淺析超臨界水技術(shù)對治理白色污染的作用論文
摘要：伴隨著(zhù)國家經(jīng)濟的快速發(fā)展, 工業(yè)化程度的不斷提高, 由此給我們帶來(lái)的環(huán)境壓力也不斷加大。近些年來(lái), 環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越引起我們的重視, 政府部門(mén)加大了對環(huán)境保護的監查和監管力度。但是多年的工業(yè)發(fā)展中帶來(lái)的水污染和生活垃圾的積聚依然困擾著(zhù)我們, 給我們的生活質(zhì)量和安全帶來(lái)極大的影響。超臨界水技術(shù)是一門(mén)可以用來(lái)消除有機有害物質(zhì)的新的科學(xué)技術(shù), 它可以利用超臨界狀態(tài)下水擁有的獨特的物理化學(xué)性質(zhì), 與有機物發(fā)生快速的化學(xué)反應來(lái)達到凈化水質(zhì)和分解有機物的功能。對于改善生活環(huán)境有著(zhù)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(guò)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物成分的生活污水和農田污水已經(jīng)對我們的地下水水質(zhì)造成了嚴重影響。由于上游過(guò)度排放污水造成下游居民無(wú)法正常生產(chǎn)生活的事例已屢見(jiàn)不鮮。由于廣大群眾生活中對“方便袋” (塑料袋) 的過(guò)度使用, 難降解的生活塑料垃圾造成的白色污染也困擾著(zhù)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(huán)境。雖然隨著(zhù)限塑令的出臺和人們環(huán)保意識的提高, 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)的出現給我們改善環(huán)境, 解決有機物污染帶來(lái)新的機遇, 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用做簡(jiǎn)要說(shuō)明。
一、超臨界流體
超臨界狀態(tài)顧名思義就是超過(guò)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(chēng)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)相對于原來(lái)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)的結合體, 它既具有類(lèi)似于氣體的良好的流動(dòng)擴散性, 又具有類(lèi)似于液體的對物質(zhì)良好的溶解能力。在超臨界狀態(tài)下的流體化學(xué)反應過(guò)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, 化學(xué)反應生成物的分離也就變得更加簡(jiǎn)單。
二、超臨界水的物理化學(xué)特性
在溫度超過(guò)374.3°C, 壓力超過(guò)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(lái)有極大的差異。超臨界狀態(tài)下的水和常態(tài)水相對比具有類(lèi)似于水蒸氣的擴散性和粘度, 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(guò)改變溫度和壓力環(huán)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(tài)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(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(tài)下水獨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(chēng), 利用在超臨界水這種介質(zhì)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(lái)達到凈化水質(zhì)的目的。由于超臨界狀態(tài)下水對空氣、氧氣等良好的溶解性, 可以用氧氣、過(guò)氧化氫、高錳酸鉀等作為氧化劑來(lái)提供氧。通過(guò)如下反應過(guò)程:
污水中富含的有毒有害的有機化合物被氧化, 生成無(wú)機鹽等無(wú)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與普通環(huán)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(zhì)充分接觸, 所以氧化還原反應會(huì )以不可思議的速度進(jìn)行, 有機物可以徹底的被氧化, 隨著(zhù)不斷的加入反應物, 反應可以持續進(jìn)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(jiǎn)單的從介質(zhì)中分離沉淀出來(lái), 減少對化學(xué)反應進(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)反應是熱解反應, 運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較低的油狀液體, 同時(shí)還可以用于回收有價(jià)值的反應生成物, 變廢為寶。
在超臨界水油化技術(shù)中, 通過(guò)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(wù)反正氧化還原反應生成氣體和其他產(chǎn)物。利用超臨界水油化技術(shù)回收塑料制品始于20世紀90年代, 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展, 以成為一項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合以鹽酸的形式溶于超臨界水中, 其余的有機產(chǎn)物則以液體和氣體的形式存在, 可以被回收利用, 沒(méi)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)反應具有反應速率快, 分解有機物更徹底, 產(chǎn)物可回收利用等明顯的優(yōu)點(diǎn), 對于分解塑料制品有著(zhù)極大的優(yōu)勢, 在處理廢棄塑料的工作實(shí)踐中有良好的應用前景。
五、超臨界水技術(shù)發(fā)展的瓶頸
在試驗中, 超臨界水技術(shù)效果明顯, 對于污水的凈化和塑料制品的降解有著(zhù)巨大的作用, 可是從實(shí)驗室推廣到生產(chǎn)使用的過(guò)程中還存在著(zhù)很多的問(wèn)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(fā)生著(zhù)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(xué)反應而被腐蝕, 減少了設備儀器的使用壽命, 同時(shí)對整個(gè)系統帶來(lái)很大的安全隱患。這就需要我們通過(guò)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容器。
2. 反應產(chǎn)物的提取問(wèn)題困擾著(zhù)我們, 反應生成的無(wú)機鹽及物質(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(jìn)一步進(jìn)行, 同時(shí)在高溫、高壓的環(huán)境中, 很容易引起反應容器的爆炸。這就需要我們對反應容器進(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化設計, 通過(guò)高含煙體系來(lái)對無(wú)機鹽的沉積作出適當的處理。
3. 超臨界水中發(fā)生的化學(xué)反應具有不可控制性, 我們無(wú)法通過(guò)改變操作或改變相關(guān)條件來(lái)影響其中的中間反應過(guò)程, 從而針對性獲取我們所需要的產(chǎn)物。只有我們對超臨界水技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究探索, 來(lái)了解中間反應過(guò)程, 才能更好地對反應產(chǎn)生的無(wú)機鹽進(jìn)行處理, 為反應容器的選擇和處理無(wú)機鹽產(chǎn)物積聚提供科學(xué)有效的方法。
參考文獻
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