淺析超臨界水技術(shù)對(duì)治理白色污染的作用論文
摘要：伴隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 工業(yè)化程度的不斷提高, 由此給我們帶來的環(huán)境壓力也不斷加大。近些年來, 環(huán)境問題越來越引起我們的重視, 政府部門加大了對(duì)環(huán)境保護(hù)的監(jiān)查和監(jiān)管力度。但是多年的工業(yè)發(fā)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(zhì)量和安全帶來極大的影響。超臨界水技術(shù)是一門可以用來消除有機(jī)有害物質(zhì)的新的科學(xué)技術(shù), 它可以利用超臨界狀態(tài)下水擁有的獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì), 與有機(jī)物發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到凈化水質(zhì)和分解有機(jī)物的功能。對(duì)于改善生活環(huán)境有著很大的幫助。
關(guān)鍵詞：超臨界水技術(shù); 污水治理; 白色污染;
前言
工業(yè)化發(fā)展的過程中不經(jīng)處理的工業(yè)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(jī)物成分的生活污水和農(nóng)田污水已經(jīng)對(duì)我們的地下水水質(zhì)造成了嚴(yán)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(chǎn)生活的事例已屢見不鮮。由于廣大群眾生活中對(duì)“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(jī)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(huán)境。雖然隨著限塑令的出臺(tái)和人們環(huán)保意識(shí)的提高, 塑料制品的使用受到一定的約束, 但是已經(jīng)造成的不可降解的塑料制品依然對(duì)我們的生活環(huán)境造成很大的威脅。
在水污染和白色污染已成為城市環(huán)境污染的兩大巨頭的情況下, 超臨界水技術(shù)的出現(xiàn)給我們改善環(huán)境, 解決有機(jī)物污染帶來新的機(jī)遇, 我們將就超臨界水技術(shù)在污水治理和白色污染治理中的應(yīng)用做簡要說明。
一、超臨界流體
超臨界狀態(tài)顧名思義就是超過臨界點(diǎn)的狀態(tài), 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(tài)下的物質(zhì)稱為超臨界狀態(tài)下的物質(zhì), 這是的物質(zhì)以一種特殊流體的狀態(tài)存在, 這種狀態(tài)下的物質(zhì)成為一均相體系, 它的物理和化學(xué)性質(zhì)相對(duì)于原來的物質(zhì)本身發(fā)生了很大的變化, 超臨界流體的物理性質(zhì)是氣體和液體的兩種狀態(tài)下某些性質(zhì)的結(jié)合體, 它既具有類似于氣體的良好的流動(dòng)擴(kuò)散性, 又具有類似于液體的對(duì)物質(zhì)良好的溶解能力。在超臨界狀態(tài)下的流體化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的速率會(huì)有很大的提高, 同時(shí)由于是在流體的狀態(tài)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng), 化學(xué)反應(yīng)生成物的分離也就變得更加簡單。
二、超臨界水的物理化學(xué)特性
在溫度超過374.3°C, 壓力超過22.05 MPa環(huán)境下的水即為超臨界水, 在這種狀態(tài)下, 水的許多物理和化學(xué)特性都和原來有極大的差異。超臨界狀態(tài)下的水和常態(tài)水相對(duì)比具有類似于水蒸氣的擴(kuò)散性和粘度, 同時(shí)又有不同于液態(tài)水的特殊溶解性。在超臨界狀態(tài)下的水許多性質(zhì)都可以通過改變溫度和壓力環(huán)境作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整, 比如密度、電解率等, 這就造就了超臨界狀態(tài)下水成為一種具有良好傳遞特性和極強(qiáng)溶解能力的非極性介質(zhì)。在這種狀態(tài)下, 水可以和空氣、氧氣等互溶, 同時(shí)也可以是有機(jī)物的分子鍵斷裂從而達(dá)到分解有機(jī)物的目的。由于超臨界狀態(tài)下水獨(dú)特的溶解能力和極其優(yōu)越的傳遞性, 超臨界水成為一種極佳的化學(xué)介質(zhì), 化學(xué)反應(yīng)可以高效充分的在超臨界水中完成。
三、超臨界水技術(shù)凈水
超臨界水氧化技術(shù)是超臨界水技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的總稱, 利用在超臨界水這種介質(zhì)中, 污水中有機(jī)廢物和添加的氧化劑快速的氧化還原反應(yīng)來達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。由于超臨界狀態(tài)下水對(duì)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(yīng)過程:
污水中富含的有毒有害的有機(jī)化合物被氧化, 生成無機(jī)鹽等無毒的小分子化合物。在超臨界水中進(jìn)行這種氧化還原反應(yīng)與普通環(huán)境下相比, 由于超臨界水中對(duì)氧氣和有機(jī)物的良好溶解, 使得兩種物質(zhì)充分接觸, 所以氧化還原反應(yīng)會(huì)以不可思議的速度進(jìn)行, 有機(jī)物可以徹底的被氧化, 隨著不斷的加入反應(yīng)物, 反應(yīng)可以持續(xù)進(jìn)行, 由于氧化還原反應(yīng)的生成物在超臨界水中難溶, 可以很簡單的從介質(zhì)中分離沉淀出來, 減少對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的影響。
四、超臨界水技術(shù)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(shù)是處理塑料制品的主要就是手段。超臨界水油化技術(shù)中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是熱解反應(yīng), 運(yùn)用超臨界水油化技術(shù)不僅可以有效的使廢棄塑料制品斷裂成含碳數(shù)較低的油狀液體, 同時(shí)還可以用于回收有價(jià)值的反應(yīng)生成物, 變廢為寶。
在超臨界水油化技術(shù)中, 通過裂解反應(yīng)和部分氧化反應(yīng), 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(wù)反正氧化還原反應(yīng)生成氣體和其他產(chǎn)物。利用超臨界水油化技術(shù)回收塑料制品始于20世紀(jì)90年代, 經(jīng)過多年的發(fā)展, 以成為一項(xiàng)成熟的可全面推廣使用的技術(shù), 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(jié)合以鹽酸的形式溶于超臨界水中, 其余的有機(jī)產(chǎn)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(zhì)的`產(chǎn)生。
超臨界水油化技術(shù)相比于普通的化學(xué)反應(yīng)具有反應(yīng)速率快, 分解有機(jī)物更徹底, 產(chǎn)物可回收利用等明顯的優(yōu)點(diǎn), 對(duì)于分解塑料制品有著極大的優(yōu)勢, 在處理廢棄塑料的工作實(shí)踐中有良好的應(yīng)用前景。
五、超臨界水技術(shù)發(fā)展的瓶頸
在試驗(yàn)中, 超臨界水技術(shù)效果明顯, 對(duì)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(shí)驗(yàn)室推廣到生產(chǎn)使用的過程中還存在著很多的問題。
1. 反應(yīng)設(shè)備亟待解決, 超臨界水要在高溫、高壓的情況下獲得, 其中發(fā)生著強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng), 設(shè)備容器中的金屬和其他部分極其容易參與化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕, 減少了設(shè)備儀器的使用壽命, 同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來很大的安全隱患。這就需要我們通過科技的進(jìn)一步發(fā)展尋在更為合適的耐高壓、耐高溫, 同時(shí)又不容易腐蝕的材料作為反應(yīng)容器。
2. 反應(yīng)產(chǎn)物的提取問題困擾著我們, 反應(yīng)生成的無機(jī)鹽及物質(zhì)雖然在超臨界水中的溶解度很小, 但是它們在反應(yīng)容器中的積聚很容易粘附在反應(yīng)容器及管路中, 從而造成阻塞, 影響反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行, 同時(shí)在高溫、高壓的環(huán)境中, 很容易引起反應(yīng)容器的爆炸。這就需要我們對(duì)反應(yīng)容器進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì), 通過高含煙體系來對(duì)無機(jī)鹽的沉積作出適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>
3. 超臨界水中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)具有不可控制性, 我們無法通過改變操作或改變相關(guān)條件來影響其中的中間反應(yīng)過程, 從而針對(duì)性獲取我們所需要的產(chǎn)物。只有我們對(duì)超臨界水技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究探索, 來了解中間反應(yīng)過程, 才能更好地對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的無機(jī)鹽進(jìn)行處理, 為反應(yīng)容器的選擇和處理無機(jī)鹽產(chǎn)物積聚提供科學(xué)有效的方法。
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