摘要：伴随着国家经济的快速发展, 工业化程度的不断提高, 由此给我们带来的环境压力也不断加大。近些年来, 环境问题越来越引起我们的重视, 政府部门加大了对环境保护的监查和监管力度。但是多年的工业发展中带来的水污染和生活垃圾的积聚依然困扰着我们, 给我们的生活质量和安全带来极大的影响。超临界水技术是一门可以用来消除有机有害物质的新的科学技术, 它可以利用超临界状态下水拥有的独特的物理化学性质, 与有机物发生快速的化学反应来达到净化水质和分解有机物的功能。对于改善生活环境有着很大的帮助。
关键词：超临界水技术; 污水治理; 白色污染;
前言
工业化发展的过程中不经处理的工业废水的大量随意排放以及人民群众生活中排放的含有有机物成分的生活污水和农田污水已经对我们的地下水水质造成了严重影响。由于上游过度排放污水造成下游居民无法正常生产生活的事例已屡见不鲜。由于广大群众生活中对“方便袋” (塑料袋) 的过度使用, 难降解的生活塑料垃圾造成的白色污染也困扰着我们, 这些生活塑料制品多为聚氯乙烯等有机高分子化合物, 被随意丢弃后成为固体废物充斥了我们的生活环境。虽然随着限塑令的出台和人们环保意识的提高, 塑料制品的使用受到一定的约束, 但是已经造成的不可降解的塑料制品依然对我们的生活环境造成很大的威胁。
在水污染和白色污染已成为城市环境污染的两大巨头的情况下, 超临界水技术的出现给我们改善环境, 解决有机物污染带来新的机遇, 我们将就超临界水技术在污水治理和白色污染治理中的应用做简要说明。
一、超临界流体
超临界状态顾名思义就是超过临界点的状态, 在这里我们指的是临界温度和临界压力, 我们将高于临界温度和临界压力状态下的物质称为超临界状态下的物质, 这是的物质以一种特殊流体的状态存在, 这种状态下的物质成为一均相体系, 它的物理和化学性质相对于原来的物质本身发生了很大的变化, 超临界流体的物理性质是气体和液体的两种状态下某些性质的结合体, 它既具有类似于气体的良好的流动扩散性, 又具有类似于液体的对物质良好的溶解能力。在超临界状态下的流体化学反应过程进行的速率会有很大的提高, 同时由于是在流体的状态下进行化学反应, 化学反应生成物的分离也就变得更加简单。
二、超临界水的物理化学特性
在温度超过374.3°C, 压力超过22.05 MPa环境下的水即为超临界水, 在这种状态下, 水的许多物理和化学特性都和原来有极大的差异。超临界状态下的水和常态水相对比具有类似于水蒸气的扩散性和粘度, 同时又有不同于液态水的特殊溶解性。在超临界状态下的水许多性质都可以通过改变温度和压力环境作出适当的调整, 比如密度、电解率等, 这就造就了超临界状态下水成为一种具有良好传递特性和极强溶解能力的非极性介质。在这种状态下, 水可以和空气、氧气等互溶, 同时也可以是有机物的分子键断裂从而达到分解有机物的目的。由于超临界状态下水独特的溶解能力和极其优越的传递性, 超临界水成为一种极佳的化学介质, 化学反应可以高效充分的在超临界水中完成。
三、超临界水技术净水
超临界水氧化技术是超临界水技术在污水处理领域的总称, 利用在超临界水这种介质中, 污水中有机废物和添加的氧化剂快速的氧化还原反应来达到净化水质的目的。由于超临界状态下水对空气、氧气等良好的溶解性, 可以用氧气、过氧化氢、高锰酸钾等作为氧化剂来提供氧。通过如下反应过程:
污水中富含的有毒有害的有机化合物被氧化, 生成无机盐等无毒的小分子化合物。在超临界水中进行这种氧化还原反应与普通环境下相比, 由于超临界水中对氧气和有机物的良好溶解, 使得两种物质充分接触, 所以氧化还原反应会以不可思议的速度进行, 有机物可以彻底的被氧化, 随着不断的加入反应物, 反应可以持续进行, 由于氧化还原反应的生成物在超临界水中难溶, 可以很简单的从介质中分离沉淀出来, 减少对化学反应进行的影响。
四、超临界水技术处理塑料制品
与超临界水处理污水不同, 超临界水油化技术是处理塑料制品的主要就是手段。超临界水油化技术中主要发生的化学反应是热解反应, 运用超临界水油化技术不仅可以有效的使废弃塑料制品断裂成含碳数较低的油状液体, 同时还可以用于回收有价值的反应生成物, 变废为宝。
在超临界水油化技术中, 通过裂解反应和部分氧化反应, 超临界水中的氢原子主要参与塑料制品的裂解, 而氧原子则主要与裂解常务反正氧化还原反应生成气体和其他产物。利用超临界水油化技术回收塑料制品始于20世纪90年代, 经过多年的发展, 以成为一项成熟的可全面推广使用的技术, 研究表明聚氯乙烯在超临界水中, 其中的氯元素与氢原子结合以盐酸的形式溶于超临界水中, 其余的有机产物则以液体和气体的形式存在, 可以被回收利用, 没有其他有害物质的产生。
超临界水油化技术相比于普通的化学反应具有反应速率快, 分解有机物更彻底, 产物可回收利用等明显的优点, 对于分解塑料制品有着极大的优势, 在处理废弃塑料的工作实践中有良好的应用前景。
五、超临界水技术发展的瓶颈
在试验中, 超临界水技术效果明显, 对于污水的净化和塑料制品的降解有着巨大的作用, 可是从实验室推广到生产使用的过程中还存在着很多的问题。
1. 反应设备亟待解决, 超临界水要在高温、高压的情况下获得, 其中发生着强烈的氧化还原反应, 设备容器中的金属和其他部分极其容易参与化学反应而被腐蚀, 减少了设备仪器的使用寿命, 同时对整个系统带来很大的安全隐患。这就需要我们通过科技的进一步发展寻在更为合适的耐高压、耐高温, 同时又不容易腐蚀的材料作为反应容器。
2. 反应产物的提取问题困扰着我们, 反应生成的无机盐及物质虽然在超临界水中的溶解度很小, 但是它们在反应容器中的积聚很容易粘附在反应容器及管路中, 从而造成阻塞, 影响反应的进一步进行, 同时在高温、高压的环境中, 很容易引起反应容器的爆炸。这就需要我们对反应容器进行更进一步的优化设计, 通过高含烟体系来对无机盐的沉积作出适当的处理。
3. 超临界水中发生的化学反应具有不可控制性, 我们无法通过改变操作或改变相关条件来影响其中的中间反应过程, 从而针对性获取我们所需要的产物。只有我们对超临界水技术进行进一步的研究探索, 来了解中间反应过程, 才能更好地对反应产生的无机盐进行处理, 为反应容器的选择和处理无机盐产物积聚提供科学有效的方法。
参考文献
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