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發布者：禹州華德|2022-07-28| 返回列表
近年來，隨著工業化、城鎮化進程的加快，我國的城市固廢產生量呈現出逐漸增長態勢。根據生態環保部發布的《2018年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報》公布的數據顯示：2017年，全國202個大、中城市一般固廢、工業危廢、醫療廢物和生活垃圾產生量分別為13.1億t、0.401億t、78.1萬t和2.19億t，較上一年度均有不同程度增長。固廢的處理應堅持：減量化、資源化和無害化原則，通過預處理(破碎、固化、分選等)、填埋、焚燒、堆肥等，實現“三化”處理效果。
1、超臨界水氧化技術原理介紹
1.1 工藝原理
超臨界水氧化技術(SCWO)，將超臨界水作為反應介質，實現有機物氧化分解。超臨界水使氧化劑、有機物、水形成都是一相，解決了相間物質傳輸阻力，使固相、氣相間的多相反應成為單相反應下進行。SCWO反應條件：溫度達到400～600℃，壓力30～50MPa，在極短時間內實現對有機成分破壞效果，且反應的非常徹底，去除率達99%以上。超臨界水氧化反應后，有機化合物氧化成二氧化碳和水，磷、硫轉換成硫酸鹽、磷酸鹽。氯轉化為氮氣或氯離子金屬鹽。
1.2 超臨界水特點
超臨界水傳輸性質及物理特點介于液體與氣體之間，與普通水相比，粘度較低、密度易改變、極性較小、易擴散、表面張力較低等等特點。且在室溫水中難溶的化合物超臨界氧化技術條件下易溶，也對某些室溫易溶下化合物在超臨界氧化技術條件下難溶。對有機物溶解度較高，鹽類溶解度則較低。
1.3 超臨界水氧化技術優點
采取超臨界水氧化技術處理城市固廢具有：
(1)處理效率高。
SCWO處理工藝中形成的碳氫化合物、水體以及氧氣均為一相，無傳質阻力，具有很高氧化效率，對有機物的去除效果能夠達到99%。
(2)設備結構簡單。
SCWO能夠使固廢在超臨界水環境中實現均相反應，速率快，停留時間低于60s，設備結構簡單，體積小，投入低。
(3)沒有二次污染。
SCWO是在封閉的環境中進行，固廢中的有毒、有害及難降解有機物在高溫、適當壓力和停留時間條件下氧化成CO2、H2O，以及磷酸鹽、硫酸鹽等無機組分。
(4)能源節約效果。
SCWO處理城市固廢，在有機物質量分數>2%會發生自熱反應，無需供熱，多余熱能可回收再利用。
2、超臨界水氧化技術在城市固廢中的應用
2.1 處理市政污泥
SCWO對城市污水處理廠污泥具有分解徹底的效果。Shanableh等，在污泥固體濃度5%、固液兩相COD46500mg/L，在選擇超臨界水氧化技術處理市政污泥，既徹底破壞污泥，揮發酸等中間產物也徹底解決。Goto等人利用SCWO處理市政污泥，在溫度達450℃、壓力達30MPa，以及反應時間4min諸條件下，市政污泥的處理效果達99.4%。與其他工藝相比(見表1)，SCWO處理市政污泥具有流程短、無二次污染，無殘灰，可適用各種有毒有害物質的處理，去除效率高達99%以上，反應結構簡單，投資少，可有效減少排水效果。
2.2 尼龍降解
Meng等人利用SCWO處理尼龍塑料固廢，在溫度380℃、壓力28MPa、反應時間為30min條件下，尼龍被徹底降解為單體。
2.3 聚乙烯分解回收
蘇曉麗等人利用SCWO處理聚乙烯，溫度在450℃增至480℃，超臨界氧化水迅速分解聚乙烯，油收率超過90%。
2.4 聚苯乙烯降解
馬沛生選用SCWO工藝降解聚苯乙烯及聚苯乙烯與聚丙烯混合塑料，在380℃，聚苯乙烯在SCWO中1h實現徹底降解。聚苯乙烯/聚丙烯混合塑料(質量比7：3)，在390℃，也在1h內實現徹底降解。
2.5 降解廢橡膠
杜昭輝等人，選用SCWO，將廢橡膠在5min反應時間中，液相混合油品回收達59.2%。
2.6 其他
佐古猛采用SCWO技術處理城市固廢焚燒飛灰中的二噁英，幾乎實現了100%去除效果。
3、超臨界水氧化技術不足及優化
3.1 不足
SCWO盡管在城市固廢處理中擁有諸多的優勢，但也技術應用上也存在一些短板，主要是腐蝕和鹽沉積問題。前者，是由于SCWO應用過程中對溫度、壓力、pH值等有著苛刻要求，有機物中的鹵素、硫或磷，在超臨界水中分解產生酸，腐蝕設備，一些無機離子會加劇不銹鋼容器腐蝕。后者，由于SCWO工藝技術中的鹽溶解度很小，在反應過程中產生鹽沉積，堵塞反應器，降低反應中的換熱率，系統壓降增加。
3.2 優化
針對腐蝕問題，主要通過耐壓耐腐蝕材料開發研究，實際應用中研制出的一些陶瓷或新金屬材料，改善耐腐蝕性。此外，也有在SCWO中添加催化劑，以及水、硝酸強氧化劑降低反應溫度、壓力，降低容器的腐蝕。針對鹽沉積垢，從源頭提高固體鹽溶解度或避免固體鹽形成。此外，通過SCWO反應機理的深入研究，利用臨界液、氣兩態中氫鍵結構變化研究，改善工藝的應用效果。近年來，催化超臨界水氧化技術研究也成為熱點。
4、結語
隨著城市固廢產生量的持續增長，做好固廢“三化”處理成為擺在現實中不得不面對的一道難題，合理選用SCWO技術，能夠在城市固廢處理中取得良好效果，值得實際應用推廣。
(來源：安徽省環境科學研究院)
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