超臨界水氧化技術的研究

    通常情況下，水以蒸汽、液態和冰三種常見的狀態存在，且是極性溶劑，可以溶解包括鹽在內(nei) 的大多數電解質，對氣體(ti) 和大多數有機物則微溶或不溶。液態水的密度幾乎不隨壓力升高而改變。但是如果將水的溫度和壓力升高到臨(lin) 界點（Tc=374.3℃，Pc=22.1MPa）以上，水的性質發生了變化，其密度、介電常數、黏度、擴散係數、熱導率和溶解性等都不同於(yu) 普通水。

    通過測定水在亞(ya) 臨(lin) 界到超臨(lin) 界區的介電常數、離子解離常數及Raman光譜可探索水的溶劑性質和分子結構。結果表明:水的定態介電常數從(cong) 常溫的80變到臨(lin) 界點的5-10，在450℃或更高時降到2左右。離子解離常數從(cong) 室溫的10到近臨(lin) 界區的10，而在超臨(lin) 界區變成10。水的Raman光譜結果也表明在超臨(lin) 界狀態下水中隻剩下少部分氫鍵。這些結果意味著水的行為(wei) 與(yu) 非極性壓縮氣體(ti) 相近，其溶劑性質與(yu) 低極性有機物相似。因而，碳氫化合物在超臨(lin) 界水中通常有很高的溶解度。例如，在25℃時，苯在水中的溶解度為(wei) 0.07%,295℃時上升為(wei) 35%，在300℃時即超越苯一水混合物的臨(lin) 界點，隻存在一個(ge) 相，因此，任何比例的組分都是互溶的。同理，在375℃以上，超臨(lin) 界水可與(yu) 氧氣、空氣和氮氣及有機物以任意比例互溶。

    與(yu) 有機物的高溶解度相比，無機鹽在超臨(lin) 界水中的溶解度非常低，並且隨水的介電常數減小而減小，當溫度大於(yu) 475℃時，無機物在超臨(lin) 界水中的溶解度急劇減小，呈鹽類析出或以濃縮鹽水的形式存在。如NaCl在300℃水中的溶解度為(wei) 37%，而在550℃和25MPa的水中的溶解度為(wei) 120mg/L，其原因主要是由水的低介電常數和離子解離常數造成的。同時，在超臨(lin) 界水中溶解的無機鹽溶質具有不同於(yu) 常溫常壓下的特殊性，對於(yu) 等壓條件下的溫度上升，水的介電常數會(hui) 降低，有利於(yu) 溶質的締合；相反，等溫條件下壓力的上升有利於(yu) 溶質的分解。在高溫低壓的超臨(lin) 界條件下，當水的介電常數小於(yu) 15時，水中溶解的溶質會(hui) 發生大規模的締合作用，即常溫常壓下的強電解質在高溫低壓的超臨(lin) 界條件下會(hui) 變為(wei) 弱電解質，而室溫下的弱電解質則形成中性的締合的配合物。

    由於(yu) 超臨(lin) 界水的非凡的溶解能力、可壓縮性和傳(chuan) 質特性，使它成為(wei) 一種具有非常活性的異乎尋常的反應介質。顯示了超臨(lin) 界水與(yu) 普通水的溶解能力對比。

    超臨(lin) 界水氧化技術是在溫度、壓力高於(yu) 水的臨(lin) 界溫度(374.3℃)和臨(lin) 界壓力(22.1MPa)條件下，以超臨(lin) 界水作為(wei) 反應介質來氧化分解有機物。在超臨(lin) 界水氧化過程中，由於(yu) 超臨(lin) 界水對有機物和氧氣都是*的溶劑，因此有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行，反應不會(hui) 因相間轉移而受限製。同時較高的反應溫度也使反應速率加快，在很短的反應停留時間內(nei) ，有機物的去除率可以達到99.99%以上。在氧化過程中，有機汙染物中的C, H元素轉化成二氧化碳和水；N, S, P和鹵素等雜原子氧化生成氣體(ti) 、含氧酸或鹽；在超臨(lin) 界水中鹽類以濃縮鹽水溶液的形式存在或形成固體(ti) 顆粒而析出，超臨(lin) 界流體(ti) 中的水經過冷卻後成為(wei) 清潔水。因而，超臨(lin) 界水氧化技術是在不產(chan) 生有害副產(chan) 物情況下*降解有機汙染物的一種新方法。

    從(cong) 理論上講，SCWO技術適用於(yu) 處理任何含有機汙染物的廢物：高濃度的有機廢液、有機蒸汽、有機固體(ti) 、有機廢水、汙泥、懸浮有機溶液或吸附了有機物的無機物；廢水中的有機物和氧化劑(02，H202)在單一相中反應生成CO2和H2O；出現在有機物中的雜原子氯、硫和磷分別被轉化為(wei) HCl,H2SO4和H3PO4，有機氮主要形成N2；在超臨(lin) 界水的氧化環境不產(chan) 生N2O。因此SCWO過程無需尾氣處理，不會(hui) 造成二次汙染。另外，當廢水中的有機物濃度大於(yu) 2%時，可利用反應放出的熱維持過程的熱平衡，從(cong) 而實現自熱反應。