超臨界水氧化( SCWO) 技術(shù)是由美國學(xué)者M(jìn)odell 于20世紀(jì)80 年代中期提出，是一種新穎的、環(huán)保并實(shí)用的廢水處理技術(shù)，具有節(jié)能、高效、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其對(duì)于那些有機(jī)物濃度較高、種類較多以及危害較大的其它方法難以處理的工業(yè)廢水、城市污水［1］。在歐、美、日等發(fā)達(dá)國家，超臨界水技術(shù)得到了很大發(fā)展，出現(xiàn)了一些中試工廠和一些商業(yè)性裝置。我國在這方面的工程應(yīng)用目前還是空白。
    1· 國內(nèi)SCWO 技術(shù)的研究和應(yīng)用
    SCWO 技術(shù)被我國列為國家科技部重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)。在中國科學(xué)院和國家科委的支持下，韓恩厚博士在國內(nèi)率先進(jìn)行了超臨界水氧化技術(shù)的研究。研制的超臨界水氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將對(duì)我國的載人飛船、核潛艇、垃圾處理等方面產(chǎn)生重大影響。一些研究者近年來也對(duì)醇類、酚類、苯類、含氮及含硫等有機(jī)廢水進(jìn)行了超臨界水氧化的實(shí)驗(yàn)和研究，取得了滿意的效果。
    近年來，西安交通大學(xué)和張家港江南鍋爐壓力容器有限公司聯(lián)合開展廢水有機(jī)物的超臨界水處理技術(shù)取得了較好的成果，此項(xiàng)技術(shù)已獲國家授權(quán)發(fā)明專利12 件，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。2010 年西安交通大學(xué)和張家港江南鍋爐壓力容器有限公司將“應(yīng)用超臨界水氧化方法處理有機(jī)廢水或污泥和系列關(guān)鍵技術(shù)”以技術(shù)合作與( 專利) 技術(shù)獨(dú)占實(shí)施許可合同方式由張家港艾克沃環(huán)境能源技術(shù)有限公司使用，由該公司負(fù)責(zé)科技成果轉(zhuǎn)化工作。目前該技術(shù)已經(jīng)在張家港地區(qū)的一個(gè)化工廠推廣，已經(jīng)完成了中試，并且進(jìn)入了試生產(chǎn)階段，該套裝置設(shè)計(jì)能力日處理廢水100t，設(shè)計(jì)處理的廢水濃度達(dá)到COD70000。該項(xiàng)技術(shù)已被國家、省列為化工節(jié)能減排重點(diǎn)推廣應(yīng)用技術(shù)之一。
    2· SCWO 技術(shù)原理及意義
    超臨界水氧化處理技術(shù)的原理: 水的超臨界條件溫度374℃，壓力22． 1MPa［2 － 3］，在此條件下的水具有氣體與液體高擴(kuò)散性、高溶解力和低表面張力的特點(diǎn)，此狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，可快速將其轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳，達(dá)到去毒無害的目的。它的過程和濕式氧化類似，不同的是超臨界水處理時(shí)的溫度和壓力分別超過了水的臨界溫度和臨界壓力。超臨界狀態(tài)下( 一般系統(tǒng)條件約在24 ～ 35 MPa 及400 ～650 ℃ ) ，水和有機(jī)物質(zhì)以及氧氣可完全互溶，使有機(jī)物、氧化劑、水等形成均相，克服了相間的傳質(zhì)阻力，高溫高壓條件下大大提高了有機(jī)物的氧化速率，因此在極短的時(shí)間內(nèi)碳?xì)浠衔锬鼙谎趸啥趸己退?，雜核原子被轉(zhuǎn)化為無機(jī)化合物，其中磷轉(zhuǎn)化為磷酸鹽，硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，氮轉(zhuǎn)化為N2或N2O。相對(duì)較低的反應(yīng)溫度( 比較焚燒而言) ，不會(huì)有NOx或SO2生成。在通常在幾秒的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，就可達(dá)到99． 9%以上的氧化率，無機(jī)鹽類也因幾乎不溶而分離，因此超臨界水氧化技術(shù)可應(yīng)用于處理難分解的有機(jī)氯化物、污泥、二惡英及其它危險(xiǎn)性有機(jī)物質(zhì)等。介質(zhì)在恢復(fù)常溫常壓后又與一般流體無異，故完全無二次污染之慮。為了使超臨界水氧化技術(shù)進(jìn)一步加快反應(yīng)速率、減少反應(yīng)時(shí)間和降低反應(yīng)溫度，充分發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)，對(duì)催化超臨界水氧化技術(shù)處理廢水的研究也在不斷興起。
    3· SCWO 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和存在問題
    與傳統(tǒng)的各種廢水得理技術(shù)相比，超臨界水氧化技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)如下: ( 1) 均相反應(yīng)，SCWO 使本來發(fā)生在液相或固相有機(jī)廢料和氣相氧氣之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為在超臨界狀態(tài)下水中的單相氧化反應(yīng)，即均相反應(yīng)。反應(yīng)速率快，停留時(shí)間極短，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單體積較小; ( 2) 處理效率較高，在超臨界狀態(tài)的條件下，由于形成了氧氣、碳?xì)浠衔?、水體系的均相，因此沒有傳質(zhì)阻力，而且大多不需使用催化劑，氧化效率很高，大部分有機(jī)物的去除率可達(dá)99% 以上［4］; ( 3) 產(chǎn)生的鹽易分離，無機(jī)組分和鹽類等在超臨界環(huán)境的水中溶解度很低，幾乎可以全部沉淀析出，使反應(yīng)過程中產(chǎn)生鹽容易分離; ( 4) 無二次污染，由于反應(yīng)是在封閉環(huán)境下進(jìn)行，有機(jī)組分( 包括有毒、有害、難降解有機(jī)物) 在適當(dāng)?shù)臏囟取毫ο履鼙煌耆趸癁槎趸?、水、氮? ( 5) 高效節(jié)能，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，提供系統(tǒng)啟動(dòng)能量即可實(shí)現(xiàn)自熱反應(yīng)，不需要外界供熱，多余的熱能可以回收。( 6) 處理范圍較廣，超臨界水氧化技術(shù)除了可以處理有機(jī)廢液，還可以分解很多有機(jī)化合物，根據(jù)需要還可以通過控制反應(yīng)條件生成所需的化合物。( 7) 選擇性好，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度與壓力，通過改變水的密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、介電常數(shù)等物理化學(xué)特性，來改變其對(duì)有機(jī)物的溶解性能，達(dá)到選擇性控制反應(yīng)產(chǎn)物的目的。
    作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，也有如下的一些缺點(diǎn)?？梢哉f，SCWO 條件是非?？量痰模鼘?duì)反應(yīng)設(shè)備的要求非常高。( 1) 腐蝕問題，在超臨界條件下，由于高溫、高壓，高濃度的溶解氧，反應(yīng)產(chǎn)生的活性自由基以及強(qiáng)酸或某些鹽類等物質(zhì)，都加快了反應(yīng)器的腐蝕。世界上已有的主要耐蝕合金的實(shí)驗(yàn)表明，不銹鋼、鎳基合金、鈦等高級(jí)耐蝕材料在SCWO 系統(tǒng)中均遭到不同程度的腐蝕。腐蝕問題嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致設(shè)備壽命的下降［5］; ( 2) 鹽的沉積，廢水中的無機(jī)鹽類，在超臨界水中的溶解度極小，其中某些粘度大的鹽類沉積下來，可能會(huì)引起反應(yīng)器或管路的堵塞。甚至在高流速下，鹽的沉積仍能導(dǎo)致反應(yīng)器的堵塞。( 3) 初期投資費(fèi)用較高因反應(yīng)條件是在高溫高壓下，反應(yīng)條件的苛刻性和對(duì)金屬有很強(qiáng)的耐腐蝕性的要求，對(duì)設(shè)備的材質(zhì)有嚴(yán)格的要求，一次性的投資較高。
    4 ·結(jié)束語
    超臨界水氧化廢水處理技術(shù)，作為一項(xiàng)綠色的廢水處理技術(shù)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展空間巨大，具有廣闊的發(fā)展前景，雖然目前還存在一些技術(shù)拼勁以致沒有大規(guī)模的普及應(yīng)用，但隨著各方面研究的深入，必將有所突破，使超臨界水氧化技術(shù)能夠大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，在廢水處理領(lǐng)域大放異彩。