水熱技術(shù)研究進(jìn)展
水熱氧化(HydrothermalOxidation-HTO)是一種非常有效的化學(xué)氧化技術(shù)，特別適用于有毒害的和高濃度的有機(jī)廢水的處理。水熱氧化法是在高溫高壓下，以空氣或其它氧化劑，將廢水(液)中溶解的和懸浮的有機(jī)物或還原性無機(jī)物在水相氧化分解，大幅度去除COD、BOD、SS等的方法。反應(yīng)在熱水相中進(jìn)行是這類方法的特征。
1水熱氧化機(jī)理
當(dāng)反應(yīng)溫度和壓力在低于水的臨界點(diǎn)(Te=374．3℃，Pc=22．05MPa)時(shí)，稱為濕式氧化法。當(dāng)反應(yīng)的溫度和壓力超過水的臨界點(diǎn)時(shí)，稱為超臨界水氧化法，其最典型的操作條件是溫度t：400—600℃，壓力：25—40MPa，反應(yīng)時(shí)間為幾分鐘甚至數(shù)秒鐘。
1.1濕式氧化法
濕式氧化法最早來源于濕式空氣氧化法，濕式空氣氧化法(WAO)是在高溫和高壓下，以空氣或純氧為氧化劑將有機(jī)污染物按濕式燃燒原理氧化分解為無機(jī)物或小分子的有機(jī)物的化學(xué)過程。對(duì)于濕式氧化原理，目前大多數(shù)學(xué)者偏向于濕式氧化反應(yīng)屬于自由基反應(yīng)學(xué)說，濕式氧化反應(yīng)屬于自由基反應(yīng)，經(jīng)歷誘導(dǎo)期、增殖期、退化期及結(jié)束期4個(gè)階段。在誘導(dǎo)期，分子氧與有機(jī)物反應(yīng)形成烴基自由基(R·)；在增殖期，烴基自由基繼續(xù)與分子氧反應(yīng)，產(chǎn)生的酯基自由基(ROO·)還可以與有機(jī)物作用生成低分子酸和羥基自由基(·OH)；在退化期，低分子酸分解形成醚基自由基(RO·)、羥基自由基(·OH)以及烴基自由基(R·)，羥基自由基有強(qiáng)氧化性，再去氧化有機(jī)污染物；在結(jié)束期，自由基之間結(jié)合能量湮滅反應(yīng)停止。
1.2超臨界水氧化
超臨界水氧化的主要原理是利用超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)來氧化分解有機(jī)物，其過程類似于濕式氧化，超臨界水氧化與濕式氧化最大的不同是：前者氧化分解有機(jī)物是在超過水的臨界點(diǎn)的更高溫度和更高壓力下進(jìn)行的。超臨界水的特性使有機(jī)物、氧化劑、水形成均一的相，克服了相間的物質(zhì)傳輸阻力，使原本發(fā)生在液相或固相有機(jī)物和氣相氧氣之間的多相反應(yīng)轉(zhuǎn)化在單相進(jìn)行。由于高溫高壓大大提高了有機(jī)物的氧化速率，因此在數(shù)秒內(nèi)就能達(dá)到對(duì)有機(jī)成分極高的破壞率，并且反應(yīng)徹底完全，碳?xì)浠衔镅趸a(chǎn)物為CO2和H2O，雜核原子轉(zhuǎn)化為無機(jī)化合物，通常成為酸鹽或高氧化狀態(tài)的氧化物，而這些物質(zhì)可與其它存在于進(jìn)料中的不希望得到的無機(jī)物一道沉積下來。磷轉(zhuǎn)化為磷酸鹽，硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，氮轉(zhuǎn)化為N2或N2O。由于相對(duì)較低的反應(yīng)溫度(比較焚燒而言)，所以不會(huì)有NOX或SO2形成。另外，超臨界水氧化在某種程度上類似于有機(jī)燃料的簡單燃燒，屬放熱反應(yīng)。在進(jìn)料具有適宜的有機(jī)含量的前提下，只要啟動(dòng)所需的外界能量輸入，整個(gè)反應(yīng)就可由自身維持進(jìn)行。
2應(yīng)用實(shí)例
2.1處理高濃度乳化廢水：WenweiT等研究原始COD為48000mg／L情況下，COD去除率為86．4％，后接生化處理即可達(dá)標(biāo)。
2.2處理農(nóng)藥廢水：馬承愚等的研究表明COD去除率達(dá)98．1％；氧化反應(yīng)時(shí)間為300s時(shí)，其COD去除率達(dá)99．8％。
2.3處理含酚廢水：李輝等在超臨界水氧化系統(tǒng)中，以過氧化氫為氧化劑，研究了含酚廢水的氧化作用及效果，COD去除率接近 100％；在亞臨界及超臨界條件下(T=400℃～500℃，P=25.3—30.4MPa)，在很短的停留時(shí)間內(nèi)，苯酚的去除率可達(dá)96％以上。
2.4處理含油污水：趙朝成等對(duì)含油污水(COD644～3483mg/L)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：水熱氧化技術(shù)可有效地深度處理含油污水，使污染物成為無毒無害的二氧化碳和水。
3研究前沿
同濟(jì)大學(xué)金放鳴教授目前正在應(yīng)用水熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)二氧化碳到有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，并且還可以將將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成礦物能源。對(duì)不同有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化需要設(shè)定不同的高溫高壓環(huán)境，一般來說，攝氏200～400度的條件下就能將秸稈變成醋酸、甲酸或乳酸。通過水熱反應(yīng)，生物質(zhì)還可被轉(zhuǎn)化成能直接利用的礦物能源，如煤炭。金教授表示，從宏觀上看，水熱反應(yīng)制取能源有望實(shí)現(xiàn)地球上碳資源的和諧循環(huán)。用人工合成的辦法，把生物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為礦物能源，并把排放的碳收集起來，快速返還成生物質(zhì)，這就有望恢復(fù)地球碳資源的和諧循環(huán)。
業(yè)廢水中的主要污染物是高濃度難降解的有機(jī)物，它們都是一些有毒物質(zhì)，傳統(tǒng)的處理方法是將有機(jī)物處理掉，將其轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，或是礦化、過濾掉。但這種有機(jī)物也是一種資源。從機(jī)理上說，我們可以通過控制反應(yīng)，使這些高濃度難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成我們需要的資源，轉(zhuǎn)化成工業(yè)原料或煤炭等礦物能源。
據(jù)金教授介紹，在實(shí)驗(yàn)室條件下，她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)做到將工業(yè)排放廢水中的高濃度難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成化工原料，如一些低級(jí)脂肪酸等，F(xiàn)在雖然還沒有轉(zhuǎn)化出成品煤，但也有了研究思路。如果研究費(fèi)用充裕、各種實(shí)驗(yàn)進(jìn)展較順利，大概兩三年時(shí)間就可以將這一技術(shù)大規(guī)模推廣利用。他們要進(jìn)一步研究的是，在轉(zhuǎn)化設(shè)備的投入上，朝著能夠工業(yè)化生產(chǎn)的方向去做。就是進(jìn)一步完善轉(zhuǎn)化過程，找到更有效的轉(zhuǎn)化條件、更低的轉(zhuǎn)化條件要求和更便宜的轉(zhuǎn)化成本，想辦法讓轉(zhuǎn)化條件緩和一些。
金放鳴教授簡介
學(xué)習(xí)經(jīng)歷
1996年4月-1999年3 日本東北大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科地球工學(xué)專攻，博士
1987年9月-1990年4月 西北輕工業(yè)學(xué)院硅酸鹽工程系，陶瓷專業(yè)，碩士
1978年2月-1982年1月 西北輕工業(yè)學(xué)院輕化工二系，陶瓷專業(yè)，學(xué)士
工作經(jīng)歷
2007年3月——同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院教授，教育部長江學(xué)者特聘教授
2004年4月——2007年3月本東北大學(xué)大學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究科，助教授（Associate professor）
2003年4月——04年3月本東北大學(xué)大學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究科，講師（Assistant professor）
2000年4月——03年3月本東北大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科，講師（Assistant professor）
研究方向
清潔化學(xué)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)廢棄物為新生資源和能源及以水熱處理有機(jī)廢棄物和有害有毒物研究。具體的內(nèi)容包括：
1熱轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物成有高附加值化工原料；
2熱轉(zhuǎn)化廢棄物得到的醋酸來制備環(huán)境友好型融雪劑；
3生活垃圾的超臨界水熱氧化發(fā)電；
4臨界二氧化碳分離從廢棄物轉(zhuǎn)化來的各種有用物質(zhì)；
5機(jī)廢棄物的水熱制新能源，如H2, DME，C2H5OH 等；
6熱反應(yīng)轉(zhuǎn)化二氧化碳成有機(jī)資源；
7廢食用油來生產(chǎn)生物柴油；
8聲波應(yīng)用到水熱法反應(yīng)中的新技術(shù)的開發(fā)；
9轉(zhuǎn)化低質(zhì)量煤成高質(zhì)量煤以及腐殖酸；
10油的優(yōu)質(zhì)化；
11轉(zhuǎn)化有毒氯化物成CH3OH和DME
主要科研項(xiàng)目
1 水熱轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)廢棄物成低環(huán)境負(fù)擔(dān)的融雪劑制造技術(shù)的開發(fā)(原文日語)（1999-2000年度,8960萬日元,核心成員)
2 用超臨界二氧化碳分離從有機(jī)廢棄物水熱轉(zhuǎn)化來的有用物質(zhì)(原文日語)(2002-2003年度,1410萬日元,研究負(fù)責(zé)人)
3 水熱法還原二氧化碳成有機(jī)資源(原文日語)(2002-2003年度,260萬日元研究負(fù)責(zé)人)
4 用超聲波和水熱復(fù)合法還原二氧化碳成有機(jī)資源(原文日語)(2005-2006年度，1540萬日元，研究負(fù)責(zé)人）
5 天然氣田的天然氣液化技術(shù)的開發(fā)(原文日語)（2003年度,100萬日元,研究負(fù)責(zé)人)
6 為了開發(fā)用堿水熱處理法優(yōu)質(zhì)超重油用喇曼技術(shù)的實(shí)際觀查水熱反應(yīng)(原文日語）(2005年度,500萬日元,重要成員)
7 用水熱氧化法高品質(zhì)化生物柴油（原文日語）(2006年度，200萬日元，核心成員）
8 有機(jī)廢棄物水熱氧化法資源化關(guān)鍵技術(shù)（原文中語）（2005-2007年,40萬人民幣,日方的核心成員)
9 水熱重油輕質(zhì)化的研究（原文日語）(2006度,500萬日元,重要成員)
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