二、超臨界水氧化法(SCWO)

焚燒法處理鈀炭、鉑炭廢催化劑有一些缺點(diǎn)，如貴金屬的物理飛揚(yáng)損失不可避免，焚燒周期長(zhǎng)，有機(jī)毒物揮發(fā)、燃燒污染環(huán)境等。為克服這些缺點(diǎn)，正在研究發(fā)展超臨界水氧化法(SCWO)。

1、超臨界水氧化法SCWO的原理和使用的設(shè)備

物質(zhì)隨溫度、壓力的變化，可呈固、液和氣3種物相狀態(tài)。汽-液平衡體系升溫升壓時(shí)，會(huì)使汽液兩相界面消失而成為一均相體系，這時(shí)的溫度和壓力值稱(chēng)為臨界溫度和臨界壓力。當(dāng)溫度、壓力分別高于臨界溫度和臨界壓力時(shí)就處于超臨界狀態(tài)。此狀態(tài)下的流體成為與氣、液流體不同的第3種超臨界流體狀態(tài)。這種流體具有很多特殊性質(zhì)，如：分子的擴(kuò)散系數(shù)比一般液體高10-100倍，極易傳質(zhì)和傳熱；流體密度的變化可改變對(duì)其它物質(zhì)的溶解性能。

水的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且無(wú)毒、無(wú)嗅、無(wú)色、無(wú)腐蝕性，不同溫度及壓力下呈蒸汽、液態(tài)和冰3種狀態(tài)存在(見(jiàn)圖1)。當(dāng)處于臨界點(diǎn)(647.3k，22.06MPa)的高溫高壓狀態(tài)時(shí)被稱(chēng)為超臨界水(Super-critical Water，簡(jiǎn)稱(chēng)SCW。SCW的密度僅為0.3克/立方米，其介電常數(shù)、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、電導(dǎo)率和溶劑化性能，具有不同于普通水的許多獨(dú)特性質(zhì)。如傳質(zhì)、傳熱性質(zhì)很好；烴類(lèi)等非極性有機(jī)物與極性有機(jī)物皆可完全與超臨界水互溶；氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳等氣體都能以任意比例溶于超臨界水中。這些特性使得超臨界水成為一種具有高擴(kuò)散能力、高溶解性的理想反應(yīng)介質(zhì)。

超臨界水氧化(Supercritical Water Oxidation，簡(jiǎn)稱(chēng)SCWO)技術(shù)是以超臨界水為介質(zhì)，利用超臨界條件下不存在氣液界面?zhèn)髻|(zhì)阻力來(lái)提高反應(yīng)速率，并與純氧在均相條件下使有機(jī)物徹底氧化的一種新技術(shù)。同焚燒、濕式催化氧化相比，SCWO的優(yōu)點(diǎn)是：①在超臨界水中進(jìn)行的氧化反應(yīng)速率快，水中幾乎所有的有機(jī)物在幾秒至幾分鐘內(nèi)完成氧化、分解，有機(jī)毒物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的二氧化碳、水、氮 等；②金屬或無(wú)機(jī)物以固體形式被分離和回收；③被處理物料中的有機(jī)物濃度在3%以上時(shí)，氧化放熱可使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不需外加熱；④氧化反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，不造成二次污染。

化工、石油、石化、冶金、煉焦、染料、印染、制革、制藥、造紙等工業(yè)中，產(chǎn)生大量含高濃度苯酚、苯胺、聚苯乙烯泡沫(PS)、三氯乙烷、六氯環(huán)己烷、甲基乙基酮、苯、鄰二甲苯、二硝基甲苯、DDT、(NH4)2S等有毒物的污水，2005年全國(guó)此類(lèi)污水的排放總量達(dá)524.5億噸。SCw0正在發(fā)展為處理此類(lèi)污水的重要技術(shù)。其原則流程及設(shè)備配置見(jiàn)圖2。

首先用污水泵(2)將污水壓入氧化反應(yīng)器(3)中并加熱，然后用壓縮機(jī)(5)將空氣增壓，用噴射泵(6)把反應(yīng)物噴入氧化反應(yīng)器(3)。有機(jī)毒物與氧在超臨界水相中迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化放熱足以將反應(yīng)器內(nèi)的所有物料加熱至超臨界狀態(tài)，連續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入固體分離器(4)，將反應(yīng)生成的無(wú)機(jī)鹽等固體物料從流體相中沉淀析出。離開(kāi)固體分離器的超臨界水，一部分通過(guò)循環(huán)噴射泵(6)進(jìn)入氧化反應(yīng)器(3)，另一部分作為高溫高壓流體進(jìn)入蒸汽鍋爐(9)產(chǎn)生高壓蒸汽，再通過(guò)高壓氣液分離器(8)使氣體進(jìn)入膨脹透平機(jī)(7)，為空氣壓縮機(jī)(5)提供動(dòng)力。高壓氣液分離器(8)分離出的液體經(jīng)減壓器(11)減壓，進(jìn)入低壓氣液分離器(10)，分離出的氣體排放，液體(潔凈水)補(bǔ)充入水槽循環(huán)利用。