化工实验废水超临界水氧化系统

1.前言

南京工业大学是一所以”大化工、大建筑”为特色的多科性大学，有关化工的科研工作较多，而且大多数在校学生都要开设化工方面的实验课程，因此实验室排放的化工实验废水量较多。由于这些化工实验废水具有组份复杂、来源多变等特性，利用传统的物化、生化法处理不甚奏效或处理过程繁琐，且运行费用较高、投资较大不能满足要求。实验研究表明，采用超临界法处理化工实验废水是十分有效的方法。超临界水氧化技术是一种新型的、高效的废物处理技术，是近二十年来发展起来的极具潜力的有机废物处理方法。超临界水氧化法因其技术与经济优势，在废水处理中得到了广泛的关注和应用^[1-2]。

2.超临界水氧化技术的基本原理

2.1 超临界水氧化技术概念

超临界水氧化（Supercritical Water Oxidation，简称SCWO）是超临界流体（Supercritical Fluid，简称SCF）技术中一项较新的氧化工艺。在超临界条件下，水的性质发生了极大的变化，其密度、介电常数、黏度、扩散系数、电导率和溶解性能都不同于普通水^[3]，此时水表现的更像一种非极性溶剂。

在超临界水氧化反应过程中，有机物、氧气（或空气中氧气）和水在超临界状态下（压力大于22.1MPa，温度高于374.3℃）完全混合，可以成为均一相。在这种条件下，有机物开始自发发生氧化反应，在绝热条件下，所产生的反应温度进一步升高，在一定的反应时间内，可使99.9%以上的有机物被迅速氧化成简单的小分子化合物，最终碳氢化合物被氧化成为CO₂和水，含氮元素的有机物被氧化为N₂及N₂O等无害物质，氯、硫等元素也被氧化，以无机盐的形式在超临界流体中沉积下来，超临界流体中的水经过冷却后成为清洁水^[4-6]。

2.2 超临界水氧化技术的优点

超临界水具有的特殊的物理、化学性质使超临界水氧化法得到了广泛的发展。与传统处理生活、工业废物的各种技术相比，SCWO技术，具有以下优点：（1）由于均相反应停留时间短，反应器结构简单，使用较小体积的反应器就可以处理较大流量的有机污染物，有利于工业实际运行；（2）有机组分在适当的温度、压力和一定的停留时间条件下能被完全氧化为二氧化碳、水、硫酸根离子、磷酸根离子等无机组分，分解率大于99%，不产生中间产物，分解产物对环境无害；（3）无机组分与盐类在超临界水中的溶解度低，使反应过程中的分离容易；（4）几乎对所有有机污染物均可进行氧化分解；（5）反应在密闭容器中进行，密封条件极好，有利于有毒、有害物质的氧化反应，不会对环境带来二次污染^[3]。