凈水處理劑-超臨界水（二）

SCWO工藝一般可分成7個主要步驟：進料制備及加壓、預熱反應；鹽的形成和分離；冷卻和能量/熱循環，減壓和相分離，流出水的清潔。

目前，超臨界反應系統有兩種基本形式。一是地面系統借助高壓泵或壓縮機達到反應所需的高壓；二是地下系統，則利用深井所提供的水的靜壓力進行加壓。反應器則基本有三類，即管式反應器、罐式反應器和蒸發壁反應器。

管式反應器是一種廉價的處理方法。無鹽有機廢水很容易被氧化。另外，僅含C,H,O和N的有機物在長時間的運行中，不會引起嚴重的腐蝕問題，因此對于這類污染物，就不需要設計特殊的反應器。但有機物一般含有雜質原子，氧化階段會有酸生成，這樣就會在反應器的冷卻段發生腐蝕。

對于管式反應器在500~700°C下運行，故應該由耐高溫的鎳基合金制造。堿液在反應器接近出口段被引入時，從反應器出來的溶液被較冷的堿性水流驟冷，使亞臨界溶液變為弱堿性，這樣可以大大減輕溶液對系統的腐蝕。超臨界與亞臨界之間的溫度梯度對腐蝕的嚴重性沒有影響。為減少冷卻段的腐蝕（即避免高溫、高密度的倩況同時出現），可通過超臨界溶液等壓冷卻或者等溫膨脹，使其處于低密度溶液區域，以減小或避免腐蝕。

實驗可用純氧做氧化劑。將氧氣鋼瓶縫氧水儲罐相連，利用純氧鋼瓶的壓力使氧氣溶解在水里。氮氣鋼瓶與模擬乙醇廢水的乙醇水溶液儲罐相連，用以排出罐中空氣，以消除其對反應造成的影響。

富氧水和乙醇廢水分別由高壓計量泵力咂輸送并控制流量，分別進入預熱管中預熱至所需溫度后混合，然后進入反應器中進行反應。反應器出口物料經冷卻、減壓后進入氣液分離器，分別測定流出的氣液兩相流量并取樣分析。其操作過程如下。

打開閥門，廢液由污水桶流入高壓柱塞泵，廢水經熱貧免器預熱，加熱后的廢液進入氣液混合器。采用空氣作為氧化氣體，雖然用純氧的效果要比空氣好,但用空氣作為氧化氣體易得。為使空穩定供給，空氣經空氣壓縮機加壓后送入儲氣罐，再經氣體增壓泵加壓至50MPa后送入氣液混合器，氣體增壓泵可使部分氣體溶于液體。

由于空氣比熱值相對較低，因此壓縮空氣不必加熱，在氣液混合器中與液體混合后同溫進入熱反應器。為保證氣液按一定比例進入混合器，進入混合器的兩相流體流量分別由調節閥來完成，氣液混合器內后端安裝有單向閥。

熱交換器是對擬處理的廢液起到預熱的作用，同時對氧化反應后的超臨界流體起到冷卻的作用；由于進入第一級加熱反應器的液體必須加熱到超臨界水壓力以上（大于22.5MPa),則高壓液體由熱交換器中不銹鋼盤管通過，廢水加熱仍保持液相流入氣液混合器。超臨界流體從熱交換器殼程流過，超臨界流體進入熱交換器時為均一相流體，流出管程的流體不僅溫度有所下降，同時壓力也相對降低，蒸汽中夾雜有部分冷凝水出現。

反應器是SCWO系統的關鍵部件，由于所處理的對象是各種類型的廢水，因此對材質要求極為苛刻，應選用不銹鋼材質。第一緩加熱反應器采用高頻磁電加熱套管加熱，為使氧化反應完全徹底，可串聯第二級反應器。第二級反應器不需外界加熱，利用有機污染物氧化產生的反應熱來加熱，外部包裹絕熱保溫材料，最大設計壓力同樣為50MPa。氧化反應完成后，超臨界熱流體由上部管道排出。無機類固體則沉淀于反應器底部，由底部排渣閥排出。

由于廢水中有機物氧化分解反應過程中，會生成中間產物——有機羧酸，一些酸性有機廢水在高溫、高壓條件下也會對設備造成一定程度的腐蝕，因此，對廢水，進入超臨界水氧化處理系統前需采用分離器進行預處理。

第一級分離器的主要作用是將超臨界流體中的固體分離出來。氧化反應后的超臨界流體通過熱交換器之后,溫度壓力降低，部分冷凝，進入第一級分離器。第一級分離器外圍為冷凝套筒，用循環水冷凝。在第一級分離器中，無機鹽沉于底部，通過閥門排出。飽和蒸汽（夾帶部分冷凝水）及N2、C02等氣體從頂部排出，通過減壓閥進入第二級分離器。第二級分離器的主要作用是氣液分離，在分離器外圍同樣包有冷凝套筒，用循環水冷凝。飽和蒸氣得到完全冷凝，成為冷凝水后通過閥門排放；N2、C02等氣體通過閥門排出。SCWO法具有效率高，反應器體積小，適用范圍、產物清潔等優點。

可以依靠氧化反應過程中產生的熱量來維持反應所需的熱能，不需要外界供給熱量，若污染物濃度較高，反應能放出更多的氧化熱，這些熱能可以回收再利用。與傳統處理生活、工業廢物的各種技術相比，SCWC技術具有以下特點：①超臨界水氧化中進行的氧化反應是均相反應，反應速率快、反應時間短；②不產生中間產物，分解產物對環境無害，氧化產物清潔且無需后續處理，符合全封閉處理要求，在較低的有抑物含量下，可實現自熱；③反應為放熱反應，啟動運行后無需外界供熱，所需反應器體積小，結構簡單無機組分域類在超臨界水中的溶解度低，使反應過程中的分離容易，④反應系統完全封閉，二次污染小；⑤可實現自熱反應，節約能源。SCWO是對濕式氧化處理難降解有機廢水技術的改進，是近年來興起的綠色水處理技術。

超臨界水氧化技術是一個極具潛力的有機廢物處理技術，特別是在處理傳統方法難以處理的污染物時，更具有突出的優勢。

實際用途

超臨界水氧化法是在高溫高壓下進行的均相反應，反應速率快，停留時間短，因此反應器結構簡單，體積小。應用范圍廣，可以應用于各種有毒物質、廢水廢物的處理，可以投入工業應用；不產生二次污染，二氧化碳等清潔產物不需要進一步處理，并且無機鹽可以從水中沉淀分離出來，處理后的廢水可以完全回收利用，節約了資源和能源。

超臨界水氧化法的適用范圍很廣，可以處理各種工業廢水和廢物、城市污水、污水處理廠的過量活性，和人類代謝污物，以及消除化學武器的毒物等。由于它可以不產生有害副產物而徹底有效降解有毒廢物，目前已用于包括二{口（左）惡（右）}英、多氯聯苯、氰化物、酚類一系列毒性物質在超臨界水中的氧化。

應用超臨界水氧化技術能有效地降解有機磷農藥甲胺磷水溶液，COD最大去除率可達97%以上。將難降解的生化有機污染物二甲基甲酰胺、乙腈、氨基萘磺酸基萘磺酸的高濃度水溶液，經超臨界水氧化處理后，其可生化性都有了大幅度的提高。

煉焦、EP染、制革、造紙、石化等行業均產生含硫廢水，對環境造成嚴重污染。超臨界水M出的獨特性質使得scwo法技術在確無催化劑的條件下可使反應在均相下進行，而且具有反應迅速、處理效率高和過程封閉性好等諸多優點，處理復雜體系更具優勢，因而日益受到人們的重視。

以SCWO(超臨界水氧化反應法）處理含乙醇廢水，在550°C、25MPa下，在不到15s的時間內，乙醇即可被完全氧化為二氧化碳而徹底去除。

石油、煉焦等化工生產過程中會產生DDT、甲基乙基酮、苯、三氯已烷、六節己烷、二硝基甲苯等有毒污染物。超臨界水氧化法在溫度高于550°C時對有機碳的破壞率達到99.97%以上，所有有機物都轉化成一氧化碳和無機物，使廢水實現達標排放。

造紙廢水中主要成分是木質素等纖維類物質，在一定溫度下裂解，生成一些小分子化合物?？傆袡C碳去除率可接近100%。另外，造紙廢水的氧化反應放出大量的熱量，可回收利用。在造紙工業中，將SPE用于制漿過程，可以除去木素、抽提物和半纖維素。用此方法得到的紙漿，收率較高，蒸煮時間短，化學藥品用量最少，而脫木素效果最佳。產品均勻性好，質量高。除此以外，超臨界流體技術可用于除去二次纖維（廢紙）中的黏合物質（丙酮、二氧甲院等），造紙廢水的超臨界流體氧化，原抖或紙漿的超臨界分析。超臨界流體很有可能成為本世紀極其重要的紙漿造紙技術。

用SCWC技術不僅可以處理有機廢水，還可以處理生物污泥、人類代謝物以及固體廢物等。

以水為溶劑的超臨界流體反應技術是近年來發展的環境友好可持續發展的高新技術，利用超臨界水解技術可以使纖維素在水的超臨界狀態中得到快速水解。在無催化劑參與的情況下，纖維素臨界水中的轉化率相當高。其顯著特點是反應無催化劑，且反應迅速，選擇性高，對環境無污染。在水的超臨界溫度之上，纖維素水解產物主要是葡萄糖、果糖和低聚糖。由這些可進一步生產乙醇、有機酸等產品。由于纖維素是存在相當廣泛的可再生的物質資源，因而，超臨界水解反應技術在此方面的應用也相當看好。

超臨界水氧化法是一種新興且很有發展前景的廢水處理技術。在常規方法不能完全清除或難以徹底處理的污物和化學武器的清除處理上，取代傳統的焚燒過程以及在載人航天飛機的生命保障系統中均有良好的發展前景。