超临界水氧化技术及其应用

超临界水氧化技术及其应用

郑晓鹏翁丽梅李林鸿彭燕梅

(韩山师范学院化学系, 广东潮州, 521041)

摘要：超临界水氧化技术是20 世纪80 年代中期美国学者M. Modell 提出的一种新型湿式氧化技术，这项环境友好型技术具有适应性强，节省能耗，高效处理有机废水等特点，深受人们的瞩目。笔者在本文主要介绍超临界水氧化技术的基本原理、特点，当前该项技术在国内外的研究进展及其应用。

关键词：超临界氧化法；超临界水；催化剂

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：

Supercritical water oxidation technology and its application

Zheng Xiao-peng, Weng Li-mei, Li Lin-hog, Peng Yan-mei, Zhang Yong-li* (Department of Chemistry,Hanshan Normal University, Guangdong Chaozhou 521041，China) Abstract：Supercritical water oxidation technology was put forward by the American scholar M. Modell in the mid of 1980s, which is a new type of wet air oxidation technology。This environment-friendly technology is adaptable, saving energy, dealing with organic wastewater efficiently, etc, so it attracts many peoples attention. In this article the author mainly introduces the basic principles and the characteristics of the supercritical water oxidation technology, the study progress of technology at home and abroad currently and Applications.

Key words：Supercritical water oxidation technology; Supercritical water; Catalyst

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。

笔者在本文主要介绍超临界水氧化技术的基本原理、特点，以及当前该项技术的研究进展及应用范围。

1. 超临界水氧化技术

1.1 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。

1.2 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· + H2O2

PhOH + 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。

氧化过程中，有机物中的S、Cl、P 等元素同时被氧化生成硫酸盐、食盐、磷酸盐等盐类，而金属转化为氧化物。

1.3 技术特点

超临界氧化技术曾经被美国能源部科学家PaulW.Hart誉为“代替焚烧法极有生命力的技术”，它较之其它废水处理技术具有更为鲜明的特点[3-6]：

（1）超临界水氧化反应是均相反应，避免了相间传质和传热阻力损失，反应速率大为提高。而且超临界水更有利于游离基的生成，溶解在超临界水中的有机物和氧气还表现出异常的偏摩尔行为，反应时间＜1min。

(2) 超临界水氧化法适合于处理有毒、有害、高浓度、难生化降解的有机废水，属于深度氧化处理技术。在完全封闭的反应系统中保持适当的温度、压力和一定的保留时间下,溶解的有机物能被完全氧化为CO2、H2O、N2、无机盐等无害物质, 二次污染小，去除率＞99 %。

（3）超临界水氧化过程具有自热性，只要被处理废水中的有机物质量分数在1 %～2 %，外界便无需提供能量，氧化过程就可以依靠反应本身放出的热量来维持反应的进行。因此，可以利用高浓污水的处理对外输出热量，因为当被处理污水的有机物浓度超过2%时，体统除了用于反应的热量外，还有盈余的热量。

(4) 由于盐类和金属氧化物在超临界水中的溶解性与在标准状态下的水中的溶解性相反,所以

使得反应产物易于分离。

(5) 超临界水氧化处理设备应用方便，适于推广，运行经费低。