超臨界水氧化技術處理廢水的發展現狀

王鋒

摘 要 超臨界水氧化法在處理廢水方面具有獨特的技術性和經濟性。本文介紹了超臨界水氧化法的原理和工藝，以及超臨界水氧化技術在不同廢水處理領域的應用現狀及發展趨勢。

關鍵詞 超臨界水氧化技術 廢水處理 發展趨勢

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A

1超臨界水氧化（SCWO）原理

在 SCWO中，氧化劑一般為H2O2、O2或空氣。SCWO遵循自由基反應機理，OH·與 HO2·自由基被認為是反應過程中重要的自由基，在沒有引發物的情況下，HO2·由氧化劑攻擊最弱C-H而產生，產生的 HO2·攻擊有機物，生成的或者底物中的 H2O2分解生成羥基自由基（HO·）具有很高的活性，幾乎能與所有含氫的化合物作用，于是有R·能和氧氣作用生成過氧化自由基，并進一步獲氫原子生成過氧化物。反應生成的過氧化物ROOH相當不穩定，會進一步分解直至生成小分子的甲酸、乙酸等，再通過自由基氧化最終轉化為CO2和H2O。

2 SCWO的工藝與裝置

超臨界水氧化過程中，有機物、水和空氣或氧在25 MPa的壓力下和400以上的溫度下完全互溶。在這些條件下，有機物自發開始氧化，所產生的反應熱使溫度升高到550℃-650℃。在不到1min的反應停留時間內，使99.9%以上的有機物被迅速氧化成CO2、H2O和N2，雜原子也被氧化，并且通過再進料中加人堿，使他們以鹽的形式自發地從超臨界水溶液中沉淀出來。

隨著SCWO技術的不斷發展，各具特色的超臨界水氧化反應系統也不斷推陳出新，主要體現在各種不同類型的SCWO反應器上：

2.1逆流式反應器

Modar公司于1998年設計的逆流式反應器，該反應器分為超臨界區與亞臨界區“在反應器上部的超臨界區內有機有害物質在水的超臨界狀態下被氧化分解，氧化所生成的主要產物在超臨界區形成逆流在反應器上部排出”其他無機鹽則進入反應器下部的溶解區內，該區域溫度壓力維持在亞臨界條件下，從而使得反應區內沉淀的無機鹽類在重力及慣性力的作用下溶解在該區域，然后排出反應器而不會堵塞反應器及其他裝置。

2.2液化固體流化床反應器

在液化固體流化床反應器中，有機污染物與超臨界水被吸附在流化床上與外界供給的氧化劑及反應過程中液化固體無機鹽類物質分解所生成的氧氣反應“反應過程中所生成的無機鹽大部分都沉積在比表面積較大的液化固體流化床上，因此無機鹽的沉淀結垢問題得到了有效地控制”。

3 SCWO處理廢水

3.1 SCWO處理印染廢水

印染廢水中的污染物大部分是有機物，一般情況下，其pH值為6-10，COD為40-1000mg/L，BOD5為100-400mg/L，SS為100-200mg/L，色度為100-400倍。嚴格來講，印染廢水是一類廢水而不是一種廢水，因為染料品種眾多，所以廢水的成分復雜多變、無法求同，可生化性較差。

王齊等采用超臨界水氧化法對高含量印染廢水進行試驗研究，在500、25MPa、20s，過氧比300%時COD去除率為99.17%，TDS去除率為91.66%，懸浮物和色度也幾乎全部去除，實驗出水完全能夠滿足指標。褚旅云等采用超臨界水氧化法對高含量印染廢水進行試驗研究，使用超臨界水氧化法對去除高含量的印染廢水的COD非常有效，改變廢水的PH對印染廢水COD去除率有顯著的影響。在pH為9.1、反應溫度580、反應壓力27 MPa，過氧量200%的條件下，去除率達到了99.8%。

3.2 SCWO處理焦化廢水

焦化廢水成分復雜，污染物種類繁多，污染范圍較大，對水資源環境、人類身體健康以及農耕植物均會造成極大危害。雖然焦化廢水中污染物成分較為復雜但其所含污染物一般包括有機污染物和無機污染物，一般廢水中的無機污染物主要包括硫氰化物、硫化物以及氰化物等，均能夠對水資源環境與人類身體健康造成極為嚴重的危害。

邱凱杰等研究SCWO法處理焦化廢水，反應時氧化劑劑量、反應壓力、反應溫度、反應時間均對降低廢水中各污染指標有著較大的影響，尤其廢水中SCN-和CN-較易去除，其去除率可達95%以上，而NH3-N相對較難，但最佳工藝條件下也可達85%。

4 SCWO技術面臨的問題及展望

SCWO操作過程條件苛刻，處于高溫、高壓、高溶解氧環境，有機物中通常含有鹵素、硫或磷等，在SCWO 過程中會產生相應的酸或鹽，能引起反應設備強烈腐蝕；還有，工業廢水中常含有礦物質或無機鹽在非極性的超臨界水環境中無法溶解而造成鹽沉積，使得反應器傳熱惡化甚至導致反應器堵塞。這些問題都嚴重地制約了SCWO技術處理廢水的效果。

后續的研究工作應主要集中在：

（1）充分利用有機廢水SCWO過程中產生的熱以及回收利用高溫高壓水來降低能耗；

（2）通過開發新型耐腐蝕材料以及改進反應器結構來應對材料腐蝕；

（3） 合理安排工藝流程（比如預處理），改變反應器設計來解決鹽沉積問題；

（4）對于難徹底氧化的有機廢液（如氨氮廢水），研究催化劑來降低處理溫度，從而提高過程的經濟性。隨著這些問題的逐步解決，相信在不久的將來，SCWO處理有機廢水會得到廣泛的應用，產生巨大的經濟和社會效益。

參考文獻

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