超临界水氧化技术剖析

超临界水氧化技术在工业应用中的局限性超临界水氧化是在高温高压下（通常反应温度400℃-600℃，反应压力25MPa-40MPa），以超临界水为媒介氧化分解有机物，达到净化有机废水的一种新型技术。

目前在国内，使用超临界水氧化技术处理有机废水还没被工业上广泛采用，这是由于它在应用中存在盐堵塞、腐蚀等缺点。

本文介绍了超临界水氧化技术及其机理，并探讨了该技术在发展中的局限性。

标签：超临界水氧化及机理；工业化应用；局限性1 引言超临界水氧化（SCWO）法是指有机废物和空气、氧气等氧化剂在超临界水中进行氧化反应而将有机废物去除，超临界水氧化技术中的系统反应速率快，有机物中的C、H、O最终转化成CO2和H2O[1]，而N、S、P则相应地转化为N2、SO42-、PO43-，有效地降解有机物并且不会形成二次污染[2]。

最近几年，超临界水氧化技术处理有机废水有了比较多的研究，从研究的成果来看，有机废水经过超临界水氧化系统的净化，达到99%以上的去除率，效果非常好。

2 超临界水氧化技术的机理在超临界水氧化过程中，主要的是氧化反应，还存在着脱水和聚合等反应。

目前被广泛接受的超临界水氧化机理，是Li.L等[3]提出的自由基反应，这其中包括链的引发、链的发展或传递和链的终止[4]。

（1）链的引发：反应物分子生成最初自由基，这个过程通过加入引发剂氧气或者双氧水，引发剂所引发的自由基与氧气生成过氧化自由基[5].（2）链的发展或传递：即自由基与各类分子相互反应的交替过程，包括氢过氧化物和自由基的破坏和再现，此过程易于进行。

（3）若自由基经过碰撞生成稳定分子，则链发展被终止。

氮化合物若彻底氧化会变成N2，但是实验证明要转化为氮气需要超过600℃，所以400℃时候一般会生产大量NH3，因为NH3特别难氧化，所以是有机氮变为氮气的控制步骤。

3 超临界水氧化技术在工业应用中的局限性超临界水氧化技术以超临界水为反应介质，具有效率高，处理彻底的优点，属于绿色化学发展的方向。

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。

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。

超临界水氧化技术的应用研究超临界水氧化技术是一种高温高压下将有机物转化为无害物质的技术。

这种技术在化工、环保等领域有着广泛的应用。

本文将从超临界水氧化技术的原理、应用案例以及未来发展方向等方面进行探讨。

一、超临界水氧化技术的原理超临界水氧化技术是通过将有机废物与水在高温高压下反应，使有机物分解为无害物质，主要是二氧化碳和水。

在高温高压的条件下，水被压缩，变得不稳定，分子间距离变小，从而使反应速率加快。

同时，水的溶解性也增加，可溶于水的有机物被溶解进水中，更容易被氧化分解。

二、超临界水氧化技术的应用案例1.化学废物处理对于化学废物的处理，超临界水氧化技术可以将有机废物转化为无害物质，提高废物的处理效率。

同时，该技术能够消除处理过程中产生的污染物，达到环保的目的。

2.染料废水处理染料在水中难以降解，若直接排放到环境中会造成严重的水污染。

超临界水氧化技术可以利用高温高压条件下的强氧化能力，将染料废水中的有机物氧化分解为无害物质，达到净化水体的目的。

3.医药废水处理医药废水中含有大量的有机物质和微量药物残留，对水环境造成严重污染。

超临界水氧化技术可以将医药废水中的有机物和药物残留彻底分解，达到净化水体的目的。

三、超临界水氧化技术的未来发展方向随着环保意识的提高，超临界水氧化技术的应用越来越广泛。

未来，这种技术将更加注重其应用效果的优化和环保的可持续发展。

比如，可以通过改进反应器结构和使用新型催化剂等方法提高反应效率和节能减排；在废物处理过程中，考虑资源化利用等方面，降低废物处理的成本，实现循环经济。

同时，超临界水氧化技术也可以和其它技术相结合，形成技术组合，提高处理效果。

比如，将超临界水氧化技术与高级氧化技术相结合，可以提高废水的处理效果。

总之，超临界水氧化技术的应用前景广阔，未来将有更多的技术创新和应用发展。

有机废水的超临界水氧化处理研究进展有机废水的超临界水氧化处理研究进展引言：随着工业的发展和人们生活水平的提高，产生大量有机废水，给环境和水资源造成了严重的污染。

有机废水的高浓度及复杂性使传统的废水处理方法无法有效处理，因此研究开发一种高效、经济且环保的废水处理技术成为亟待解决的课题。

超临界水氧化技术就是一种有潜力的解决方案，本文将对其研究进展进行综述。

一、超临界水的特点及水氧化反应机理超临界水是介于液态和气态之间的状态，具有较高的温度和压力，具有特殊的物理和化学性质。

超临界水氧化是在超临界水条件下利用氧气催化水中有机物的氧化反应。

该反应主要包括氧化、水解和气化三个阶段，其中氧化是最关键的一步。

二、超临界水氧化处理有机废水的优势与传统的废水处理方法相比，超临界水氧化具有以下优势：1. 高效：超临界水能够提供较高的温度和压力，加速有机物的氧化反应速率，提高废水处理效果。

2. 综合处理：超临界水氧化能够同时处理多种废水组分，对不同类型的有机物都具有高度的氧化能力。

3. 环保：超临界水氧化过程中不需要添加额外的氧化剂或催化剂，减少了化学品的使用，降低了废水处理的成本和环境风险。

4. 无二次污染：超临界水氧化不会产生二次污染物，其产物主要为二氧化碳和水，对环境没有任何危害。

三、超临界水氧化处理有机废水的关键技术超临界水氧化处理有机废水需要解决以下关键技术问题：1. 反应器设计：反应器的设计必须考虑到超临界水的高温高压特性，确保反应器的密封性和安全性。

2. 温度和压力控制：超临界水氧化过程需要精确控制温度和压力，以提供合理的反应条件。

3. 催化剂选择：催化剂的选择对超临界水氧化反应的效率和选择性具有重要影响。

4. 产物回收：超临界水氧化后产生的二氧化碳和水需要进行有效的分离和回收，以降低对环境的影响。

四、超临界水氧化处理有机废水的应用研究目前，超临界水氧化技术已经在有机废水处理中得到了广泛应用。

研究表明，超临界水氧化能够有效去除有机废水中的有机物污染物，并且对于难降解的有机物也具有较好的降解效果。