因超临界水氧化反应具有极快的反应速度，所以即使以小型的设备，也可处理大量的废水。
SCWO 的技术优点绿色化学，环境友好，且用途广泛对难分解性有机物的高的处理效率(99.9999%以上) 被排的气体中无NOx, 酸气和粉尘等二次大气污染物 处理水满足法律上的排放水标准: 存在极微量的有机物 可进行多样浓度的废水处理(ppm ～%) 氧化反应非常快，可使超临界水氧化装置设计上更加小型化，结构更紧凑无需进行二次处理SCWO 的技术难点高腐蚀速度，选择反应釜的材质极难无机物溶解度减小，诱发工程堵塞，连续运转难较高的初期投资费未来化学科技有限公司北京办事处 北京宣武广外红居街10楼A1703 Tel: 010-********Fax: 010-********超临界水氧化技术的解决方案根据对超临界条件水中的物理变化和化学反应的了解及20多年的经验，针对间歇式超临界水氧化反应和连续式超临界水氧化反应，我们公司可根据用户的应用需要提供多种方案，从材料选择和系统工艺设计上(下图为超临界水氧化系统的示意图)解决目前SCWO技术的应用难题。
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01 技术原理
2.超临界水的特性
一、高溶解性
O
H
H
水分子
水聚合体网状结构
超临界水的非极性二聚体
当水到达超临界后，水中的绝大部分氢键断裂，超临界水可以对污染物起溶剂化作用
非极性有机物质良好溶剂
超临界水显示出了非极性物质的性质， 成为对非极性有机物质具有良好溶解 能力的溶剂
气体的溶解度空前提高
在超临界水中，氧气、氮气等气体的 溶解度空前提高，以致于可以任意比 例与超临界水混合。
比较典型的超临界水氧化反应机理为在湿式空气氧化、气相氧化的基础上的自由基反应机理。
RH+O2 → R·+HO2·
RH+ HO2·→ R·+ H2O2 H2O2+M → 2HO·
HO·具有很强的亲电性，几乎能 与所有的含氢化合物反应
RH+ HO·→ R·+ H2O
R·+ O2 → ROO·
不稳定
ROO·+RH → ROOH+R· 小分子化合物
超临界水氧化技术
纪良
01 技术原理
1.什么是超临界水？
超临界水，是指当气压和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸
气的密度正好相同时的水。
第四相态-超临界态
当把处于汽液平衡的流体升温升压时，热膨胀引起液 体密度减小，而压力的升高又使汽液两相的相界面消 失，成为均相体系，这就是临界点。当流体的温度、 压力分别高于临界温度和临界压力时就称为处于超临 界状态。超临界流体具有类似气体的良好流动性，但 密度又远大于气体，因此具有许多独特的理化性质。
03 案例
廊坊超临界污泥处理示范项目
处 240 t/d
项目采用新奥集团自主研发的超临界水氧化技术，处理量是240 t/d ，投资1.5亿，副产中 理
365天
水是7.8万吨/年，副产惰性灰泥0.9万吨/年。从污泥的减量化来看还是比较明显的，可彻底分 量 8.76万 t/y
解污泥中有机质，杀灭有害病菌，稳定重金属成分，实现污泥的无害化、减量化处理和资源 化利用，从根本上解决市政污泥处理存在的对土壤和地下水污染问题。稳定性、无害化、资 源化基本达到了国内专家对污泥处理所期望的标准，是污泥处理上一个新的技术路线。
惰 0.9万 t/y 性
灰 泥
减量89.7%
03 案例
南京超临界危废处置项目
2015年11月，新奥环保技术有限公司与南京化工园区管委会签订了总投资2.6亿元、总处理能力4万吨/ 年的超临界危废处置项目入园协议，以新奥环保自主研发技术——“超临界水氧化技术”作为支撑，专 业处置化工污泥，蒸馏残渣，有机废液等危险废弃物。
01 技术原理
二、高扩散性
10000倍视野 三、高氧化性
微孔显微结构 超临界水表面张力几乎为0，具有较低粘度，反应速度快
超临界水氧化反应完全彻底：碳转化为二氧化 碳，氢转化为水，硫和磷分别转化为硫酸盐和 磷酸盐，氮转化为氮气，重金属经氧化后以稳 定固相存于灰分中。
01 技术原理
3.超临界水氧化技术链式反应
甲酸 乙酸 ……
氧化
CO2 H2O
01 技术原理
4.超临界水氧化技术流程图
污水进入反应器，在设定的温度和压 力下反应一定的时间，反应后的流出 液经过换热冷却和减压后进入气液分 离器，对气液流出物进行检测后排放。
01 技术原理
02 实验模拟
西安交通大学SCWO处理设备：
技术特点： （1）水中几乎所有的有机物在几秒至几分钟内，与氧气或空 气中的氧进行氧化、分解，分解率为99.99%以上，有机污染物 转化成无害化的二氧化碳、水，有机物中的N元素转化成氮气； （2）无机盐类溶解度很低，以固体形式被分离出来或回收利 用，处理后的水也成为洁净的水； （3）当被处理的废水或废液中的有机物浓度在5%-10%时，就 可以依靠反应过程中，以自身释放的反应热来维持反应器所需 的热量平衡，不需外界加热； （4）设备安全性好，反应彻底，不排放污染物。
石家庄超临界危废处理项目
2016年，石家庄超临界危废处理项目工程建设也进入最后收尾阶段，占地总面积220亩，危废处理量100 t/d，业务范围覆盖整个华北地区。为客户提供从危废回收、储存、运输到处置的整体解决方案。
04 超临界水氧化法其他用途
煤炭超临界水制氢发电
火烧煤
放热、氧化反应
煤+空气
CO2+NOX+SOX+ N2+粉尘+灰渣
传统“火烧煤”不得不接受煤中其他成分高温氧化、燃烧带来的问题；本质上属于污染物先生成、后治 理
超临界水 蒸煤
吸热、还原反应
水 煤+
水
Hale Waihona Puke CO2+H2 + 沉渣 O2+H2
从源头上抑制污染物生成
04 超临界水氧化法其他用途
其他应用 1、城镇生活污水中污泥的处理，有机污泥被完全破坏，无机物可做无害化处理，可用于混凝物或磷酸盐 的原料。 2、脱色污泥、填料回收和废催化剂回收贵金属。 3、生化武器、剧毒生化制剂的销毁。 4、航天火箭、导弹推进剂有毒物质的分解。 5、清洁再生能源发电：SCWO是一个氧化放热反应，在处理废水的同时，可以产生大量的热蒸汽。 6、一吨COD将产生4200 kwh的热能，大约25%的这种能量可以转换成电能，在污水污泥1干吨将生成大约 1兆瓦小时的电力或3.6兆瓦小时的热能。 7、连接超临界发电机组即可用来发电，是一种新兴的变废为宝的清洁再生能源，受到欧美日发达国家的 普遍重视。