净水处理剂-超临界水（二）

SCWO工艺一般可分成7个主要步骤：进料制备及加压、预热反应；盐的形成和分离；冷却和能量/热循环，减压和相分离，流出水的清洁。

目前，超临界反应系统有两种基本形式。一是地面系统借助高压泵或压缩机达到反应所需的高压；二是地下系统，则利用深井所提供的水的静压力进行加压。反应器则基本有三类，即管式反应器、罐式反应器和蒸发壁反应器。

管式反应器是一种廉价的处理方法。无盐有机废水很容易被氧化。另外，仅含C,H,O和N的有机物在长时间的运行中，不会引起严重的腐蚀问题，因此对于这类污染物，就不需要设计特殊的反应器。但有机物一般含有杂质原子，氧化阶段会有酸生成，这样就会在反应器的冷却段发生腐蚀。

对于管式反应器在500~700°C下运行，故应该由耐高温的镍基合金制造。碱液在反应器接近出口段被引入时，从反应器出来的溶液被较冷的碱性水流骤冷，使亚临界溶液变为弱碱性，这样可以大大减轻溶液对系统的腐蚀。超临界与亚临界之间的温度梯度对腐蚀的严重性没有影响。为减少冷却段的腐蚀（即避免高温、高密度的倩况同时出现），可通过超临界溶液等压冷却或者等温膨胀，使其处于低密度溶液区域，以减小或避免腐蚀。

实验可用纯氧做氧化剂。将氧气钢瓶缝氧水储罐相连，利用纯氧钢瓶的压力使氧气溶解在水里。氮气钢瓶与模拟乙醇废水的乙醇水溶液储罐相连，用以排出罐中空气，以消除其对反应造成的影响。

富氧水和乙醇废水分别由高压计量泵力咂输送并控制流量，分别进入预热管中预热至所需温度后混合，然后进入反应器中进行反应。反应器出口物料经冷却、减压后进入气液分离器，分别测定流出的气液两相流量并取样分析。其操作过程如下。

打开阀门，废液由污水桶流入高压柱塞泵，废水经热贫免器预热，加热后的废液进入气液混合器。采用空气作为氧化气体，虽然用纯氧的效果要比空气好,但用空气作为氧化气体易得。为使空稳定供给，空气经空气压缩机加压后送入储气罐，再经气体增压泵加压至50MPa后送入气液混合器，气体增压泵可使部分气体溶于液体。

由于空气比热值相对较低，因此压缩空气不必加热，在气液混合器中与液体混合后同温进入热反应器。为保证气液按一定比例进入混合器，进入混合器的两相流体流量分别由调节阀来完成，气液混合器内后端安装有单向阀。

热交换器是对拟处理的废液起到预热的作用，同时对氧化反应后的超临界流体起到冷却的作用；由于进入第一级加热反应器的液体必须加热到超临界水压力以上（大于22.5MPa),则高压液体由热交换器中不锈钢盘管通过，废水加热仍保持液相流入气液混合器。超临界流体从热交换器壳程流过，超临界流体进入热交换器时为均一相流体，流出管程的流体不仅温度有所下降，同时压力也相对降低，蒸汽中夹杂有部分冷凝水出现。

反应器是SCWO系统的关键部件，由于所处理的对象是各种类型的废水，因此对材质要求极为苛刻，应选用不锈钢材质。第一缓加热反应器采用高频磁电加热套管加热，为使氧化反应完全彻底，可串联第二级反应器。第二级反应器不需外界加热，利用有机污染物氧化产生的反应热来加热，外部包裹绝热保温材料，最大设计压力同样为50MPa。氧化反应完成后，超临界热流体由上部管道排出。无机类固体则沉淀于反应器底部，由底部排渣阀排出。

由于废水中有机物氧化分解反应过程中，会生成中间产物——有机羧酸，一些酸性有机废水在高温、高压条件下也会对设备造成一定程度的腐蚀，因此，对废水，进入超临界水氧化处理系统前需采用分离器进行预处理。

第一级分离器的主要作用是将超临界流体中的固体分离出来。氧化反应后的超临界流体通过热交换器之后,温度压力降低，部分冷凝，进入第一级分离器。第一级分离器外围为冷凝套筒，用循环水冷凝。在第一级分离器中，无机盐沉于底部，通过阀门排出。饱和蒸汽（夹带部分冷凝水）及N2、C02等气体从顶部排出，通过减压阀进入第二级分离器。第二级分离器的主要作用是气液分离，在分离器外围同样包有冷凝套筒，用循环水冷凝。饱和蒸气得到完全冷凝，成为冷凝水后通过阀门排放；N2、C02等气体通过阀门排出。SCWO法具有效率高，反应器体积小，适用范围、产物清洁等优点。

可以依靠氧化反应过程中产生的热量来维持反应所需的热能，不需要外界供给热量，若污染物浓度较高，反应能放出更多的氧化热，这些热能可以回收再利用。与传统处理生活、工业废物的各种技术相比，SCWC技术具有以下特点：①超临界水氧化中进行的氧化反应是均相反应，反应速率快、反应时间短；②不产生中间产物，分解产物对环境无害，氧化产物清洁且无需后续处理，符合全封闭处理要求，在较低的有抑物含量下，可实现自热；③反应为放热反应，启动运行后无需外界供热，所需反应器体积小，结构简单无机组分域类在超临界水中的溶解度低，使反应过程中的分离容易，④反应系统完全封闭，二次污染小；⑤可实现自热反应，节约能源。SCWO是对湿式氧化处理难降解有机废水技术的改进，是近年来兴起的绿色水处理技术。

超临界水氧化技术是一个极具潜力的有机废物处理技术，特别是在处理传统方法难以处理的污染物时，更具有突出的优势。

实际用途

超临界水氧化法是在高温高压下进行的均相反应，反应速率快，停留时间短，因此反应器结构简单，体积小。应用范围广，可以应用于各种有毒物质、废水废物的处理，可以投入工业应用；不产生二次污染，二氧化碳等清洁产物不需要进一步处理，并且无机盐可以从水中沉淀分离出来，处理后的废水可以完全回收利用，节约了资源和能源。

超临界水氧化法的适用范围很广，可以处理各种工业废水和废物、城市污水、污水处理厂的过量活性，和人类代谢污物，以及消除化学武器的毒物等。由于它可以不产生有害副产物而彻底有效降解有毒废物，目前已用于包括二{口（左）恶（右）}英、多氯联苯、氰化物、酚类一系列毒性物质在超临界水中的氧化。

应用超临界水氧化技术能有效地降解有机磷农药甲胺磷水溶液，COD最大去除率可达97%以上。将难降解的生化有机污染物二甲基甲酰胺、乙腈、氨基萘磺酸基萘磺酸的高浓度水溶液，经超临界水氧化处理后，其可生化性都有了大幅度的提高。

炼焦、EP染、制革、造纸、石化等行业均产生含硫废水，对环境造成严重污染。超临界水M出的独特性质使得scwo法技术在确无催化剂的条件下可使反应在均相下进行，而且具有反应迅速、处理效率高和过程封闭性好等诸多优点，处理复杂体系更具优势，因而日益受到人们的重视。

以SCWO(超临界水氧化反应法）处理含乙醇废水，在550°C、25MPa下，在不到15s的时间内，乙醇即可被完全氧化为二氧化碳而彻底去除。

石油、炼焦等化工生产过程中会产生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。超临界水氧化法在温度高于550°C时对有机碳的破坏率达到99.97%以上，所有有机物都转化成一氧化碳和无机物，使废水实现达标排放。

造纸废水中主要成分是木质素等纤维类物质，在一定温度下裂解，生成一些小分子化合物。总有机碳去除率可接近100%。另外，造纸废水的氧化反应放出大量的热量，可回收利用。在造纸工业中，将SPE用于制浆过程，可以除去木素、抽提物和半纤维素。用此方法得到的纸浆，收率较高，蒸煮时间短，化学药品用量最少，而脱木素效果最佳。产品均匀性好，质量高。除此以外，超临界流体技术可用于除去二次纤维（废纸）中的黏合物质（丙酮、二氧甲院等），造纸废水的超临界流体氧化，原抖或纸浆的超临界分析。超临界流体很有可能成为本世纪极其重要的纸浆造纸技术。

用SCWC技术不仅可以处理有机废水，还可以处理生物污泥、人类代谢物以及固体废物等。

以水为溶剂的超临界流体反应技术是近年来发展的环境友好可持续发展的高新技术，利用超临界水解技术可以使纤维素在水的超临界状态中得到快速水解。在无催化剂参与的情况下，纤维素临界水中的转化率相当高。其显著特点是反应无催化剂，且反应迅速，选择性高，对环境无污染。在水的超临界温度之上，纤维素水解产物主要是葡萄糖、果糖和低聚糖。由这些可进一步生产乙醇、有机酸等产品。由于纤维素是存在相当广泛的可再生的物质资源，因而，超临界水解反应技术在此方面的应用也相当看好。

超临界水氧化法是一种新兴且很有发展前景的废水处理技术。在常规方法不能完全清除或难以彻底处理的污物和化学武器的清除处理上，取代传统的焚烧过程以及在载人航天飞机的生命保障系统中均有良好的发展前景。