摘要：伴隨著國家經濟的快速發展, 工業化程度的不斷提高, 由此給我們帶來的環境壓力也不斷加大。近些年來, 環境問題越來越引起我們的重視, 政府部門加大了對環境保護的監查和監管力度。但是多年的工業發展中帶來的水污染和生活垃圾的積聚依然困擾著我們, 給我們的生活質量和安全帶來極大的影響。超臨界水技術是一門可以用來消除有機有害物質的新的科學技術, 它可以利用超臨界狀態下水擁有的獨特的物理化學性質, 與有機物發生快速的化學反應來達到凈化水質和分解有機物的功能。對于改善生活環境有著很大的幫助。
關鍵詞：超臨界水技術; 污水治理; 白色污染;
前言
工業化發展的過程中不經處理的工業廢水的大量隨意排放以及人民群眾生活中排放的含有有機物成分的生活污水和農田污水已經對我們的地下水水質造成了嚴重影響。由于上游過度排放污水造成下游居民無法正常生產生活的事例已屢見不鮮。由于廣大群眾生活中對“方便袋” (塑料袋) 的過度使用, 難降解的生活塑料垃圾造成的白色污染也困擾著我們, 這些生活塑料制品多為聚氯乙烯等有機高分子化合物, 被隨意丟棄后成為固體廢物充斥了我們的生活環境。雖然隨著限塑令的出臺和人們環保意識的提高, 塑料制品的使用受到一定的約束, 但是已經造成的不可降解的塑料制品依然對我們的生活環境造成很大的威脅。
在水污染和白色污染已成為城市環境污染的兩大巨頭的情況下, 超臨界水技術的出現給我們改善環境, 解決有機物污染帶來新的機遇, 我們將就超臨界水技術在污水治理和白色污染治理中的應用做簡要說明。
一、超臨界流體
超臨界狀態顧名思義就是超過臨界點的狀態, 在這里我們指的是臨界溫度和臨界壓力, 我們將高于臨界溫度和臨界壓力狀態下的物質稱為超臨界狀態下的物質, 這是的物質以一種特殊流體的狀態存在, 這種狀態下的物質成為一均相體系, 它的物理和化學性質相對于原來的物質本身發生了很大的變化, 超臨界流體的物理性質是氣體和液體的兩種狀態下某些性質的結合體, 它既具有類似于氣體的良好的流動擴散性, 又具有類似于液體的對物質良好的溶解能力。在超臨界狀態下的流體化學反應過程進行的速率會有很大的提高, 同時由于是在流體的狀態下進行化學反應, 化學反應生成物的分離也就變得更加簡單。
二、超臨界水的物理化學特性
在溫度超過374.3°C, 壓力超過22.05 MPa環境下的水即為超臨界水, 在這種狀態下, 水的許多物理和化學特性都和原來有極大的差異。超臨界狀態下的水和常態水相對比具有類似于水蒸氣的擴散性和粘度, 同時又有不同于液態水的特殊溶解性。在超臨界狀態下的水許多性質都可以通過改變溫度和壓力環境作出適當的調整, 比如密度、電解率等, 這就造就了超臨界狀態下水成為一種具有良好傳遞特性和極強溶解能力的非極性介質。在這種狀態下, 水可以和空氣、氧氣等互溶, 同時也可以是有機物的分子鍵斷裂從而達到分解有機物的目的。由于超臨界狀態下水獨特的溶解能力和極其優越的傳遞性, 超臨界水成為一種極佳的化學介質, 化學反應可以高效充分的在超臨界水中完成。
三、超臨界水技術凈水
超臨界水氧化技術是超臨界水技術在污水處理領域的總稱, 利用在超臨界水這種介質中, 污水中有機廢物和添加的氧化劑快速的氧化還原反應來達到凈化水質的目的。由于超臨界狀態下水對空氣、氧氣等良好的`溶解性, 可以用氧氣、過氧化氫、高錳酸鉀等作為氧化劑來提供氧。通過如下反應過程:
污水中富含的有毒有害的有機化合物被氧化, 生成無機鹽等無毒的小分子化合物。在超臨界水中進行這種氧化還原反應與普通環境下相比, 由于超臨界水中對氧氣和有機物的良好溶解, 使得兩種物質充分接觸, 所以氧化還原反應會以不可思議的速度進行, 有機物可以徹底的被氧化, 隨著不斷的加入反應物, 反應可以持續進行, 由于氧化還原反應的生成物在超臨界水中難溶, 可以很簡單的從介質中分離沉淀出來, 減少對化學反應進行的影響。
四、超臨界水技術處理塑料制品
與超臨界水處理污水不同, 超臨界水油化技術是處理塑料制品的主要就是手段。超臨界水油化技術中主要發生的化學反應是熱解反應, 運用超臨界水油化技術不僅可以有效的使廢棄塑料制品斷裂成含碳數較低的油狀液體, 同時還可以用于回收有價值的反應生成物, 變廢為寶。
在超臨界水油化技術中, 通過裂解反應和部分氧化反應, 超臨界水中的氫原子主要參與塑料制品的裂解, 而氧原子則主要與裂解常務反正氧化還原反應生成氣體和其他產物。利用超臨界水油化技術回收塑料制品始于20世紀90年代, 經過多年的發展, 以成為一項成熟的可全面推廣使用的技術, 研究表明聚氯乙烯在超臨界水中, 其中的氯元素與氫原子結合以鹽酸的形式溶于超臨界水中, 其余的有機產物則以液體和氣體的形式存在, 可以被回收利用, 沒有其他有害物質的產生。
超臨界水油化技術相比于普通的化學反應具有反應速率快, 分解有機物更徹底, 產物可回收利用等明顯的優點, 對于分解塑料制品有著極大的優勢, 在處理廢棄塑料的工作實踐中有良好的應用前景。
五、超臨界水技術發展的瓶頸
在試驗中, 超臨界水技術效果明顯, 對于污水的凈化和塑料制品的降解有著巨大的作用, 可是從實驗室推廣到生產使用的過程中還存在著很多的問題。
1. 反應設備亟待解決, 超臨界水要在高溫、高壓的情況下獲得, 其中發生著強烈的氧化還原反應, 設備容器中的金屬和其他部分極其容易參與化學反應而被腐蝕, 減少了設備儀器的使用壽命, 同時對整個系統帶來很大的安全隱患。這就需要我們通過科技的進一步發展尋在更為合適的耐高壓、耐高溫, 同時又不容易腐蝕的材料作為反應容器。
2. 反應產物的提取問題困擾著我們, 反應生成的無機鹽及物質雖然在超臨界水中的溶解度很小, 但是它們在反應容器中的積聚很容易粘附在反應容器及管路中, 從而造成阻塞, 影響反應的進一步進行, 同時在高溫、高壓的環境中, 很容易引起反應容器的爆炸。這就需要我們對反應容器進行更進一步的優化設計, 通過高含煙體系來對無機鹽的沉積作出適當的處理。
3. 超臨界水中發生的化學反應具有不可控制性, 我們無法通過改變操作或改變相關條件來影響其中的中間反應過程, 從而針對性獲取我們所需要的產物。只有我們對超臨界水技術進行進一步的研究探索, 來了解中間反應過程, 才能更好地對反應產生的無機鹽進行處理, 為反應容器的選擇和處理無機鹽產物積聚提供科學有效的方法。
參考文獻
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