(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 前言

超臨界水氧化(SCWO)技術(shù)作為一種新型高效的高級氧化技術(shù)，是利用水介質(zhì)在溫度高于臨界溫度374 ℃、壓力高于臨界壓力22.1 MPa[1]狀態(tài)下發(fā)生的自由基反應(yīng)，使反應(yīng)物與過量氧發(fā)生完全氧化反應(yīng)[2-3]。由于氣液兩相界面間的傳質(zhì)阻力在超臨界條件下會(huì)減弱直至消失，氧化反應(yīng)的速率會(huì)大幅提高。

超臨界水與普通水的溶解性質(zhì)存在很大差異，尤其是當(dāng)溶質(zhì)為有機(jī)物時(shí)。有機(jī)物在普通水中微溶或不溶，但在超臨界水介質(zhì)中卻能完全互溶。根據(jù)氫鍵網(wǎng)絡(luò)模型理論[4]，超臨界水中的氫鍵會(huì)大量減少甚至完全消失，其介電常數(shù)較常態(tài)水的介電常數(shù)大幅降低，因此超臨界水表現(xiàn)出與普通水不同的有機(jī)物溶解特性。超臨界水氧化技術(shù)的基礎(chǔ)正是超臨界水的特殊物理性質(zhì)，如質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%的有機(jī)物在超臨界水中經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間，可完全分解為小分子物質(zhì)，氧化得到等無機(jī)組分[5]，且無中間產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)分解產(chǎn)物無害化；鹽類在超臨界水中的溶解度較低，反應(yīng)產(chǎn)物易分離得到固體，其他反應(yīng)產(chǎn)物為水及CO2、O2、N2等氣體。超臨界水還具有擴(kuò)散性強(qiáng)、表面張力及粘度低、密度易改變等特性。

一般認(rèn)為，超臨界水氧化反應(yīng)過程為均相反應(yīng)，具有反應(yīng)時(shí)間短(小于1 min)、反應(yīng)速率快的特點(diǎn)。反應(yīng)裝置系統(tǒng)完全封閉，二次污染小，并可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式、小型化設(shè)備搭建，便于在不同環(huán)境中應(yīng)用。當(dāng)超臨界水氧化反應(yīng)中的有機(jī)物濃度大于2%時(shí)，由于反應(yīng)過程釋放熱量，可實(shí)現(xiàn)自熱反應(yīng)[6]，這對于有機(jī)廢棄物處理，特別是高濃度、難降解、有毒、有害的廢水處理是非常有利的，可節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

本文主要介紹了超臨界水氧化技術(shù)的研究進(jìn)展和工業(yè)應(yīng)用情況，并分析了該工藝在工業(yè)應(yīng)用中存在的問題，提出相關(guān)解決思路。

1 超臨界水氧化技術(shù)研究進(jìn)展

超臨界水氧化技術(shù)最早由Modell 學(xué)者[1]于20世紀(jì)80 年代提出，我國對SCWO 技術(shù)的研究始于20 世紀(jì)90 年代中期。研究者對該技術(shù)開展了大量探索，包括反應(yīng)機(jī)理、工藝條件、反應(yīng)裝置開發(fā)、控制參數(shù)優(yōu)化等方面，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小型工藝試驗(yàn)及間歇式、半連續(xù)式試驗(yàn)裝置開發(fā)，并計(jì)劃逐步開展中試研究。研究工作開展較早的有浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、中科院金屬研究所、南京工業(yè)大學(xué)等單位。近幾年，新奧環(huán)保、北京清水潤土環(huán)?？萍?、成都九翼環(huán)?？萍肌㈥兾魅f豐能源環(huán)?？萍?、中國石油化工等企業(yè)也加大了研發(fā)力度，重點(diǎn)攻關(guān)SCWO 技術(shù)的工藝方法、反應(yīng)系統(tǒng)、裝備等方面。目前，未見SCWO 相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用報(bào)道，大部分高校和研究機(jī)構(gòu)對其研究內(nèi)容嚴(yán)格保密，且相關(guān)核心技術(shù)還存在未突破的瓶頸問題。在環(huán)保領(lǐng)域，SCWO 技術(shù)的工藝研究及裝置開發(fā)主要集中在下述幾個(gè)方向。

1.1 處理有機(jī)廢水

作為一種新興的高級氧化技術(shù)，SCWO 技術(shù)具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢，其應(yīng)用范圍包括常見的醇類、酚類、苯類以及有毒有害的氰化物、芳烴衍生物等高濃度、難降解、難處理有機(jī)物。該技術(shù)可將有機(jī)物結(jié)構(gòu)破壞，并迅速氧化生成無毒害的小分子化合物，達(dá)到顯著的有機(jī)成分去除效果。通過長期大量研究，國內(nèi)外環(huán)保研究者認(rèn)為，理想狀態(tài)下，SCWO 技術(shù)適用于任何有機(jī)物廢水處理。

1)對于芳香族有機(jī)物廢水，如含苯酚的廢水，超臨界水氧化反應(yīng)能夠在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到95%以上的脫酚率，且苯酚氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物非常少。

2)對于二硝基重氮酚廢水，在600 ℃超臨界水狀態(tài)下處理約3 min，有機(jī)物去除率可達(dá)99%，色度去除率可達(dá)100%[7]。

3)含氮有機(jī)廢物，如尿素廢水、硝基苯廢水等難降解廢水，在超臨界水狀態(tài)下會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)。有機(jī)物先分解為氨，再氧化形成NO、NO2等小分子化合物。例如，含尿素廢水在550 ℃超臨界水條件下處理約3 min，有機(jī)物去除率可超過95%[1]；硝基苯廢水在390 ℃超臨界水狀態(tài)下處理10 min，有機(jī)物去除率達(dá)99%[8]。

4)近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)，對于含氯有機(jī)廢物，尤其是二噁英這類難降解且毒性較大的有機(jī)物，與其他處理技術(shù)相比，超臨界水氧化技術(shù)的處理更加徹底，且無二次污染，極具經(jīng)濟(jì)性。使用超臨界水氧化技術(shù)處理含氯廢棄物，在溫度500 ℃、壓力26 MPa條件下，含氯有機(jī)物去除率可達(dá)99.55%[9]。在溫度600 ℃、壓力25.6 MPa 超臨界水狀態(tài)下，使用連續(xù)流系統(tǒng)對二噁英進(jìn)行處理，廢水中的COD 去除率達(dá)99.9%[10]。對于多氯聯(lián)苯廢水，在溫度500 ℃條件下使用超臨界水氧化技術(shù)，多氯聯(lián)苯破壞率可超過99.99%。使用超臨界水氧化技術(shù)處理含有毒有害成分(如六氯環(huán)已烷、鄰二甲苯及甲基乙基酮等)的有機(jī)廢水，可將有毒有害成分完全轉(zhuǎn)換成無機(jī)物和二氧化碳，在一定溫度和壓力條件下，有機(jī)物去除率可超過99.8%[9]。

6)對于含油有機(jī)廢水，尤其是石油化工行業(yè)產(chǎn)生的高濃度含油有機(jī)廢水，使用超臨界水氧化技術(shù)進(jìn)行氧化降解，COD 去除率可超過95%。

目前，利用超臨界水氧化技術(shù)進(jìn)行的有機(jī)廢液無害化處理涉及印染廢水、造紙黑液、煤化工廢水、香料香精廢水等。

1)南京工業(yè)大學(xué)的褚旅云等[11]利用SCWO 技術(shù)處理高濃度印染廢水，發(fā)現(xiàn)在溫度580 ℃、壓力27 MPa 的超臨界水狀態(tài)下，維持一定的反應(yīng)酸度和過氧量[12]，COD 去除率可達(dá)99.8%。

2)陜西科技大學(xué)的譚萬春等[13]利用SCWO 技術(shù)處理造紙黑液，在溫度450 ℃、壓力26 MPa 的超臨界水條件下，反應(yīng)時(shí)間小于4 min，COD 去除率可超過99.9%。

3)太原理工大學(xué)的王齊等[14]利用SCWO 技術(shù)處理印染廢水，研究了不同工藝條件對鹽類及氨氮成分的處理效果，發(fā)現(xiàn)在500 ℃、25 MPa 超臨界水狀態(tài)下，過氧量維持在300%，利用連續(xù)反應(yīng)裝置進(jìn)行處理，反應(yīng)產(chǎn)物出水指標(biāo)可達(dá)國家工業(yè)廢水回用標(biāo)準(zhǔn)。

4)南京工業(yè)大學(xué)的王慧斌等[15]利用SCWO 技術(shù)處理煤化工廢水，在溫度545 ℃、壓力25.5 MPa超臨界水條件下，反應(yīng)時(shí)間控制為3～4 min，COD去除率可超過99%。

上述研究均為實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)規(guī)模，反應(yīng)裝置成本高、能耗大，放大應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

1.2 處理高鹽廢水

在利用SCWO 技術(shù)處理高鹽有機(jī)廢水過程中，雖然高鹽成分會(huì)因無機(jī)鹽在超臨界水中不溶或微溶的特性沉降下來從而解決了鹽分離難題，但鹽分易在反應(yīng)器中沉積，導(dǎo)致管路堵塞，成為SCWO 技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的限制因素。

瑞士Paul Scherrer 研究所的Martin 等[16]通過研究多種混合鹽的沉降特性，分析了各種鹽類成分在超臨界水狀態(tài)下的相互作用，構(gòu)建了鹽類的析出過程模型，為鹽沉淀造成的解決反應(yīng)器堵塞問題提供了模型基礎(chǔ)。西安交通大學(xué)的徐東海等[17]利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在從源頭遏制鹽類沉降，解決反應(yīng)裝置的堵塞問題。浙江工業(yè)大學(xué)的閆正文等[18]利用響應(yīng)面優(yōu)化法對超臨界水氧化技術(shù)處理高鹽廢水的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了陰、陽離子濃度、反應(yīng)溫度、壓力、時(shí)間等因素與總?cè)芙夤腆w去除率的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，希望通過控制工藝條件調(diào)節(jié)各類高鹽成分相互反應(yīng)的方向和速度，以達(dá)到從源頭遏制鹽類析出的目的。

1.3 處理固體廢物

近年來，一些學(xué)者探索利用SCWO 技術(shù)處理工業(yè)污泥和城市污泥，并取得顯著的進(jìn)展，少數(shù)掌握先進(jìn)技術(shù)及裝備的研究機(jī)構(gòu)已進(jìn)行中試，并探索推進(jìn)SCWO 技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。對于冶金、化工企業(yè)廢水生產(chǎn)及生活污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，目前采用填埋、焚燒、生物降解等傳統(tǒng)方法進(jìn)行處理。處理過程中不可避免地產(chǎn)生二次污染物，如NOx、SO2和二噁英等有害物質(zhì)，并未徹底解決排放問題。而利用超臨界水氧化技術(shù)可將污泥中的有機(jī)物一次性分解為水、無機(jī)鹽、CO2及N2，不存在二次污染問題。

與傳統(tǒng)焚燒法相比，利用超臨界水氧化技術(shù)處理污泥，處理溫度降至400～650 ℃(焚燒法的溫度為1 200～2 000 ℃)，處理壓力升高到20～30 MPa(焚燒法為常壓條件)，可實(shí)現(xiàn)自反應(yīng)供熱(焚燒法需要外加熱源)，反應(yīng)產(chǎn)物無毒無害(焚燒法產(chǎn)生二噁英、NOx等有害物質(zhì))，且無需后續(xù)處理。在運(yùn)行成本估算方面，超臨界水氧化技術(shù)也具有明顯的優(yōu)勢。理論上，超臨界水氧化法處理成本為360～420 元/t[18]，明顯低于其他傳統(tǒng)固廢處理方法的處理成本(填埋法為600～800 元/t，直接烘干處理法為950～1 200 元/t，厭氧消化法為750～900 元/t)。

2014 年，西安交通大學(xué)的徐東海等[17]首次提出利用超臨界水氧化技術(shù)處理污泥，建成了國內(nèi)首套處理污泥的SCWO 中試裝置。研究發(fā)現(xiàn)，在溫度420 ℃、壓力24 MPa 的超臨界水條件下，初始濃度為1 000～2 000 mg/L 的油性污泥的COD 去除率可超過95%[19]。西安交通大學(xué)的昝元峰等[20]通過反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，探索城市污泥處理的最佳工藝條件，得到了污泥滲混液處理的反應(yīng)自平衡條件。南京工業(yè)大學(xué)的廖傳華等[21]在利用超臨界水氧化技術(shù)及裝置處理污泥過程中，設(shè)計(jì)水資源循環(huán)回用系統(tǒng)，利用回水為超臨界水氧化裝置供電，實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的水資源循環(huán)利用及熱能耦合。該套系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保、節(jié)能高效，極具商業(yè)應(yīng)用前景。

2 超臨界水氧化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

據(jù)報(bào)道，對SCWO 技術(shù)研究較早的美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家已建成具有一定規(guī)模的超臨界水氧化處理商業(yè)化裝置，處理效果顯著，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。20 世紀(jì)80 年代，世界上首套SCWO 商業(yè)化裝置由美國Modar 公司建成，并投入應(yīng)用，處理能力達(dá)200 t/d；隨后，日本Modec 公司及美國奧斯汀市也相繼建成了SCWO 項(xiàng)目[22]；日本三菱重工、日本神戶制鋼所也分別于1997 年和2000 年建成SCWO 廢棄物處理系統(tǒng)[23]，其中，日本神戶制鋼所的超臨界水氧化項(xiàng)目的最大處理量高達(dá)1.1 t/h；1999 年，瑞典建成了處理量達(dá)5.7 m3/d 的SCWO裝置[24]；德國Daimler Chrysler 公司建成一套可高效處理高濃縮有機(jī)廢水的SCWO 裝置[25]，專門用于處理電子廢物。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，21 世紀(jì)以來，美國通用原子公司、美國斯坦福國際咨詢研究所、韓國韓華化學(xué)等國外機(jī)構(gòu)已建成SCWO 商業(yè)化裝置二十余項(xiàng)[1]，但大部分項(xiàng)目投入運(yùn)營后，都因各種原因被迫關(guān)停，目前仍維持商業(yè)運(yùn)作的僅有4 項(xiàng)，另有法國Innoveox 公司運(yùn)營1 項(xiàng)SCWO 工程。

近年來，我國在超臨界水氧化技術(shù)裝置研發(fā)方面取得顯著成果。北京天安嘉華超臨界科技發(fā)展公司建成處理量達(dá)3.6 t/d 的超臨界水氧化裝置；新奧環(huán)保技術(shù)有限公司于2014 年自主研發(fā)建成首套處理能力為6 t/d 的中試設(shè)備，并完成百噸級工藝包設(shè)計(jì)[26]。近日，新奧環(huán)保建成國內(nèi)首個(gè)工業(yè)化超臨界水氧化技術(shù)污泥處理項(xiàng)目，投入運(yùn)營后其處理能力可達(dá)240 t/d。

3 超臨界水氧化存在的技術(shù)難題及解決思路

利用SCWO 工藝處理廢棄物尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，主要有以下原因:1)有機(jī)廢物中普遍含有硫、磷、鹵素等成分，在處理過程中易發(fā)生反應(yīng)形成酸性物質(zhì)，對反應(yīng)器內(nèi)壁造成嚴(yán)重腐蝕；2)在超臨界條件下處理工業(yè)高鹽廢水會(huì)析出沉淀鹽，造成反應(yīng)器嚴(yán)重堵塞；3)超臨界技術(shù)的工藝及裝備在放大規(guī)?；瘧?yīng)用過程中，由于設(shè)備規(guī)模小、運(yùn)行數(shù)據(jù)不足，建設(shè)及運(yùn)營成本過高，智能控制難度大，維修及維護(hù)工作復(fù)雜。

3.1 腐蝕問題

SCWO 技術(shù)要求的工藝操作條件非?？量?，超臨界水氧化反應(yīng)過程中同時(shí)存在高溫、高壓、高氧及高鹽、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的條件，腐蝕性極強(qiáng)。有機(jī)物處理過程中，在高溫條件下，氧化劑會(huì)對不銹鋼材質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用，硫、磷、鹵素等成分反應(yīng)產(chǎn)生的酸會(huì)加速不銹鋼反應(yīng)器的腐蝕。鎳基合金材質(zhì)在超臨界溫度和氧化條件下極易被強(qiáng)堿水溶液腐蝕。例如，在含硫酸銨、氧氣的超臨界水中，316 L 不銹鋼的腐蝕速率高達(dá)560 mm/a[27]。鈦材質(zhì)不易被鹽酸溶液腐蝕，但在溫度超過400 ℃時(shí)，磷酸、硫酸溶液會(huì)對鈦材質(zhì)產(chǎn)生微弱的耐蝕[28]。目前，已經(jīng)有一部分國內(nèi)和國外早期建設(shè)的超臨界水氧化裝置因設(shè)備腐蝕問題而被迫停運(yùn)。因此，設(shè)備材質(zhì)的快速腐蝕失效已成為限制SCWO 技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的主要瓶頸之一。不同的合金材料在高溫、強(qiáng)酸、高氧條件下的腐蝕程度不同，因此，如何選擇SCWO 反應(yīng)器的材料，成為SCWO 裝置大型化穩(wěn)定運(yùn)行及SCWO 技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題[29]。

反應(yīng)器內(nèi)部材質(zhì)表面氧化皮的溶解性對設(shè)備的穩(wěn)定性影響很大。眾所周知，金屬氧化物在高溫、高壓或強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中極易溶解，多數(shù)為兩性物質(zhì)，其在超臨界水中的物性變化可用攻擊因子(H+、OH-)來解釋[2]。首先，在高溫高壓條件下，水溶液密度增大，加速解離生成高濃度H+和OH-，形成強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的反應(yīng)環(huán)境，從而加速反應(yīng)器內(nèi)部材質(zhì)的腐蝕。其次，水溶液密度增大，使氫鍵增多，極性增強(qiáng)，鹽類在高密度水溶液中的溶解速度加快，高鹽水溶液導(dǎo)致腐蝕加速。第三，不同金屬對陰離子的腐蝕耐受力不同，特殊陰離子可能對金屬的耐蝕性產(chǎn)生不利影響。不銹鋼在氯化物及溴化物存在的環(huán)境中腐蝕嚴(yán)重；而氯化物及溴化物對鈦的影響卻微乎其微。第四，鎳基合金的表面金屬在超臨界堿性水溶液(如NaOH 或KOH 溶液)中腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，但在亞臨界NaOH 水溶液中卻無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。因此，可以通過工藝整體設(shè)計(jì)，對SCWO 反應(yīng)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及工藝集成，根據(jù)工況條件對反應(yīng)裝置的不同部位選擇不同類型的材質(zhì)，以避免腐蝕的發(fā)生，保障設(shè)備的穩(wěn)定性。

研究發(fā)現(xiàn)，在無氟化物存在的亞臨界溫度條件下，鈦合金是首選材料，但在超臨界溫度和壓力條件下，鎳基合金的耐蝕性接近甚至優(yōu)于鈦合金，因此，國內(nèi)外SCWO 研究者聚焦鎳基合金，認(rèn)為鎳基合金是超臨界水氧化反應(yīng)器(堿性廢水除外)主體材質(zhì)的最佳選擇。另外，進(jìn)行材料定向設(shè)計(jì)，開發(fā)防腐涂層(如鎳基合金涂層、鈦基合金涂層)，也是避免超臨界水氧化裝置發(fā)生腐蝕的重要途徑。

3.2 鹽堵塞問題

在室溫條件下，大多數(shù)鹽類在水溶液中具有較高溶解度(可達(dá)到數(shù)百g/L)，但在超臨界水中并不溶解。因此，在常態(tài)水急速轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界水過程中，水中的鹽類物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生致密粘稠的細(xì)晶狀沉淀鹽，從而導(dǎo)致反應(yīng)器的嚴(yán)重堵塞，即使在高流速試驗(yàn)中，沉淀鹽依然不易被沖散。鹽沉淀問題導(dǎo)致的反應(yīng)器堵塞會(huì)嚴(yán)重影響臨界水氧化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致工藝參數(shù)發(fā)生波動(dòng)，因此已成為制約SCWO 工藝裝置連續(xù)運(yùn)行的瓶頸。

對于反應(yīng)器的鹽堵塞問題，研究人員提出了以下解決方案:

1)通過提高系統(tǒng)壓力等手段，增大溶液對鹽的溶解度，但該方案會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)壁材質(zhì)的氧化皮腐蝕加速。

2)通過采用類似抖動(dòng)加料機(jī)的抖動(dòng)式反應(yīng)器達(dá)到反應(yīng)器內(nèi)壁脫鹽的目的，但小型試驗(yàn)中沉淀鹽的物理剝離效果不穩(wěn)定[30]，尚不具備放大試驗(yàn)的條件。

3)通過反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)能夠防止鹽沉淀的反應(yīng)器表面結(jié)構(gòu)[31]。Laroche 等[32]開發(fā)了一種表壁由亞臨界水圍隔的水熱爐結(jié)構(gòu)，但是這種新型反應(yīng)器設(shè)計(jì)難以應(yīng)用在大型工業(yè)化裝置上。

綜上所述，使沉淀鹽無法附著于反應(yīng)器表壁是解決反應(yīng)器堵塞問題的關(guān)鍵。因此，近年來研究者提出一條新思路，即盡可能降低廢水中的鹽濃度。在裝置優(yōu)化方面，設(shè)計(jì)集成脫鹽連續(xù)排渣系統(tǒng)的反應(yīng)器，在反應(yīng)過程中及時(shí)排鹽排渣。西安交通大學(xué)的王樹眾科研團(tuán)隊(duì)[7]研發(fā)了超臨界廢水處理脫鹽裝置，廢水經(jīng)脫鹽處理后再進(jìn)入SWCO 裝置，堵塞問題有所改善。

3.3 運(yùn)行成本問題

SCWO 技術(shù)作為一種新型高效的高級氧化技術(shù)，被環(huán)保專家認(rèn)為是一種可解決環(huán)保領(lǐng)域所有難處理廢棄物問題的通用技術(shù)。但是在初期的探索研究階段，大量研究數(shù)據(jù)都是在理想條件下得到的，實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)成本問題以及裝置開發(fā)過程中的技術(shù)缺陷都被忽略了。在后續(xù)的放大試驗(yàn)過程中，這些問題逐漸暴露出來，嚴(yán)重阻礙了SCWO 技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

雖然一些研究報(bào)告指出，SCWO 技術(shù)具有很高的經(jīng)濟(jì)性，但是目前國內(nèi)外實(shí)際運(yùn)營的商業(yè)化SCWO 項(xiàng)目卻很少，前期成本估算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行成本相去甚遠(yuǎn)。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，SCWO 設(shè)備造價(jià)約為40 萬元/t，運(yùn)行成本為150～200 元/t[33-34]。此外，SCWO 工藝運(yùn)行中一般采用純氧作為氧化劑，小型試驗(yàn)中達(dá)到完全氧化的過氧量僅為5%，但在工業(yè)放大試驗(yàn)中，實(shí)際氧需求量為小型試驗(yàn)的2～3 倍，造成了運(yùn)行成本的增加。

此外，雖然大型工業(yè)水處理設(shè)備的運(yùn)營成本受設(shè)備使用壽命、維修保養(yǎng)頻率等因素的影響較大，但上述指標(biāo)尚無準(zhǔn)確的研究數(shù)據(jù)支持。小型超臨界水氧化反應(yīng)器裝置屬于高溫高壓特殊裝置，設(shè)備材質(zhì)的長效穩(wěn)定性有待進(jìn)一步驗(yàn)證，尤其是當(dāng)放大至工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模時(shí)，實(shí)際連續(xù)運(yùn)行時(shí)間能否達(dá)到超過300 d/a 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍存在極大爭議。

綜上所述，反應(yīng)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)仍為超臨界水氧化技術(shù)的應(yīng)用研究中的關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)原則包括盡可能避免腐蝕發(fā)生，解決反應(yīng)器堵塞問題，同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)盡可能簡單，易操作、易維護(hù)。

4 結(jié)束語

超臨界水氧化作為一種清潔、環(huán)保、高效的高級氧化技術(shù)，對難降解有機(jī)廢棄物具有良好的去除效果，在廢水處理領(lǐng)域，尤其是在冶金行業(yè)的高鹽、有機(jī)廢水處理方面，具有極大的應(yīng)用潛力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷成熟，超臨界水氧化技術(shù)的應(yīng)用范圍將日益廣泛。目前，超臨界水氧化技術(shù)在應(yīng)用過程中仍存在很多問題，需進(jìn)一步深入研究反應(yīng)機(jī)理，克服材料腐蝕、反應(yīng)裝置堵塞、運(yùn)行成本高、設(shè)備結(jié)構(gòu)維護(hù)等難題，并要解決反應(yīng)裝置在放大應(yīng)用過程中可能凸顯的問題，以期超臨界水氧化技術(shù)在清潔生產(chǎn)方面發(fā)揮更大作用。